Đồ án thiết kế công trình ngầm dạng tuyến (MC: hình móng ngựa)

Đồ án thiết kế công trình ngầm bằng phương pháp đào ngầm (công trình dạng tuyến với mặt cắt ngang dạng hình móng ngựa)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

KHOA XÂY DỰNG

-

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CTN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÀO NGẦM

ĐỀ TÀI: “TÍNH TOÁN VỎ HẦM CHO CTN DẠNG TUYẾN VỚI MẶT CẮT NGANG

LÀ HÌNH MÓNG NGỰA CÓ ĐÁY”

****    ****

HS kiên

cố

fkp

Trọng lượng riêng

 (T/m3)

Góc

ma sát trong

0

Hệ

số Poisson

0

E0.103 (T/m3)

K.103 (T/m3)

- Coi kết cấu cần tính là hình elip

- Chọn chiều dày của tiết diện đỉnh hầm là d0 = 0,6 m

- Tăng chiều dày tiết diện dần dần từ đỉnh vòm xuống cho tới đọ dày đạt

1,25d0=2m

- Chọn kết câu đấy bê tông dày 0,3m

- Chân vòm cắm sâu so với nền hầm 1,5m và có chiều dày 1,5m

- Chọn bê tông sử dụng cho hầm là B25

Hình 1: Mặt cắt của đường tunnel ngầm

1: Số liệu tải trọng

1.1 Tải trọng thường xuyên (tổ hợp tải trọng cơ bản)

Tải trọng thường xuyên lâu dài như áp lực đất đá (áp lực đất đá thẳng đứng, áp lực hông), tĩnh tải, trọng lượng trang thiết bị khi khai thác, áp lực nước ngầm, tải trọng của các công trình trên mặt đất

Trong đó : + 2.a1 _ Chiều rộng của vòm áp lực (nếu có) (m);

+ 2.a _ Khâu độ thi công (m);

+ hk _ Chiều cao của kết cấu (m);

+ tb _ Góc ma sát trong trung bình của các lớp đất đá trong phạm vi từ mặt đất đến đỉnh hầm (độ):

1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 tb

0

H37.2 24.2,5 37.8 33.12 33.5,5

a h f



Trong đó : + h1 _ Chiều cao vòm áp lực (nếu có) (m);

+ fkp _ Hệ số kiên cố trung bình của các lớp đất đá trong phạm vi từ mặt đất đến đỉnh hầm:

2





45°-ø/245°- ø/2

Trong đó:

+ c

đ t

q là tổng trọng lượng các lớp đất đá tại vị trí đỉnh hầm (trong phạm vi H):

i i đ

q  h 2.22,5.1,88.1,8 12.1,9 5,5.1,956,15 (T/m ) + c

m t

q là tổng trọng lượng các lớp đất đá tại vị trí mép hầm (trong phạm vi

c Trọng lượng bản than kết cấu

q g q    T m

91, 71

7, 64 30

o o

1.1.2 Trọng lượng của trang thiết bị khi khai thác, sử dụng

Trọng lượng của các trang thiết bị khi khai thác có lợi cho kết cấu khi làm việc và rất nhỏ so với áp lực của đất đá Do vậy trong quá trình tính toán kết cấu, để thiên về

an toàn ta có thể bỏ qua loại tải trọng này

1.1.2 Áp lực nước ngầm

Trong tính toán bài này ta bỏ qua áp lực nước ngầm

1.1.4 Tải trọng do các công trình trên mặt đất

Do đặc điểm hầm đặt sâu 30m dưới lòng đất nên sự ảnh hưởng của các công trình bên trên mặt đất là không đáng kể, do vậy ta có thể bỏ qua loại tải trọng này

1.2 Tải trọng tạm thời

Bao gồm tải trọng tạm thời trong quá trình thi công, lắp ráp như áp lực phun vữa bê tông sau vỏ hầm, ảnh hưởng của nhiệt độ xung quanh hầm, ảnh hưởng của co ngót và

từ biến của bê tông vỏ hầm, áp lực của các kích khiên đào Thông thường trong thiết

kế công trình ngầm đối với kết cấu lắp ghép do có khả năng làm việc được ngay nên ta không xét đến loại tải trọng này và chúng nhỏ hơn nhiều so với áp lực của đất đá Ngoài ra đối với các công trình ngầm trong thành phố, tải trọng tạm thời còn phải

kể đến các loại tải trọng do các phương tiện giao thông bên trên hay bên trong công trình ngầm, áp lực do hoạt tải đi qua công trình ngầm, lực nằm ngang do hãm phanh, lực lắc ngang, lực ly tâm của xe cộ chuyển động Nhưng do chiều sâu đặt hầm là lớn nên ảnh hưởng của loại tải trọng này là rất nhỏ, có thể bỏ qua

1.3 Tải trọng đặc biệt

Bao gồm các loại tải trọng xuất hiện có tính chất ngẫu nhiên hoặc do sự cố bất ngờ như áp lực do động đất, sập lở hoặc một bộ phận của công trình bị hư hỏng Ở đồ án này ta không xét đến

1.4 Số liệu tải trọng tính toán

Tải trọng tính toán như trong Hình 3, bao gồm:

Hình 3: Sơ đồ tải trọng tính toán (T/m 2 )

q'=5,1 e1=25,58

e2=32,21

- Hệ phương trình chính tắc:

1 11 1

2 22 2

00

11 1 2

22 1

P P

P P C C

x

y x

Tính toán cho ½ vỏ hầm Ta chia thành 8 đoạn bằng nhau dài ∆S = 1,40 m

Hình 5: Số liệu của các vị trí chia vỏ hầm

3 2 1 0

Bảng 2: Các chỉ số hình học của vỏ hầm

Trong đó:

- Góc: là góc giữa điểm chia so với trục đứng

- Sin, cos: là giá trị sin, cos của góc trên

- X: là khoảng cách giữa các điểm được chia so với trục đối xứng đứng

- Y’: là khoảng từ điểm được chia so với điểm O khi hạ vuống góc xuống trục thẳng đứng

- D: chiều dầy tiết diện hầm khi đó là mặt cắt

- D3: lũy thừa bậc 3 của D

816, 24

s Y ds

J 



2 0

292, 47

s ds

.

.2.8000 12

Vị trí tâm đàn hồi:

2 '

1 0

1

7, 73 EJ

s

Y

ds f EJ

3 2 1 0

4 5 6 7

8

Bảng 3: Chuyển vị không liên quan đến nội lực

- Kiểm tra độ chính xác đàn hồi C:

2 0

1348, 51J

s y

ds 



2

5 1

0

3, 22 10EJ

- Như vậy sai số dưới 0,1% là rất mỹ mãn

2.1: Xác định chuyển vị do địa áp và tự trọng gây ra

- Để xác định chuyển vị do tải trọng gây ra cần lần lượt tìm các hàm số phi tích

phân được cho cụ thể theo từng loại tải trọng

- Sau khi biểu thị địa áp phân bố đều ở mỗi đoạn nêm là Pi’ và tự trọng của mỗi đoạn vỏ là Pi” ta thể hiện tất cả các lực này bằng đường vuông góc Lức này mômen uốn dó các lực vuông góc này tại các tiết diện bất kì của hệ cơ bản được

 Pi’ và Pi” là địa áp và trọng lượng bản than tác dụng vào đoạn nêm thứ i

 ai’ và ai” là khoảng cách so với tâm tiết diện thuộc đoạn thứ I của lực Pi’ và

Hình 7: Biểu đồ tính địa áp và tự trọng

0 1

69031, 5 Y

a' (m)

a'' (m)

(x i -x i-1 ) ( ) (T.m)

M’ P (T.m) M’ P /J TD





' j 0.084

n p p

CV

M K

2.2: Chuyển vị do tải trọng bị động

- Phương trình của biểu đồ kháng lực đàn hồi:

2 2

1( H)

K h: tọa độ lớn nhất của biểu đồ-giá trị lớn nhất của kháng lực đàn hồi

Z: Khoảng cách từ điểm h đến điểm đang xét

H: Chiều dài của biểu đồ kháng lực đàn hồi

α = 1/3-2/5 vs phần đồ thị phía trên

2/3-3/5 vs phần đồ thị phía dưới

Hình 8: Biểu thị giá trị đàn hồi và lực trượt

Bảng 5: Giá trị phản lực đàn hồi và lực trượt

Q1 Q2

Q3 Q4

Q5 Q6

Q7

c

Bảng 6:Xác định chuyển vị do lực kháng đàn hồi và lực trượt

P

h

J K

- Hai số đầu tính theo cotex hai số sau tính theo công thức ximxom

11 1 2

22 1

P P

P P C C

x

y x

Bảng 7: Momen trong các tiết diện vỏ hầm

momen MP

M Địa áp, tự trọng Kháng lực đàn hồi,

lực trượt

Hình 9: Biểu đồ momen tính được theo phương pháp giải tich

3 Kiểm tra lại bằng phần mềm plaxis

- Khi nhập số liệu vào phần mềm plaxis tôi quy nó về các tiết diện như hình vẽ

để dễ hơn khi tính các thông số và dễ hơn khi nhập bề dày

97,6418

Hình 10: Quy về các chiều dày để tính plaxis

 Momen của vòm:

3 2

Hình ảnh momen của phần trên đỉnh

Hình ảnh momen của phần giữa

Hình ảnh momen của phần chân Momen lớn nhất là: 3

1, 06 10 

Momen lớn nhất là: 3

1, 06 10 

 Lực cắt của vòm:

Bê tông có cấp độ bền chịu nén B25 có: Rb = 14,5 Mpa ; Rbt = 1,05 Mpa

Cốt thép dọc chịu lực dùng thép nhóm CIII có: Rs = 365 Mpa, R0,591, R0, 416

Cốt thép đai sử dụng thép CI có: Rs = 225 Mpa , Rsw = 175 Mpa,

4.1.1 Tại tiết diện chịu momen dương

 Tại phần 1 với M 0 với trường hợp này ta lấy thép theo kiểu thép cấu tạo

 Tại phần 3 với M 0 với trường hợp này ta lấy thép theo kiểu thép cấu tạo

4.1.2 Tại tiết diện chịu momen âm

min 0

µ (%)

1 Âm 292,27 540 1538 0,28 5ɸ22 19 Phần

2

phần

3

4.2 Tính toán cốt đai chịu lực cắt

Từ biểu đồ bao lực cắt ta có: Qmax=824 kN

Xác định bước đai cấu tạo sct: bước đai sẽ lấy theo các thanh thép chạy xuyên suốt chiều dài nên a= 200mm

Chọn sơ bộ: cốt đai dùng là 14 , hai nhánh, a=200mm

 Ta thấy thép số 6 (không có trong thiết kế) đó chính là thép gia cường phần

chân móng của hầm, giúp cho phần chân không bị nứt