ĐỒ ÁN CÔNG TRÌNH NGẦM GIAO THÔNG - ĐƯỜNG HẦM f=10 RMR =75

Đánh giá mức độ ổn định không chống của đờng hầm từ đó làm cơ sở tổ chức đào và chống tạm, chọn chiều dài tiến gơng hợp lý; c.. Mức độ ổn định của khối đá xung quanh khoảng trống ngầm có

Chơng I: Cơ sở dữ liệu phục vụ thiết kế thi công công trình

I.1 Yêu cầu thiết kế

- Đờng hầm đào từ cửa hầm theo hớng dốc lên, độ dốc 3‰;

- Hình dạng tiết diện ngang đào của đờng hầm: hình vòm tờng thẳng;

- Kích thớc: Bán kính vòm R 3,5m, chiều cao tờng H = 2,5m;

- Khoảng cách từ gơng tới cửa hầm L = 400m;

- Phá vỡ đất đá bằng phơng pháp khoan nỏ mìn tạo biên, thuốc nổP3151(hoặc P113), kíp vi sai phi điện;

- Kết cấu chống tạm trong thi công: neo BTCT kết hợp be tông phun;

- Kết cấu chống cố định: vỏ BTCT liền khối dày 30cm M300;

- Tốc độ đào yêu cầu: v = 80m/tháng;

Yêu cầu nội dung:

a Lựa chọn sơ đồ công nghệ thi công, thiết bị thi công;

b Đánh giá mức độ ổn định không chống của đờng hầm từ đó làm cơ

sở tổ chức đào và chống tạm, chọn chiều dài tiến gơng hợp lý;

c Thiết kế hộ chiếu, tổ chức thi công khoan nổ mìn phá vỡ đất đá;

d Tính toán các công tác phục vụ thi công: xúc bốc, vận tải, thônggió;

e Tính toán, tổ chức thi công kết cấu chống tạm bằng neo BTCT + bêtông phun;

g Lập biểu đồ tổ chức chu kỳ đào - chống tạm, chống cố định;

h Xây dựng dự toán thi công CTN;

I.2 Điều kiện địa chất khu vực bố trí công trình

Đờng hầm đào qua đá có hệ số kiên cố f = 10, chỉ số RMR(RockMass Rating) = 75 Với chỉ tiêu RMR = 75 thì đây là đá loại II có chất lợngtốt

Chơng II: Tính toán kết cấu chống giữ cho CTN II.1 Đánh giá mức độ ổn định không chống cho CTN

Sau khi đào khoảng trống CTN, tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể màkhối đá xung quanh khoảng trống có thể ổn định hoặc mất ổn định tức là sẽchuyển sang trạng thái phá huỷ, các dịch chuyển đáng kể về phía khônggian khai đào Mức độ ổn định của khối đá xung quanh khoảng trống ngầm

có liên quan chặt chẽ tới các vấn đề lựa chọn phơng pháp thi công, lựa chọnkết cấu chống, các sơ đồ đào Vì vậy việc đánh giá mức độ ổn định khi khai

đào công trình ngầm là không thể thiếu đợc

Hiện nay có rất nhiều phơng pháp đánh giá và dự báo ổn định củakhối đá khi xây dựng CTN Trên cơ sở mối quan hệ giữa thời gian ổn định

và khẩu độ không chống, Gs.Bieniawski đã xây dựng sơ đồ phân loại khối

đá, thể hiện trên hình 1.1

Hình 1.1: Mối liên hệ giữa giá trị RMR với thời gian ổn định không chống

Theo Bieniawski (1979)

Theo sơ đồ này ta sẽ xác định đợc khoảng thời gian kể từ khi khai

đào cho đến khi bắt đầu xuất hiện hiện tợng phá huỷ(hay hoá dẻo) trongkhối đá ở trạng thái không có kết cấu chống Từ đó ta có thể tính toán lựachọn kết cấu chống tạm phù hợp cho CTN Trong trờng hợp thời gian ổn

định không chống của khối đá sau khi khai đào rất lớn thì việc chống tạm làkhông cần thiết

Với giá trị RMR = 75 thì thời gian ổn định không chống vào khoảng(1034105)h tơng ứng với khẩu độ không chống là (1544)m Nh vậy ta có thểthấy khối đá mà đờng hầm đào qua có độ ổn định tơng đối cao, thời gian ổn

định không chống tơng đối lớn

II.1.1 Tính áp lực đất đá

Các kích thớc của đờng hầm đã cho khi tính toán ta phải cộng thêmphần kích thớc của vỏ chống cố định, vì vậy các kích thớc dùng để tính toánlà:

- chiều rộng của đờng hầm: 7 + 0,6 = 7,6 m

- chiều cao của đờng hầm: 6 + 0,3 = 6,3 m a/ áp lực đất đá nóc CTN

Sinh viên: Lại Hữu Văn 1 Lớp Xây dựng CTN & Mỏ

b 1

h

45 o- /2

Hình 2.1: Sơ đồ tính chiều cao vòm phá huỷ

a_ nửa chiều rộng của vòm cân bằng(m);

b_ chiều cao của vòm cân bằng(m);

B_ chiều rộng của đờng hầm(m),B = 7,6m;

h_ chiều cao của đờng hầm(m),h = 6,3m;

ω_ góc ma sát trong của đất đá ở nóc hầm,

ω = arctagf = arctag10 = 84o17’

Thay số vào công thức (2-8) ta đợc:

Thay số vào công thức (2-6) ta đợc:

(áp lực tính trên 1m dài của đờng hầm)

Khi đó áp lực nóc trên mặt cắt ngang của đờng hầm là:

pn = Pn/B = 5,83/7,6 = 0,77 (T/m)

Để tính toán ta phải nhân với hệ số an toàn chọn bằng 1,2 Khi đó áplực là:

1 2.3

2

tag h B

a

)(1,42

178490

3,62/6,

1,4.1,4.2.3

2

T

Pnt = 0,77.1,2 = 0,924 (T/m) b/ áp lực đất đá hông CTN

áp lực đất đá bên hông CTN đợc tính theo công thức củaTximbarevich

(2-9) (2-10)

Thay số vào công thức (2-9) ta đợc:

Thay số vào công thức (2-10) ta đợc:

Ta thấy áp lực tác dụng lên tờng là rất nhỏ,do đó áp lực tác dụng lên nềncông trình cũng không đáng kể

II.2 Tính toán kết cấu chống tạm và chống cố định

Sau mỗi tiến độ nổ, các mặt lộ của đờng hầm có thể đợc chống tạmthời ngay hoặc không cần chống tạm Điều này phụ thuộc vào tính chất cơ

lý của khối đá, thời gian ổn định không chống, điều kiện địa chất thuỷ văn,

địa chất công trình, mức độ nứt nẻ, phong hoá của khối đá, phơng phápkhoan nổ mìn Trờng hợp khối đá có độ ổn định trung bình và lớn có biểuhiện của sự dịch chuyển hay biến dạng của biên đờng hầm là không lớn thìkết cấu chống tạm có hiệu quả cao nhất là neo và bê tông phun Trờng hợpkhối đá mềm yếu, thời gian ổn định không chống nhỏ, có thể sập lở ngayvào khoảng trống của CTN thì cần nhanh chóng có biện pháp gia cố bằngcác cỏ chống có khả năng mang tải ngay nh các khung thép hình

Theo yêu cầu thiết kế sử dụng chống tạm bằng bê tông phun kết hợpvới neo BTCT và vỏ chống cố định là bê tông côt thép liền khối dày 30cm,M300

Diện tích đào của đờng hầm là:

a/ Chiều dài neo

Chiều dài neo đợc xác định theo công thức:

)(67,415,2.8,3.22

8,3.14,

2 1

178490

41,0.6,2

' 2

p

o o

3,641,0.6,2

' 2

p

o o

(2-2)

Trong đó:

lk _ chiều dài phần đuôi neo nhô vào trong lò, giá trị lk đợc xác định

từ chiều dày chèn,bản dầm tấm đỡ, bu lông, êcu thông thờng

lk = 0,140,25 m

hh _ chiều cao vùng phá huỷ, m

lz _ chiều dài làm việc của neo

Vậy chiều dài neo là:

Ta lấy chiều dài neo theo tiêu chuẩn là la = 1,5 m

b/ Khả năng mang tải của neo

- Độ bền cắt của cốt neo bê tông cốt thép dới tác dụng của lực kéo: (2-4)

Trong đó:

Ra _ giới hạn độ bền kéo của vật liệu làm neo, Ra = 64000 (T/m2)

Fc _ diện tích mặt cắt ngang của thanh neo ở chỗ bị giảm yếu nhiềunhất (m2);

da _ đờng kính thanh neo, da = 2,5cm = 0,025m

ltt _ chiều sâu tính toán của phần thanh neo trong chất dính kết,

ltt = 1,5 - 0,2 = 1,3m

τa _ độ bền cắt của neo trong chất dính kết(lực dính bám đơn vị),

τa = 600 (T/m2)Thay số vào công thức (2-5) ta đợc:

z h k

m d

R l

a

a a

.400

5,2.6400

≈

=

)(27,167,04,02,

d

P2 =π .τ

)(0005,02

025,0.14,32

2 2

- Độ bền của neo đợc xác định theo điều kiện liên kết giữa thanh neovới thành lỗ khoan bằng công thức:

d

P3 =π .τ

)(23,613,1.600.025,0.14,3

)(2,219,0.300.025,0.14,3

)(5,44,0.6,2

2,

3

2 =

)(85,2924,0

30

3

5,

1

)(

C

K P l

=

B _ chiều rộng công trình khi đào B = 7,6(m)

Thay số vào công thức (2-9) ta đợc:

Nh vậy ta sử dụng neo bê tông, cốt thép làm neo là cốt thép loại A- V

có đờng kính 2,5cm, khả năng mang tải là 21,2 tấn Neo đợc bố trí cáchnhau 1,4m

II.2.2 Tính chiều dày vỏ bê tông phun

Hiện nay bê tông phun đợc sử dụng khá phổ biến, nhất là trong việcgia cố, chống giữ CTN Với u điểm là tạo nên mặt biên công trình ngầmtrơn phẳng, chèn lấp đầy những chỗ lồi lõm trên mặt biên công trình nên cótác dụng điều chỉnh và phân bố lại ứng suất tập trung trên biên công trình.Theo Gs.Mostkov thì chiều dày vỏ bê tông phun đợc tính nh sau:

(2-10)

Trong đó:

k _ hệ số, k = 0,25

a’_ bớc chống (m) khi dùng bê tông phun và neo thì a’ = 1,4 m

RP _ giới hạn bền kéo tiêu chuẩn của bê tông phun (t/m3), RP = 1,542lần giới hạn bền kéo tiêu chuẩn của bê tông thờng Với bê tông M300 thì Rk

3,0.924,05,1

P a k

'

=δ

cm

m 2,2022

,0300.75,0

924,0.4,1.25,

=δ

77,3.14,35

,2.8,3.22

8,3.14,3

3

2 2

,2.8,3.22

8,3.14,

Chơng III: Thiết kế tổ chức thi công CTN III.1 Lựa chọn sơ đồ tổ chức thi công trên mặt cắt ngang và trên mặt cắt dọc, phơng pháp phá vỡ đất đá

Với diện tích đào là Sd ≈ 41,67 m2 trong điều kiện khối đá có chất ợng tốt(RMR = 75) thì ta chọn phơng án đào toàn tiết diện, gia cố hoànchỉnh cách gơng 20m bảo đảm không bị ảnh hởng của công tác khoan nổ

l-Phơng pháp phá vỡ đất đá ở đây là phơng pháp khoan nổ mìn, cụ thể

là phơng pháp nổ mìn tạo biên

III.2 Tính toán các thông số khoan nổ mìn

III.2.1 Chọn thuốc nổ và phơng tiện nổ

4 Đờng kính thỏi thuốc, dt mm 32

5 Chiều dài thỏi thuốc, lt mm 400

6 Trọng lợng một thỏi thuốc, Gt gram 400

Phơng tiện nổ là kíp vi sai phi điện

q = 1

152,1330

380 ≈

=

e

q = 1.1,3.1,152.1,3.1,1 = 2,14 (kg/m3)b/ Tính theo Moskov

trong đó: dk: đờng kính lỗ khoan, mm

db: đờng kính bao thuốc, mm

(4ữ8) khoảng hở cho phép để dễ dàng nạp thuốc

k S

q = 8,5

)/(8,06,0.67,41

5,

m kg

1+

−

=

b

B P

b

2422

.1712

w

5132

.242.5,125,

1 1

w

10882

.513.5,125,

1 2

w

P _ chu vi của đờng bố trí các lỗ mìn biên, do khi khoan ta không thểkhoan sát vào đờng biên của đờng hầm mà luôn phải khoan vào trong mộtkhoảng từ (0,140,15)m Do đó ta có:

P _ chu của đờng hầm không kể nền, m

W = Wb + (0,0540,15), m _ khoảng cách từ vòng phá đầu tiên tớibiên thiết kế W = 0,81 + 0,15 = 0,96 m

C _ hệ số phụ thuộc hình dạng đờng lò và giá trị W, C = 1,489

III.2.5 Chiều sâu lỗ mìn (l)

Tính theo tốc độ đào yêu cầu:

Trong đó:

T _ thời gian làm việc của đội thợ một ngày đêm, T = 24 (h)

26 _ số ngày làm việc trong một tháng

Tck _ thời gian làm việc của một chu kỳ lấy bằng thời gian 2 ca

η _ hệ số sử dụng lỗ mìn

26165

,0

3,7461,

W k k

S

2

1

=

321.9,0.9,0

66,

25

m T

T V

ữ

=

η

Nh vậy ta chọn chiều sâu lỗ mìn hợp lý là 2,5m

III.2.6 Tính toán lợng thuốc nổ

D _ đờng kính lỗ khoan trống (sử dụng 1 lỗ khoan trống),

- Chiều dài nạp thuốc:

- Lợng nạp trên 1m dài lỗ khoan ta có thể lấy bằng chỉ số của hàng đột phángoài cùng

10.67,

3

C D

C

γ

)/(4,002,2.10.225,1962

107171.107

17110

.76

Để tránh hiện tợng phá huỷ đờng biên do sức công phá của thuốc nổ nên takhông sử dụng bua cho các lỗ mìn tạo biên Nh vậy lợng thuốc nổ cần dùngcho mỗi lỗ mìn tạo biên là:

Lợng thuốc nạp cho một

lỗ (kg)

Góc nghiêng lỗ (độ) Chiều dài

nạp bua (m) Thứ tự nổ

Chiếu bằng Chiếucạnh

b/ Kết cấu lỗ mìn

Hình 3.1: Kết cấu lợng nạp

Tỷ lệ: 1:10c/ Sơ đồ bố trí lỗ mìn

Hình 3.2: Sơ đồ bố trí lỗ mìn trên gơng

Tỷ lệ: 1:100

Hình 3.3: Sơ đồ đấu ghép mạng nổ

Tỷ lệ: 1:10Ghi chú:

Đờng hầm khi đào là gơng độc lập cho nên ta chọn sơ đồ thông gió

đẩy với quạt cục bộ

III.3.2 Tính kợng gió cần thiết đa vào gơng

 Theo điều kiện số ngời làm việc lớn nhất tại gơng:

Qng = 6.n.k (m3/phút) (3-9)Trong đó:

n _ số ngời làm việc đồng thời lớn nhất, n = 20 ngời

l _ chiều dài đờng lò cần thông gió

S _ diện tích gơng hầm khi đào, S = 41,67 (m2)

t _ thời gian thông gió, t = 60 phút

qtn _ chi phí thuốc nổ cho 1 m2 gơng đào, kg

qtn = Q/Sđ = 112,8/41,67 = 2,71 (kg)Thay số vào công (3-10) thức ta đợc:

p _ hệ số tổn thất gió qua đờng ống

(3-12)

Trong đó:

k _ hệ số nối chặt đờng ống, mối trung bình k = 0,003

do _ đờng kính ống gió, do = 1,2 m

L _ chiều dài đờng lò, L = 400 m

ld _ chiều dài một đoạn ống, ld = 20 m

R_ sức cản khí động học của đờng ống

(3-13)Thay số vào công thức (3-12) ta đợc:

8,

.71,2.30

67,41.8,

3

d o

2,04.05,

=

R

022,112,0.20

400.2,1.003,0.3

Thay số vào công (3-11) thức ta có:

Qq = 1,022.820 = 838 (m3/phút) = 13,97 (m3/s)

 Tính hạ áp quạt

hq = ht + hđ (mmH20) (3-14)Trong đó:

Chọn loại quạt BOD - 16 Các đặc tính cho trong bảng 3.7

Bảng 3-7: Đặc tính kỹ thuật của quạt ly tâm BOD - 16

Các chỉ tiêu Quạt BOD - 16

Đờng kính đầu ra (mm) 1600 Tốc độ quay (vòng/phút) 2980 Năng suất cực tiểu (m 3 /s) 10 Năng suất cực đại (m 3 /s) 66

áp lực cực tiểu (Pa) 920

áp lực cực đại (Pa) 900

Hệ số hiệu dụng của quạt 4180 Công suất động cơ quạt, kW 160

III.3.4 Đa gơng vào trạng thái an toàn

Sau khi nổ mìn gơng hầm đợc thông gió tích cực trong 30 phút Thì

ta tiến hành đa gơng vào trạng thái an toàn Trớc hết đội trởng cán bộ kỹthuật và thợ nổ mìn cùng nhau vào gơng quan sát và đánh giá kết quả nổmìn, phát hiện và sử lý mìn câm nếu có

2γ

=

95,881,9.2

2,1.1,

Ngoài ra ta phải tiến hành kiểm tra đánh giá tình trạng đất đá ở nóc,hông, gơng hầm Các tảng đá om, đá treo, đá mỏi phải đợc chọc xuống hết.Các viên đá trên kết cấu chống phải đợc gạt xuống.

Chỉ khi hoàn thành các công tác trên gơng hầm mới đợc coi là antoàn và mới đợc chính thức đa thợ vào làm việc ở gơng hầm

ω _ hệ số dự trữ thời gian sự cố máy, ω = 1,141,15

T1 _ thời gian chuẩn bị

T3 _ thời gian kết thúc (đa máy và ra)

T2 _ thời gian thực sự xúc bốc đất đá

T2 = T2’ + T2’’

T2’ _ thời gian bốc đất đá không cần công nhân phá đá quá cỡ

α _ % đất đá bốc bằng máy không cần phá đá quá cỡ

V _ thể tích đất đá cần xúc sau khi khoan nổ mìn

t _ thời gian một chu kỳ xúc của máy xúc, phút

T2’’ _ thời gian bốc đất đá phải gom đá quá cỡ

tt _ thời gian trao đổi của thiết bị vận tải mà máy xúc phải ngừng hoạt

động

n _ số công nhân xúc đất đá

p _ số lao động cần thiết để xúc thủ công 1m3, ngời - phút

Máy xúc hoạt động liên tục:

T = ω(T1 + T2 + T3)

ω _ hệ số dự trữ thời gian sự cố máy, ω = 1,141,15

T1 _ thời gian xúc đất đá chính ở gơng

T2 _ thời gian xúc đất đá ở chân gơng và xúc vét

T3 _ thời gian kéo dài do vận tải trong quá trình xúc bốc

k t V T

v

o t g

o

' 2

ϕ

αϕ

=

p n

Q =

α _ % đất đá xúc vét và đá quá cỡ.

ko _ hệ số nở rời

kv _ hệ số nở rời phụ khi xúc

Pkt _ năng suất kỹ thuật của máy xúc

k1 _ hệ số giảm năng suất kỹ thuật của máy xúc do trạng thái đất nền

Tkíp _ thời gian làm việc 1 kíp (360’)

Tck _ thời gian chuẩn kết (30’)

Tnc _ thời gian ngừng nghỉ do yêu cầu cá nhân

Tchuyến _ thời gian hoàn thành một chuyến xe

Tchuyến = Thầm + Thở + Tđổ + Tquayđầu + Tlùi + Tra + Txúc

vh = 6 (km/h)

vh = 12 (km/h)

Tđổ _ thời gian đổ

Tqđầu _ thời gian quay đầu xe sau khi đổ tải

Tlùi _ thời gian lùi từ ngách quay xe đến vị trí xúc

kt

v o

P

k k V

T1= 1−α . .

1 2

k

k k V

v

t k V

1

chuyen

nc ck kip

T

T T T

=

h

t ham

v L

T = 2

Txúc _ thời gian xúc đầy xe.

Tra _ thời gian chạy từ vị trí xúc đến ngách quay xe

1,15 _ hệ số dự trữ

Số xe cần để hoạt động liên tục:

III.5 Thi công kết cấu chống

III.5.1 Thi công kết cấu chống tạm

Kết cấu chống tạm sử dụng là neo và bê tông phun Khi đó quá trìnhthi công đợc thực hiện nh sau:

Sau khi đa gơng vào trạng thái an toàn ta tiến hành khoan cắm neo.Trớc tiên ta dùng ngay máy khoan khoan các lỗ mìn để khoan các lỗ khoancắm neo theo hộ chiếu Bớc tiếp theo là bơm bê tông vào trong lỗ khoan khi

đã bơm đầy bê tông vào lỗ khoan ta tiến hành cắm neo Cần chú ý trong quátrình bơm bê tông phải đa đầu ống vào tận đáy lỗ khoan Đầu lỗ khoan luônngập trong vữa

Quá trình phun bê tông thì đợc thực hiện sau khi ta đã đào và cắmneo đợc 5 chu kỳ nh vậy để không phải vận chuyển thiết bị nhiều lần sẽ tốnnhiều thời gian Gơng bê tông phun luôn cách gơng nổ 1 khoảng là 20m đểbảo đảm sự ổn định cho gơng chống không bị ảnh hởng của quá trình nổmìn

III.5.2 Thi công kết cấu chống cố định

Công tác chống cố định đợc thực hiện sau khi đã hoàn thành công tác

đào và chống tạm trên suốt chiều dài đờng hầm cần thi công

- Đào móng cả hai bên đổ luôn bê tông móng và đa cốt thép vàomóng trớc khi đổ để bảo đảm tính gắn kết rồi dựng ván khuôn của phần t-ờng đặt cốt thép cho tờng dựng ván khuôn và đổ bê tông cho phần tờng Khitờng đã cứng thì đặt ván khuôn và cốt thép đổ nốt phần vòm

- Khi đổ bê tông thì đổ cả vào hai bên, chiều dày mỗi lớp đổ 40 cm.Ván khuôn sử dụng ở đây là ván khuôn di động với cấu tạo nh sau:+ Cột và dầm có kích thớc (20320)cm

+ Vòm 3 lớp gỗ dày 5 cm đợc ốp với nhau

+ Cột tăng lực đờng kính 15 cm

+ Lớp ván lát bên ngoài

ra xuc lui

chuyen xe

T T T

T n

++

=