Đề tài Thiết kế và tổ chức thi công đường hầm vượt đường bộ tại nút Kim Mã

Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 1 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CÔNG TRÌNH BỒ MÔN CẦU HẦM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH HẦM ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM VƯỢT ĐƯỜNG BỘ TẠI NÚT KIM Mà HÀ NỘI | 05-2010 Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 2 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 3 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 4 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 LỜI NÓI ĐẦU Ở Hà Nội hiện nay, tốc độ phát triển của hệ thống giao thông vận tải đô thị (GTVTĐT) rất cao. Phương tiện cũng ngày càng đa dạng và phong phú hơn. Hệ thống cơ sở vật chất hạ tầng cho giao thông cũng có nhiều thay đổi. Toàn bộ hệ thống đường xá, cầu, cống đã liên tục được nâng cấp, tại các ngã ba, ngã tư, các nút giao thông đã được trang bị hệ thống đèn hiệu dải phân luồng. Nhiều tuyến đường lớn nhỏ tiếp tục được qui hoạch, mở rộng hợp lý, đạt yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượng, đảm bảo phục vụ tốt cho các hoạt động lưu thông. Bộ mặt giao thông đô thị ở Hà Nội đã và đang thay đổi từng ngày. Tuy nhiên, quá trình phát triển của GTVTĐT ở Hà Nội thể hiện nhiều bất cập. Xu thế phát triển hiện nay của toàn bộ hệ thống GTVTĐT ở Hà Nội chưa cân đối và hợp lý. Điều này có thể thấy rõ ở sự phát triển thiếu hài hoà giữa số lượng và sự đa dạng của các phương tiện giao thông với hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị. Hệ thống cơ sở hạ tầng tuy phát triển nhanh và dần dần được hiện đại hoá nhưng không theo kịp với tốc độ phát triển nhanh đến mức không thể kiểm soát nổi của các phương tiện giao thông. Với chính sách mở cửa trong nền kinh tế thị trường sôi động, trong những năm gần đây, số lượng xe cộ, thành phần phương tiện giao thông tăng rất nhanh và rất đa dạng. Phương tiện giao thông cơ giới tư nhân tăng nhanh dẫn đến tình trạng quá tải của các đường phố Hà Nội đến mức báo động gây trở ngại cho quá trình hiện đại hoá đô thị. Theo số liệu của Phòng Cảnh sát giao thông (Công an TP Hà Nội), riêng trong năm 2006, thành phố có thêm 580 nghìn xe máy đăng ký mới, nâng tổng số phương tiện trên địa bàn lên tới 1,7 triệu xe máy, 175 nghìn ô-tô. Đó là chưa kể số phương tiện của khoảng 200 nghìn người từ các địa phương khác hiện đang sinh sống, học tập trên địa bàn thủ đô. Trong khi đó, trung bình mỗi năm thành phố chỉ xây dựng được thêm 30-40 km đường. Chính vì thế hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị vẫn nhanh chóng bị quá tải và xuống cấp nghiêm trọng. Chất lượng đường thấp, mặt đường hẹp, tại các nút giao thông trong giờ cao điểm mật độ xe tăng vọt gây ách tắc giao thông. Số vụ tai nạn giao thông gia tăng, nồng độ bụi, khí thải, tiếng ồn đã đến mức báo động gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 5 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Nút giao thông tại ngã tư Kim Mã-Nguyễn Chí Thanh-Liễu Giai (gần khách sạn DAEWOO) là một trong những nút giao thông quan trọng của quận Ba Đình và của thành phố. Lưu lượng các phương tiện giao thông rất lớn, thời gian qua nút lớn do có nhiều loại phương tiện giao thông với tốc độ khác nhau cùng tham gia. Việc cần thiết đặt ra là phải cải tạo lại nút giao thông này phù hợp với quy hoạch, rút ngắn thời gian của các phương tiện giao thông qua nút, đáp ứng nhu cầu phát triển giao thông của thành phố trong tương lai. Trước thực trạng giao thông như vậy thì giải pháp khắc phục mang lại hiệu quả về nhiều mặt là xây dựng hệ thống giao thông ngầm. Việc xây dựng hệ thống giao thông ngầm có ý nghĩa rất lớn trong giải quyết vấn đề giao thông đô thị, cho phép sử dụng đất đô thị hợp lý, dành quỹ đất để xây dựng nhà ở, công viên, bồn hoa, khu vực cây xanh v.v… Tăng cường vệ sinh môi trường đô thị, giảm ách tắc & tai nạn giao thông, nâng cao khả năng lưu hành của các phương tiện giao thông. Với mục đích như vậy nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp của em được giao là Thiết kế và tổ chức thi công hầm vượt đường bộ với số liệu của nút giao thông gần khách sạn DAEWOO. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 6 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 7 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC TUYẾN GIAO CẮT 1.1. NÚT HIỆN HỮU 1.1.1. TÊN NÚT: Ngã tư Kim Mã - Nguyễn Chí Thanh - Liễu Giai • Ngã tư Kim mã-Nguyễn Chí Thanh-Liễu Giai là nút giao cắt đồng mức, mật độ xe thông qua là rất lớn. Ngoài ra lưu lượng người đi bộ qua đường rất lớn vì nó nằm gần khách sạn DAEWOO, công viên Thủ Lệ, nhà thi đấu Quần Ngựa, hệ thống nhà hàng văn phòng trên đường Kim Mã, Nguyễn Chí Thanh, ngoài ra còn có các điểm dừng đỗ của xe bus. 1.1.2. CÁC TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT • Đường cấp 4 • Tốc độ tối đa cho phép là 60Km/h 1.1.3. TÌNH HÌNH KHAI THÁC • Tại nút giao thông này, xe cộ nhiều, thành phần xe phức tạp, khách qua đường đông. Do tính chất giao thông tại nút phức tạp có hiện tượng cản trở lẫn nhau giữa các loại xe, giữa xe thô sơ và xe cơ giới, giữa xe và người qua đường, nên thêi gian thông qua nút kéo dài, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khoẻ người tham gia giao thông đặc biệt là người đi bộ và xe đạp. • Tổ chức giao thông tại nút bằng đèn tín hiệu. Trong quá trình xe chạy trên đường, do xe chạy theo các hướng khác nhau, tại các nút giao thông thường xuyên xảy ra các điểm xung đột. Hướng xe chạy khác nhau, tính chất xung đột khác nhau. Tính xung đột thể hiện ở các điểm xung đột sau: điểm tách, điểm nhập, điểm cắt. Điểm xung đột tại đây là các dòng xe khi lưu thông gặp phải người đi bộ qua đường,xe thô sơ rẽ phải rẽ trái. Các điểm xung đột này chính là nguyên nhân là giảm tốc độ Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 8 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 xe, gây tổn thất nhiều thời gian, gây ồn, ô nhiễm, tổn hại về kinh tế, gây tai nạn giao thông. • Để cải thiện tình hình giao thông qua nút nhằm tăng lưu lượng giao thông, tăng khả năng thông hành của xe qua nút, giảm thiểu tối đa tổn thất thời gian và tai nạn giao thông qua nút người ta đề ra nhiều biện pháp tổ chức phân luồng các dòng giao thông như: o Đặt đèn tín hiệu điều khiển giao thông với việc chia pha hợp lý và có cảnh sát giao thông để tăng tính tự giác chấp hành luật giao thông của người tham gia giao thông và hỗ trợ đèn tín hiệu vào giờ cao điểm. o Làm hầm vượt đường bộ, cầu vượt. Mục đích để giảm bớt các điểm xung đột giúp cải thiện tình trạng ách tắc giao thông và cải thiện môi trường. • Theo thống kê, nếu quản lý bằng đèn tín hiệu, thời gian mất đi tại nút là 30% toàn bộ thời gian chạy xe. Lượng khí thải ra của các động cơ xe gấp 9 - 10 lần so với lúc đang chạy. Nếu sử dụng nút giao thông khác mức có thể khắc phục một cách tốt nhất các nhược điểm trên. Cải thiện đáng kể môi trường giao thông, giảm chi phí thời gian, chi phí kinh tế, cải thiện môi trường… • Khi dùng nút giao thông khác mức có thể xoá bỏ các điểm cắt , chỉ còn lại các điểm tách và nhập dòng nên lưu lượng giao thông qua nút và khả năng thông hành của nút sẽ tăng, tuy nhiên hành trình xe chạy sẽ dài hơn dẫn đến chi phí đầu tư ban đầu lớn và diện tích đất chiếm dụng của nút lớn. 1.2. TUYẾN THIẾT KẾ 1.2.1. TÊN NÚT: Ngã tư Kim Mã-Nguyễn Chí Thanh- Liễu Giai 1.2.2. CÁC TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT Để mang lại hiệu quả kinh tế - kĩ thuật của nút giao thông như: rút ngắn hành trình ra vào nút; do đó giảm tổn thất thời gian của các hành trình, tăng tốc độ xe chạy, do vậy Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 9 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 tăng khả năng thông hành của nút; tăng an toàn giao thông; giảm tai nạn giao thông; giảm chi phí khai thác vận doanh, giảm lượng khí thải của phương tiện tham gia giao thông. Khi thiết kế nút giao thông cần dựa trên các nguyên tắc sau: • Đảm bảo người lái xe phát hiện kịp thời nút khi gần tới để chuẩn bị tư tưởng và khi tới nút có thể nhận biết ngay đường đi lối lại trong nút, không do dự, không bị ngộ nhận sai phương hướng. Để có thể biết là sắp tới nút, trên đó có thể trồng cây thấp, hoặc tượng đài, dùng dấu hiệu giao thông ở mặt đường, ban đêm nút giao thông được chiếu sáng nhiều hơn… • Đảm bảo cho người đi bộ,người tàn tật,người đi xe đạp...qua đường được an toàn. • Đảm bảo tầm nhìn, tầm nhìn là nhân tố cơ bản an toàn ở nút. Người lái xe có thể nhìn thấy dễ dàng xe đi trên các tuyến khác, có thể định lượng được tốc độ của xe đó. Trong phạm vi từ 0,6 - 2m theo chiều đứng các vật chướng ngại cần được phát quang. các biển quảng cáo, cây trồng, dấu hiệu giao thông…không được che khuất tầm nhìn. • Đảm bảo cho các dòng xe cắt nhau theo một góc 900. Giao nhau một góc như vậy, người lái xe có thể nhìn tốt hơn, định lượng chính xác hơn tốc độ xe chạy trên đường ngang. Điều đó là rất cần thiết cho người đi bộ. Với góc giao như vậy có thể giảm tối đa chiều dài qua đường. • Đảm bảo chiếu sáng ở nút ban đêm, theo thống kê của Pháp, 42% tai nạn chết người xảy ra tại nút vào ban đêm. Mức độ nguy hiểm của xe chạy ban đêm gấp 2 - 3 lần xe chạy ban ngày. Chiếu sáng ban đêm tại nút một mặt có tác dụng đảm bảo an toàn chạy xe, một mặt có tác dụng tăng vẻ đẹp mỹ quan đường. Các quan điểm chung xây dựng nút giao thông khác mức: Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 10 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 • Nút giao thông khác mức là một dạng đặc biệt về cấu tạo hình học của nút giao thông. Nó bao gồm tất cả các trang thiết bị trên đường để đảm bảo lưu thông dòng xe qua nút. • Nó là một giải pháp giao thông tốt cho các nút giao thông cùng mức vì trên đó các luồng xe có lưu lượng cao có thể chạy với tốc độ cao cắt qua đường ngang khác. Khác với nút giao thông đơn giản, nút khác mức đảm bảo ít nhất là một nhánh nối giữa các đường giao nhau. Sự phân chia cao độ đã loại trừ mọi xung đột cắt giữa các luồng xe rẽ. Mặc dù việc thiết kế mỗi nút giao thông là một công việc cá biệt, nhưng phải gắn nó đồng thời với các nút cùng mức và khác mức cạnh đó. Một nút giao thông khác mức hay một dãy nút giao thông khác mức của một đường cao tốc cắt qua một khu dân cư làm ảnh hưởng đến một vùng rộng lớn cạnh nó, có khi ảnh hưởng tới cả khu dân cư đó. Việc thiết kế và cắm một nút giao thông khác mức phải tạo sự lưu thông tốt nhất phù hợp lợi ích toàn cộng đồng. • Trên một chừng mực nào đó, nút khác mức là một thành phần tách khỏi hệ thống đường xá để thiết kế một cách độc lập nhằm thích ứng tốt nhất các yêu cầu đặc biệt trong vùng đặt nút. Nhưng mặt khác nó lại phải là nhân tố hợp thành của hệ thống đường xá gắn với các thành phần khác để đảm bảo dòng giao thông và nối tiếp với các cấu tạo khác. Vì đây là các yếu tố có liên quan, khi thiết kế nút giao thông khác mức không thể coi nhẹ hình dáng và tính chất của các thành phần khác. • Hiện có rất nhiều mô hình nút giao thông khác mức để từ đó có thể lựa ra mô hình thích hợp nhất với các điều kiện hiện hữu. Việc chọn loại hình của nút giao khác mức là việc thiết kế nó phụ thuộc vào các điều kiện kinh tế và kĩ thuật mà các điều kiện quan trọng nhất là: o Cấp của loại đường, đất giành cho đường, tính chất các kết cấu lân cận, tốc độ tính toán, lưu lượng giao thông, tính chất giao thông… Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 11 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 o Địa hình, môi trường, kinh tế, an toàn… • Quan hệ giữa các thành phần trong hệ thống đường xá 1.2.3. QUY MÔ CỦA NÚT • Nút được xây dựng lại bằng hầm vượt đường bộ theo hướng Kim Mã - bến xe Kim Mã (Cầu Giấy) • Ta sẽ đưa ra 2 phương án: o Phương án hầm vượt đường bộ thi công theo phương pháp cọc ván thép. o Phương án cầu vượt đường bộ. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 12 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 CHƯƠNG II ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC GIAO CẮT 2.1. ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Xà HỘI 2.1.1. VỀ ĐIỀU KIỆN KỸ THUẬT: • Khi đường giao nhau có tiêu chuẩn kĩ thuật cao, có tốc độ xe lớn, như đường cao tốc giao nhau, hoặc giao với các đường khác. • Cường độ xe qua nút lớn, lưu lượng người đi bộ qua nút lớn, thời gian dừng đèn kéo dài. • Khi đường đô thị giao nhau với đường sắt và bị ảnh hưởng rất nhiều. • Điều kiện địa hình cho phép xây dựng nút giao thông khác mức không tốn kém lắm… 2.1.2. VỀ ĐIỀU KIỆN KINH TẾ: • Kinh phí đầu tư bình quân năm để xây dựng nút giao thông khác mức phải nhỏ hơn tổn thất kinh tế hàng năm khi dùng nút giao thông cùng mức. Tổn thất kinh tế hàng năm khi dùng nút giao thông cùng mức có thể được thể hiện ở nhiều mặt, trong đó tổn thất về thời gian là đáng kể, cường độ xe càng lớn tổn thất càng nhiều. • Thời gian khi thu hồi vốn xây dựng nút giao thông khác mức. Thời gian hoàn vốn khi xây dựng nút giao thông khác mức T = 6 -10 năm có thể coi là hợp lí. 2.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH NÚT GIAO THÔNG KIM MÃ-NGUYỄN CHÍ THANH-LIỄU GIAI VỊ TRÍ NÚT: • Nút giao thông tại ngã tư gần khách sạn DAEWOO nằm trong phạm vi quận Ba Đình, là giao cắt giữa đường trục Kim Mã và đường Nguyễn Chí Thanh, Liễu Giai. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 13 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 • Xung quanh nút có một số cơ quan, công viên lớn của Thành phố : công viên Thủ Lệ, khách sạn DAEWOO, các văn phòng, các điểm dừng đỗ xe bus… • Tại nút giao cắt có độ chênh cao là tương đối nhỏ,bề mặt bằng phẳng.Lề dành cho người đi bộ tương đối rộng. 2.3. TÌNH TRẠNG GIAO THÔNG • Nút giao thông Kim Mã-Nguyễn Chí Thanh-Liễu Giai hiện nay đang là nút giao thông cùng mức, điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu. Hiện trạng các đường dẫn vào nút như sau: • Phía Nam: Là đường Nguyễn Chí Thanh. Đường 1 chiều với bề rộng lòng đường mỗi bên là 10,5m.Ở giữa là dải phân cách trung tâm rộng 3m. Ngoài ra vỉa hè khá rộng. Hai bên vỉa hè là hệ thông nhà hàng, văn phòng làm việc. • Phía Bắc: Là đường Liễu Giai. Đường 1 chiều với bề rộng lòng đường mỗi bên là 10,5m. Ở giữa là dải phân cách trung tâm rộng đến 17,5m. Ngoài ra vỉa hè khá rộng. Hai bên vỉa hè là khách sạn DAEWOO, khu thể thao, bãi đỗ xe Ngọc Khánh. • Phía Tây, Đông: Là trục chính của đường Kim Mã. Đường 1 chiều có bề rộng lòng đường mỗi bên là 11.5 m. Giữa có dải phân cách rộng 2m.Vỉa hè rộng 5,5m. Phân thành 4 làn xe cơ giới và 2 làn xe thô sơ. • Tình trạng xung đột: Kết quả phân tích năng lực thông hành Z cho thấy hai hướng vào nút trên trục Kim Mã hệ số Z đều >1 (vượt quá trị số cho phép là 0,85). Lưu lượng và dự báo giao thông qua nút: Trong dự án quy hoạch tổng thể giao thông TP Hà Nội, tổ chức JICA - Nhật Bản có đưa ra kết quả điều tra lưu lượng xe năm 1999 và dự báo đến năm 2015 tại nút Kim Mã-Nguyễn Chí Thanh-Liễu Giai như sau: Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 14 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Tên nút Số lượng xe- Hướng đường 1999 2015 Ôtô các loại Xe máy Xe đạp Xe qui đổi Ôtô các loại Xe máy Xe đạp Xe qui đổi 1 Kim Mã – BX Kim Mã 534 7271 4182 5425 624 7412 4156 5001 2 Kim Mã - Cầu Giấy 628 7478 4961 5855 1070 14166 8676 12745 3 Nguyễn Chí Thanh 356 6666 3950 4874 1749 7804 5421 8908 4 Liễu Giai 336 5956 3168 5030 2891 5049 3258 9234 Tổng cộng 1854 27371 16216 21183 6334 34431 21511 35888 Theo các số liệu đặc trưng nhất về lưu lượng hiện tại theo số liệu khảo sát của công ty Tư vấn Đầu Tư Xây Dựng GTCC Hà Nội tháng 3-1999. • Tổng số xe con qui đổi là 10998xe/1giờ cao điểm • Hướng chạy nhiều nhất là hướng chạy thẳng từ đường Kim Mã ra Cầu Giấy là 2363 xe, chiếm 22% tổng lượng xe qua nút. • Hướng xe chạy thẳng từ đường Kim Mã đi BX Kim Mã là 2114xe, chiếm 19%. • Nếu phân tích cho từng loại xe thì 2 hướng chạy thẳng trên trục đường Kim Mã- Nguyễn Chí Thanh đều chiếm tỷ lệ cao. Từ những phân tích trên ta thấy cần phải xây dựng nút giao thông khác mức. Đây là căn cứ để đưa ra phương án chọn. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 15 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 2.4. TÌNH TRẠNG CÁC CÔNG TRÌNH CƠ SỞ HẠ TẦNG • Hệ thống thoát nước của nút nằm trong hệ thống thoát nước của thành phố.Cống thoát nước có đáy nằm ở độ sâu khoảng 2m. Chạy dọc theo vỉa hè. • Hệ thống dây điện được bố trí trên cao • Nút giao thông Kim Mã-Nguyễn Chí Thanh nằm tương đối gần vị trí những công trình quan trọng trong khu vực như: Khu Thể thao Quần Ngựa, khách sạn DAEWOO, các khu văn phòng, nhà hàng, công viên... • Xong việc xây dựng lại nút giao thông này đều không ảnh hưởng tới các công trình đó. Ngược lại nó sẽ đem lại rất nhiều lợi ích như giải quyết việc lưu thông được dễ dàng hơn(tiết kiệm thời gian đồng nghĩa với việc tiết kiệm chi phí). Ngoài ra nó còn mang ý nghĩa rất lớn trong quá trình phát triển mạng lưới giao thông của thành phố. • Với mặt bằng rộng rãi và bằng phẳng,việc thi công sẽ gặp rất nhiều thuận lợi khi không phải mất nhiều công sức cho việc giải tỏa hay san ủi mặt bằng. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 16 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT KHU VỰC GIAO CẮT 3.1. MÔ TẢ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC HẦM: 3.1.1. ĐỊA CHẤT KHU VỰC: Địa chất quanh nút tương đối tốt và ổn định. Địa chất được xác định thông qua kết quả khoan khảo sát của hai hố khoan và tham khảo bản đồ địa chất Hà Nội: • Hố khoan tại nút Kim Mã - Nguyễn Chí Thanh có: Lớp đất đổ nền, lớp sét , lớp sét pha cát, cát hạt min, cát hạt trung. Mặt cắt địa chất tại khu vực Kim Mã-Nguyễn Chí Thanh Từ bản đồ chia khu địa chất công trình lãnh thổ Hà Nội theo mức độ thuận tiện cho xây dựng công trình ngầm, thì khu vực nút giao thông Kim Mã-Nguyễn Chí Thanh nằm trong khu vực A – rất thuận tiện cho việc xây dựng các công trình ngầm đặt nông. Khu này bao gồm các diện tích phân bố dạng nền đồng nhất. Khi khảo sát xây dựng, công tác thu thập các tài liệu địa chất công trình đã có là rất quan trọng. Các khảo sát phụ thêm chỉ nhằm kiểm tra các số liệu hiện có và bổ xung thêm các đặc tính địa chất công trình liên quan đến thiết kế. Khu này đặc biệt thuận tiện cho việc áp dụng phương pháp đào hở, thành hố đào ổn định ở độ sâu đào lớn. Không có mặt nước ngầm, vấn đề chỉ là thoát nước mặt trong điều kiện thời tiết bất lợi. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 17 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 18 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Bảng 1: Các chỉ tiêu cơ lí của đất khu vực xây dựng hầm Các chỉ tiêu Các kiểu thạch học Sét Sét pha Cát hạt mịn Thành phần hạt [%]-Sỏi, sạn >2mm 2,7 - Cát (2 - 0,05mm) 18,2 26,3 85,9 - Bụi (0,05 - 0,005mm) 41,9 48,3 14,4 - Sét(<0,005mm) 39,9 25,4 2 Độ ẩm [%] 45,2 36,6 Khối kượng thể tích [g/cm3] 1,68 1,81 Khối lượng thể tích cốt đất [g/cm3] 1,16 1,32 Khối lượng riêng [ g/cm3] 1,76 1,80 1,67 Hệ số lỗ rỗng 1,31 1,057 Giới hạn chảy [%] 50,6 39,1 Giới hạn dẻo [%] 29,0 26,2 Chỉ số dẻo [%] 21,6 12,9 Độ sệt 0,75 0,81 Góc nghỉ -Khi khô 9 11 25 Lực dính kết C [kN/m2 ] 15,3 15,7 0 Góc ma sát trong [độ] 26 26 30 Hệ số nén lún a1-2 [m2/kN].10-2 0,06 0,058 Độ bền nén (sức chịu tải) MN/m2 0,10 0,12 Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 19 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 3.1.2. KHÍ HẬU Khu vực Kim Mã - Nguyễn Chí Thanh nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa với hai mùa khí hậu rõ rệt. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3, mùa mưa (mùa nóng) bao gồm những tháng còn lại trong năm. Nhiệt độ trung bình hàng năm bằng 230 - 23,50. Độ ẩm trung bình bằng 80% - 88%. Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10 (chiếm 80% tổng lượng mưa) với lượng mưa trung bình hàng năm bằng 1500 - 2000 mm. Lượng mưa cực đại tập trung vào hai tháng 7, 8 với cường độ có khi vượt quá 150 mm/ngày. Theo kết quả nghiên cứu lập bản đồ ĐCCT - ĐCTV thành phố Hà Nội tỷ lệ 1:50000 của Đoàn 64, Liên đoàn II địa chất thủy văn, thì yếu tố quan trọng nhất gây ra những ảnh hưởng trực tiếp đến xây dựng các công trình ngầm là chiều sâu mực nước dưới đất. Tính thấm, độ giàu nước của khối đất đá, cũng như sự biến đổi động thái của nước dưới đất (kể cả các tầng chứa nước ngầm sâu hơn) làm cho hoạt động của nền đất trở nên rất phức tạp. Trong điều kiện động thái tự nhiên chưa bị phá huỷ, chiều sâu mực nước dưới đất nhỏ hơn 2m ở các giải ven sông ngòi, nhỏ hơn 2 - 5 m trên đồng bằng và 5 - 10m trên các sườn đồi núi thấp. Khi tính toán thiết kế, thi công ta không xét đến nước ngầm tác dụng vào công trình. Mà chỉ quan tâm đến việc thoát nước mặt cho công trình. Vào mùa khô khí hậu tương đối tốt có nhiều thuận lợi cho việc xây dựng các công trình hạ tầng cơ sở. Nên ta chọn thời điểm thi công vào mùa này. 3.1.3. THỦY VĂN: Đặc điểm chiều sâu mực nước dưới đất: Theo kết quả nghiên cứu lập bản đồ ĐCCT - ĐCTV thành phố Hà Nội tỷ lệ 1:50000 của Đoàn 64, Liên đoàn II địa chất thủy văn, thì yếu tố quan trọng nhất gây ra những ảnh hưởng trực tiếp đến xây dựng các công trình ngầm là chiều sâu mực nước dưới đất. Tính thấm, độ giàu nước của khối đất đá, cũng như sự biến đổi động thái của nước Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 20 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 dưới đất (kể cả các tầng chứa nước ngầm sâu hơn) làm cho hoạt động của nền đất trở nên rất phức tạp. Trong điều kiện động thái tự nhiên chưa bị phá huỷ, chiều sâu mực nước dưới đất nhỏ hơn 2m ở các giải ven sông ngòi, nhỏ hơn 2 - 5 m trên đồng bằng và 5 - 10m trên các sườn đồi núi thấp. Nút giao thông Kim Mã - Nguyễn Chí Thanh nằm ở khu vực không có sông suối vì vậy ta không xét đến mực nước ngầm khi thiết kế và thi công công trình ngầm tại đây. 3.2. DỰ KIẾN CẤU TẠO KẾT CẤU VÀ BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ THI CÔNG CÔNG TRÌNH HẦM VƯỢT BỘ: 3.2.1. DỰ KIẾN CẤU TẠO KẾT CẤU: • Để giải quyết giao thông tại nút giao cắt Nguyễn Chí Thanh- Kim Mã ta sẽ tiến hành xây dựng hầm vượt đường bộ. • Hầm được bố trí theo hướng Kim Mã - bến xe Kim Mã đặt ở độ sâu cách mặt đường khoảng 7.45m – 8.15m . Hầm chia làm 2 làn, mỗi làn rộng 5.5m. Ở giữa sẽ là 1 hàng cột D= 0.25m; cao 4,0m. Mỗi cột cách nhau 2m. Chiều cao tính từ mặt áo nền đến mặt dưới của khối mái là 3m. • Khối tường được làm liền với chi tiết móng mở rộng và có dạng chữ L. Dày 0,5m • Cấu kiện mái là các tấm BTCT tiết diện chữ nhật dày khoảng 0,8m. 3.2.2. BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ THI CÔNG: • Vì hầm đặt nông nên biện pháp công nghệ thi công được chọn sẽ là thi công theo phương pháp đào hở (Đào lộ thiên). • Phương pháp thi công kết cấu đường hầm sẽ được áp dụng là theo phương pháp đổ toàn khối: Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 21 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 o Khối tường, khối móng được thi công theo phương pháp đúc tại chỗ, theo công nghệ tường trong đất hoặc vòng vây cọc ván thép o Bên ngoài tường hầm chống thấm bằng cách quét phụ gia chống thấm nhiều lớp kết hợp với vải địa kỹ thuật. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 22 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 PHẦN II THIẾT KẾ CƠ SỞ Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 23 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 PHƯƠNG ÁN I: THẾT KẾ HẦM VƯỢT I: THIẾT KẾ NÚT GIAO CẮT II: KẾT CẤU HẦM VƯỢT III: KẾT CẤU ĐƯỜNG DẪN HAI PHÍA HẦM VƯỢT IV: KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG XE CHẠY TRONG HẦM V: HỆ THỐNG PHÒNG NƯỚC VÀ THOÁT NƯỚC TRONG HẦM VI: THÔNG GIÓ VÀ CHIẾU SÁNG TRONG HẦM VII: HỆ THỐNG BIỆN BÁO TÍN HIỆU TRONG HẦM VIII: CÁC HỆ THỐNG HẠ TẦNG KỸ THUẬT KHÁC CẮT QUA NÚT GIAO IX: BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỈ ĐẠO X: NHỮNG KHỐI LƯỢNG THI CÔNG CHÍNH. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 24 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Xây dựng đường hầm chạy dọc theo trục đường Kim Mã - bến xe Kim Mã. Tổng chiều dài hầm: 460m bao gồm: • Chiều dài hầm chính 52m; tổng chiều dài hầm dẫn 408m (hướng Kim Mã dài 213m, hướng bến xe Kim Mã 195m). • Bề rộng hầm 20,1 m bao gồm: 4 làn xe cơ giới; hai làn người đi bộ (đường công vụ) 2x1 = 2m; vách ngăn giữa + đá vỉa = 1,5m; hai tường bên dày 0,8x2 = 1,6m. • Độ dốc dọc trong hầm 0,4%, phần hầm dẫn là 4,0% • Tĩnh không trong hầm là 4,75m Phương án này ưu tiên cho dòng xe cơ giới chạy thẳng dọc theo trục Kim Mã - bến xe Kim Mã (hiện tại chiếm 22% tổng lượng xe qua nút ). Còn các dòng xe cơ giới rẽ phải, rẽ trái, dòng xe thô sơ, cũng như toàn bộ xe chạy trên trục đường Nguyễn Chí Thanh - Liễu Giai được tổ chức chạy trên mặt đất. I. THIẾT KẾ NÚT GIAO CẮT I.1.KHÁI QUÁT LÝ THUYẾT VỀ TỔ CHỨC NÚT GIAO THÔNG I.1.1. PHÂN TÍCH TÌNH HÌNH GIAO THÔNG Ở CÁC NÚT GIAO THÔNG Trong đô thị, đường giao nhau nhiều, hình thành các nút giao thông. Hiệu quả mạng lưới đường phụ thuộc vào chất lượng các nút giao thông bởi vì số các điểm xung đột và tiềm năng gây tai nạn giao thông tại đó rất lớn. • Tại các nút giao thông, xe cộ nhiều, thành phần xe phức tạp, khách qua đường đông. Trong các dòng xe, có xe chạy thẳng, rẽ phải, rẽ trái. Do tính chất giao thông tại nút phức tạp có hiện tượng cản trở lẫn nhau giữa các loại xe, giữa xe thô sơ và xe cơ giới, giữa xe và người qua đường, nên thường xảy ra ách tắc giao thông và tai nạn giao thông, nhất là vào giờ cao điểm. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 25 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 • Trong quá trình xe chạy trên đường, do xe chạy theo các hướng khác nhau, tại các nút giao thông thường xuyên xảy ra các điểm xung đột. Hướng xe chạy khác nhau, tính chất xung đột khác nhau. Tính xung đột thể hiện ở các điểm xung đột sau: điểm tách, điểm nhập, điểm cắt. Các điểm xung đột này chính là nguyên nhân là giảm tốc độ xe, gây tổn thất nhiều thời gian, gây ồn, ô nhiễm, tổn hại về kinh tế, gây tai nạn giao thông. • Điểm xung đột càng nhiều thì tình trạng giao thông càng nghiêm trọng. Trong các điểm xung đột, điểm cắt, nhất là điểm cắt do rẽ trái có ảnh hưởng lớn nhất, rồi đến các điểm nhập rồi cuối cùng là các điểm tách. Cho nên, khi thiết kế và tổ chức giao thông tại nút, nhiệm vụ là phải giảm hoặc làm mất các điểm cắt. • Để cải thiện tình hình giao thông qua nút nhằm tăng lưu lượng giao thông, tăng khả năng thông hành của xe qua nút, giảm thiểu tối đa tổn thất thời gian và tai nạn giao thông qua nút người ta đề ra nhiều biện pháp tổ chức phân luồng các dòng giao thông như: o Đặt đèn tín hiệu điều khiển giao thông (hoặc có cảnh sát giao thông). Như vậy trong một khoảng thời gian chỉ cho một dòng xe theo một hướng nào đó thông qua nút. o Bố trí hợp lí các đảo giao thông, đảm bảo các xe chạy có tổ chức biến các điểm cắt thành các điểm tách và nhập dòng, giảm bớt ảnh hưởng lẫn nhau của các xe chạy qua nút. • Tuy nhiên, nếu nút giao thông cùng mức quá đông xe, gây nhiều trở ngại cho xe lưu thông qua nút, không đáp ứng được yêu cầu giao thông trong thời kì hiện đại, gây tổn thất lớn về mặt thời gian, kinh tế, môi trường… Theo thống kê, nếu quản lý bằng đèn tín hiệu, thời gian mất đi tại nút là 30% toàn bộ thời gian chạy xe. Lượng khí thải ra của các động cơ xe gấp 9 - 10 lần so với lúc đang chạy. Nếu sử dụng nút giao thông khác mức có thể khắc phục một cách tốt nhất các nhược điểm trên. Cải thiện đáng kể môi trường giao thông, giảm chi phí thời gian, chi phí kinh tế, cải thiện môi trường… Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 26 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 • Khi dùng nút giao thông khác mức có thể xoá bỏ các điểm cắt , chỉ còn lại các điểm tách và nhập dòng nên lưu lượng giao thông qua nút và khả năng thông hành của nút sẽ tăng, tuy nhiên hành trình xe chạy sẽ dài hơn dẫn đến chi phí đầu tư ban đầu lớn và diện tích đất chiếm dụng của nút lớn. I.1.2. CÁC NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ NÚT GIAO THÔNG • Tâm giao của nút trùng với tim đường cao tốc, tim đường đô thị. • Tôn trọng những quy hoạch đã được duyệt khác có liên quan; • Tránh vi phạm những vùng nhạy cảm như công trình văn hóa, quân sự, tôn giáo...vv; • Có xét đến yêu cầu phát triển của giao thông đô thị; • Xác lập hướng ưu tiên trên cơ sở dự báo lưu lượng xe các hướng trong nút và quy hoạch mạng lưới giao thông khu vực thành phố Hà Nội đến năm 2020: o Ưu tiên 1: Đường nối Kim Mã – Cầu Giấy và ngược lại; o Ưu tiên 2: Đường Nguyễn Chí Thanh-Liễu Giai và ngược lại; I.1.3. CÁC QUAN ĐIỂM CHUNG XÂY DỰNG NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC • Nút giao thông khác mức là một dạng đặc biệt về cấu tạo hình học của nút giao thông. Nó bao gồm tất cả các trang thiết bị trên đường để đảm bảo lưu thông dòng xe qua nút. • Nó là một giải pháp giao thông tốt cho các nút giao thông cùng mức vì trên đó các luồng xe có lưu lượng cao có thể chỵ với tốc độ cao cắt qua đường ngang khác. Khác với nút giao thông đơn giản, nút khác mức đảm bảo ít nhất là một nhánh nối giữa các đường giao nhau. Sự phân chia cao độ đã loại trừ mọi xung đột cắt giữa các luồng xe rẽ. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 27 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 • Mặc dù việc thiết kế mỗi nút giao thông là một công việc cá biệt, nhưng phải gắn nó đồng thời với các nút cùng mức và khác mức cạnh đó. Một nút giao thông khác mức hay một dãy nút giao thông khác mức của một đường cao tốc cắt qua một khu dân cư làm ảnh hưởng đến một vùng rộng lớn cạnh nó, có khi ảnh hưởng tới cả khu dân cư đó. Việc thiết kế và cắm một nút giao thông khác mức phải tạo sự lưu thông tốt nhất phù hợp lợi ích toàn cộng đồng. • Trên một chừng mực nào đó, nút khác mức là một thành phần tách khỏi hệ thống đường xá để thiết kế một cách độc lập nhằm thích ứng tốt nhất các yêu cầu đặc biệt trong vùng đặt nút. Nhưng mặt khác nó lại phải là nhân tố hợp thành của hệ thống đường xá gắn với các thành phần khác để đảm bảo dòng giao thông và nối tiếp với các cấu tạo khác. Vì đây là các yếu tố có liên quan, khi thiết kế nút giao thông khác mức không thể coi nhẹ hình dáng và tính chất của các thành phần khác. • Hiện có rất nhiều mô hình nút giao thông khác mức để từ đó có thể lựa ra mô hình thích hợp nhất với các điều kiện hiện hữu. Việc chọn loại hình của nút giao khác mức là việc thiết kế nó phụ thuộc vào các điều kiện kinh tế và kĩ thuật mà các điều kiện quan trọng nhất là: o Cấp của loại đường, đất giành cho đường, tính chất các kết cấu lân cận, tốc độ tính toán, lưu lượng giao thông, tính chất giao thông… o Địa hình, môi trường, kinh tế, an toàn… o Quan hệ giữa các thành phần trong hệ thống đường xá • Dùng nút giao thông khác mức đòi hỏi chi phí lớn, mất nhiều diện tích đất. Cho nên, cần phải cân nhắc kĩ trước khi lựa chọn phương án này. Nếu thoả mãn được hai điều kiện sau thì có thể xem xét sử dụng nút giao thông khác mức: Về điều kiện kĩ thuật: Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 28 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 • Khi đường giao nhau có tiêu chuẩn kĩ thuật cao, có tốc độ xe lớn, như đường cao tốc giao nhau, hoặc giao với các đường khác. • Cường độ xe qua nút lớn, thường xuyên phát sinh hiện tượng ùn tắc giao thông. • Khi đường đô thị giao nhau với đường sắt và bị ảnh hưởng rất nhiều. • Điều kiện địa hình cho phép xây dựng nút giao thông khác mức không tốn kém lắm… Về điều kiện kinh tế: • Kinh phí đầu tư bình quân năm để xây dựng nút giao thông khác mức phải nhỏ hơn tổn thất kinh tế hàng năm khi dùng nút giao thông cùng mức. Tổn thất kinh tế hang năm khi dùng nút giao thông cùng mức có thể được thể hiện ở nhiều mặt, trong đó tổn thất về thời gian là đáng kể, cường độ xe càng lớn tổn thất càng nhiều • Thời gian khi thu hồi vốn xây dựng nút giao thông khác mức. Thời gian hoàn vốn khi xây dựng nút giao thông khác mức T = 6 -10 năm có thể coi là hợp lí. I.1.4. CÁC YÊU CẦU CHO CÁC PHƯƠNG ÁN CỦA NÚT KIM Mà • Đảm bảo khả năng thông xe và vận tốc xe chạy trong thời gian hiện tại cũng như trong tương lại tối ưu nhất. • Khả năng thông xe và vận tốc xe chạy là xấp xỉ nhau trên toàn tuyến. • Đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật và tầm nhìn. • Nút giao thông phải được thiết kế hiện đại, đảm bảo tính mỹ quan không phá vỡ cảnh quan kiến trúc khu vực và các công trình lân cận. • Phương án phải phù hợp với tình hình qui hoạch chung của thành phố. • Đảm bảo điều kiện vệ sinh môi trường, hạn chế đến mức thấp nhất ảnh hưởng xấu tới môi trường như: ô nhiễm môi trường, tiếng ồn, bụi, nước mặt, các khu vực trồng hoa, cây cỏ… Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 29 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 • Nút giao thông phải có biện pháp phòng nước, thoát nước tốt nhất, tránh tình trạng ngập lụt trong mùa mưa. • Phương án phải đảm bảo trong thời gian thi công giao thông vẫn đảm bảo bình thường. I.2. CÁC GIẢI PHÁP KĨ THUẬT CỦA ĐƯỜNG HẦM I.2.1 CÁC THÔNG SỐ QUY CHUẨN THIẾT KẾ HẦM GIAO THÔNG QUA NÚT • Phần hầm kín có độ dốc nhở nhất không dưới 4%, phần hầm dẫn hai đầu có độ dốc dọc nhất không vượt quá 40%. Để giảm hơi độc do động cơ thải ra thì độ dốc trên có thể phải giảm xuống đến 10% • Trên mặt cắt dọc, bán kính đường cong nhỏ nhất với đường cong lồi là 2500m, đường cong lõm là 2500m. • Yêu cầu của mặt cắt ngang đường hầm: o Kích thước sử dụng hợp lí, o Diện tích mặt cắt ngang nhỏ nhất o Đảm bảo khả năng ổn định và khả năng chịu lực o Giá thành xây dựng hợp lí o Thi công dễ dàng, dễ cơ giới hoá trong thi công o Thời gian thi công là ngắn nhất, trong quá trình thi công phải đảm bảo giao thông vẫn hoạt động bình thường o Thoát nước, chiếu sáng, thông gió thuận lợi o Có tính thẩm mỹ cao Do đặc điểm đây là hầm giao thông đô thị tại điểm nút giao thông quan trọng nên vấn đề giao thông cần được chú ý để đảm bảo tình trạng giao thông diễn ra bình thường. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 30 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Đồng thời chiều dài đường dẫn cũng bị giới hạn do vậy mà chiều sâu đặt công trình cũng bị giới hạn. Đây là những yếu tố ảnh hưởng quyết định tới việc lựa chọn phương án mặt cắt hầm hợp lí Tĩnh không và kích thước bên trong đường hầm: Việc định ra giới hạn tĩnh không của hầm là đảm bảo cung cấp cho người sử dụng một đường hầm an toàn, phục vụ tốt, hoạt động khai thác diễn ra một cách hiệu quả trong một khoảng không gian giới hạn, có bầu không khí dễ chịu với thời gian phục vụ lâu dài và chi phí bảo trì thấp nhất. Giới hạn tĩnh không cũng là cơ sở để xác định kích thước và hình dạng mặt cắt kết cấu đường hầm. Chiều cao tĩnh không được xác định theo tiêu chuẩn thiết kế 22TCN272-05, tuyển tập tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam tập V về thiết kế hầm giao thông và tính đến tình trạng dòng xe lưu thông trong đường hầm. • Chiều rộng: phù hợp với qui mô đường chui • Chiều cao: H ≥ 4,75m I.2.2. XÁC ĐỊNH CÁC CẤP HẠNG KỸ THUẬT VÀ CÁC CHỈ TIÊU KĨ THUẬT CỦA TUYẾN I.2.2.1. Xác định cấp hạng kĩ thuật của tuyến: Qua số liệu khảo sát xe qua nút giao thông Kim Mã - Cầu Giấy có lưu lượng xe xon qui đổi hiện tại là: 5425xe/ngày đêm. Hướng Nguyễn Chí Thanh - Liễu Giai là 4874xe/ngày đêm. Khi thiết kế kỹ thuật tuyến Kim Liên – Đại Cồ Việt ta lấy lưu lượng xe trên cả hai chiều và chạy trên 4 làn xe cơ giới: N = 5425 +4874 = 10299xe/ngày đêm Do đó, lưu lượng xe trên mỗi làn là 10299/4 = 2574xe/ngày đêm Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 31 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Trong tương lai đến năm 2015 lưu lượng xe qua tuyến này còn tăng lên đến: 12745 + 9234 = 21979 xe/ngày đêm. Tương đương với mỗi làn là 5494xe/ngày đêm. Do vậy, ta cần phải nâng cấp đoạn đường này lên đường cấp IV thành phố, có 4 làn xe cơ giới . Ngoài ra còn có 2 làn xe thô sơ giành cho các xe rẽ phải, rẽ trái. Như đã chọn trên phần I, ta đã chọn phương án đường hầm qua nút Kim Mã theo hướng Kim Mã – Cầu giấy là phương án kỹ thuật. Với những cơ sở trên đây ta cần phải chọn tuyến đường này là đường cấp IV thành phố đáp ứng được các yêu cầu về giao thông I.2.2.2. Xác định tiêu chuẩn kĩ thuật cơ bản của tuyến: Với cấp hạng kỹ thuật trên ta xác định được các đặc trưng của tuyến là: • Cường độ xe chạy tính toán ở năm tương lai là 21979xe/ngày đêm. • Tốc độ thiết kế là: v = 60 Km/h • Thành phần dòng xe như đã trình bày ở phần 1/ chương 1. Từ những đặc trưng này ta tiến hành xác định các chỉ tiêu kĩ thuật cơ bản của tuyến: Trắc dọc tuyến đường hầm: • Xác định những điểm khống chế: Xác định vị trí đặt hầm: Hầm có chiều dài 6m, chiều rộng 17 m được bố trí trên trục đường Kim Mã - Cầu Giấy. Do đó lấy tim của đường Kim Mã làm tim hầm. Ta có thể dễ dàng xác định được các điểm khống chế của tuyến bằng các cọc 20m bắt đầu từ vị trí đặt đường dẫn vào hầm. Các điểm khống chế này được ghi chi tiết ở bản vẽ trắc dọc kĩ thuật tuyến Việc thiết kế trắc dọc tuyến được trình bày chi tiết trên bản vẽ trắc dọc kĩ thuật. • Xác định bán kính đường cong đứng: Bán kính đường cong đứng được xác định theo tiêu chuẩn xây dựng đường ôtô. Từ cơ sở trên ta chọn bán kính đường cong đứng của đường hầm như sau: Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 32 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Đường hầm ôtô gồm có hai đường cong lồi và một đường cong lõm. Các thông số của đường cong đứng được ghi trong bảng: STT Đường cong Bán kính R(m) Độ dài K(m) 1 Đường cong 1 (KM1+00) 700 23.08 2 Đường cong 2,3 KM2+800và KM3+400 1000 43.98 3 Đường cong 4 (KM9+703) 700 22.38 Độ dốc dọc lớn nhất phải xác định theo 2 điều kiện sau: • Sức kéo phải lớn hơn tổng lực cản của đường: imax = D – f • Sức kéo nhỏ hơn sức bám giữa bánh xe và mặt đường: imax = D’ – f ; D’ = (Gk – Pw)/G Trong đó: f: Hệ số sức cản lăn, tuỳ theo từng loại đường D : Nhân tố động lực của xe D’: Nhân tố động lực xác định theo độ nhám của bánh xe Gk: Trọng lượng trục bánh xe chủ động Các độ dốc dọc lớn nhất imax được xác định cho các loại xe và được lập vào bảng sau: Bảng 4: Loại xe D D’ Gk G Pw imax i’max Xe con 0,03 0,131 1050 2000 0,161 0,175 0,1085 Xe tải nhẹ 0,04 0,15 3210 5350 0,281 0,175 0,1275 Xe tải trung 0,026 0,175 5688 5125 0,365 0,035 0,1525 Xe buýt 0,026 0,175 5688 8125 0,365 0,035 0,1525 Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 33 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Từ các giá trị độ dốc tính toán cho các loại xe ở bảng ta có thể xác định được độ dốc dọc tối đa là imax = 0,035 = 3,5%, với đường hầm độ dốc này pahir chiết giảm 10%. Chọn độ dốc dọc trong hầm là 0,4% Đường cong nằm tối thiểu: Tuyến được vạch dựa trên đường có sẵn nên bán kính đường cong nằm đã được định sẵn. Với đường cong này ta không cần phải bố trí siêu cao vì bán kính đường cong nằm khá lớn, R = 3000m > Rmin (không cần bố trí siêu cao) Với ( ) 2 2 min 60 472.44 127.(0,08 ) 127 0,08 0,02n VR m i = = = − − Xác định tầm nhìn xe chạy: Ch−íng ng¹i vËt S1 Hình 5: Sơ đồ tầm nhìn 1 chiều: Tầm nhìn 1 chiều được xác định theo công thức: ( ) 2 1 . 36 254. o V K VS l iϕ = + + ± Trong đó: lo: Đoạn dự trữ, lấy lo = 10m K: Hệ số sử dụng phanh, K = 1,2 V: Vận tốc thiết kế, V = 60 Km/h = 16,67m/s ϕ: Hệ số bám dọc của đường , trong điều kiện bình thường ϕ = 0.5 Thay số vào ta được: ( ) 2 1 60 1, 2.60 10 35.68 36 254. 0,5 S m= + + = Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 34 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Đoạn hầm này không phải tính toán tầm nhìn ngang bởi vì đay là đường 1 chiều và không có tuyến cắt qua. Xác định bán kính đường cong đứng: Tính toán đường cong đứng lõm để hạn chế lực ly tâm và đảm bảo tầm nhìn ban đêm Để xác định đường cong đứng lõm tối thiểu đảm bảo tầm nhìn ban đêm ta dựa vào sơ đồ chiếu sáng sau: S1 Hình 6: Sơ đồ xác định bán kính đường cong đứng lõm Ta có: 2 1 12.( .sin )p SR H S α = + Trong đó: S1 = 26.23m; Hp = 0,75m (xe con) ; α = 1o , thay vào công thức ta được: R = 284.83m Mặt khác, bán kính đường congđứng lõm đã chọn phải đảm bảo lớn hơn bán kính đường cong đứng tối thiểu hạn chế lực ly tâm tác dụng lên mặt đường: R = V2/6,5 = 246.153m II. KẾT CẤU HẦM VƯỢT 2.1. KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC 2.1.1. KHỔ GIỚI HẠN Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 35 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Trong thiết kế tôt nghiệp này em thiết kế hầm vượt đường bộ vì vậy kích thước hình học của hầm vượt được xác định theo tiêu chuẩn thiết kế đường phố, đường quảng trường đô thị. Kích thước như sau: 500 2B+C 500 500 25 00 40 0 B C B 750 bH H -1 00 0 1.5% 1.5% b+400 b+400 750 Hình 5 Khổ giới hạn tiếp giáp kiến trúc hầm. Khổ giới hạn kiến trúc trong hầm cho loại đường hai chiều, có giải phân cách giữa là dạng tường ngăn hoặc hàng cột ngăn có kích thước như bảng sau: Bản 10 Các đặc trưng của hầm vượt. Kích thước Hai làn B (mm) 5500 H (mm) 4750 C (mm) ≥ 1200 Chiều rộng B mặt xe chạy theo một hướng xe phụ thuộc vào số lượng làn xe trong mỗi hướng. Mỗi hướng xe chạy bố trí một lề công vụ rộng 750mm, chiều cao cách mặt xe chạy 400mm. Chiều rộng dải phân cách C đảm bảo mỗi phía bằng chiều rộng của tường hoặc cột cộng với 400mm nhưng C ≥ 1200. Độ dốc ngang của mặt xe chạy 1,5% dốc về hai phía rãnh bố trí ở hai bên đường hầm. Trên cơ sở đó em dựng khổ giới hạn tiếp giáp kiến trúc hầm như sau: Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 36 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Đường hầm dùng cho đường ôtô với khổ đường rộng gồm 4 làn xe ôtô và lề công vụ là 1000mm. 500 15500 500 5002500 400 5500 1500 5500 1250 5004750 4000 1.5% 1.5% Khæ giíi h¹n tiÕp gi¸p kiÕn tróc trong hÇm 1250 Hình 6 Khổ giới hạn tiếp giáp kiến trúc hầm. 2.1.2. KHUÔN HẦM Vỏ hầm tiết diện hình hộp đổ tại chỗ, áp dụng biện pháp thi công đào lộ thiên. Để bố trí các thiết bị như: chiếu sáng, tránh sai số trong thi công, các khoảng cách lấy như sau: • Nóc hầm: ở đây bố trí thông gió nên em chọn Δ = 1250mm. • Hai bên: Đối với đường ôtô từ khổ giới hạn lấy ra một khoảng Δ = 250mm. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 37 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 500 15500 500 500 2500 400 5500 1500 5500 500 4750 1250 4000 1.5% 1.5% 250 X¸c ®Þnh c¸c ®iÓm giíi h¹n tÜnh kh«ng trong hÇm 1250 250 Hình 7 Xác định các điểm giới hạn tĩnh không trong hầm 2.2. KẾT CẤU VỎ HẦM Hầm vượt đường có độ sâu bằng chiều dày của kết cấu trần hầm cộng với chiều dày lớp phủ và chiều cao tĩnh không trong hầm. Chiều dày lớp phủ lấy ở vị trí mép đường xe chạy bên trên, bao gồm lớp bê tông tạo phẳng, lớp chống thấm, lớp bê tông bảo vệ và lớp bê tông nhựa. Chiều dày của trần hầm phụ thược vào chiều rộng giữa hai mặt tường bên và tường ngăn, lấy bằng ( 1 1 10 20 ÷ )L. Trên cơ sở phân tích ở trên chon: Vỏ hầm tiết diện hình hộp đổ tại chỗ, áp dụng biện pháp thi công đào lộ thiên. • Chiều dày nóc dn = ( 1 1 10 20 ÷ )L vơi L = 9000(mm) Suy ra dn = ( 1 1 10 20 ÷ )×10000 = 450 ÷900mm Trên cơ sở tính toán trên em chon sơ bộ: dn = 800mm • Tường bên: chọn sơ bộ dt = 800mm. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 38 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 • Do khẩu độ tấm nắp lớn nên trong hộp phải bổ sung theo một tường ngăn chia hộp ra làm hai. Bức tường này chỉ chịu nén nên chiều dày chỉ bằng một nửa tường ở hai bên vách hầm. Chọn sơ bộ chiều dày tường giữa 500mm. • Đáy hầm Em chọn sơ bộ dd = 1000mm. • Lớp phủ là dùng loại đất đắp có các đặc trưng như trình bày dưới đây. 12 3 4 KÕt cÊu vá hÇm 500 4750 1.5% 1.5% 800 700 800 1000 1000 4000 2500 75007500 500 1500 20000 6300 1250 400 Hình 8 Kết cấu vỏ hầm Chú thích: 1. Hộp kỹ thuật: đường dây điện, cáp điện thoại, ống nước sinh hoạt… 2. Lề công vụ đồng thời là lề người đi bộ 3. Rãnh thoát nước 4. Lề công vụ Khi thi công ta tíên hành thi công đáy, hai tường bên, tường giữa có cốt thép chờ ở tường sau đó thi công nắp hầm và xử lý mối nối. Khi tính toán vẫn tính theo kết cấu toàn khối. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 39 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 2.3. LỰA CHỌN MẶT CẮT CHO HẦM Hầm vượt làm việc tương tự như cầu bản mố nhẹ, trụ cứng. Mục dích để giảm chiều cao kiênd trúc, kết cấu sử dụng loại bản lắp ghép bê tông DƯL, mối nối chốt, bên trên có tấm BTCT dày 10cm đổ tại chỗ. Bản lắp ghép liên kết với xà mũ mố và mũ trụ bằng chốt cố định để truyền được lực ngang, gối kê đệm thép cho phép đầu bản xoay tự do khi có hoạt tải chạy trên. Hai bên tường mố vừa làm nhiệm vụ đỡ bản vừa làm nhiệm vụ chắn đất, ở giữa là tường ngăn hoặc hàng cột bên trên có xà mũ làm nhiệm vụ đỡ bản bê tông. Tường và cột được phân làm hai loại: đúc tại chỗ và lắp ghép. Tường đúc tại chỗ được chia làm từng tấm từ 10-20m giữa các tầm đẻ khe lún. Tầm tường lắp ghép có chiều dài 2,5 – 3m liên kết giữa các tấm bằng mối nối chốt, cứ 3-4 tấm bố trí một khe lún. Cột đúc tại chỗ có tiết diện hình chữ nhật hai đầu tròn nằm dọc theo hướng hầm, cột lắp ghép dạng cột tròn. Đối với tường và cột lắp ghép đều để cốt thép chờ để liên kết với xà mũ đúc tại chỗ. Mũ mố phải có tường đỉnh che phía sau để tránh đất tràn vào vị trí bản kê lên xà mũ. Tuỳ theo từng điều kiện địa chất mà móng tường và cột áp dụng loại móng khối trên nền thiên nhiên hoặc móng cọc. Phía dưới nền bố trí các thanh chống giữa hai bên móng, trường hợp nền yếu có thể đổ cả tầm bê tông khắp đáy nền. Móng đường đổ bê tông tại chỗ mác thấp, mặt xe chảy rải bê tông hoặc bê tông nhựa. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 40 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 6 5 2 7 8 14 3 1110 9 Hình 9 Kết cấu vỏ hầm tường đúc tại chỗ trên móng khối, bản bê tông ƯST lắp ghép Ghi chú: 1- Bản bê tông; 2- Tường hầm đúc tại chỗ; 3- Cột ôvan đúc tại chỗ; 4- Xà mũ trụ; 5- Móng cột; 6- Thanh chống đúc tại chỗ; 7- Mặt đường; 8- Móng bê tông; 9- móng đá dăm; 10- Rãnh dọc; 11- Đường cống ngầm. Tường mố được chống thấm bằng hai lớp bao tải tẩm nhựa đường dán lên mặt sau của tường bằng lớp bi tum đung nóng. Để khắc phục hiện tượng ổ gà ở chỗ tiếp giáp giữa nền đắp và mặt cầu sử dụng lớp móng đá dăm thay đổi dần chiều dày ngay phía sau đỉnh tường mố. Khe biến dạng trên đỉnh trụ là loại khe hẹp, chiều rộng 3cm để đầu bản xoay tự do. Bản bê tông mặt cầu bên trên khe không nối liền cốt thép, khi đổ bản tạo vết cắt rời giữa hai khối bê tông trên mỗi nhịp. Lớp áo đường rải liên tục qua đỉnh trụ. Hình 2.4 là một loại kết cấu tường đổ tại chỗ có móng khối trên nền thiên nhiên, cột hình ôvan và bản lắp ghép bê tông DUL chiều dài 12m. Với mục đích rút ngắn thời gian thi công nhiều bộ phận trong kết cấu của đường hầm có thể đúc sẵn gồm các khối móng, tường và cột. Móng được chia thành tầng chịu lực và tầng chân cột có tạo sẵn hố chờ để lắp dựng tường hoặc cột, các khối này được đặt chồng lên nhau liên kết bằng vữa. Theo chiều dài móng lắp ghép có nhiều mối nối do đó chịu lực không tốt nên người ta thường đúc tại chỗ bệ móng, trên mặt bệ tạo sẵn hố chờ Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 41 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 để lắp ghép tường hầm và cột trụ. Các thanh chống cũng được đúc sẵn và liên kết với móng tường và móng cột bằng bê tông mối nối. Khi không áp dụng được kết cấu móng nông thì thay bằng móng cọc đóng tại chân tường và chân cột, móng đường trong hầm vẫn sử dụng tầm bê tông. Chiều sâu đặt móng đảm bảo đủ chiều dày bệ và kích thước các bộ phận trên mặt đường theo cấu tạo. Trường hợp hầm đi qua nền đát yếu, toàn bộ kết cấu đường hầm kể cả nền hầm phải đặt trên nền cọc, khi đó đường hầm nên chia thành hai khối tách riêng, bố trí khe lún ở giữa, mỗi nửa đường hầm nằm trên một móng và kết cấu tường hầm, nếu khổ hầm không lớn có thể cả trầm cũng đúc tại chỗ. Đối với đường hầm thi công theo phương pháp “tường trong đất ” tường bên và tường giữa được đúc tại chỗ theo phương pháp rút ống thẳng đứng, chân tường được đặt sâu xuống phía dưới có vai trò như móng ma sát và được chia thành từng đốt có chiều dài 10m ngăn cách nhau bằng khớp nối đi kèm công nghệ thi công trong vữ sét. Trần hầm có thể dạng bản đúc tại chỗ, liên kết ngàm cứng với các đỉnh tường hoặc là dầm bản ƯST lắp ghép gác lên đỉnh tường. Nền hầm và móng bê tông đúc tại chỗ trên nền thiên nhiên. 2 78 14 10 9 4 3 Hình 12 Kết cấu vỏ hầm thi công theo phương pháp tường trong đất Ghi chú: 2,3- Tường bên và tường giữa đúc trong hào đào vữa sét; 9- Móng đá dăm; 1- Bản bê tông; 4 Xà mũ trụ và đỉnh mố đúc tại chỗ; 10- Rãnh dọc; 7- Mặt đường; 8- Móng bê tông. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 42 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Nền đào đường dẫn hai đầu hầm sử dụng kết cấu tường chắn. Tường chia thành từng tấm có chiều dài 10m, giữa các tấm bố trí khe lún. Theo điều kiện ổn định, các tầm tường làm việc theo tường chắn trọng lực có tăng cường bởi thanh chống và tấm móng của nền đường bên trong. Theo điều kiện cường độ, tường chắn là kết cấu bê tông cốt thép làm việc chịu uốn. Đối với đoạn đường dẫn giáp với cửa hầm do chiều sâu lớn nên có thể tìm cách tăng cường cả về ổn định và cường độ bằng kết cấu bản giảm tải phía sau lưng tường, hoặc khung chống bên trên được che dấu dưới dạng giàn đèn chiếu sáng. 31 4 A) B) 2 Hình 10 Kết cấu tường chắn hai phía cửa hầm Ghi chú: A)- Tăng cường ổn định bằng bản giảm tải; B) Tăng cường bằng khung chống trên; 2- Khung chống kết hợp giản đèn; 3- Móng tường bê tông đổ tại chỗ. Dạng hộp chữ nhật mái phẳng một nhịp (không có vách ngăn): Với các thông số: (Hình vẽ) • Bề rộng hầm 17m; • Chiều cao thông thuỷ 4750m; • Dầm đáy dày 1000m; Dầm nóc dày 8m; Tường bên dầy 1m; • Tổng chiều cao hầm 6,3m. Ưu điểm : Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 43 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 • Hệ số sử dụng không gian cao, kết hợp với tường trong đất làm tường chịu lực • Phương pháp thi công đơn giản. • Dễ định hình hoá các cấu kiện thi công lắp ghép = > khả năng cơ giới hoá cao • Tiết kiệm vật liệu, không phải xây tường ngăn. Nhược điểm: • Khả năng chịu lực kém do chiều rộng quá lớn 29,5m mà không có cột chống. • Do phải chịu tải trọng bên trên tương đối lớn nên chiều dày dầm nóc khá lớn Dạng hộp chữ nhật mái phẳng hai nhịp (có vách ngăn giữa): Với các thông số: (Hình vẽ) • Bề rộng hầm 17,0 m; • Chiều cao thông thuỷ 4,750m; • Dầm đáy dày 0,5m; Dầm nóc dày 0,8m; Tường bên dầy 0,75m; • Vách ngăn dầy 0,5m • Tổng chiều cao hầm 7m. Đây là dạng kết cấu phù hợp với phương pháp thi công lộ thiên bằng công nghệ thi công tường trong đất và phương pháp thông thường ổn định vách hố đào bằng cọc cừ. Có thể là lắp ghép hoặc đổ tại chỗ. Ưu điểm : Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 44 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 • Hệ số sử dụng không gian cao, kết hợp với tường trong đất làm tường chịu lực • Phương pháp thi công đơn giản. • Dễ định hình hoá các cấu kiện thi công lắp ghép = > khả năng cơ giới hoá cao Nhược điểm: • Khả năng chịu lực kém hơn so với kết cấu vòm. • Cần phải mở rộng hầm sang một bên để bố trí đường phục vụ các hệ thống kĩ thuật (hệ thống cáp điện, hệ thống thoát nước, hệ thống thông gió…) • Do phải chịu tải trọng bên trên tương đối lớn nên chiều dày dầm nóc khá lớn Dạng vòm tường thẳng hai nhịp Với các thông số: (Hình vẽ) • Bề rộng hầm 17m; • Dầm đáy dày 0,75m; • Phần vòm: chân vòm dày 0,75m; đỉnh vòm dày 0,5m; • Tường bên dầy 1m; Vách ngăn dầy 1m • Tổng chiều cao hầm 7m. Ưu điểm: • Kết cấu có khả năng chịu lực tốt • Hệ số sử dụng không gian cao tận dụng được không gian phần vòm để bố trí các hệ thông kỹ thuật. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 45 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 • Về mặt mỹ quan thì dạng vòm tường thẳng đẹp hơn so với mặt cắt dạng hộp Nhược điểm: • Đường hầm kết cấu dạng vòm tường thẳng cần nằm gọn toàn bộ hoặc một phần dưới đặt trong lớp đất cứng có khả năng tiếp nhận tải trọng lớn không thích hợp cho các tuyến đường ngầm đặt nông. • Đối với hầm nút giao thông thì chiều cao kiến trúc của hầm dạng này cũng là một nhược điểm (vì nó ảnh hưởng đến độ dốc dọc của hầm). Dạng mặt cắt hình tròn Ưu điểm: • Phù hợp với đường hầm trong đất yếu, không ổn định dễ bị cuốn trôi • Tạo nên áp lực lớn theo mọi hướng • Mặt cắt hình tròn là kinh tế nhất khi xây dựng đường hầm 1 tuyến. • Rất phù hợp khi thi công bằng phương pháp khiên đào. Nhược điểm: • Thi công khó khăn, không phù hợp với hầm nút giao thông đường ôtô • Hệ số sử dụng không gian thấp vì càng gần biên đường hầm chiều cao hầm giảm nhanh Dạng mặt hộp chữ nhật mái sườn hai nhịp (có vách ngăn giữa) Với các thông số: (Hình vẽ) • Bề rộng hầm 19,5m; • Chiều cao thông thuỷ 4,5m; • Dầm đáy dày 0,5m; Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 46 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 • Sườn dầm nóc dày 0,8m; bản bê tông nóc hầm 0,2m • Tường bên dầy 0,75m; • Vách ngăn dầy 0,5m • Tổng chiều cao hầm 6,4m. Đây là dạng kết cấu phù hợp với phương pháp thi công lộ thiên bằng công nghệ thi công tường trong đất và phương pháp thông thường ổn định vách hố đào bằng cọc cừ. Có thể là lắp ghép hoặc đổ tại chỗ. Ưu điểm : • Hệ số sử dụng không gian cao, kết hợp với tường trong đất làm tường chịu lực • Phương pháp thi công đơn giản. • Dễ định hình hoá các cấu kiện thi công lắp ghép = > khả năng cơ giới hoá cao Nhược điểm: • Khả năng chịu lực kém hơn so với kết cấu vòm. • Cần phải mở rộng hầm sang một bên để bố trí đường phục vụ cho các hệ thống kĩ thuật • Do phải chịu tải trọng bên trên tương đối lớn nên chiều dày dầm nóc khá lớn • Do có sườn nên về mặt mỹ quan thì kém hơn so với phương án hộp mái phẳng Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 47 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Các kích thước được lấy theo tiêu chuẩn thiết kế đường hầm đường sắt và đường ô tô 4528-1988 (nhà xuất bản xây dựng) có sự tham khảo sổ tay thiết kế đường hầm giao thông (Liên Xô cũ), và thực tế của khu vực xây dựng. Mặt khác để so sánh các phương án mặt cắt ta có thể lập khái toán sơ bộ cho các phương án theo các biểu sau dựa theo tham khảo: Các văn bản định mức dự toán do Bộ xây dựng ban hành Các văn bản lập bảng giá khảo sát do Bộ xây dựng ban hành Giá chào hàng của các công ty liên quan Giá thực tế thi công tường trong đất Đơn giá khảo sát thiết kế của các liên doanh Việt Nam-nước ngoài Giá chào hàng của một số công nghệ mới phục vụ thi công công trình ngầm trong đô thị 2.3.1. XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN Xét bải toán móng nông như sau: sau khi chuyển tải trọng về trọng tâm móng ta được các giá trị như sau: N M Hình 12: Móng đáy hầm *Tính ứng suất dưới đáy móng: • Tính ứng suất nén lớn nhất Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 48 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 0( ) ( ) max tt o ttN M F W σ = + max 2 485 1, 25 993 1 20 20 1 6 x σ × = + × σmax = 328.21kN/m2 • Tính ứng suất nén nhỏ nhất: 0( ) ( ) min tt o ttN M F W σ = − + max 2 485 1, 25 993 1 20 1 20 6 x σ × = − + × σmin = 267.59 kN/m2 * Kiểm tra ứng suất đáy móng a) Sức chịu tải của nền đất dưới đáy móng: Rtt= 1,2{ R'[1 + k1(b-2)] + k2γtb(h - 3)} Rtt=1,2× { 1× [1 + 0,02(2-2)] +0,15× 1,91× (9- 3)} Rtt=2.183g/cm2= 218.3kN/ m2 Trong đó: R': Cường độ giới hạn của đất nền ( Bảng 7,5 tr403 - Chương VII- Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông đường bộ 22TCN 18-79- NXB GTVT ). Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 49 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Với đất là đất sét có hệ số rỗng e = 0,856, hệ số độ sệt IL>0,6, độ ẩm W= 29,6 >20, tra bảng nội suy ta có:R=1kg/cm2 k1 = 0,02 (m-1): Hệ số (bảng 7,8 tr404- Chương VII- Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông đường bộ 22TCN 18-79- NXB GTVT) k2 = 0,15: Hệ số (bảng 7,8 tr404- Chương VII- Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông đường bộ 22TCN 18-79- NXB GTVT) b =1 <2 lấy b =2 m: Bề rộng móng h=9m: chiều sâu chôn móng. b) Điều kiện kiểm toán max max min 1, 2 2 tt tb tt R R σ σ σ σ ≤⎧⎪⎨ + = ≤⎪⎩ Thay số vào ta có: 2 2 max 2max min 328,21 / 1,2 360 / 328,21 267,59 297.9 300 / 2 2 tt tb tt kN m R kN m R kN m σ σ σ σ ⎧ = < = ⎫⎪ =>⎨ ⎬+ + = = = < = ⎭⎪⎩ Đạt Vậy không cần sử dụng móng cọc hay móng khối. Chỉ dùng đáy vỏ hầm có chiều dày 1m là đủ. Kết luận: Căn cứ vào các điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn và các ưu nhược điểm của từng phương án và các chỉ tiêu so sánh ta chọn phương án mặt cắt đường hầm hình hộp chữ nhật mái phẳng có vách ngăn giữa. 2.3.2. Ổn định đáy hố đào khi dòng thấm không áp Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 50 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Khi đào đất trong trường hợp nước ngầm phải chú ý tới hiện tượng phin trào (cát chảy). Công thức kiểm toán trong trường hợp này là: ' ' w w w . 2 . 1.5 . .s D DK h h γ γ γ γ = = ≥ Trong đó: ' 319.1 / :tb kN mγ γ= = Trọng lượng đẩy nổi của đất (Xem phần tính chiều sâu cọc) D = 7 m: Độ cắm sâu vào đất của cọc (Xem phần tính chiều sâu coc) 3w 10 / :kN mγ = Trọng lượng riêng của nước w 6,5h m= : Chiều cao cột nước tính từ mặt đào Vậy ta có ' w w 2 . 2 19.1 7 4.11 1.5 . 10 6.5s DK h γ γ × × = = = ≥ ⇒ × Không xảy ra hiện tượng bùng hố móng 2.4. KẾT CẤU CỬA HẦM Đây là hầm vượt nằm trong dô thị do vậy cửa hầm phải được thiết kế là một công trình phải đảm bảo các tiêu chuẩn kiến trúc. §i vµo hÇm §i ra hÇm Hình 18: Cửa hầm Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 51 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 III. KẾT CẤU ĐƯỜNG DẪN HAI PHÍA CỬA HẦM. 3.1. ĐƯỜNG DẪN PHÍA KIM Mà Đường dẫn phía Kim Mã có độ dốc 4%, vị trí cửa hầm là Km0+247m kết thúc đường dẫn là KM0+460, tổng chiều dài là 213m. C MNN B A ®−êng phè phÝa trªn 2.000 % 2.000 % ®−êng phè phÝa trªn MNN 1.5 % 1.5 % - Bªt«ng asphan dμy 75mm - Bªt«ng chÌn M200 - Bªt«ng kÕt cÊu M300 - Bªt«ng b¶o vÖ - Líp phßng n−íc mÒm lo¹i PVC - Bªt«ng lãt nÒn M150 - Líp ®¸ d¨m ®Öm 2x4 - §Êt nÒn Hình 19: Kết cấu hầm dẫn Đường dẫn gồm có 4 làn xe, giải phân cách giữa là 1.5 m. 3.2. ĐƯỜNG DẪN PHÍA BẾN XE KIM Mà Đường dẫn có độ dốc 4%, vị trí cửa hầm là KM0+195 kết thúc đường dẫn là KM+80, tổng chiều dài là 195m. IV. KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG XE CHẠY TRONG HẦM Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 52 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 4.1. HÌNH THỨC BỐ TRÍ MẶT XE CHẠY TRONG HẦM Xe chạy trong hầm gồm có 4 làn xe, tốc độ xe chạy trong hầm là 60km/h. Hầm nằm trên đường thẳng, độ dốc dọc là 0,4% phục vụ việc thoát nước, độ dốc ngang là 1,5%. 4.2. CẤU TẠO CÁC LỚP MẶT ĐƯỜNG • Lớp bê tông nhựa chọn dày 75mm, • Giữa hai làn có giải phân cách mềm bằng sơn rộng 250mm. V. HỆ THỐNG PHÒNG NƯỚC VÀ THOÁT NƯỚC TRONG HẦM 5.1. BIỆN PHÁP PHÒNG NƯỚC Toàn bộ hệ thống hâm kín và hầm dẫn được bọc 1 lớp chống thấm, đảm bảo kết cấu không bị thấm nước trong quá trình khai thác. Kết cấu chống thấm được chia làm ba phần: phần đáy hầm; phần tường và đỉnh của hầm. 5.1.1. QUY TRÌNH CHỐNG THẤM CHO BỀ MẶT BT HẦM • Làm sạch và khô bề mặt BT hầm • Sơn hỗn hợp phụ gia chông thấm lên bề mặt BT • Sau 4h-5h, Sơn hỗn hợp phụ gia chống thấm lên bề mặt BT lần thứ hai và dán phủ bề mặt bằng lớp PVC dày 2mm. • Để một ngày sau thi công lớp BT bảo vệ./. 5.1.2. QUY TRÌNH CHỐNG THẤM CHO ĐÁY HẦM: • Sau khi thi công xong móng và lớp tạo phẳng của móng hầm, ta dùng loại chống thấm PVC trải xuống dưới đáy hầm và thực hiện đổ BT lên trên. Sau khi hoàn thiện công tác dán màng chống thấm, toàn bộ đường hầm được bọc một bê tông bảo vệ dày 5cm. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 53 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 • Phần các tầng ngầm dưới đất của hệ thống trạm bơm cùng hệ thống trạm bơm được chống thấm bằng loại màng chống thấm có đặc tính kĩ thuật tối thiểu tương đương BITUTHEN 3000 của hãng Grace, bên ngoài màng chống thấm được bọc một lớp xốp (Polystyrene Foam) đảm bảo cho màng chống thấm không bị phá hoại trong quá trình lấp đất. • Giữa các đốt hầm kín, hầm dẫn đổ tại chỗ bố trí khe co giãn rộng 2cm. Mối nối gồm hai phần: • Thanh Φ32 liên kết giữa các đốt hầm: tại khe giãn nở bố trí các thanh Φ32, bước a = 300mm chạy dọc theo chu vi mặt cắt. Thanh Φ32 một đầu liên kết chặt vào BT, một đầu có thể trượt tự do trong ống nhựa tẩm nhựa đường • Chống thấm mối nối: Để chống thấm qua khe giãn nở 2cm, ta sử dụng băng ngăn nước lắp đặt chạy dọc theo mối nối và được đặt ở giữa. Hai bên băng ngăn nước dùng vật liệu chèn khe từ vật liệu PE tỷ trọng cao (Joint Filler). Ngoài cùng sát bề mặt BT sử dụng vật liệu gắn kín trên cơ sở Polysulphide có tính năng cao dùng để hàn kín các mối nối (Joint Sealants). 5.2. BIỆN PHÁP THOÁT NƯỚC Các loại nước có thể chảy trong hầm: • Nước mưa • Nước khi rửa đường Do vậy phải bố trí hệ thống rãnh dọc và bể chứa để thu nước mưa chảy từ hai đầu hầm dẫn vào và nước rửa đường. Nước được thu vào bể chứa và được bơm ra khỏi phạm vi hầm vào hệ thống cống thoát nước của thành phố. Với cơn mưa có cường độ mưa lớn nhất, giả sử thể tích nước mưa chảy vào hầm sau 1 trận mưa là 80m3 , và cứ trong 1h lại có một trận mưa như vậy căn cứ vào đó ta có thể chọn bể thu nước dung tích 240m3, như vậy là phải sau 3h nước mới đầy bể. Khi đó Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 54 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 sử dụng 4 máy bơm tự động công suất mỗi máy là 80m3/h trong đó có 2 máy dự phòng, ta có thể đưa toàn bộ lương nước mưa ra khỏi đường hầm Kích thước bể ta có thể chọn như sau:kích thước bể là: 5.4x11.4x4m (rộng 5.4m, dài 11.4m, cao 4m). Bể được đúc bằng BTCT liền khối bề dày tường 25cm. VI. THÔNG GIÓ VÀ CHIẾU SÁNG TRONG HẦM 6.1.THÔNG GIÓ TRONG HẦM Trong đường hầm ô tô, khí độc hại chủ yếu là khí CO và CO2 do việc đốt cháy dầu xăng của động cơ ô tô thải ra. Về mùa hè, nhiệt độ không khí bên ngoài hầm cao hơn bên trong hầm từ 10 - 150 do vậy mà áp suất bên trong hầm bao giờ cũng lớn hơn bên ngoài hầm. Hầm có hai cửa: một cửa nằm theo hướng Đông - Tây, một nằm theo hướng Tây - Tây Bắc. Hầm kín nằm theo hướng Đông - Tây nên dễ dàng tiếp nhận gió Đông Nam về mùa hè và gió Đông Bắc về mùa Đông Sử dụng quạt thông gió JK600 bị chiếu sáng chuyên dụng chống nổ, chống ăn mòn. Mạng đèn bố trí hai bên hầm, khoảng cách 5m/1bộ. Chiếu sáng phần hầm dẫn bằng hệ thống cột đèn chiếu sáng hiện đại, hệ thống dây cáp điện được bố trí trong ống kĩ thuật chôn ngầm trong hầm. Nguồn năng lượng chiếu sáng được bố trí trong các khoang kĩ thuật đảm bảo an toàn cao, hệ thống đường dây là các loại cáp mềm bọc trong các ống cách điện, các thiết bị chiếu sáng phải là các thiết bị chuyên dụng để đảm bảo không xảy ra sự cố. Việc cấp điện được cung cấp bởi hai nguồn độc lập./. VII. HỆ THỐNG BIỂN BÁO TÍN HIỆU TRONG HẦM Tại vị trí đầu đường dẫn bắt đầu vào hầm đều có biển báo hiệu. VIII. CÁC HỆ THỐNG HẠ TẦNG KỸ THUẬT KHÁC CẮT QUA NÚT Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 55 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 8.1 HỆ THỐNG CÁP THÔNG TIN VÀ CÁP ĐIỆN LỰC Hệ hống cáp thông tin đựơc bố trí trong lớp đất đắp ở phía trên cửa hầm. Với chiều dày đất đắp là 600mm đảm bảo thoả mãn tiêu chuẩn. AB qu¹t th«ng giã lo¹i J600 - Bªt«ng asphan dμy 75mm - Bªt«ng chÌn M200 - Bªt«ng kÕt cÊu M300 - Bªt«ng b¶o vÖ - Líp phßng n−íc mÒm lo¹i PVC - Bªt«ng lãt nÒn M150 - Líp ®¸ d¨m ®Öm 2x4 - §Êt nÒn 1.5 % 1.5 % ®−êng c¸p kü thuËt Hình 21 Đặt cáp kỹ thuật 8.2. HỆ THỐNG CẤP THOÁT NƯỚC CÔNG CỘNG Được bố trí ở hai bên hầm, cách hầm là 5m do vậy toàn bộ hệ thống nước của hầm được thu về hầm được bơm hút, và thải ra hệ thống thoát nước công cộng. IX. BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỈ ĐẠO Trong phương pháp lộ thiên, giải pháp kết cấu vỏ hầm không đa dạng như khi xây dựng bằng phương pháp kín. Do vỏ hầm được thi công trong hầm mở sơ đồ nguyên lý kết cấu ít phụ thuộc vào điều kiện địa chất công trình trên tuyến đường ngầm mà chủ yếu được xác định bằng dạng vật liệu sử dụng tại chỗ các công nghệ và kĩ thuật triển khai. 9.1. CÁC PHƯƠNG ÁN THI CÔNG Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 56 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 9.1.1 PHƯƠNG ÁN 1 • Thân hầm dài 52m • Hầm dẫn hai bên mỗi bên dài 195 m và 213 m • Phương án này sử dụng hệ KCBT đổ toàn khối dạng tường chắn đất o Phần hầm dẫn bao gồm: tường bên là các khối BTCT dạng hình thang chiều dày dưới móng là 1,25m và 0,5m trên đỉnh. Các tường bên này ngàm vào khối BT đáy dày 2m. Để chống lại mô men lật và để đảm bảo tính ổn định cho tường chắn, phần đáy móng mở rộng ra ngoài về phía nền đất mỗi chiều 1,5m. o Phần hầm kín cũng gồm hệ kết cấu tường chắn và đáy BTCT như phần hầm dẫn. Phần nóc hầm đổ BTCT toàn khối tại chỗ dạng 2 nhịp, khẩu độ mỗi nhịp là 10m Phần tiếp giáp với hầm dẫn có bố trí khe lún. • Giải pháp thi công: o Giai đoạn 1: xây dựng một nửa hầm đến giữa nút, để phần đường còn lại cho xe lưu thông. Sau khi xây dựng xong nửa đầu và một nửa đoạn hầm đó lấp lại và xây dựng kết cấu của đường phía trên hầm cho xe chạy qua và chuyển sang giai đoạn 2. o Giai đoạn 2: Hoàn thành phần hầm còn lại, cho xe chạy qua hầm phía trên vừa xây dựng xong trong giai đoạn 1 o Giai đoạn 3: Hoàn thành nốt các phần còn lại Các biện pháp cụ thể như sau: Biện pháp giữ thành hố đào: Sử dụng cừ thép và neo để giữ thành hố đào và chống nước xâm nhập vào hố đào. Chiều dài cừ thép trung bình từ 6,5m-18,5m Để hạn chế tiếng ồn và chấn động phát sinh, dự kiến sử dụng biện pháp búa rung để hạ cọc. Thi công đóng cọc ván thép xong trước rồi mới thi công các hạng mục khác. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 57 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Sử dụng các thanh chống để hạn chế sự dịch chuyển ngang của nền đất. Biện pháp đào: Thi công phòng nước, các giếng bơm thoát nước ra ngoài phạm vi công trình để hạ mực nước ngầm và thu nước mặt thẩm thấu vào công trình qua tường cừ. Tổ chức đào từ hai phía về tâm công trình, mặt bằng khá thông thoáng cho phép thi công bằng cơ giới Trong quá trình đào phải thường xuyên theo dõi chuyển vị của cọc ván thép. Biện pháp thi công kết cấu hầm: Phương án đổ BT tại chỗ được lựa chọn vì: Kết cấu hầm liền khối làm tăng độ cứng và khả năng chống thấm, không đòi hỏi thiết bị thi công hiện đại. Trình tự thi công như sau: Thi công bản đáy từng công đoạn theo cao độ thiết kế: Thi công đệm đá dăm và lớp bê tông mác nghèo M150 theo tiêu chuẩn thiết kế. Tiến hành đặt cốt thép rồi đổ BT bản đáy dày 1m. Để đảm bảo tiến độ cũng như chất lượng công trình, BT dùng để thi công là BT thương phẩm. Sau khi thi công bản đáy, tiến hành lắp đặt cốt thép cốt pha cho tường và đổ BT tường. Lắp đặt hệ thống cốt pha và cốt thép nóc hầm, rồi tiến hành đổ BT nóc hầm. Phương án 2 Thân hầm dài 52m Hầm dẫn hai bên mỗi bên dài 195m và 213m, Phương án này sử dụng gải pháp tường trong đất cho hệ kết cấu hầm Kết cấu phần hầm dẫn có dạng 1 khung cứng, hở phía trên, hai tường chắn hai bên sử dụng hai tường BTCT dày 1m, có chiều sâu thay đổi từ 0m đến 8,5m thi công theo phương pháp tường trong đất. Hai tường chắn này chịu áp lực ngang của đất đảm bảo sự ổn định của công trình. Kết cấu đáy chịu áp lực đẩy nổi và tải trọng của làn xe bên trên nên sử dụng lớp BTCT dầy 1m, ở dưới có xử lý nền bằng lớp đệm cát dày 0,5m. Phần tiếp giáp giữa hầm chính và hầm dẫn có bố trí khe lún. Phần hầm kín gồm 2 tường bên dầy 0.8 m; tường ngăn dày 0,5m; dầm đáy dầy 1m; dầm nóc dày 0.8 m. Giải pháp thi công: Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 58 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Giai đoạn 1: xây dựng một nửa hầm đến giữa nút, để phần đường còn lại cho xe lưu thông. Sau khi xây dựng xong nửa đầu và một nửa đaọn hầm đó lấp lại và xây dựng kết cấu của đường phía trên hầm cho xe chạy qua và chuyển sang giai đoạn 2. Giai đoạn 2: Hoàn thành phần hầm còn lại, cho xe chạy qua hầm phía trên vừa xây dựng xong trong giai đoạn 1 Giai đoạn 3: Hoàn thành nốt các phần còn lại Các biện pháp cụ thể như sau: Thi công các tường chắn đất rộng 1m bằng công nghệ tường trong đất Sau đó tiến hành đổ BT nóc hầm dày 0.8m Tiến hành đào đất dưới tấm trần hầm Đổ lớp đệm cát và thi công đáy hầm Biện pháp thi công tường trong đất: Thi công các tường định vị Sử dụng các máy khoan chuyên dụng đào các hào rộng 1m cách nhau từng đoạn một. Trong quá trình khoan sử dụng Bentonit để giữ thành hố đào. Sử dụng các ống casing để dẫn hướng cho các hố khoan. Chiều sâu khoan trung bình phần thân hầm là 17m, phần đường dẫn là 5m-17m. Sau khi khoan xong, tiến hành thổi rửa đáy hố khoan, sau đó tiến hành hạ các lồng cốt thép Sau khi định vị đúng tim trục, độ cao lồng thép tiến hành đổ BT bằng phương pháp ống rút thẳng đứng Tiến hành thi công các đoạn còn lại sau khi đổ BT các đoạn trước đã đủ cường độ Biện pháp đào hầm: Do nóc hầm BT cốt thép đã đổ trước cùng với các tường trong đất chống đỡ áp lực ngang của đất hai bên nên không cần hệ thống cọc cừ chống đỡ như phương án 1. Vì vậy có thể sử dụng tối đa các phương tiện máy móc cơ giới. Biện pháp thi công các kết cấu hầm: Thi công đổ BT tại chỗ giống như phương án 1 nhưng thi công tấm đào, chống thấm và thi công áo đường ngay trả lại hiện trạng cho giao thông hoạt động bình thường. Sau khi đào đất xong thì thi công lớp đệm cát rồi thi công đáy hầm. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 59 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Thi công theo phương án 2 công nghệ thi công đơn giản ít ảnh hưởng đến giao thông. Vì thi công trần hầm trước khi đào nên có thể tận dụng đất làm ván khuôn để đổ tấm trần hầm nên không tốn đà giáo ván khuôn./. Với mặt bằng thi công tương đối rộng em chọn phương án thi công hầm theo phương pháp đào hở. 9.2 BIỆN PHÁP THI CÔNG 9.2.1 BIỆN PHÁP ĐÀO VÀ CHỐNG HỐ VÁCH • Sử dụng cừ thép để giữ thành hố đào và chống nước xâm nhập vào hố đào. • Chiều dài cừ thép trung bình từ 6,5m-18,5m • Để hạn chế tiếng ồn và chấn động phát sinh, dự kiến sử dụng biện pháp búa rung để hạ cọc. • Thi công đóng cọc ván thép xong trước rồi mới thi công các hạng mục khác. • Sử dụng các thanh chống để hạn chế sự dịch chuyển ngang của nền đất. Biện pháp làm khô nền đào • Thi công phòng nước, các giếng bơm thoát nước ra ngoài phạm vi công trình để hạ mực nước ngầm và thu nước mặt thẩm thấu vào công trình qua tường cừ. Biện pháp đào đất • Tổ chức đào từ hai phía về tâm công trình, mặt bằng khá thông thoáng cho phép thi công bằng cơ giới là máy đào gầu ngoạm. • Trong quá trình đào phải thường xuyên theo dõi chuyển vị của cọc ván thép. Biện pháp thi công kết cấu đường hầm Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 60 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Phương án đổ BT tại chỗ được lựa chọn vì: Kết cấu hầm liền khối làm tăng độ cứng và khả năng chống thấm, không đòi hỏi thiết bị thi công hiện đại. Trình tự thi công như sau: • Thi công bản đáy từng công đoạn theo cao độ thiết kế: Thi công đệm đá dăm và lớp bê tông mác nghèo M150 theo tiêu chuẩn thiết kế. Tiến hành đặt cốt thép rồi đổ BT bản đáy dày 1m. Để đảm bảo tiến độ cũng như chất lượng công trình, BT dùng để thi công là BT thương phẩm. • Sau khi thi công bản đáy, tiến hành lắp đặt cốt thép cốt pha cho tường và đổ BT tường. • Lắp đặt hệ thống cốt pha và cốt thép nóc hầm, rồi tiến hành đổ BT nóc hầm. Biện pháp đảm bảo giao thông Khi thi công phần hầm chính và môt bên hầm dẫn thì vẫn làm đường hàm tránh bên hầm dẫn còn lại để đảm bảo giao thông. Do vây giao thông vẫn thông suốt. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 61 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 PHƯƠNG ÁN II: THIẾT KẾ CẦU VƯỢT TRÊN ĐƯỜNG KIM MÃ. Xây dựng cầu vượt dọc theo hướng Kim Mã Cầu Giấy. Gồm một cầu vượt nhỏ. Bề rộng toàn bộ cầu là 16m, gồm 4 làn xe. • Độ dốc dọc của cầu vượt hai phía là 3,5%, tĩnh không tại nhịp thông xe là 5,5m. • Tổng chiều dài cầu là 434m. Bao gồm: phần cầu dài 320m, đường dẫn hai phía là 2x57 = 114m. Sơ đồ: 40x8= 320m. • Chiều dài nhịp thông xe vượt qua đường Kim Mã 40m. Phương án này ưu tiên cho dòng xe cơ giới chạy thẳng trên trục đường Kim Mã theo cả hai chiều ( hiện tại chiếm 30% tổng lượng xe qua nút ). Các dòng xe cơ giới rẽ phải, rẽ trái, dòng xe thô sơ chạy trên trục đường này cũng như toàn bộ xe chạy trên trục đường Nguyễn Chí Thanh-Liễu Giai được tổ chức chạy trên mặt đất. Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 62 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 SO SÁNH ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ KIẾN NGHỊ PHƯƠNG ÁN LÀM THIẾT KẾ KỸ THUẬT PHƯƠNG ÁN 1 • Phù hợp với định hướng quy hoạch Thành Phố là hạn chế tầm cao kiến trúc không gian trong phạm vi vành đai 2 vào trung tâm, phù hợp với kiến trúc xung quanh của khu vực nút Kim Mã. • Phù hợp và không ảnh hưởng tới tuyến đường đô thị đang khai thác • Phù hợp và không ảnh hưởng tới dự án Quy hoạch giao thông vận tải Thành Phố trong tương lai. • Xây dựng đường hầm qua nút giao thông Kim Mã theo hướng Kim Mã - Cầu Giấy là để duy trì trục giao thông không Kim Mã-Cầu Giấy phải điều khiển bằng đèn tín hiệu, làm tăng mức độ an toàn giao thông qua nút. Nhờ đó giảm lượng khí thải độc hại, tiếng ồn do quá trình dừng xe chờ thông qua nút. • Đảm bảo khả năng thông xe và vận tốc xe chạy trong thời gian hiện tại cũng như • trong tương lại tối ưu nhất. • Khả năng thông xe và vận tốc xe chạy theo cấp đường • Đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật và tầm nhìn. • Nút giao thông phải được thiết kế hiện đại, đảm bảo tính mỹ quan không phá vỡ cảnh quan kiến trúc khu vực và các công trình lân cận. • Phương án phải phù hợp với tình hình qui hoạch chung của thành phố. • Đảm bảo điều kiện vệ sinh môi trường, hạn chế đến mức thấp nhất ảnh hưởng xấu tới môi trường như: ô nhiễm môi trường, tiếng ồn, bụi, nước mặt, các khu vực trồng hoa, cây cỏ… Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 63 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 • Nút giao thông phải có biện pháp phòng nước, thoát nước tốt nhất, tránh tình trạng ngập lụt trong mùa mưa. • Phương án phải đảm bảo trong thời gian thi công giao thông vẫn đảm bảo bình thường. PHƯƠNG ÁN 2 • Dù làm cầu vượt theo hướng Bắc-Nam hay Đông - Tây thì đều phá vỡ cảnh quan kiến trúc khu vực • Với cầu dài 434m so với phần chính của hầm vượt là 52 m theo định tính ta thấy rằng về kinh tế thì làm hầm vượt là kinh tế hơn. Kết luận: Từ sự phân tích đánh giá ưu nhược điểm của các phương án đưa ra : Phương án làm đường hầm theo hướng Kim Mã-Cầu Giấy là phương án lựa chọn phù hợp với quy hoạch, cảnh quan kiến trúc, đáp ứng tốt nhất các yêu cầu đặt ra. PHẦN III THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN NỘI LỰC KẾT CẤU VỎ HẦM CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BỐ TRÍ CỐT THÉP CHƯƠNG III: THIẾT KẾ THOÁT NƯỚC, NỀN ĐƯỜNG, MẶT ĐƯỜNG VÀ CÁC HẠNG MỤC KĨ THUẬT KHÁC Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 64 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 CHƯƠNG I TÍNH TOÁN NỘI LỰC KẾT CẤU VỎ HẦM Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 65 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 1.1. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC VỎ HẦM 1.1.1. SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT • Lớp kết cấu áo đường: dày 0,5m; ϕ = 450; c = 30 KN/m2 ; γ =22,5 KN/m3 • Lớp đất đắp : dày 0,6 m; ϕ = 300; c = 0 KN/m2; γ =18,7 KN/m3 • Lớp đất sét dẻo cứng đến nửa cứng dày 4,5m ϕ = 9o; c = 0,0 KN/m2, γ = 18,1 KN/m3 • Sét pha, màu xám nâu trạng thái dẻo cứng, dày 3,1m, ϕ = 13o45’; c = 0 KN/m2 ; γ = 21,1KN/m3 • Cát hạt mịn , màu xám ,kết cấu xốp đến chặt vừa, dày 10,5m ; ϕ =25o; c =17.7 KN/m2, γ = 18,9 KN/m3 1.1.2. ĐẶC TRƯNG KẾT CẤU • Đặc trưng hình học của kết cấu cho 1m dài hầm : o Dầm nóc: bề rộng b=1m, chiều cao mặt cắt h=0,7 m. o Tường bên: bề rộng b=1m, chiều cao mặt cắt h=0,8m. o Dầm đáy: bề rộng b=1m, chiều cao mặt cắt h=1m. • Thông số kĩ thuật của bêtông : o Mác bêtông f’c=40Mpa. o Trong lượng riêng γ = 24,5KN/m3 o Môđun đàn hồi 1,5 '0,043.( .100) . 32980cE f MPaγ= = • Mômen quán tính tại các tiết diện: o Mômen quán tính của các dầm nóc: Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 66 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 3 3 4 1 1 0,8 0,043 12 12 bhI m×= = = o Mômen quán tính của dầm đáy là : 3 3 4 2 1 1 0,08 12 12 bhI m×= = = o Mômen quán tính của tường bên là : 3 3 4 1 1 0,8 0,043 12 12 bhI m×= = = 1.1.3. SỐ LIỆU TẢI TRỌNG 1.1.3.1. Xác định tải trọng thẳng đứng tác dụng lên kết cấu hầm: a. Với tải trọng động xe HL – 93: Độ lớn do hoại tải tác dụng lên công trình ngầm phụ thuộc vào chiều sâu công trình, phân bố của dải đường và loại phương tiện giao thông. Với các công trình đặt nông, tải trọng động tác dụng lên công trình là từ các phương tiện giao thông của mạng lưới giao thông trên mặt đất. Tải trọng tạm thời do hoại tải HL-93 được bố trí ở những vị trí bât lợi nhất nóc công trình ngầm hoặc ở trong phạm vi lăng thể trụ phá hoại. Căn cứ vào kích thước của hầm và hiện trạng giao thông trong tương lai thì vị trí bất lợi nhất đối với hầm khi có 2 xe HL93 chạy song song. Khi chiều sâu công trình lớn hơn 0,7-0,8m và với kết cấu nằm ngang tải trọng tạm thời được qui đổi thành tải trọng rải đều. Loại xe: • Xe tải thiết kế Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 67 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 3 5 k N 1 4 5 k N 1 4 5 k N 4 3 0 0 mm 4300 mm tí i 900m m 6 0 0 m m n ã i c h u n g 300m m m ó t thõ a cñ a m Æt cÇu L µ n th iÕ t k Õ 3 6 0 0 m m 35 KN 145 KN 145 KN4300 4300 - 9000 1800 3500 a a a = 0.3 đến mép bản cánh hẫng; a = 0.6 đến mép làn. + Xe hai trục 110 KN 110 KN1200 1800 3500 Hình 21 Xe tải HL93 Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 68 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Xe hai có trọng lượng trục tải nhỏ hơn xe tải thiết kế nhưng cự ly các trục ngắn hơn nên khống chế hiệu ứng lực phát sinh trong các cấu kiện ngắn. Tuỳ theo khẩu độ L mà xếp tải: Khi L < 4300mm xếp xe hai trục; L ≥ 4300mm xếp xe 3 trục. • Tải trọng làn thiết kế: là một tải trọng phân bố q = 9,3 N/mm, dải phân bố: rộng 3m, dài không hạn chế. 9,3KN/m 9,3KN/m 3000 Hình 22 Tải trọng làn 1.1.4. CÁC SƠ ĐỒ XẾP TẢI CHO KẾT CẤU HẦM a. Sơ đồ xếp tải bất lợi nhất cho kết cấu nóc hầm 20kPaTT líp BT nÒn ®−êng vμ ¸o ®−êng nãc hÇm 20.22KN b. Sơ đồ xếp tải bất lợi nhất cho kết cấu tường bên 20kPa c. Các sơ đồ xếp tải cho dầm đáy Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 69 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 72,5KN 72,5KN72,5KN 9,3KN/m 72,5KN 72,5KN72,5KN 9,3KN/m Hình Sơ đồ xếp tải lệch tâm ở đáy hầm. • Sơ đồ xếp đúng tâm: (Đ2) 72,5KN 72,5KN72,5KN 9,3KN/m 72,5KN 72,5KN72,5KN 9,3KN/m Hình 32 Sơ đồ xếp tải đúng tâm ở đáy hầm. • Sơ đồ xếp sát tường giữa (Đ3) Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 70 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 72,5KN 72,5KN72,5KN 9,3KN/m 72,5KN 72,5KN72,5KN 9,3KN/m Hình Sơ đồ xếp tải sát tường giữa ở đáy hầm. • Sơ đồ xếp sát tường bên (Đ3) 72,5KN 72,5KN72,5KN 9,3KN/m 72,5KN 72,5KN72,5KN 9,3KN/m Hình Sơ đồ xếp tải sát tường bên ở đáy hầm. d. Tổ hợp tải trọng gây ra nội lực lớn nhất cho kết cấu khung hầm 9,3N/m 9,3KN/m 72,5KN 72,5KN 72,5KN TT BT chÌn vμ ¸o ®−êng 13.5KN 72,5KN 20kPaTT líp BT nÒn ®−êng vμ ¸o ®−êng 20.22KN Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 71 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 a. Với tải trọng tĩnh Với tải trọng tính toán của khung là 1m thì ngoài tải trọng bản thân còn có tải trọng: Trọng lượng của lớp bê tông chèn và lớp áo đường: & . . 17.1,0.1,4.0.7 14.28( / ) tc btc ad btc btcg b h KN mγ= = = Theo bảng 8 – TCXDVN thiết kế đường hầm giao thông, các hệ số vượt tải được lấy đối với. • Tải trọng bản thân kết cấu: Đổ tại chỗ n1 = 1,2 • Áp lực đất đá khi không hình thành vòm áp lực: n2 = 1,4 • Trọng tải kết cấu mặt đường ôtô: n3 = 1,5 • Tải trọng động của đoàn xe: n4 = 1,4 1.2 TÍNH TOÁN KẾT CẤU HẦM Sử dụng chương trình tính Plaxis 2D để tính ta có các kết quả sau: Sau khi tính toán tiến hành chọn giá trị nội lực lớn nhất để bố trí cốt thép và kiểm toán. • Phần hầm kín DẦM NÓC Axial (kN) Shear-z (kN) Moment-y (kN·m) MAX - 420 720 MIN - -420 -393 TƯỜNG BÊN Axial (kN) Shear-z (kN) Moment-y (kN·m) MAX - 290 -474 MIN - -194 -7 TƯỜNG GIỮA Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 72 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Axial (kN) Shear-z (kN) Moment-y (kN·m) MAX -966 - - MIN - - DẦM ĐÁY Axial (kN) Shear-z (kN) Moment-y (kN·m) MAX - 485 542 MIN - -517 -993 Tính toán và bố trí cốt thép Nguyên tắc cơ bản: Sau khi có kết quả tính toán nội lực kết cấu vỏ hầm ta tiến hành tính toán và bố trí cốt thép cho kết cấu tường hầm. Khi tính toán ta tính cho 1m dài hầm. 1.2.1. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP PHẦN HẦM KÍN 1.2.1.1. Tính toán bố trí cốt thép dầm nóc: Nội lực tính toán: Bảng 2 Axial (kN) Shear-z (kN) Moment-y (kN·m) MAX - 420 720 MIN - -420 -393 a. Tính toán cốt thép chịu mômen dương : Mômen tính toán M+max = 720 KNm Chiều rộng mặt cắt b = bW = 1000 mm Chiều cao mặt cắt h = 800 mm Chiều cao có hiệu của mặt cắt dv = h-dc-D/2 = 737.3mm Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 73 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Chiều dày lớp phủ bê tông (A5.12.3) dc = 50mm Cường độ thép fy = 420Mpa Cường độ bê tông fc = 40Mpa 1. Kiểm toán theo TTGHCĐ1: Hệ số sức kháng (A5.4.4.2) ϕ = 0,9 Chọn thanh thép No25 D = 25,4mm Số lượng thanh thép n = 6 thanh Diện tích thép As = 3060mm2 Hàm lượng thép ρ = As/(b.h) = 0.00383 Chiều dầy khối ứng suất tương đường a = β1.c = 0,764.49,46 = 37,8mm Trong đó: β : Hệ số quy đổi hình khối ứng suất (A5.7.2.2) = 0,85 khi f’c < 28Mpa = 0,85-0,05.(f’c-28)/7 khi 28Mpa < f’c < 56Mpa =0,65 khi 56Mpa < f’c β = 0,85-0,05.(40-28)/7 = 0,764 c : Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu nén ngoài cùng ' 1 W . 3060.420 49.46 0,85.40.0,764.10000,85. . . s y c A f c mm f bβ= = = Sức kháng uốn danh định của mặt cắt: (A7.3.2.2-1) 37,8. .( ) 3060.420.(737,3 ) 923.29 2 2n s y s aM A f d KNm= − = − = Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 74 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Sức kháng uốn tính toán của mặt cắt: . 0,9.923.29 830.96r nM M KNmϕ= = = Kiểm tra: Mr = 830.96 > Mmax = 720 KNm => Đạt yêu cầu 2. Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: ρmin = 0,03.f’c/fy = 0,0029 Kiểm tra: ρmin = 0,0029 Đạt yêu cầu 3. Kiểm tra lượng cốt thép tối đa: c/de < 0,42 Trong đó: c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà, c= 49,46 mm de : Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo, de = 737.3 mm Ö c/de = 49,46/737,3 = 0,067 Kiểm tra: c/de = 0,067 Đạt yêu cầu b. Tính toán cốt thép chịu mômen âm: Mômen tính toán M-max = 393KNm Chiều rộng mặt cắt b = bW = 1000mm Chiều cao mặt cắt h = 800mm Chiều cao có hiệu của mặt cắt de = h-dc-D/2 = 745.25mm Chiều dày lớp phủ bê tông (A5.12.3) dc = 50mm Cường độ thép fy = 420Mpa Cường độ bê tông fc = 40Mpa Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 75 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 1. Kiểm toán theo TTGHCĐ1: Hệ số sức kháng (A5.4.4.2) ϕ = 0,9 Chọn thanh thép No25 D = 22,2mm Số lượng thanh thép n = 6 thanh Diện tích thép As = 2322mm2 Hàm lượng thép ρ = As/(b.h) = 0,0029 Chiều dầy khối ứng suất tương đường a = β1.c = 0,764.37,53= 28,68mm Trong đó: β : Hệ số quy đổi hình khối ứng suất (A5.7.2.2) = 0,85 khi f’c < 28Mpa = 0,85-0,05.(f’c-28)/7 khi 28Mpa < f’c < 56Mpa =0,65 khi 56Mpa < f’c β = 0,85-0,05.(40-28)/7 = 0,764 c : Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu nén ngoài cùng ' 1 W . 2322.420 37,53 0,85.40.0,764.10000,85. . . s y c A f c mm f bβ= = = Sức kháng uốn danh định của mặt cắt: (A7.3.2.2-1) 28,68. .( ) 2322.420.(745,25 ) 712,81 2 2n s y s aM A f d KNm= − = − = Sức kháng uốn tính toán của mặt cắt: . 0,9.712,81 641,53r nM M KNmϕ= = = Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 76 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Kiểm tra: Mr = 641.53KNm > Mmax = 393KNm => Đạt yêu cầu 1. Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: ρmin = 0,03.f’c/fy = 0,03.40/420 = 0,00286 Kiểm tra: ρmin = 0,00286 Đạt yêu cầu 2. Kiểm tra lượng cốt thép tối đa: c/de < 0,42 Trong đó: c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà c = 37,53mm de : Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo, de = 745.25 Ö c/de = 37,53/745,25 = 0,05 Kiểm tra: c/de = 0,05 Đạt yêu cầu c. Tính toán cốt thép chịu lực cắt: Lực cắt tính toán Vmax = 420KNm Chiều rộng mặt cắt b = bW = 1000mm Chiều cao mặt cắt h = 800mm Chiều cao có hiệu của mặt cắt de = h-dc-D/2 = 745.25mm Chiều dày lớp phủ bê tông (A5.12.3) dc = 50mm Cường độ thép fy = 350Mpa Cường độ bê tông fc = 40Mpa 1. Kiểm toán theo TTGHCĐ1: Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 77 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Hệ số sức kháng (A5.4.4.2) ϕ = 0,9 Chọn thanh thép No13 D = 9.5 mm Số lượng thanh thép n = 5 thanh Diện tích thép As = 355mm2 Hệ số chỉ khả năng bê tông bị nứt truyền lực kéo: β = 0,2 (A5.8.3.4.1) Góc nghiêng ứng suất nén chéo θ = 45o (A5.8.3.4.1) Sức kháng danh định do ứng suất kéo của bê tông: (A5.8.3.3) ,0,083. . . 0,083. 40.1000.670,725 352,09c c v vV f b d KN= = = Trong đó: bv : chiều rộng bản bụng hữu hiệu (A5.8.2.7) dv : Chiều cao chịu cắt hữu hiệu lấy không nhỏ hơn các giá trị sau (A5.8.2.7) Khoảng cách thảng góc giữa hợp lực kéo và hợp lực nén - 0,72h = 0,72.800= 576mm - 0,9de = 670.725mm dv = max(d’; 0,72h; 0,9de) = 670.725mm Ta thấy Vu = 420KN >0,5.ϕ.Vc = 0,5.0,9.352,09KN Ö Phải bố trí cốt thép ngang chịu lực cắt Sức kháng danh định của cốt thép ngang chịu lực cắt: Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 78 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 . . .(cot cot ).sin 355.350.670,725.(cot 45 cot 90 ).sin 90 354,56 200 v y v s o o o A f d g g V s g g KN θ α α+ = + = = Trong đó: S : Cự ly cốt thép ngang chịu cắt (mm) S = 200mm θ : Góc nghiêng ứng suất nén chéo (A5.8.3.4) θ = 45o α : Góc nghiêng cốt thép ngang đối với trục dọc α = 90o Av : Diện tích cốt thép chịu cắt trong phạm vi S Av = 355mm2 Sức kháng cắt danh định: Vn = min{ Vc + Vs ; 0,25.f’c.bv.dv ) Trong đó: Vc + Vs = 352.09 + 354.56 = 706,65KN 0,25.f’c.bv.dv = 0,25.30.1000.670,725 = 6707.25KN => Vn = 706.65KN Sức kháng cắt tính toán: Vr = ϕv.Vn = 0,9.706.65 = 635.99KN 2. Kiểm tra sức kháng cắt: Vu = 403,27KN Đạt yêu cầu 3. Kiểm tra cốt thép ngang tối thiểu: Diện tích cốt thép ngang tối thiểu: , 2min . 1000.2000,083. . 0,083. 40. 299.96 350 v v c y b S A f mm f = = = Av = 355mm2 > Avmin = 299.96mm2 => Đạt yêu cầu Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 79 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 4. Kiểm tra cự ly tối đa cốt thép ngang: Cự ly tối đa cốt thép ngang không được vượt quá giá trị sau: Nếu Vu < 0,1.f’c.bv.dv: S ≤ 0,8dv ≤ 600mm Nếu Vu ≥ 0,1.f’c.bv.dv: S ≥ 0,4dv ≥ 300mm Ta có: Vu = 420KN 0,1.f’c.bv.dv = 0,1.40.1000.670,725 = 2682.9KN 0,8dv = 0,8.670,725 = 536.58mm => Vu Kiểm tra theo điều kiện 1 Ta thấy: S = 150mm < 0,8.dv = 446,617mm < 600mm => Đạt yêu cầu về cự ly côt thép tối đa Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 80 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 1.2.1.2. Tính toán bố trí cốt thép dầm đáy Nội lực tính toán: Bảng 21 Axial (kN) Shear-z (kN) Moment-y (kN·m) MAX - 485 542 MIN - -517 -993 a. Tính toán cốt thép chịu mômen âm: Mômen tính toán M-max = 993 KNm Chiều rộng mặt cắt b = bW = 1000mm Chiều cao mặt cắt h = 1000mm Chiều cao có hiệu của mặt cắt de = h-dc-D/2 = 937.3mm Chiều dày lớp phủ bê tông (A5.12.3) dc = 50mm Cường độ thép fy = 420Mpa Cường độ bê tông fc = 40Mpa 1. Kiểm toán theo TTGHCĐ1: Hệ số sức kháng (A5.4.4.2) ϕ = 0,9 Chọn thanh thép No19 D = 25.4mm Số lượng thanh thép n = 6 thanh Diện tích thép As = 3060mm2 Hàm lượng thép ρ = As/(b.h) = 0,00306 Chiều dầy khối ứng suất tương đường a = β1.c = 0.764.49.46= 37.8mm Bé m«n CÇu HÇm GVHD: TS. NguyÔn Ph−¬ng Duy §å ¸n tèt nghiÖp GVĐD ThS. NguyÔn Xu©n Lam 81 Sinh Viªn: D−¬ng Huy Kiªn Líp: §−êng hÇm & Mªtr« K46 Trong đó: β : Hệ số quy đổi hình khối ứng suất (A5.7.2.2) = 0,85 khi f’c &l