GIỚI THIỆU CHUNG
TÊN CÔNG TRÌNH, VỊ TRÍ XÂY DỰNG
1.1 Tên công trình: Hầm đường bộ Đèo ngang
Tuyến đường hầm được thiết kế trên quốc lộ 1A, chạy theo hướng Bắc – Nam, nằm trong khu vực núi cao và địa hình phức tạp Với dãy núi cao và độ dốc lớn theo hướng Đông – Tây, việc xây dựng đường bộ theo địa hình sẽ gặp nhiều khó khăn trong khai thác và thi công Do đó, phương án hầm giao thông xuyên núi được xem là giải pháp hiệu quả hơn về mặt khai thác và kinh tế.
1.3 Đặc điểm điều kiện kinh tế, xã hội
Khu vực làm hầm có nền kinh tế kém phát triển với thu nhập bình quân đầu người thấp và tập quán sản xuất lạc hậu Nền kinh tế chủ yếu dựa vào nông nghiệp và ngư nghiệp, trong khi dân số lại ít Văn hóa nơi đây là sự hòa quyện của các dân tộc trong huyện, nhưng do điều kiện giao thông kém phát triển, văn hóa vẫn chưa có sự tiến bộ và hòa nhập với các nền văn hóa của các khu vực lân cận.
1.4 Điều kiện giao thông hiện tại của khu vực xây dựng
Hệ thống giao thông tại khu vực hiện đang được đầu tư cải thiện, với mục tiêu phát triển tiềm năng kinh tế, xã hội và du lịch Tuy nhiên, phần lớn các đường hiện có vẫn là những tuyến nhỏ dành cho phương tiện thô sơ, có độ dốc lớn, gây mất an toàn cho người tham gia giao thông.
1.5 Đặc điểm địa hình, địa mạo khu vực công trình Địa hình khu vực nhỏ gồm một mỏn núi cao chạy dọc theo hướng Đông – Tây Địa hình có một mỏm núi có độ dốc lớn, xen kẽ là một vài khe núi dốc Do lƣợng mƣa tại khu vực khá nhiều do đó đất đá bị phong hoá mạnh Dưới lớp đất phong hoá là lớp đất đá không thấm nước tuy nhiên do lượng nước mưa lớn và đất bị phong hoá mạnh và vỡ dăm, vỡ vụn nên tại lớp này có nước xuất hiện tại các khe nứt của lớp đất đá… Khu vực đặt công trình khá cao do đó tại đấy không có sự ảnh hưởng của sông suối, nước ngầm…
1.6 Điều kiện khí hậu khu vực xây dựng
Khu vực công trình nằm trong vùng khí hậu ôn đới, độ cao so với mặt nước biển từ 1,500 - 1,600m Độ ẩm trung bình hàng năm là 80-95%
BảngI-1.1: Các thông số khí hậu trung bình mỗi tháng trong năm tại khu vực hầm
Chỉ tiêu tháng Nhiệt độ trung bình ( 0 C) Lƣợng mƣa trung bình (mm)
Khu vực tuyến hầm có khí hậu ôn đới với hai mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 10 và mùa khô từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau Lượng mưa trung bình dao động từ 1200 mm đến 2200 mm, với mức trung bình là 1800 mm Vào mùa khô, điều kiện khí hậu thuận lợi cho việc xây dựng hạ tầng cơ sở, vì vậy nên lựa chọn thời gian thi công vào mùa khô.
1.7 Khả năng cung cấp điện nước, vật liệu xây dựng
Nguồn điện cho dự án được cung cấp từ mạng lưới điện địa phương qua đường dây 35kV, với hai trạm biến áp gần hai cửa hầm Để đảm bảo tiến độ thi công và ứng phó với sự cố mất điện, cần trang bị thêm hai máy phát điện tại hai cửa hầm để sử dụng khi cần thiết.
Nguồn nước ngầm tại khu vực được tận dụng để cung cấp cho dự án
Vật liệu đất đá cho thi công đường đắp có thể được tận dụng từ đất đá đào hầm, trong khi đá phục vụ cho công tác bê tông được khai thác từ mỏ đá gần công trường.
1.8 Quy định nồng độ khí độc cho phép
Nồng độ khí độc trong hầm sau khi phương tiện qua 15 phút phải nhỏ hơn nồng độ cho phép được quy định [Xem phụ lục PHẦN I– CHƯƠNG I – BảngI- 1.2]
Tỷ lệ tăng trưởng giao thông theo các loại xe trong các năm 2010, 2020 và 2030 được xác định dựa trên sự gia tăng dân số và sự phát triển kinh tế của vùng cũng như toàn quốc.
Lưu lượng xe/ngày đêm được dự báo trong bảng sau:
Lưu lượng xe/ngày đêm 2500 3200 4800 Thành phần dòng xe nhƣ sau:
TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT
2.1 Quy trình, quy phạm thiết kế đƣợc áp dụng
1 Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN 273 – 05
2 Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN 4054 – 05
3 Tiêu chuẩn thiết kế hầm đường ôtô TCVN 4027 – 88
4 Tham khảo tiêu chuẩn thiết kế hầm xuyên núi của Nhật
5 Tiêu chuẩn thiết kế Cầu TCVN 272 – 05
6 Tham khảo các tài liệu, các tiêu chuẩn kỹ thuật khác có liên quan
2.2 Các tiêu chuẩn kỹ thuật
Bán kính tối thiểu đường cong trong hầm được qui định để đảm bảo cho chạy xe an toàn, đảm bảo tầm nhìn trong hầm
Hiện tại, chưa có tiêu chuẩn chính thức cho hầm đường bộ, do đó có thể tham khảo Tiêu chuẩn thiết kế Đường bộ 22TCN-273-05 và một số tiêu chuẩn thiết kế hầm quốc tế để rút ra các nguyên tắc thiết kế cho tuyến hầm trên đường ôtô.
Hầm đường bộ thường được thiết kế cho 2 làn xe chạy 2 chiều Đối với đường 4 làn xe, thiết kế sẽ bao gồm 2 hầm một chiều chạy song song Việc lựa chọn phương án hầm hai chiều chỉ được thực hiện khi có cơ sở so sánh rõ ràng về hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.
- Bán kính cong tối thiểu là 250m, chỉ khi nào không thể mở rộng đƣợc bán kính cong mới cho phép dùng bán kính 150m
- Đường hầm trong thành phố dùng để giải quyết giao cắt khác mức giữa các tuyến trong nút giao thông Vì vậy tuyến hầm thường nằm trên đường thẳng
Khi gặp mặt bằng nút phức tạp như ngã năm, ngã sáu hoặc các công trình ngầm khác, tuyến hầm cần phải điều chỉnh để vòng tránh, dẫn đến việc hầm phải nằm trên đường cong.
Đối với hầm vượt qua sông, đoạn hầm nằm trong khu vực dòng chảy chính cần được thi công với phương pháp chở nổi hạ chìm và phải được bố trí trên một đường thẳng.
Tiêu chuẩn về bình đồ và trắc dọc hầm phụ thuộc vào tốc độ tính toán của luồng xe
BảngI- 2.1 : Trắc dọc trên đường
Cấp loại đường phố Tốc độ tính toán (km/h)
Bán kính cong tối đa (m)
Bán kính cong tối thiểu(m) Độ dốc dọc tối đa(%) Đường cao tốc 120 3000-5000 600 4 Đường ưu tiên cấp 1 100 2000-5000 400 5 Đường khu vực 80 1000-1500 250 6
Hầm có thể được thiết kế với một hoặc hai hướng dốc Hầm có dốc về một phía mang lại ưu điểm về thông gió tự nhiên nhờ chênh lệch áp suất giữa hai cửa hầm, tạo ra luồng gió thổi dọc theo hầm Tuy nhiên, nhược điểm của hầm một hướng dốc là khó khăn trong thi công, đặc biệt khi đào từ hai phía, vì hướng đào từ cửa trên dễ bị úng nước Trong giai đoạn khai thác, nước mặt từ phía trên dốc sẽ chảy qua hầm, yêu cầu tăng tiết diện rãnh thoát nước Do đó, chỉ những hầm có chiều dài dưới 500m mới nên thiết kế một hướng dốc, trong khi hầm dài từ 500m trở lên cần thiết kế dốc về hai phía.
Khi thiết kế dốc hai phía với góc gãy, cần đảm bảo rằng chênh lệch tuyệt đối giữa hai dốc không vượt quá 3‰ cho đường sắt nhằm tạo tầm nhìn và độ êm thuận Để đáp ứng yêu cầu này, người ta sử dụng đoạn dốc hòa hoãn dài tối đa 200m với độ dốc tối thiểu 3‰ để thoát nước; trong trường hợp hầm có lượng nước ngầm lớn, độ dốc tối thiểu cần đạt 6‰ Chênh dốc trên hầm đường bộ được vuốt nối bằng các đường cong đứng lồi và lõm, với bán kính cong phụ thuộc vào chênh lệch dốc giữa hai hướng để đảm bảo tầm nhìn cho người điều khiển phương tiện.
BảngI- 2.2 : Bán kính cong trong hầm Độ chênh dốc tuyệt đối
Bán kính đường cong lồi
Bán kính dường cong lõm
Trong hầm đường bộ độ dốc tối đa quy định đối với đường hầm có chiều dài
500m là 6%, các trường hợp còn lại là 4% Độ dốc tối thiểu là 6‰ để đảm bảo thoát nước dọc hầm được dễ dàng
2.2.2 Xác định chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến
SỐ LIỆU XE QUY ĐỔI NĂM TƯƠNG LAI: 4800 XE/NGÀY ĐÊM
BảngI- 2.3: Bảng quy đổi thành phần xe chạy về xe con năm tương lai
Quy đổi về xe con
Tổng số xe quy đổi 9456
Dựa vào tiêu chuẩn kĩ thuật em có kiến nghị phương án thiết kế như sau:
- Đường cấp III Đồng bằng: Vận tốc thiết kế : V = 100 km/h
- Khổ đường: + Trên tuyến: Đường 4 làn xe
+ Trong hầm: Mặt đường 4 làn xe
- Vận tốc thiết kế: đường dẫn là 80km/h; trong hầm Vtk `km/h
- Bán kính tối thiểu của đường cong trên tuyến R tt = 400m
- Bán kính tối thiểu của đường cong trong hầm là Rhầm = 150m (điều kiện khó khăn với hầm đường bộ)
- Độ dốc thiết kế trên tuyến i TK =0.3% - 4 %
- Độ dốc dọc tối đa trong hầm i h,max = 4%
- Độ dốc dọc tối thiểu trong hầm i h,min = 0.6 o oo
- Độ dốc ngang mặt xe chạy i n = 2%
Bảng chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến [Xem phụ lục PHẦN I– CHƯƠNG II – BảngI- 2.4]
NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC HẦM
Hầm nằm trong khu vực địa chất nguyên sinh, không có biến động lớn, dẫn đến cấu trúc địa chất không quá phức tạp Địa chất của hầm bao gồm ba lớp đất đá chính.
(1) Sét kết, bột phong hoá mạnh, sạn, khối, cứng cấp IV – V Lớp này phân bố trên cùng có chiều dầy 2,5m
Đá Riolít poofia có đặc điểm phong hóa mạnh, vỡ dăm và vỡ khối, đạt độ cứng cấp VI Lớp đá này nằm dưới lớp (1) và phân bố rộng rãi trong toàn bộ khu vực khảo sát, với chiều dày 60m, đặc biệt chiều dày lớp này tăng lên khi lên đến đỉnh.
Đá Riolit poocfia có màu xám xanh, độ cứng từ VII đến VIII và ít nứt nẻ, phân bố toàn bộ chiều dày phía dưới Loại đá này không thấm nước và không chứa nước ngầm, chỉ có nước mặt thấm qua lớp địa chất Nước chảy trong đá thấm xuống lớp đá không thấm nước và tồn tại trong các khe nứt Lớp địa chất trên bề mặt bị phong hóa mạnh, có nhiều vỡ dăm và vỡ khối, tạo ra các khe nứt nhỏ, từ đó nước thấm qua gây ẩm nhẹ cho vùng đất.
Mực nước ngầm nằm ở cao khu vực bình nguyên dưới chân núi do đó trong khu vực đặt hầm không có nước ngầm
Số liệu địa chất đƣợc trình bầy tại các bảng tổng hợp địa chất sau: [Xem phụ lục PHẦN I– CHƯƠNG III – BảngI- 3.1; BảngI- 3.2]
3.2 Phân loại địa chất trong các khu vực dự kiến tuyến hầm đi qua
Hầm được thi công theo phương pháp NATM với việc phân loại địa chất khu vực hầm dựa trên chỉ tiêu RMR Chỉ tiêu RMR đánh giá chất lượng đá thông qua 6 thông số, và bằng cách cho điểm các thông số này, tổng số điểm đạt được sẽ phân loại đất đá thành các cấp khác nhau.
BảngI- 3.3 : Bảng phân loại đá theo điểm số RMR
Cách cho điểm các thông số theo bảng [BảngI- 3.4]: Xem phụ lục PHẦN I–
CHƯƠNG III – BảngI- 3.4 : Bảng tổng hợp cách tính điểm số RMR của khối đá
Dựa vào điểm số RMR, chúng ta có thể xác định thời gian tự ổn định không chống của hang đào theo bảng I-3.5 trong phụ lục phần I – chương III.
Hầm đi qua hai lớp địa chất 2 và 3, do đó cần phân loại địa chất cho hai loại đất đá Dựa vào bảng hệ thống phân loại điểm số khối đá của Bieniawski và điều kiện địa chất khu vực hầm, chúng tôi đã lập bảng tổng hợp điểm số cho lớp đá thứ nhất.
Lớp thứ 2 bao gồm đá Riolít Foocfia, có đặc điểm phong hoá mạnh với cấu trúc vỡ khối và vỡ dăm, chỉ số f kp = 6, RQDP đạt 60% Loại đá này có khả năng cách nước và không chứa nước, với nguồn nước chủ yếu là nước mặt qua các đới nứt nẻ.
BảngI- 3.6 : Bảng tổng hợp điểm số RMR của lớp đá thứ hai
STT Chiểu tiêu Đơn vị Giá trị Điểm số
1 Độ bền của đá còn nguyên trạng – Nén đơn trục Mpa 70 7 Tra bảng
2 Chỉ tiêu chất lƣợng đá RQD % 50-:-60 13
3 Khoảng cách giữa các khe nứt M 0,6-:-1,2 15
4 Chiều dài các khe nứt (m) M 0,7-:-1,0 6
5 Tính nhám của khe nứt Hơi nhám 3
6 Sự lấp đầy khe nứt Vật liệu mềm
7 Mức độ phong hóa Phong hóa nặng 1
8 Tình trạng nước ngầm Ẩm ướt 10
Vậy địa chất lớp 2: RMR = 57 là loại CI.Thời gian tự đứng vững của lớp này là 5m – 1 tuần
Lớp thứ 3 : Đá Riolít Foocfia, màu xám xanh, ít nứt nẻ, f kp =8, RQD = 80-95%
Bảng I- 3.7 : Bảng tổng hợp điểm số RMR của lớp đá thứ ba
STT Chiểu tiêu Đơn vị Giá trị Điểm số
1 Độ bền của đá còn nguyên trạng – Nén đơn trục Mpa 80 7 Tra bảng
2 Chỉ tiêu chất lƣợng đá
3 Khoảng cách giữa các khe nứt M 0.06-:-0.18 8
4 Chiều dài các khe nứt (m) M 0,3-:-0,7 6
5 Tính nhám của khe nứt Nhám mịn, phẳng 1
6 Sự lấp đầy khe nứt Vật liệu mềm
7 Mức độ phong hóa Không phong hóa 6
8 Tình trạng nước ngầm Hoàn toàn khô 15
Vậy địa chất lớp 3: RMR b là loại B Thời gian tự đứng vững của lớp này là 10m trong vòng 1 năm
3.3 Dự kiến cấu tạo kết cấu và biện pháp công nghệ thi công đường hầm
Để nghiên cứu, tôi đề xuất thi công hầm bằng phương pháp NATM Địa chất khu vực hầm chủ yếu có RMR = 57 (fkp = 6) và RMR = 62 (fkp = 8) Vì vậy, kết cấu hầm được chọn sơ bộ là dạng đường cong 3 tâm, kết hợp với phun bêtông và neo.
Cấu trúc hầm xuyên núi dự kiến sẽ được thiết kế theo tiêu chuẩn Nhật Bản, với các thông số kỹ thuật được trình bày trong bảng I-3.8.
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TUYẾN
Yêu cầu chung của công tác vạch tuyến trên bình đồ:
- Khắc phục các yếu tố khó khăn của tuyến đường về bình đồ, trắc dọc
- Tuyến hầm phải phù hợp với tổng thể mạng lưới đường hiện tại
Các phương án tuyến cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo thuận lợi cho thiết kế và thi công Việc lựa chọn tuyến phù hợp sẽ hỗ trợ công tác vận chuyển vật liệu, đồng thời tận dụng tối đa vật liệu tại chỗ, từ đó giúp giảm thiểu chi phí xây dựng.
Lựa chọn phương án cần dựa trên phân tích và so sánh kinh tế trong thiết kế, thi công và khai thác, với yếu tố an toàn cho các phương tiện được ưu tiên hàng đầu.
Việc vạch tuyến bình đồ và trắc dọc của hầm cần được thiết kế để đảm bảo các chức năng và mục đích của hầm, phù hợp với tuyến đường theo địa hình và địa chất Điều này dựa trên kết quả khảo sát và đo đạc tại hiện trường, đồng thời xem xét các điều kiện môi trường.
- Vạch tuyến của bình đồ nên chọn hướng tuyến thẳng, đường cong bán kính lớn để đảm bảo giao thông luôn thông suốt
Độ dốc hầm trong trắc dọc cần lớn hơn 0.3% để đảm bảo thoát nước tự nhiên trong quá trình thi công Đồng thời, để đảm bảo thông gió hiệu quả và giảm thiểu khí thải từ các phương tiện, độ dốc dọc không nên vượt quá 4%.
- Dựa vào hai điểm khống chế A-B trên bình đồ với các yếu tố hình học của tuyến tôi đề xuất hai phương án đi tuyến
Việc lựa chọn tuyến là quá trình so sánh hai phương án tuyến, nhằm đánh giá ưu nhược điểm của từng tuyến Qua đó, chúng ta có thể đưa ra quyết định chọn lựa tuyến phù hợp để tiến hành thiết kế kỹ thuật.
- Tuyến được thiết kế bám sát với đường quốc lộ 1A sẳn có Tuyến có chiều dài 4381.14 m, bắt đầu từ Km 0 +0.00 - Km 4+ 381.14
- Cửa hầm phía nam tại Km 2+20, cao độ tự nhiên 50.22, cao độ thiết kế 35.10
- Cửa hầm phía bắc tại Km 2+560, cao độ tự nhiên 41.25, cao độ thiết kế 25.00
- Độ dốc dọc trong hầm: Phía bắc hầm: độ dốc dọc 4%,
Phía nam hầm: độ dốc dọc: 0.6%
- Trên tuyến bố trí 6 công thoát nước có khẩu độ 1.5m trong đó có 1 cống đôi ( Cống C5 tại Km2+780.30)
- Phương án này có chiều dài tuyến dài hơn 494.22m và có chiều dài hầm ngắn hơn 800 m so với tuyến 2
Tuyến được thiết kế theo sát quốc lộ 1A, tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng, vận chuyển vật liệu và các yếu tố khác liên quan đến quá trình thi công.
- Tuyến đi nổi nhiều nên thuận lợi cho việc phát triển kinh tế các địa phương dọc theo 2 bên tuyến
- Do tuyến hầm ngắn nên tuyến giảm đƣợc chi phí xây dụng cũng nhƣ trong quá trình khai thác, đây là điều rất quan trọng trong xây dựng hầm
- Khối lƣợng đào đắp trên toàn tuyến là ít Chỉ có đoạn từ km0+300 đến km0+800 là khối lƣợng đắp nhiều
- Do tuyến đi nổi nhiều lại qua các khu vực có nhiều rừng nên gây ảnh hưởng bất lợi với hệ sinh thái rừng
- Tuyến được thiết kế bám sát với đường quốc lộ 1A, việc điều tiết lưu thông giao thông trên tuyến gặp khó khăn, giải tỏa mặt bằng (Km3+450-Km3+900)
- Tuyến có nhiều đường cong, toàn tuyến có 6 đường cong
- Tuyến đƣợc thiết kế có chiều dài 3886.92 m, bắt đầu từ Km 0 +0.00 đến Km 3+ 886.92
- Cửa hầm phía nam tại Km 1+100, cao độ tự nhiên 40.46, cao độ thiết kế 19.70
- Cửa hầm phía bắc tại Km 2+440, cao độ tự nhiên 30.41, cao độ thiết kế 12.62
- Độ dốc dọc trong hầm: Phía bắc hầm: độ dốc dọc: 1.87%,
Phía nam hầm: độ dốc dọc: 1.03%
- Trên tuyến bố trí 5 công thoát nước có khẩu độ 1.5m
- Chiều dài tuyến ngắn hơn tuyến 1
- Phương án này không gây ảnh hưởng tới khu vực rừng tự nhiên
- Chiều dài hầm lớn hơn nên chi phí sẽ đắt hơn trong quá trình xây dựng và trong quá trình khai thác
- Tuyến có khối lƣợng đắp khá lớn từ km0+440 đến km0+940
4.3 So sánh và kiến nghị chọn tuyến thiết kế kỹ thuật
So sánh giữa hai phương án, tuyến 1 nổi bật với nhiều ưu điểm hơn tuyến 2 Tuyến 1 có chiều dài hầm ngắn, đảm bảo an toàn trong khai thác và hỗ trợ phát triển kinh tế cho các địa phương dọc tuyến, phù hợp với tình hình phát triển kinh tế hiện tại của đất nước.
Để phục vụ cho nghiên cứu và học tập, tôi đã chọn phương án tuyến 1 với thiết kế hầm đơn gồm 4 làn xe, có tổng chiều dài 540 mét, làm phương án thiết kế kỹ thuật.
Bảng I- 4.1: Bảng đánh giá phương án tuyến
STT Chỉ tiêu Đơn vị tính
4 Chi phí xây dựng Đồng 339,504,299,701 541,910,729,041 x
5 Điều kiện xây dựng hầm Thuận lợi Không thuận lợi x
6 Điều kiện xây dựng đường Thuận lợi Không thuận lợi x
KTXD Ảnh hưởng Ảnh hưởng x x
8 Tác động môi trường Ảnh hưởng Ảnh hưởng x x
Bảng I- 4.2 : Bảng chi phí xây dựng trên tuyến:
STT Hạng mục Đơn giá/m
Khối lƣợng (m) Thành tiền(VNĐ) KLP/Án
Ghi chú: đơn gia tham khảo/đơn vị dài
Hầm Mũi Trâu, nằm trong đoạn La Sơn – Túy Loan, có dự toán kinh phí được trình bày trong phụ lục PHẦN I– CHƯƠNG IV– Bảng I- 4.3 Đối với đường, dự toán kinh phí xây dựng tuyến mới từ Km 59+400 đến Km 65+900 thuộc dự án ĐTXD công trình nâng cấp cải tạo QL18, đoạn Bắc Ninh – Uông Bí, được nêu rõ trong phụ lục PHẦN I– CHƯƠNG IV– Bảng I- 4.4.
THIẾT KẾ CƠ SỞ
THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU SƠ BỘ THỨ 1 (MỘT HẦM ĐÔI VỚI 4 LÀN XE)
(MỘT HẦM ĐÔI VỚI 4 LÀN XE)
1.1.1 Những yếu tố hình học của tuyến hầm
Chiều dài toàn tuyến thiết kế là 4381.14 m
- Bình diện tuyến thiết kế
Tuyến đường được thiết kế gồm các đoạn thẳng kết nối với 5 đường cong, với tổng chiều dài là 4382.14 m Mục tiêu của việc thiết kế đường cong chuyển tiếp là giảm lực ly tâm khi phương tiện giao thông chuyển từ đoạn thẳng sang đường cong tròn.
Bảng II-1.1: Bảng vị trí và các thông số kỹ thuật của các đường cong trên tuyến
Bình diện đường hầm dẫn cửa phía Nam: Tại cửa Nam đường dẫn vào hầm chính là một đoạn cong R1@0m có đào đánh bậc taluy hai bên đường
Bình diện đường dẫn cửa phía Bắc được thiết kế với chiều dài 100 m, bắt đầu từ cửa hầm Tại cửa Bắc, đường dẫn vào hầm chính là một đoạn thẳng với bậc taluy được đào đánh ở hai bên đường.
1.1.2.1 Các thông số kĩ thuật:
Hầm đôi 4 làn xe có bề rộng mỗi làn 3,5m Hai chiều đƣợc phân cách bằng giải phân cách cứng BTXM rộng 0.75m và cao 1.00 m
Hầm có lề đi bộ được bố trí bên phải theo hướng Nam – Bắc với chiều rộng 1.5m và bên kia là lề công vụ có chiều rộng 0.5m
1.1.2.2 Vị trí các cửa hầm:
Vị trí cửa hầm cần được chọn sao cho lượng đào bạt là tối thiểu, vì việc tăng chiều sâu đường đào sẽ làm tăng chi phí cho cửa hầm, bạt dốc và gia cố Điều này gây khó khăn cho việc cơ giới hóa đào bạt Hiện tại, công tác đào bạt đang được xem xét để tránh tình trạng sụt trượt do ảnh hưởng của khí hậu, nhằm đảm bảo an toàn giao thông Tuy nhiên, nếu cửa hầm được hoàn thành quá sớm, chi phí sẽ tăng lên Do đó, vị trí lý tưởng cho cửa hầm là khi hai chi phí này xấp xỉ nhau.
Kinh nghiệm thiết kế cho thấy chiều sâu đường đào trước cửa hầm trong đất sét không nên vượt quá 12-15m, trong khi ở đá cứng có thể lên tới 20-25m Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn và đơn giản trong thi công, thường chọn các trị số nhỏ hơn Vì vậy, việc xác định vị trí đặt cửa hầm cần được thực hiện cẩn thận.
- Cửa hầm phía Nam: Km 2+20
- Cửa hầm phía Bắc: Km 2+ 560
- Chênh cao giữa hai cửa hầm 10.10 m
Hầm được thiết kế theo 2 hướng dốc và được nối với nhau bằng đoạn đường cong lồi có bán kính 6000m Chiều dài mỗi nhánh:
- Nhánh hầm phía Bắc dài: 290 m
- Nhánh hầm phía Nam dài: 250m
Hướng dốc về hai phía của cửa hầm, đoạn chuyển tiếp giữa hai hướng dốc dọc trong hầm là một đường cong đứng bán kính R`00m
- Đoạn 1: Xuất phát từ cửa phía Nam có chiều dài 250m và có độ dốc là 0.6 %
- Đoạn 2: Chuyển tiếp từ đoạn 1 về phía cửa hầm phía Bắc có độ dốc 4 % và dài
1.2 Yếu tố hình học của đường trong hầm
1.2.1 Khổ giới hạn tiếp giáp kiên trúc trong hầm Định nghĩa: Khổ giới hạn tiếp giáp kiến trúc là một đa giác khép kín, nằm trên mặt phẳng vuông góc với tim đường tạo thành khoảng không tối thiểu dành cho giao thông, mọi chi tiết kết cấu các công trình trên đường đều phải nằm bên ngoài đường bao giới hạn này
- Các thông số của khổ giới hạn nhƣ sau:
+ Bề rộng mặt đường xe chạy (đường cấp III): B = 14m
+ Dải phân cách cứng rộng 0.75m, cao 1.0 m
Hình II- 1.1: Khổ giới hạn của hầm phương án 1
Để đảm bảo hiệu quả trong thi công và khai thác, kích thước bên trong đường hầm cần duy trì khoảng không gian thoáng cần thiết, đồng thời tuân thủ quy định về khổ giới hạn tiếp giáp kiến trúc Điều này cho phép bố trí các thiết bị phục vụ khai thác như thiết bị thông tin, tín hiệu, cấp điện, chiếu sáng và thông gió Ngoài ra, việc sử dụng các loại ván khuôn định hình cũng cần được xem xét để dễ dàng thi công và khắc phục biến dạng của địa tầng và kết cấu vỏ hầm theo thời gian.
Giữa khổ giới hạn kiến trúc và mặt trong của vỏ hầm có một khoảng hở theo quy định Trong đồ án này, tôi kiến nghị các điểm giới hạn tĩnh không trong hầm như sau:
- Điểm O cách cạnh trên của khổ giới hạn từ 670-770mm, chọn: O 750mm
- Điểm A cách góc thấp của khổ giới hạn 150mm tính theo phương vuông góc với cạnh chéo của khổ giới hạn, có: A 150mm
- Điểm I và I’ nằm ở 2 bên tường hầm, đối với hầm đường bộ
- Cao độ: cách mặt lề người đi bộ 1250mm
- Cách đường giới hạn: c 500mm.
Ta đƣợc các điểm giới hạn tĩnh không trong hầm nhƣ sau:
Hình II- 1.2: Đường khuôn hầm phương án 1
Trong phương án thiết kế này ta sử dụng hầm đôi 4làn xe, do đó em kiến nghị chọn khuôn hầm dạng đường cong 3 tâm, cách dựng như sau:
- Xác định đường tim hầm, là đường thẳng đứng đi qua trung điểm của đường thẳng I I’
- Lấy điểm A làm tâm vẽ cung tròn bán kính R1=B-1000 = 13750mm, cung tròn này cắt đường thẳng CC’ tại điểm O1
- Lấy O1 làm tâm vẽ cung tròn bán kính R1, ta đƣợc cung tròn AB, trong đó B là điểm có cao độ ngang với cao độ mặt đường xe chạy
- Lấy O1’ là điểm đối xứng của O1 qua đường tim hầm Tương tự ta vẽ được cung tròn A’B’ đối xứng với AB qua đường tim hầm
- Lấy O2 (là giao điểm của AO1 với tim hầm) làm tâm vẽ cung tròn bán kính R2 O2A ta đƣợc cung tròn nối 2 điểm AA’
- Cuối cùng ta dựng được đường khuôn hầm là đường cong 3 tâm O1, O1’, O2
1.3 Kết cấu vỏ hầm Đường hầm thi công theo công nghệ NATM, hang đào được chống đỡ bằng bêtông phun và neo, vỏ hầm bằng bêtông đổ tại chỗ Dọc theo chiều dài hầm, vỏ hầm đƣợc thiết kế theo một số dạng phù hợp với từng loại cấu tạo địa chất đã phân tích trong [phần I - chương III]
- Kết cấu vỏ hầm đƣợc lựa chọn phải thỏa mãn các điều kiện sau:
+ Kích thước sử dụng hợp lý
+ Diện tích mặt cắt ngang nhỏ nhất
+ Bảo đảm khả năng chịu lực và ổn định
+ Thoát nước, chiếu sáng, thông gió thuận lợi
+ Thi công dễ dàng, sử dụng cơ giới hóa thi công thuận tiện
- Phương án I tuyến hầm đi qua 2 loại địa chất khác nhau nên ta có 2 loại kết cấu vỏ hầm tương ứng với mỗi loại địa chất
- Chiều dầy vỏ hầm đổ bê tông tại chỗ:
Chiều dày tối thiểu của lớp vỏ vĩnh cửu cần đạt 30 cm để đảm bảo khả năng chịu lực trước áp lực địa tầng; nếu lớp vỏ mỏng hơn 30 cm, nguy cơ nứt vỡ sẽ tăng cao.
+ Ở đây với lớp địa chất có RMRW ta sơ bộ chọn chiều dầy lớp vỏ bê tông vĩnh cửu là 30cm
+ Lớp địa chất có RMRb, do có địa chất tốt nên sơ bộ chọn chiều dầy lớp vỏ bê tông vĩnh cửu là 30cm
Bêtông phun là công nghệ kết cấu chống đỡ mới, sử dụng máy phun bêtông theo trình tự nhất định để tạo ra lớp bảo vệ cho vi nham Quy trình này bao gồm việc trộn bêtông đá nhỏ với chất ninh kết nhanh, phun lên bề mặt vách đá, giúp cố kết nhanh chóng Công nghệ phun bêtông được chia thành ba loại: phun khô, phun ướt và phun hỗn hợp.
- Trong đồ án em lựa chọn công nghệ phun ƣớt
Công nghệ phun ướt là quá trình trộn đều cốt liệu, ximăng và nước theo tỷ lệ thiết kế, sau đó sử dụng máy phun ướt để đưa bêtông đến đầu phun Tại đây, chất ninh kết nhanh được gia thêm và phun ra, tạo thành một dây chuyền công nghệ hiệu quả.
Chất lượng bêtông phun ướt dễ dàng kiểm soát, với bụi bặm và lượng đàn hồi thấp trong quá trình thi công Độ dày lớp bêtông phun thường từ 5-10cm, nhưng trong các trường hợp địa chất xấu, độ dày có thể tăng lên đến 20cm.
Thành phần hỗn hợp bêtông phun bao gồm: Xi măng, nước, cát, đá dăm, phụ gia
Thành phần hỗn hợp bêtông phun phải thoả mãn các yêu cầu sau:
Xi măng ưu tiên sử dụng là ximăng silicat phổ thông, tiếp theo là ximăng silicat núi lửa mác 425 trở lên Trong trường hợp có yêu cầu sử dụng đặc biệt, cần áp dụng các loại ximăng đặc chủng để đảm bảo thời gian ninh kết của bêtông phun và tính hòa hợp tốt của chất ninh kết nhanh.
Cát sử dụng trong bêtông phun cần có hạt vừa với đường kính từ 0-8mm và độ mịn lớn hơn 2,5, giúp đảm bảo cường độ của bêtông và giảm thiểu bụi trong quá trình thi công Việc lựa chọn cát phù hợp cũng góp phần giảm thiểu vết nứt do co ngót khi hóa cứng.
Để ngăn ngừa tắc ống và giảm thiểu lượng đàn hồi trong quá trình phun bê tông, nên lựa chọn đá dăm có đường kính hạt nhỏ, không lớn hơn 15mm.
- Tỉ lệ N/X khống chế khoảng 0,47-0,48 đảm bảo độ sụt là 20cm, tỉ lệ mất mát của vữa ướt dưới 20%
Hình II- 1.3: Dây chuyền công nghệ phun ướt
Thành phần hỗn hợp: Trong 1m3 vữa ƣớt bao gồm 425 kg xi măng, cát (loại 0-8mm) 1713kg, và phụ gia SiO2 là 1,7% lƣợng xi măng
1.3.2 Lớp bê tông chống thấm:
THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU SƠ BỘ THỨ 2(MỘT HẦM ĐƠN
(MỘT HẦM ĐƠN HAI LÀN XE VÀ MỘT HẦM LÁNH NẠN)
2.1.1 Những yếu tố hình học của tuyến hầm
Chiều dài toàn tuyến thiết kế là 4381.14 m
- Bình diện tuyến thiết kế
Hai hầm chạy song song cần phải cách nhau một khoảng nhất định để tránh tác động qua lại Khoảng cách này được xác định dựa trên nguyên tắc ảnh hưởng lẫn nhau của các cột đất đá (vòm áp lực) trong quá trình khai đào, nhằm đảm bảo thi công không làm phá vỡ trạng thái tự nhiên của tường ngăn cách giữa hai cột áp lực.
Khoảng cách đó theo M.M.Protojakonov đƣợc xác định nhƣ sau: f kp
Trong đó: γ:Trọng lƣợng thể tích của khối đất đá phía trên nóc hầm T/m 3 : 2.67 /T m 3
B: Khẩu độ tính đổi của khối đất phía trên đường hầm (m)
B 1 , B 2 : Khẩu độ của hai hầm
Z: Chiều sâu từ mặt đất xuống đỉnh hầm, xác định ở vị trí sâu nhất
Z.44 m f kp : Hệ số kiên cố của đất đá: f kp = 8
3 : Góc ma sát của lớp địa chất 3, theo M.M.Protojakonov 3 @ 0
Thay vào công thức ta có:
Vậy khoảng cách hai hầm cần thiết kế là:
Trong đồ án này, tôi dự định mở rộng tuyến đường thành 4 làn xe với hai hầm đôi trong tương lai Hầm lánh nạn sẽ được nâng cấp thành hầm có hai làn xe, với khoảng cách giữa hai hầm dự kiến là 25 mét.
- Tuyến được thiết kế là tổ hợp các đoạn đường thẳng được nối với nhau bằng những đoạn đường cong
- Chiều dài toàn tuyến là: 4381.14 m
BảngII- 2.1:Vị trí và các thông số kỹ thuật của các đường cong trên tuyến
Bình diện đường hầm tại cửa phía Bắc có đoạn thẳng với bậc taluy đào bên phải, trong khi tại hầm lánh nạn, đường dẫn cũng là một đoạn thẳng với bậc taluy bên trái Tương tự, bình diện đường dẫn cửa phía Nam được xác định từ một đoạn 100m trước cửa hầm, với đường dẫn vào hầm chính cũng là một đoạn thẳng có bậc taluy bên phải, và tại hầm lánh nạn, đường dẫn là đoạn thẳng với bậc taluy bên trái.
- Các thông số kỹ thuật:
Công trình gồm 1 hầm đơn 2 làn xe và 1 hầm lánh nạn 1 làn xe, mỗi làn có bề rộng là 3.5m dải phân cách mềm rộng 0.25m và cao 0.01m
Hầm có lề công vụ có chiều rộng 1 m và đƣợc bố trí ở 1 bên nhằm phục vụ cho quá trình duy tu bảo dƣỡng hầm
Vì chiều dài hầm co 540 m, không cần thiết bố trí làn dừng đổ trong hầm
- Vị trí các cửa hầm:
Vị trí cửa hầm được chọn để giảm thiểu lượng đào bạt, vì việc tăng chiều sâu đường đào sẽ làm tăng chi phí cho cửa hầm, bạt dốc và gia cố chúng Điều này gây khó khăn cho việc cơ giới hóa trong công tác đào bạt cửa hầm Hiện nay, công tác đào bạt đang được xem xét để hạn chế sụt trượt do ảnh hưởng của khí hậu, nhằm đảm bảo an toàn giao thông.
Kinh nghiệm thiết kế cho thấy rằng chiều sâu đường đào trước cửa hầm trong đất sét không nên vượt quá 12-15m, trong khi đó, đối với đá cứng, có thể bạt tới 20-25m Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn và đơn giản trong thi công, thường chọn các trị số nhỏ hơn Do đó, vị trí đặt cửa hầm được xác định như sau:
- Cửa hầm phía Nam: Km 2+20
- Cửa hầm phía Bắc: Km 2+ 560
- Chênh cao giữa hai cửa hầm 10.10 m
Hầm được thiết kế theo 2 hướng dốc và được nối với nhau bằng đoạn đường cong lồi có bán kính 6000m Chiều dài mỗi nhánh:
- Nhánh hầm phía Bắc dài: 290 m
- Nhánh hầm phía Nam dài: 250m
Hầm ngang được thiết kế cách nhau 300m, bao gồm một hầm ngang trong tuyến, có kết cấu giống như hầm lánh nạn với chiều rộng đủ cho một làn xe Đoạn nối với hầm ngang được mở rộng với chiều dài 26m và chiều rộng 3m, nhằm đảm bảo an toàn cho việc di chuyển.
- Vị trí hầm ngang nhƣ sau: Km 2 +320
Hướng dốc về hai phía của cửa hầm, đoạn chuyển tiếp giữa hai hướng dốc dọc trong hầm là một đường cong đứng bán kính R`00m
- Đoạn 1: Xuất phát từ cửa phía Nam có chiều dài 250m và có độ dốc là 0.6 %
- Đoạn 2: Chuyển tiếp từ đoạn 1 về phía cửa hầm phía Bắc có độ dốc 4 % và dài
2.2 Yếu tố hình học của đường trong hầm
2.2.1 Khổ giới hạn và tĩnh không hầm
2.2.1.1 Khổ giới hạn tiếp giáp kiên trúc trong hầm Định nghĩa: Khổ giới hạn tiếp giáp kiến trúc là một đa giác khép kín, nằm trên mặt phẳng vuông góc với tim đường tạo thành khoảng không tối thiểu dành cho giao thông, mọi chi tiết kết cấu các công trình trên đường đều phải nằm bên ngoài đường bao giới hạn này
* Các thông số của khổ giới hạn nhƣ sau:
- Bề rộng mặt đường xe chạy: B = 7m
- Gờ chắn bánh có chiều cao 0,4m
HầM CHíNH(TL1/100) HầM LáNH NạN(tl1/50)
Hình II- 2.1 Khổ giới hạn của hầm chính và hầm lánh nạn
Ngoài việc tuân thủ quy định về khổ giới hạn tiếp giáp kiến trúc, kích thước bên trong đường hầm cần duy trì các khoảng không gian thoáng cần thiết để đáp ứng yêu cầu trong thi công và khai thác.
- Đủ chỗ bố trí các thiết bị phục vụ khai thác: thiết bị thông tin, tín hiệu, cấp điện, chiếu sáng và thông gió
Để đảm bảo yêu cầu trong thi công, cần sử dụng các loại ván khuôn định hình nhằm khắc phục biến dạng của địa tầng và kết cấu vỏ hầm theo thời gian.
Giữa khổ giới hạn kiến trúc và mặt trong của vỏ hầm cần có một khoảng hở theo quy định Trong bài viết này, tôi đề xuất khoảng hở như sau:
- Tại các điểm góc (A) của khổ giới hạn chọn khoảng cách là 150 mm
- Ngang tường hầm (B) khoảng cách là 500 mm
- Lựa chọn khuôn hầm dạng tương cong 3 tâm
KHUÔN HầM CủA HầM CHíNH(tl1/100) KHUÔN HầM CủA HầM LáNH NạN(t;1/50)
Hình II- 2.2 Đường khuôn hầm của hầm chính và hầm lánh nạn
- Xác định diểm A tại góc thấp bên phải của khổ giới hạn, điểm này cách cạnh vát 15cm
Hai điểm tiếp giáp I và I’ nằm ở hai bên tường hầm, là giao điểm của đường thẳng ngang cách mặt lề người đi 1250mm Hai đường thẳng đứng song song với các cạnh bên của khổ giới hạn, mỗi cạnh rộng 500mm về một phía Đường tim hầm được xác định là đường thẳng đi qua điểm giữa của đoạn thẳng I-I’.
- Tâm O 1 là điêm giao cắt cảu cung tròn tâm A, bán kính R 1 =B-100(cm) với đường thẳng I-I’
Từ tâm O1, vẽ một cung tròn AB với bán kính R1, trong đó điểm B nằm ngang với độ cao mặt đường tại vị trí giáp gờ chắn bánh Tâm O’1 được xác định là điểm đối xứng với O1 qua đường tim hầm, và từ đó, vẽ cung tròn với tâm O’1 và bán kính R1, đối xứng với cung tròn AB.
- Tâm O 2 là điểm giao cắt giữa bán kính O 1 A với đường tim hầm
- Từ tâm O 2 , vẽ cung tròn nối hai điểm A và A’ ta được đường cong ba tâm chính là khuôn hầm cần dựng
2.3: Kết cấu vỏ hầm (phần II- Chương I – mục 1.3) Đường hầm thi công theo công nghệ NATM, hang đào được chống đỡ bằng bêtông phun và neo, vỏ hầm bằng bêtông đổ tại chỗ Dọc theo chiều dài hầm, vỏ hầm đƣợc thiết kế theo một số dạng phù hợp với từng loại cấu tạo địa chất đã phân tích trong[Phần I- chương III]
2.3.1 Bêtông phun (Shotcrete): [Phần II- Chương I – mục 1.3.1]
2.3.2 Neo: [Phần II- Chương I – mục 1.3.2]
* Neo sử dụng trong môi trường có nước nên thích hợp cho lớp địa chất thứ hai
- Đường kính: 41mm, chiều dầy vỏ là 2mm
- Cự li: theo phương dọc 1.2m và theo phương ngang 1.2m
- Những chỉ tiêu cơ học của neo: khả năng chịu kéo của neo 200kN/m, khả năng chống cắt vào khoảng 2700kN
* Phương pháp thi công neo swellex : [Phần II- Chương I – mục 1.3.2]
2.3.3 Các dạng kết cấu vỏ hầm của hầm chính và hầm lánh nạn
* Kết cấu vỏ hầm đƣợc lựa chọn phải thoả mãn các điều kiện sau:
- Kích thước sử dụng hợp lý
- Diện tích mặt cắt ngang nhỏ nhất
- Bảo đảm khả năng chịu lực và ổn định
- Thoát nước, chiếu sang, thông gió thuận lợi
- Thi công dễ dàng, sử dụng cơ giới hoá thi công thuận tiện
* Phương án 2 có 2 dạng kết cấu vỏ hầm ứng với 2 loại địa chất:
Đối với đất đá có f kp = 8, khả năng ổn định cao được đảm bảo Chiều dày toàn bộ mặt cắt vỏ hầm được tính toán là 35cm, trong đó lớp bêtông phun chiếm 5cm.
- Đối với đất đá có f kp =6, tính toán lấy chiều dày trên toàn mặt cắt là 40cm Trong đó chiều dầy lớp bêtông phun là 10cm
T im h ?m võ HầM LáNH NạN (ĐịA CHấT CấP CI)(TL1/50)
Võ HầM CHíNH (ĐịA CHấT CấP
Hình II- 2.3 Mặt cắt ngang hầm ứng với RMR= 57 (f kp =6)
T im h ?m T im d u ? n g T im h ?m 100 võ HầM LáNH NạN (ĐịA CHÊT CÊP B)(TL1/50)
O' 2 võ HầM CHíNH (ĐịA CHấT CấP
Hình II- 2.4 Mặt cắt ngang hầm ứng với RMR= 62 (f kp =8)
2.4 Kết cấu mặt đường xe chạy và đường bộ hành ống thoát n-ớc chính 400 ống thoát n-ớc pvc 100 ống thoát n-ớc hông 300 hộp và ống kỹ thuật
T im h ?m T im d u ? n g lan can h`cm bêtông Mặt đ-ờng M300,dày 20 cm bêtông nền M150,dày 30 cm
Hình II- 2.5.Cấu tạo mặt xe chạy trong hầm chính ống thoát n-ớc hông 300 bêtông Mặt đ-ờng M300,dày 10cm bêtông móng M200,dày 20cm
Hình II- 2.6.Cấu tạo mặt xe chạy trong hầm lánh nạn
2.5 Phòng nước và thoát nước ngầm
2.5.1 Cấu tạo lớp chống thấm vỏ hầm [Phần II- Chương I – mục 1.5.1]
2.5.2 Bố trí hệ thống rãnh thoát
Rãnh thoát nước không chỉ phục vụ cho việc thoát nước mặt đường trong hầm mà còn có nhiều ứng dụng khác Được thiết kế với đường ống có đường kính 30mm, rãnh này được sản xuất đúc sẵn thành từng đốt dài 1m, sau đó được lắp đặt vào khuôn rãnh đã được đào sẵn.