ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HẦM DẪN DÒNG THỦY ĐIỆN CỬA ĐẠT

Lựa chọn hình dạng tiết diện ngang đờng hầm Đờng hầm thuỷ lợi: với mục đích tiêu thoát nớc ta có thể sử dụng loại tiếtdiện hình tròn, hình vòm bám nguyệt tờng thẳng hoặc hình chữ nhật…Vì

Phần I: Thiết kế kỹ thuật

Chơng 1 Khái quát chung công trình hầm dẫn dòng

thuỷ điện Cửa Đạt I.1 Nhiệm vụ thiết kế

Sau quá trình học tập và rèn luyện chuyên nghành xây dựng công trìnhngầm và mỏ, em đã đợc đi thực tập tốt nghiệp tại công trình thuỷ điện, thuỷlợi, Cửa Đạt Thanh Hoá và nhận đề tài: Thiết kế thi công hầm dẫn dòngthuỷ điện Cửa Đạt

I.2 Hệ thống công trình ngầm thuộc nhà máy thuỷ điện Cửa Đạt

+ Hầm dẫn nớc: Đờng hầm có chiều dài là 623,2m mục đích là dẫn nớc vàonhà máy

+ Hầm dẫn dòng: Có chiều dài 789.283m, đợc xây dựng bên vai phải đậpchính, theo hớng TB - ĐN, tuyến tim hầm hợp với tuyến tràn xả lũ một góc

230 và với tuyến đập chính một góc 640, cửa vào đợc bẻ góc 440 so với timhầm, đồng thời là hầm thuỷ lợi

Đảm bảo cấp nớc liên tục cho hạ du với lu lợng tối thiểu khoảng 50m3/sec

đáp ứng yêu cầu tới của hệ thống Sông Chu, cấp nớc cho thành phố ThanhHoá và các cơ sở công nghiệp

I.4 Điều kiện địa chất xung quanh công trình hầm dẫn dòng

I.4.1.Đặc điểm địa hình địa mạo

Địa hình: khu vực thiết kế chủ yếu gồm hai dạng địa hình bào mòn núi cao

và địa hình tích tụ chủ yếu là bãi bồi Vai trái ngoài phố Đạt tơng đối bằngphẳng còn lại là các đỉnh núi có cao độ trên 200m, sờn núi có độ dốc 35 ữ

450 ở vai phải cách tuyến đập chính khoảng 1 km về hạ lu có bãi khá bằngphẳng thuận lợi cho việc bố trí mặt bằng thi công Địa hình bên khu vực vaiphải đập là vùng địa hình với các yên ngựa hẹp có cao độ 180ữ190m Haiphía thợng hạ lu sờn núi bị kẹp bởi hai suối nhỏ từ đỉnh núi cao đổ xuốngvào sông Chu, tạo lên hai thung lũng hẹp có cao độ đáy khoảng +50m.)

I.4.2 Địa chất công trình

Mặt cắt địa chất đợc thể hiện trên hình vẽ 1.2

Địa tầng

- Tầng phủ:

+ Lớp 4A: lớp đất á sét nặng đến sét lẫn ít dăm sạn(khoảng 5ữ20%) Đôichỗ chứa tảng lăn 20ữ30cm, có chỗ tới 1ữ2m, trạng thái cứng, nửa cứng làchủ yếu, phân bố ở sờn núi Chiều dày lớp trung bình từ 2 ữ 5m Nguồn gốcpha tàn tích không phân chia

+ Lớp 4B: lớp đất á sét trung là chủ yếu chứa nhiều dăm sạn (khoảng

20ữ40% cá biệt có chỗ đến 20%), đôi chỗ có tảng lăn, phân bố ở hai bên

s-ờn núi Trạng thái cứng vừa chặt Chiều dày lớp trung bình từ 2 ữ 5m

- Các đới đá phong hoá bao gồm:

+ Đới phong hoá hoàn toàn :

Lớp 5A: Sản phẩm phong hoá hoàn toàn của đá gốc khi khoan lên ởdạng đất á sét nặng đến sét lẫn khoảng 10ữ20% dăm sạn mềm bở đôi chỗlẫn đá tảng 20ữ30cm Đới dày trung bình 5ữ20m, có chỗ tới 40m.

Lớp 5B: Sản phẩm phong hóa hoàn toàn của đá gốc Khi khoan lên ở dạng hỗn hợp á sét nhẹ-á sét trung và 35ữ40% dăm sạn, đôi chỗ chứa đátảng 30ữ40cm, lớp dày 5ữ10m

+ (6) Đới phong hoá mạnh: đá bị biến màu hoàn toàn Đá thờng ở dạng vỡvụn, búa đập dễ vỡ, các mảnh vỡ vụn không sắc cạnh kém cứng chắc Cáckhoáng vật flespat nhiều chỗ phong hoá gần thành đất

+ (7) Đới phong hoá vừa: đá tuy bị biến màu nhng còn cứng chắc, các mảnh

Tính chất cơ lý của đá bố trí công trình đợc thể hiện trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Tính chất cơ lý của đất đá dọc tuyến công trìnhSTT Đặc tính cơ lý của đá Đơn vị Đá Granit Đá Phiến thạch anh

- Các đứt gãy phá huỷ và hệ thống khe nứt :

+ Các hệ thống khe nứt bậc phần lớn có phơng Tây Bắc - Đông Nam, ít hơn

có phơng á vĩ tuyến, ít gặp nhất là các hệ khe nứt có hớng ĐB-TN và á kinhtuyến

Bảng 1.2 Đặc điểm các đứt gãy, khe nứt

Số hiệu

đứt gẫy phơngĐờng Hớngdốc Gócdốc Thông sốhình học Chất lấpđầy Vị trí

Đứt gẫy kểcả đới ảnhhởng rộng5ữ10m

Đất lẫndăm sạnrộng1ữ2m

Cắt chéotrụctuynen

Đứt gẫy kểcả đới ảnhhởng rộng1,5m

Đất lẫndăm sạnrộng0,1ữ1m

Cắt chéotrụctuynen

Khe nứttrung bình

có chiềuDài 3ữ8m ,bớc củakhe nứt0,6ữ2m độ

Sét sạn

Cắt gầnvuông gócvới trụctuynenIV-15 á vĩ

thạch anhhoặckhông có

Cắt gầnvuông gócvới trụctuynen

mở khe nứt0,1 ữ 2mm

chất lấp

đầy

Cắt gầnvuông gócvới trụctuynen

I.4.3 Địa chất thuỷ văn

- Mực nớc ngầm nằm khá sâu thờng đợc gặp ở nóc của đới phong hoá nhẹ,tính thấm của khối đá bao quanh hầm khá nhỏ khoảng 1 ữ 5 Lugeon, có thểthấy lợng nớc ngầm chảy vào hầm không nhiều

- Theo kết quả thí nghiệm phân tích thành phần hoá học của hai mẫu nớcngầm có tên là Bicacbonat Clorua Natri Canxi, nớc ngầm có tính ăn mònkiềm bicacbonat trung bình đối với bê tông chắc đặc bình thờng, ăn mònyếu đối với bê tông chắc đặc cao

+ Đới phong hoá nhẹ: Thấm yếu đến thấm vừa, lợng mất nớc đơn vị dao

động chủ yếu từ 0,01ữ 0,1 l/ph.m cá biệt tới 1.0 l/ph.m

+ Đá gốc: thực tế không thấm đến thấm yếu, lợng mất nớc đơn vị dao độngchủ yếu từ < 0,01 l/ph.m đến 0,05 l/ph.m cá biệt tới 1,0 l/ph.m, tính thấmnớc thờng ở phạm vi đứt gẫy phá huỷ

I.5 Phân loại, đánh giá khối đá

I1_ tham số kể đến độ bền nén đơn trục của đá

I2_ tham số thể hiện lợng thu hồi lõi khoan RQD (%)

I3_ tham số kể đến ảnh hởng khoảng cách giữa các khe nứt

I4_ tham số kể đến ảnh hởng trạng thái khe nứt

I5_ tham số kể đến ảnh hởng nớc ngầm

I6_ tham số kể đến ảnh hởng của góc cắm và đờng phơng khe nứt

- Đối với đá Granit:

+ Độ bền nén đơn trục của mẫu đá

Độ bền nến đơn trục của đá biến đổi không lớn từ 80 ữ 95 Mpa, → I1 = 7 + Chỉ số chất lợng thu hồi lõi khoan RQD (%)

Đờng hầm nằm trong đá cứng chắc nứt nẻ trung bình đôi chỗ nứt nẻ yếuGranit RQD = 75 ữ 80→ I2 = 17

+ Khoảng cách giữa các khe nứt

Đất đá phần cửa hầm nằm trong đới phong hoá vừa đến phong hoá nhẹ nứt

nẻ trung bình đến nứt nẻ yếu khoảng cách giữa cách khe nứt nhỏ 700 ữ

1000mm→ I3 = 14

+ Trạng thái các khe nứt

Các khe nứt thờng có chiều dài 5 ữ 10m, độ mở thờng 0,1 ữ 2mm, độ nhámcao và không có chất lấp đầy → I4 = 24

Theo phơng pháp phân loại của Bienawski

RMR = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6 = 7 + 17 + 14 + 24+ 13 – 2 = 73

- Đối với đá Phiến thạch anh:

+ Độ bền nén đơn trục của mẫu đá

Độ bền nến đơn trục của đá biến đổi không lớn từ 85 ữ 100Mpa, → I1 = 7 + Chỉ số chất lợng thu hồi lõi khoan RQD (%)

Đờng hầm nằm trong đá cứng chắc nứt nẻ yếu Granit RQD = 80 ữ 95 → I2

=18

+ Khoảnh cách giữa các khe nứt

Đất đá phần cửa hầm nằm trong đới phong hoá vừa đến phong hoá nhẹ nứt

nẻ trung bình đến nứt nẻ yếu khoảng cách giữa cách khe nứt nhỏ từ 600 ữ

Theo phơng pháp phân loại của Bienawski

RMR = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6 = 7 + 18 + 15 + 25 + 13 – 2 = 76

- Đánh giá khối đá: Theo RMR = 73 ữ 76 đờng hầm đào qua đất đá tơng

đối ổn định có điều kiện địa chất thuận lợi

+ Thời gian ổn định không chống của đờng hầm

Khu vực thi công trong đồ án của ta nằm trong đất đá có RMR = 73 ữ 76

đ-ợc đánh giá là tốt

Dựa vào hình vẽ 1.3 mối quan hệ giữa giá trị RMR và thời gian ổn định không chống với khẩu độ công trình là 10m là 104 giờ ≈ 13 tháng

Hình vẽ 1.3 Mối quan hệ giữa giá trị RMR với thời gian ổn định không

chống Theo Bieniawski (1979)

Chơng 2

Thiết kế kĩ thuật

I.1 Lựa chọn hình dạng tiết diện ngang đờng hầm

Đờng hầm thuỷ lợi: với mục đích tiêu thoát nớc ta có thể sử dụng loại tiếtdiện hình tròn, hình vòm bám nguyệt tờng thẳng hoặc hình chữ nhật…Vì đ-ờng hầm đào qua đất đá ổn định để thuận lợi trong thi công ta chọn tiết diệnvòm bán nguyệt tờng thẳng

I.2 Xác định kích thớc mặt cắt ngang đờng hầm

- Kích thớc sử dụng của đờng hầm đợc xác định theo lu lợng dòng chảy quahầm, lu lợng nớc lớn nhất đi qua hầm là Qmax= 94.2 m3/s

Vận tốc dòng chảy trong hầm thoả mãn kiều kiện: V =

sd

S

Q

≤ Vmax (m/s) Trong đó: V_Vận tốc dòng nớc chảy trong hầm, m/s

Q_Lu lợng nớc đi qua, m3/s

Ssd _Diện tích mặt cắt ngang sử dụng của đờng hầm, m2

Vmax _Vận tốc dòng nớc chảy cho phép trong hầm, với đờng hầm thuỷ lợi, Vmax=1,5 m/s [1]

2 94

để dễ tính toán và thi công ta lấy r = 4,5 (m) → Ssd = 72,3 (m2)

- Phần cửa hầm: Vì là nơi tiếp nhận thu gom nớc, trực tiếp chịu tác dụngcủa dòng xoáy Vậy để giảm sự tác dụng của dòng chảy kích thớc cửa hầmlớn hơn và giảm dần theo chiều dài, ta chọn cửa hầm có kích thớc:

bán kính vòm phần cửa r = 5,5 (m),

chiều cao tờng phần cửa h = r = 5,5 (m)

vậy chiều rộng phần cửa hầm: b = 2.r = 11 (m)

Chiều cao cả vòm và tờng phần cửa hầm là: h/ = r + h = 11 (m)

11000

9000 10000

9000 11000

R 5500

R 4500 11000

Hình vẽ 2.1 Kích thớc phần hần cửa hầm

Tỷ lệ 1: 1000

I.3 Lựa chọn vỏ chống

I.3.1 Lựa chọn kết cấu chống tạm

- Kết cấu chống tạm thời đợc sử dụng để chống giữ đờng hầm trong thờigian thi công, có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho công nhân và thiết bị làmviệc

- Đờng hầm có điều kiện phù hợp với điều kiện của Bieniawski đa ra chiềurộng đờng hầm B = 10 (m) đào qua đất đá có tham số RMR = 76 theo chỉdẫn phân loại địa cơ học cho CTN và biện pháp chống giữ cho đờng hầm,của Bieniawski (1979) thể hiện trong bảng 2.1 ta thấy biện pháp chống giữ

là sử dụng neo cục bộ dài 3.0 m tại nóc, khoảng cách 2.5 m, đôi chỗ sửdụng lới thép và bê tông phun dày 50 mm tại nóc (nếu cần thiết) Vậy để

đảm bảo an toàn chúng ta kiến nghị sử dụng kết cấu chống tạm là tổ hợpneo bê tông cốt thép và bê tông phun

Bảng 2.11 Chỉ dẫn phân loại địa cơ học cho CTN và biện pháp chống giữ cho đờng hầm, theo Bieniawski (1979).

Hình dạng: Hình móng ngựa; Chiều rộng: 10 m; ứng suất thẳng đứng: nhỏ hơn 25 MPa;

Đào bằng khoan nổ mìn

Loại khối đá Biện pháp thi công Neo dính kết đờng kínhBiện pháp chống giữ

Neo cục bộ dài 3.0 m tại nóc, khoảng cách 2.5 m,

đôi chỗ sử dụng lới thép

kỳ nổ mìn Chống giữ hoàn thiện cách gơng 10 m

Neo mạng dài 4.0 m, khoảng cách các neo 1.5 – 2.0 m tại nóc và hông

Sử dụng thêm lới thép tạinóc

50 – 100 mm tại nóc, 30 mm

đào cách gơng 10 m

Neo mạng dài 4-5 m, khoảng cách các neo 1.0 – 1.5 m tại nóc và hông

kết hợp với lới thép

100 – 150 mm tại nóc, 100 mm tại hông

Vì thép loại nhẹ tới trung bình, khoảng cách 1.5 m khi cần

Neo mạng dài 5-6 m, khoảng cách các neo 1.0 – 1.5 m tại nóc và hông

kết hợp với lới thép Neo tại vòm ngợc

150 - 200 mm tạinóc, 150 mm tại hông, 50 mm tại mặt gơng

Vì thép loại trung bìnhhoặc nặng, khoảng cách 0.75 m kết hợp với giằng thép và neo vợt trớc khi cần Sử dụng tại cả vòm ngợc

I.3.2 Kết cấu chống cố định

- Lớp đất đá xung quanh công trình đào qua là ổn định, vì đờng hầm dẫndòng làm việc trong điều kiện môi trờng nớc, hầm thuỷ lợi thoát lũ có thờigian tồn tại lâu dài vậy ta sử dụng vỏ chống cố định là bê tông cốt thép liềnkhối

3 2

+ 4,8.10 = 87.25( m2)

750 750

10000 500

9800

300 4500

4500 500

r = 4500

R = 5000

Hình 2.2.1 Kích thớc tiết diện ngang thân hầm

Tỷ lệ 1:100Tơng tự ta có kích thớc đào phần cửa hầm:

3 2

+ 5,8.12 = 126,42 ( m2)

300 500

750 750

12000Hình 2.2.2 Kích thớc tiết diện ngang cửa hầm

Tỷ lệ 1:100

I.4 Tính toán áp lực đất đá lên công trình

- Đờng hầm nằm trong đất đá rắn chắc bền vững có hệ số kiên cố f = 8 nên

ta áp dụng phơng pháp RMR:

- Chiều cao vòm phá huỷ: hph = RMR.B n

100

100 − (m)

Trong đó: Bn_ chiều rộng đào của công trình, (m)

RMR_ Chỉ số chất lợng khối đá tính theo Bieniawski

Trong đó :g_ tự trọng vỏ chống phân bố đều trên một chiều dài đơn vị,

p

Hình 2.3 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên vỏ chống đờng hầm

Tỷ lệ 1:100

I.5 Tính toán nội lực trong vỏ chống

- Nhận xét áp lực phần cửa hầm lớn hơn phần thân hầm, trong khi đó khôngthay đổi kích thớc vỏ chống cho nên ta chỉ cần xác định nội lực cho cửahầm

a) Xác định nội lực trên vòm

- Đây là vòm không khớp, hệ siêu tĩnh bậc 3 nên cần 3 phơng trình chínhtắc để xác định 3 ẩn: M0 , N0 , Q0

M 0 0

M

0 0

Nhng do công trình chịu tải trọng đối xứng nên lực cắt tại đỉnh vòm Q0= 0

và ta chỉ cần xét nửa bên phải của công trình

Ta có hệ phơng trình chính tắc để xác định M0 và N0:

0

M Q ds

F E

N N ds

J E

M M

0

.

2

2

.

M M

0

.

2

Trong đó : s_ nửa chiều dài vòm

E_ môđun đàn hồi của vật liệu làm vỏ chống

J_ môđun quán tính tiết diện vỏ hầm

y y y

y y y

.

.

y A y

M y y M

2

) (

.

y A y

M y y M

q q

Bảng 2.1.2 Momen và lực dọc

0 N 0 M

N M Q

2

x

].cosϕ - N0.sinϕ + qng.(1- cosϕ).r.sinϕ

Ta có:q = 8,5(T/m); qđ = 9,6 (T/m); qng = 0,85 (T/m), x = r.sinϕy= 6.sinϕy

Thay số vào ta có: Qϕ = 46.sinϕ.cosϕ + 21.cosϕ.sin2 ϕ + 6,78.sinϕ

+Momen:Mϕ = M0 + N0(1- cosϕ).r – qng(1-cosϕ)2

+Lực dọc: Nϕ = N0 cosϕ - qng..(1- cosϕ).r cosϕ + [q..x+(qx- q).

Bảng 2.1.3 Các giá trị nội lực của vòm

b) Xác

định nội lực trong tờng thẳng

Theo Đavdov có hai chế độ làm việc của tờng là cứng vững hoặc đànhồi Để xác định chế độ làm việc của tờng là cứng vững hay đàn hồi dạ vào

đại lợng: α = 3

2 0

2

1

1 6

.

C J

E _môđun đàn hồi của vật liệu xây tờng E =290000 KG/cm2

J _ mômen quán tính mặt cắt ngang tờng J =

12

3

t

d b

b _ chiều dài một đơn vị dọc theo trục của tờng

dt _chiều dày tờng, dt = 0,5m

à _ hệ số Poát xông của vật liệu xây tờng à= 0,17

à 0 _hệ số Poát xông của đất đá xung quanh tờng à 0 = 0,094

C = 0,2.ht = 0,2 1000 = 200cm

Thay số vào (2.22) ta đợc : α = 43,7 > 0,05 Vậy tờng làm việc ở chế độ

đàn hồi

Tờng chịu tác dụng của các lực sau:

+ Nội lực từ vòm truyền xuống gồm :

Mx= 48,4 (T.m), Nx= 78,5 (T), Qx= - 45,1 (T)

+ Trọng lợng bản thân vật liệu làm tờng: G = dt.γbt = 0,5.2,2 = 1,1(t/m2) + Phản lực đất đá phân bố theo hình tam giác qbd

+ Tờng làm việc với chế độ đàn hồi nên xuất hiện lực ma sát T ở thành ờng

bd

G

q M

2

.

f h

q bd c = 0 , 4

2

5

= +

−

5 , 115

125 , 21

3 , 8

5 , 77 5

, 0

1 , 45

5 , 2

d bd

d bd

bd

q q

q q

q U

→ qbd = - 53,78 (t) qd = - 26,5 (t) U = - 126,25 (t)

*Tính nội lực của tờng tại tiết diện bất kì

h

y h q

Gy = dt.y.γbt= 0,5 y.2,2 = 1,1.y

Thay số ta đợc: Ny = 67,99 – 0,192.y - 0,0468.y2 (2.28)

+ Lực cắt : Qy = Qx + [ qbdy.y + (qbd – qbdy)

2

y

] = - 8,4 + 1,17.y - 0,117.y2 (2.30) Thay các giá trị y vào các công thức tính nội lực trên ta đợc giá trị nội lựcphần tơng đợc thể hiện trông bảng 2.1.4

Bảng 2.1.4 Các giá trị nội lực phần tờng

Biểu đồ nội lực đợc thể hiện trên hình vẽ 2.4.6

II Tính toán kết cấu chống

II.1 Tính toán kết cấu chống cố định

- Kiểm tra cấu kiện lệch tâm lớn hay bé

Nth_Lực dọc tới hạn, Nth = 2

0

4 , 6

Jb , Ja _mô men quán tính của bê tông và cốt thép

Eb , Ea_ môđun đàn hồi của bê tông và cốt thép

μ%_ hàm lợng cốt thép, trên cơ sở giả thiết:

μ % =

b

a a

100 3

= 104.104 (cm4)Vì : 0,05.h = 2,5 (cm) < e0 = 26,6 (cm) < 200 (cm) = 4.h

Hệ số kể đến độ lệch tâm ban đầu: S =

h

e0

1 , 0

11 , 0

+ + 0,1 =

50

6 , 26 1 , 0

11 , 0

h = 50cm

a a

a a n

Hình 2.5 Sơ đồ tính toán cốt thép

Tỷ lệ 1:100Viết phơng trình tổng hợp lực lên phơng dọc trục của cấu kiện ta có

10 5 ,

78 3

= 6,04 cmCốt thép đặt đối xứng Fa/ = Fa, Vậy diện tích cốt thép chịu nén và kéo

F/

a = Fa =

) (

) 2 (

0

0

a h R

x h e N

2800

) 2

04 , 6 48 2 , 61 (

10 5 ,

.100% =1002.14.50,9 100% = 0,5% điều kiện thoả mãnVậy hàm lợng cốt thép bố trí là hợp lí

.100% = à =

50 100

2 , 15 2

.100% = 0,61%+ Cốt cấu tạo thép AII φ16, khoảng cách a = 500 mm

+ Cốt đai thép AII φ6 có vai trò liên kết các cốt chịu lực, chống lực cắt cục

bộ khoảng cách giữa các cốt đai là 500mm

- Riêng phần nền do chịu áp lực tác dụng nhỏ nên ta chỉ bố trí trong 1m dài

đờng hầm chọn cốt chịu lực 4 thanh thép AII φ 22, khoảng cách giữa cácthanh thép a = 250 mm, cốt dọc chọn 7 thanh thép AII φ 16 khoảng cách a

= 1000 mm,

Sơ đồ bố trí cốt thép thể hiện trên hình vẽ 2.5.1

II.2 Tính toán kết cấu chống tạm

II.2.1 Tính neo

a) Chiều dài neo

Chiều dài neo xác định theo công thức: Ln = b1 + 1,5.lz + lk (m)

Trong đó:

b1 _ chiều cao vùng phá huỷ theo tính toán ở trên thì: b1 = 2,4 (m)

lk _ chiều dài phần đuôi neo nhô vào trong đờng hầm lk = 0,1 (m)

Để đảm bảo an toàn ta lấy Ln = 3,5 (m)

Vậy chiều dài khoá neo thực tế là lz = 0,5 + (3,5 – 3,25) = 0,75 (m)

b) Khả năng mang tải của neo

Đặc tính neo

cốt neo: sử dụng cốt thép tròn nhóm A II, vậy Ra = 2800 KG/cm2

đờng kính cốt neo: dn = 25 mm nên tiết diện thanh Fc = 4,9 cm2

Khả năng mang tải của neo:

- Tính theo khả năng chịu kéo của thanh neo: P1 = Fc Ra.Klv (T)

Trong đó: Fc_ tiết diện cốt neo, Fc = 4,9 cm2

Ra_độ bền kéo của thép làm cốt neo, Ra = 2800KG/cm2

Klv_ hệ số làm việc của thanh neo, Klv = 0,9Thay số ta đợc: P1 = 4,9.2800.0,9 = 12,35 (T)

- Theo điều kiện bám dính của cốt neo với bê tông

P2 = π.dn τ1.lz.kz.klvz (T)

Trong đó: dn_đờng kính thép làm neo, dn = 25.10-3 (m)

τ1_lực dính kết giữa thanh neo và bê tông, vậy ta có τ1 = 250 (T/m2)

lz_ chiều dài làm việc của khoá neo, lz = 0,75 (m)

kz_hệ số điều chỉnh chiều dài khoá neo, kz = 0,7

klvz_hệ số điều kiện làm việc của khoá neo, klvz = 0,8

.

3 , (m)trong đó: Ln _chiều dài thanh neo

.

3 =

4 , 6

24 3

5 , 3

6 (3,5 + 10) = 1,7 (m)Vậy Khoảng cách giữa các neo theo phơng vuông góc trục hầm đợc chọntheo giá trị nhỏ nhất: a = min(a1,a2,a3) = 1,54 (m)

Để tăng độ an toàn ta lấy a = 1,5 (m)

d) Tính lợng neo trong một vòng chống: Nv ,(neo)

Số lợng neo trong một vòng chống đợc tính nh sau:

Trong một vòng neo chỉ đợc phân bố ở phần vòm còn phần tờng không bố trí neo: = + 1

7 , 15

11,546 ≈ 12 (neo) (1.5)

Trong đó: Cv_chu vi của vòm, Cv= π.R = 3,14.5 = 15,7 (m)

N

C

1 12

7 , 15

4 , 6 5 , 1 25 ,

0 = 0,042 (m) ≈ 0,05 (m)Trong đó: k_ Hệ số khi dùng bêtông phun kết hợp neo k = 0,25

a/_bớc chống khi dùng bê tông phun và neo thì a/ = 1,5 (m)

Neo BTCT l = 3,5m 25 AII 1,44x1,5 (mxm)

+ Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ thi công có ý nghĩa quyết định về mặt tiến

độ xây dựng độ bền vững của công trình cũng nh là thời gian tồn tại củacông trình Do việc xây dựng cửa hầm gồm 2 công việc chủ yếu là xâydựng hố móng và phần ngầm đầu tiên, hai công việc này không thể đồng

thời cùng tiến hành do đó việc xây dựng cửa hầm theo sơ đồ nối tiếp từngphần, theo trình tự : Xây dựng hố móng → Xây dựng phần ngầm

+ Trình tự thi công trong phần xây dựng hố móng:

Xác định biên giới hố móng → đa máy xúc vào xúc bốc đất đá và ô tô vậnchuyển đất đá ra bãi thải → khoan neo để giữ ổn định → xây dựng rãnh n-ớc

+ Trình tự thi công trong phần ngầm:

Đào gơng xúc bốc vận tải, neo xiên tiến trớc củng cố neo dọc → phun bêtông phun gia cố

- Cửa thu nớc đợc thiết kế gồm 7 mái dốc Các mái dốc nền đào đợc

thiết kế với chiều cao h =10m, riêng mái dốc cửa hầm đợc đào với chiềucao h =15m

+ Trên mỗi cơ mái dốc, bố trí bậc b = 3m đủ bố trí rãnh thoát nớc dọc và lối

đi kiểm tra trong quá trình thi công, mặt bằng cửa hầm và mặt cắt dọc cửahầm lần lợt thể hiện trên hình 3.1.1 và hình 3.1.2

+ Tất cả bậc của mái dốc đều đuợc thiết kế rãnh thoát nớc với mặt cắtngang rãnh: 0,5x0,3x0,3 (chiều rộng đỉnh rãnh x chiều rộng đáy rãnh xchiều cao rãnh)

I.1.2 Tính khối lợng hố móng

+ Cửa hầm đợc thiết kế gồm 7 mái dốc Các mái dốc nền đào đợc

thiết kế với chiều cao h =10(m), riêng mái dốc cửa hầm đợc đào với chiềucao h =15(m)

Dựa vào sơ đồ ta xác định khối lợng đất đá đào xúc:

- Taluy thứ nhất trên cùng, ta coi phần phải bạt có dạng hình tam giác vàkhối lợng xúc bốc tính nh sau:

V1 =

2

1 ( 12.10) 25 = 1500 (m3)

Trong đó: 10_chiều cao taluy thứ nhất

12_chiều rộng taluy thứ nhất

25_chiều dài taluy thứ nhất

- Taluy thứ hai, ta coi phần phải bạt taluy thứ hai có dạng hình thang vàkhối lợng xúc bốc tính nh sau:

V2 =

2

1 (12 + 15).10.27 = 3150 (m3)

- Taluy thứ ba, ta coi phần phải bạt taluy thứ hai có dạng hình thang và khốilợng xúc bốc tính nh sau:

đá Ta sử dụng loại máy xúc EO – 4321 có đặc tính kĩ thuật thể hiện trongbảng 3.1.1

Bảng 3.1.1: Đặc tính kĩ thuật của máy xúc EO – 4321

Thời gian một chu kì quay 16 s

- Do chiều cao nâng tối đa của máy xúc là 5,5 m mà chiều cao taluy là 10m nên ta sử dụng 2 máy xúc với taluy thứ nhất do cha có đờng tạm

( đờng vào) nên chỉ sử dụng 1 máy xúc để xúc bốc đất đá, vì chiều cao tối

đá là 5,5m → máy xúc chỉ xúc 1 nửa taluy đầu sau đó quay lại xúc tiếpphần còn lại

- Khi máy xúc thứ nhất xúc bốc đất đá ở taluy thứ nhất thì máy xúc thứ haitiến hành mở đờng tiến vào taluy thứ hai

- Sau khi máy xúc bốc hết đất đá ở taluy thứ nhất thì tiến hành quay xuốngxúc đất đá ở mái dốc taluy thứ hai, còn máy xúc thứ hai tiến hành di chuyển

đến vị trí taluy thứ ba quay lên xúc bốc đất đá ở phần dới của taluy thứ hai

cứ nh thế tiến hành xúc bốc hết phần đất đá phần hố móng, sơ đồ đào hốmóng đợc thể hiện trong hình vẽ 3.1.3

Máy xúc: EO - 4321

Ô tô tụ đổ: MO A3 - 6401

Ô tô tụ đổ:

MO A3 - 6401 Máy xúc: EO - 4321

- Tính toán năng suất tổ hợp xúc bốc – vận tải:

+ Tính toán năng suất máy xúc: N = q.Nck.ktg

kd = 0,9 _ hệ số xúc đầy gầu

Kt = 1,5_ hệ số tơi của đất đá phủ

ktg = 0,8_ hệ số sử dụng thời gian

Nck_3600/Tck_ số chu kì trong một giờ

Tck = td + tx + tn + th + 2tc (s)

td = 15 (s)_thời gian chờ xe vào vị trí nhận tải

tx = 6 (s)_ thời gian xúc một gầu

tn = 9 (s)_ thời gian nâng gầu xúc lên

th = 4 (s)_ thời gian hạ gầu xúc xuống

tc = 16 (s)_thời gian một chu kì quay

Trong đó: 7_thời gian làm việc của máy xúc trong 1ca kể đến thời gianngừng nghỉ, (giờ)

do sử dụng hai máy xúc nên năng xuất xúc bốc của hai máy xúc là

1500

= 3,9 (ca)+ Thời gian xúc hết đất đá với các taluy tiếp theo đợc tính theo công thức: ti

ti _ thời gian xúc bốc hết đất đá ở taluy thứ i

tcb = 15 (phút) = 0,031 (ca)_ thời gian để chuẩn bị máy để di chuyển đếntầng tiếp theo

= 0,0025 (ca) _thời gian để máy xúc di chuyển từ tầng này

đến tầng kia

l = 0,1 (km)_ quãng đờng di chuyển từ tầng này đến tầng kia

v = 5 (km/h)_ tốc độ di chuyển của máy xúc

tmd = 15 (ca) _thời gian mở đờng công vụ

Vậy tổng thời gian xúc hết lợng đất đá và thời gian mở đờng công vụ là:

Chọn số lợng ôtô để đảm bảo năng xuất vận chuyển lớn hơn năng xuất xúcbốc, với thông số kĩ thuật của máy xúc cự li di chuyển L = 1,5 (km) vàdung tích xúc đầy gầu là 0,8 (m3) ta chọn loại ô tô tự đổ: MOAZ 7405-

9585 có thông số kỹ thuật thể hiện trong bảng 3.1.2

Bảng 3.1.2 Đặc tính kỹ thuật của xe MOAZ 7405- 9585

3 Tốc độ di chuyển cực đại (không tải) km/h 40

+ Năng xuất tổ hợp xúc bốc - vận tải: Nx-vt =

ckvt t

tg q

T k

k Q k

.

8 60

(m3/ca – xe)trong đó: Q = 12,5 (m3)_ thể tích thùng xe

ktg = 0,82 _hệ số sử dụng thời gian

kq = 0,9 _ hệ số xúc đầy xe

kt = 1,5_ hệ số tơi của đất đá

Tckvt _thời gian một chu kì vận tải

t1_ thời gian chất tải, t1 =

x

q

N

k Q.

= 1224,5,.150,9 = 0,464 (h) = 27,84 (phút)

Nx_ năng xuất xúc của máy xúc, Nx = 24,15 (m3/h)

t2 = 2 (phút)_ thời gian dỡ tải

tcd = 5 (phút)_ thời gian chờ đợi đa xe vào vị trí nhận tải

tqx = 5 (phút)_ thời gian quay xe

v1 = 5 (km/h)_ vận xe khi có tải

v2 = 10 (km/h)_ vận tốc xe khi không tải

L = 1,5 (km)_ chiều dài đoạn đờng vận chuyển từ taluy ra bãi thải

kt_hệ số kể đến loại đờng vận tải với đồi núi kt = 1,1

Tckvt = 27,84 +2 + 5 + 5 + 1,1(

5

5 , 1

+

10

5 , 1

).60 = 69,54 (phút)

→ Nx-vt =

ckvt t

tg q

T k

k Q k

.

8 60

= 60.8.01,,59.69.12,54,5.0,82 = 48,95 (m3/ca – xe)

Số lợng ô tô phục phụ cho một máy xúc làm việc liên tục là: n/ =

= 1224,5,15.0,9 = 0,464 (h) =27,84 (phút): Vậy n/ =

54 , 69

= 2,49 (xe) ta chọn 3 xe

Do sử dụng 2 máy xúc nên số xe để vận chuyển đất đá là : n = 2.n/ = 6 xe

Số chuyến vận chuyển hết lợng đất đá là :

nch =

q

t

k Q

k V

.

.

=

9 , 0 5 , 12

5 , 1 26729

= 3564 (chuyến)trong đó : Q = 12,5 (m3)_ thể tích thùng xe

kq = 0,9 _ hệ số xúc đầy xe

kt = 1,5_ hệ số tơi của đất đá phủ

Vậy mỗi ô tô phải vận chuyển là : n1xe = n6ch

đào chống tạm bậc dới, gơng trên tiến trớc Công tác chống cố định đợcthực hiện sau khi đào chống tạm xong cả bậc trên và dới

- Gơng bậc trên đợc tiến trớc với kích thớc đào là:

+ Chiều cao cả phần vòm và tờng là: H1 = R + h1 = 6 + 1,5 = 7,5 (m)

+ Chiều cao gơng bậc dới là: H2 = H – H1 = 11,8 – 7,5 = 4,3 (m)

H_ chiều cao toàn gơng, H = 11,8 (m)

+ Chiều rộng gơng bậc dới là: b = 2 R = 12 (m)

Vậy bậc dới cửa hầm có diện tích đào là: Sđ2= H2.b = 4,3.12 = 51,6 (m2)Phần thân hầm:

- Gơng bậc trên đợc tiến trớc với kích thớc đào là:

+ Chiều cao cả phần vòm và tờng là: H1 = R + h1 = 5 + 1,5 = 6,5 (m)

+ Chiều cao gơng bậc dới là: H2 = H – H1 = 9,8 – 6,5 = 3,3 (m)

H_ chiều cao toàn gơng, H = 10 (m)

Hình3.2.Kíchthớc đào gơng hầm

Tỷ lệ 1:100

- phơng phá đào phá đất đá, đất đá có độ kiên cố f = 8 nên ta sử dụng

phơng pháp khoan nổ mìn, theo phơng pháp nổ mìn tạo biên

II.2 Thiết kế thi công gơng hầm bậc trên

II.2.1 Lựa chọn thiết bị thi công

Căn cứ vào tính chất cơ lí đá, độ ổn định của khối đá xung quanh, diện tíchtiết diện ngang của đờng hầm ta chọn :

- Thiết bị khoan: sử dụng máy khoan Boomer-352 có các thông số kĩ thuậtthể hiện trong bảng 3.1.3

Bảng 3.1.3 Các thông số kĩ thuật của thiết bị khoan Boomer-352

P3151 có thông số kĩ thuật thể hiện trong bảng 3.1.4

Bảng 3.1.4 Các thông số kĩ thuật của thuốc nổ P3151

(Powergel Magum - 3151)Thuốc nổ thuốc nổMật độ Đờng kínhthỏi thuốc thỏi thuốcChiều dài Trọng lợngthỏi thuốc

- Kíp điện: Để kích nổ các thỏi thuốc sử dụng loại kíp vi sai phi điện EXEL

có thời gian vi sai đợc thể hiện trong Bảng 3.1.5

Bảng 3.1.5 Đặc tính của kíp nổ EXEL

Đờng kính choòng khoan (mm) 45

Bậc duới Bậc trên

4300

12000

R = 6000

11800

Số vi sai 0 1 2 3 4 5 6Thời gian vi sai

+ Độ bền kéo tối thiểu: 45 KGF

+ Chiều dài tiêu chuẩn (m): 4,9

- Máy nổ mìn: VMK – 500, đặc tính kĩ thuật máy nổ mìn đợc thể hiêntrong bảng 3.1.6

II.2.2 Tính toán các thông số khoan nổ mìn và lập hộ chiếu khoan nổ a) Đờng kính lỗ khoan: dlk (mm)

- Đờng kính lỗ khoan đợc xác định theo đờng kính thỏi thuốc và khả năngkhoan của máy khoan:

Đờng kính lỗ khoan: dlk = db + (3 ữ 12) (mm)

Với thỏi thuốc có đờng kính: db= 32(mm) thì dlk = 32 + 10 = 42 (mm) Đểphù hợp với thiết bị khoan Boomer-352 (đờng kính choòng khoan) thì ta lấy

dlk = 45 (mm)

b) Chiều sâu lỗ khoan: llk (m)

- Chiều sâu lỗ khoan đợc lựa chọn tuỳ thuộc tiến độ thi công, mức độ ổn

định của khối đá, diện tích tiết diện gơng hầm và thiết bị khoan

+ Mức độ ổn định của khối đá: đoạn hầm thi công trong khối đá rắn chắc,RMR = 76 nên có thể chọn chiều sâu lỗ khoan đến llk = 4 ữ 5(m)

+ Diện tích tiết diện gơng đào cũng có ảnh hởng đến việc lựa chọn chiềusâu lỗ khoan

Thông thờng ta có: llk = (0,5 ữ 0,7) S d = 0,6 54 , 25 = 4,4 (m)

+ Theo yêu cầu tiến độ thi công đề ra là: Vth = 80 (m/tháng)

Ta có công thức tính chiều dài lỗ khoan: llk =

η

24 26

.T

V th

=

85 , 0 24 26

24 80

= 3,5 (m)Trong đó : 26_số ngày làm việc trong 1 tháng, ngày

24_ số giờ làm việc trong ngày, giờ

T_thời gian hoàn thành một chu kì, T = 24 giờ

η_ hệ số sử dụng lỗ mìn

- Vậy theo năng xuất thiết bị thi công: ở đây ta sử dụng máy khoanBommer352 : có thể khoan các lỗ khoan có chiều sâu đến 4,64 (m)

Từ các yêu cầu nh năng xuất máy khoan, tính chất cơ lí đất đá và theo tiến

độ xây dựng yêu cầu ta chọn chiều sâu lỗ khoan thi công: Llk = 3,5 (m)

c) Chỉ tiêu thuốc nổ, lợng thuốc nổ đơn vị: q ( kg/m3)

- Lợng thuốc nổ đơn vị là lợng thuốc nổ cần thiết để phá vỡ 1 m3 đá nguyênkhối, thông số quan trọng ảnh hởng trực tiếp đến kết quả nổ mìn, nó phụthuộc vào loại thuốc nổ sử dụng, tiết diện gơng đào, tính chất cơ lý của đất

f = 8 _ hệ số kiên cố của đất đá

fc_hệ số cấu trúc của đá trong gơng hầm

Phần cửa hầm đào qua lớp đất đá phân lớp không đều nứt nẻ nhỏ → fc=1,4Phần thân hầm đào qua lớp đất đá phân lớp mặt tạo lớp vuông góc với hớngcủa lỗ khoan→ fc = 1,3

v _ hệ số nén ép hay hệ số sức cản của đất đá, v tỉ lệ nghịch với ( S d ) cănbậc hai của diện tích gơng đào

Theo GS Pocrovxki N.M thì với Sđ > 20m2 thì v = 1,2 ữ 1,5

Bảng 3.1.7 Khoảng cách giữa các lỗ mìn biên [4]

Các thông số Hệ số kiên cố của đât đá, f

3 ữ 6 6 ữ 9 9 ữ 12

+ Dựa vào bảng trên và đặc điểm địa chất ta chọn khoảng cách giữa các lỗmìn biên là : bb = 55 cm = 0,55 m.

Tổng số lỗ mìn biên (Nb) đợc xác định theo công thức N.M.Pocrovxki:

, (lỗ)Trong đó:

Pb _chu vi biên hầm theo thiết kế, P = C S d (m) đờng hầm có dạng hìnhvòm nên C = 3,86

55 , 0

12 52 , 74 86 , 3

+

− = 40,7 ta lấy N

b = 41 (lỗ)Vậy khoảng cách thực tế giữa các lỗ mìn biên gơng bậc trên phần cửa hầm là: bb =

N

B P

=

1 41

12 52 , 74 86 , 3

55 , 0

10 25 , 54 86 ,

3 − + = lấy Nb = 35 (lỗ)Vậy khoảng cách thực tế giữa các lỗ mìn biên gơng bậc trên phần thân hầmlà: bb =

N

B P

=

1 35

10 25 , 54 86 , 3

d rfn

b B s c s q

db_đờng kính thỏi thuốc lỗ mìn biên, db = 0,032 m

k1_Hệ số phân bố ứng suất phụ thuộc vào hệ số công nổ e = 1→ kn = 0,7

∆_mật độ thuốc nổ trong bao, ∆ = 1230 kg/ m3

ab_hệ số nạp thuốc ở các lỗ mìn biên, phụ thuộc độ cứng của đá và đờngkính thỏi thuốc và chiều sâu lỗ khoan, ab = 0,3 ữ 0,5 ta chọn ab = 0,35

.a.kn .∆ , (kg/m)d_ Đờng kính bao thuốc lỗ mìn phá, đột phá, nền d = 0,032 (m)

kn_ Hệ số nén chặt của thỏi thuốc k1 = 1

a_ Hệ số nạp thuốc ở các lỗ khoan phá và đột phá: a = 0,6 ữ 0,7 ta chọn a =0,65

Thay số ta có: γ =

4

032 , 0 14 ,

.0,65.1.1230 = 0,64 (kg/m)

64,0

35,0.154,0/1252,74.86,352,74.45,

35,0.154,0/1025,54.86,325,54.4,

= 97,5(lỗ) ta lấy Nfpn = 98 (lỗ)

- Tính khoảng cách giữa các vòng lỗ mìn phá:

Đờng cản ngắn nhất giữa các lỗ mìn phá: Wp =

m q

a

p

p p

.

γ

(m) Trong đó: ap_hệ số nạp thuốc cho các lỗ mìn phá, với đờng hầm khôngnguy hiểm về điều kiện khí bụi nổ ca chọn ap = 0,7

m_hệ số làm gần, để tăng hiệu quả phá vỡ đất đá ta chọn m = 0,8

+ Phần cửa hầm: Wp =

m q

a

p

p p

.

γ =

8 , 0 37 , 1

64 , 0 7 , 0

= 0,72 ≈ 0,75 (m)Khoảng cách giữa các lỗ mìn phá: bp ≥ Wp ta lấy bp = 0.85 (m)

+ Phần thân hầm: Wp =

m q

a

p

p p

.

γ

=

8 , 0 33 , 1

64 , 0 7 , 0

= 0,74 ≈ 0,75 (m)Khoảng cách giữa các lỗ mìn phá: bp ≥ Wp ta lấy bp = 0.85 (m)

+ Khoảng cách từ vòng đột phá thứ nhất tới tâm lỗ mìn đột phá của ô nổthứ hai: B1 (mm), B1= W1 = 0,21 (m)

- Đối với các lỗ mìn tạo nền thì do đặc điểm nổ phá lên và yêu cầu tạo nềnnên khoảng cách giữa các lỗ nền là gần hơn các lỗ phá và nó đợc khoannghiêng xuống phía dới một góc β = 850 nhằm tạo nền tốt Khoảng cáchcác lỗ nền lấy bằng 0,7 m

Số lỗ mìn nền: Nn = 1

7 ,

0B − (lỗ)B_ chiều rộng đào nền hầm (m)

0,7 (m)_khoảng cách giữa các lỗ mìn nền

Phần cửa hầm: Nn = 1

7 , 0

12 1 7 ,

0B − = − = 16 (lỗ)Phần thân hầm: Nn = 1

7 , 0

10 1 7 ,

0B − = − = 13 (lỗ)+ Vậy số lỗ mìn phá là: Np = Nrpn - Nn - Ndp (lỗ)

Phần cửa hầm: Np = 144 - 16 - 12 = 116 (lỗ)

Phần thân hầm: Np = 98 - 13 - 12 = 73 (lỗ)

- Tổng số lỗ mìn trên gơng : N = Nb + Np + Ndp + Nn (lỗ)

Phần cửa hầm: N = Nb + Np + Ndp + Nn = 41 + 116 + 12 + 16 = 185 (lỗ)Phần thân hầm: N = Nb + Np + Ndp + Nn = 35 + 73 + 12 + 13 = 133 (lỗ)

Lợng thuốc nổ nạp trong một lỗ khoan biên là: qb = γb.Lb (kg)

Trong đó: γb _chi phí lợng thuốc nạp trung bình trên một mét dài của lỗkhoan biên

Lb_chiều dài lỗ khoan biên, các lỗ khoan biên khoan nghiêng với mặt phẳnggơng lò một góc β = 850 → Lb =

5 ,

24 , 1

= 6,52 ≈ 6(thỏi)Trong đó: gt_trọng lợng thỏi thuốc P - 3151 φ32

Chiều dài nạp thuốc của mỗi lỗ mìn biên: Lt = nb lt (m)

Trong đó lt_chiều dài thỏi thuốc P - 3151 φ32

→ Vậy chiều dài nạp thuốc của mỗi lỗ mìn biên Lt = 6 0,2 = 1,2 (m)Phơng pháp nổ mìn tạo biên các lỗ mìn tạo biên đợc bố trí gần nhau hơnnên để giảm khả năng công nổ của thuốc nổ tác dụng lên đất đá xung quanhcác lỗ mìn tạo biên đợc nạp phân đoạn

Chiều dài nạp bua của mỗi lỗ biên là: Lbb = Lk – nb.lt – n.Lkk (m)

Trong đó: Lkk_chiều dài của 1 phần phân đoạn bằng không khí:

Lkk =

b b

td k

b

n d

d L

≤ 0,25 (m)Trong đó: dtd_đờng kính tơng đơng của lợng thuốc

4

∆ π

35 , 0 1230 14 , 3

35 , 0

γp_chi phí lợng thuốc nạp trung bình trên một mét dài lỗ phá, (kg/m)

Lp_chiều dài lỗ mìn phá các lỗ công phá khoan vuông góc với mặt phẳng

24 , 2

=11,78 ≈ 12 (thỏi)Chiều dài nạp thuốc của mỗi lỗ mìn phá: Lt = nb/ lt (m)

Chiều dài nạp bua của mỗi lỗ phá là: Lbp = Lp - Lt (m)

Vậy ta có: Lt = nb lt = 12.0,2 = 2,4 (m) → Lbp = 3,5 – 2,4 = 1,1 (m)+ nhóm lỗ mìn đột phá

Lợng thuốc nổ nạp trung bình trong một lỗ khoan đột phá: qdp= γdp.Ldp ,(kg)Trong đó:

γdp_ chi phí lợng thuốc nạp trung bình trên một mét dài lỗ đột phá, (kg/m)