Đề tài Thiết kế và tổ chức thi công hầm metro - Trần Trí Trung

LỜI NÓI ĐẦU Ở Hà Nội hiện nay, tốc độ phát triển của hệ thống giao thông vận tải đô thị (GTVTĐT) rất cao. Riêng tốc độ phát triển của các phương tiện giao thông đường bộ trong các năm 1996 tới nay là khoảng : 8 - 13% đối với xe máy, và 5 - 8% đối với xe ôtô. Chủng loại 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 cũng 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 chủng loại 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. Chính vì thế hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị vẫn nhanh chóng bị quá tải và xuống cấp nghiêm trọng. Điều này thể hiện rõ qua các sự cố tắc đường liên tục xảy ra trong và ngoài giờ cao điểm tại rất nhiều điểm trên các tuyến đường giao thông ở Hà Nội trong thời gian gần đây. Những sự cố ách tắc giao thông xảy ra đều gây nên hậu quả nghiêm trọng về nhiều mặt. Về thời gian, các vụ ách tắc thường kéo dài và làm lãng phí rất nhiều thời gian của hàng ngàn người phải dừng lại tại điểm ách tắc. Về kinh tế, các vụ ách tắc giao thông làm cho nhiều hoạt động lưu thông, buôn bán, trao đổi ... bị ngừng trệ. Như vậy, tổn thất kinh tế không thể tính hết. Về mặt năng lượng, các xe tại điểm ách tắc thường trong trạng thái nổ máy, do đó năng lượng lãng phí do sử dụng nhiên liệu cho các động cơ rất lớn. Hiện trạng và viễn cảnh không xa của tình hình giao thông tại Hà Nội  cho thấy vấn đề đã mang tính cấp bách. Các loại phương tiện giao thông cá nhân ngày càng tăng cả về số lượng, và số lượt hoạt động, nhưng Hà Nội không có khả năng xây dựng thêm đường sá, vì quĩ đất thì có hạn mà dân số lại tăng nhanh. Để phát triển đồng bộ kinh tế - xã hội, Hà Nội đang phát triển về không gian, xây dựng những đô thị vệ tinh. Song song với các biện pháp tăng cường quản lý giao thông, thì việc phát triển vận tải hành khách công cộng với khối lượng lớn cũng được xem là giải pháp cứu cánh, Trước thực trạng như vậy 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 lớn trong giải quyết vấn đề giao thông đô thị, cho phép sử dụng đất đô thị hợp lý.Xuất phát từ vấn đề trên ,với những kiến thức đã được học trong trường , em chọn đề tài tốt nghiệp :”Thiết kế và tổ chức thi công hầm metro ”. Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn Cầu Hầm. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo đã trang bị cho em những kiến thức quý báu về chuyên ngành Cầu Hầm trong suốt những năm học vừa qua, đặc biệt là sự hướng dẫn nhiệt tình, giúp đõ của thầy Đỗ Như Tráng. Do thời gian có hạn, tài liệu tham khảo lại không đầy đủ nên mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót. Qua đây, em mong muốn có được nhiều những ý kiến, sự chỉ bảo của thầy cô hơn nữa để có thể vững vàng trong công tác của mình sau này. Hà Nội, ngày 7 tháng 5 năm 2007 Sinh viên Trần Chí Trung PHẦN I: THIẾT KẾ SƠ BỘ GIỚI THIỆU VỀ DỰ ÁN TUYẾN ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI. THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KIẾN TRÚC CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ DỰ ÁN TUYẾN ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI 1.1.Giới thiệu dự án tuyến đường sắt đô thị thí điểm thành phố Hà Nội.Đoạn Nhổn –Ga Hà Nội 1.1.1.Cơ sở thiết kế : Quy hoạch tổng thể Thủ đô Hà Nội đến năm 2020 được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 108/1998/QĐ-TTg ngày 20 - 6 - 1998 đã xác định: “Việc phát triển giao thông vận tải của Thủ đô phải lấy phát triển hành khách công cộng làm khâu trung tâm, bảo đảm tỷ lệ vận tải hành khách công cộng đến năm 2010 là 30% và đến năm 2020 là 50% số lượng hành khách. Cần ưu tiên cho việc xây dựng hệ thống đường sắt đô thị để tạo nên những trục chính của mạng lưới vận tải hành khách công cộng của Thủ đô”. Tuyến đường sắt đô thị thí điểm Nhổn - Ga Hà Nội là trục chính theo hướng Đông - Tây của Thành phố, là tuyến được xác định cần xây dựng trước trong Quy hoạch (Ga Hàng Cỏ - Cát Linh - Kim Mã - Thủ Lệ - Nghĩa Đô - Phú Diễn - Minh Khai). Theo các số liệu điều tra sau về thực trạng giao thông tại Hà Nội : Hình 1.1- Các điểm điều tra lưu lượng giao thông a. Lưu lượng giao thông rất lớn Nếu tính cả hai hướng thì số lượng xe mỗi giờ dao động từ 7.500 đến trên 22.000 xe. Ðây là một trong những mức lưu lượng cao nhất thế giới. Nếu so với Lyon (thành phố có quy mô tương đương với Hà Nội nếu chỉ tính riêng khu vực đô thị) thì lưu lượng xe trên đường ôtô đô thị vào giờ cao điểm chỉ đạt khoảng 7.000 xe/h theo mỗi hướng. Bảng 1.1-Bảng điều tra lưu lượng giao thông Ðịa điểm Lượng xe vào giờ cao điểm Lượng người tham gia giao thông vào giờ cao điểm Kim Mã 22 614 35 440 Giảng Võ 18 954 26 146 Cát Linh 17 250 22 302 Lê Duẩn 17 085 24 577 Tôn Ðức Thắng 16 170 22 280 Nguyễn Thái Học 13 917 21 576 b. Các luồng di chuyển lớn theo hai chiều Trên tổng số các trục đường được điều tra, lưu lượng giao thông theo hướng vào nội thành đạt mức cao nhất vào buổi sáng, còn hướng ra ngoại thành đạt mức cực điểm vào buổi chiều. Cụ thể như sau :     +Buổi sáng có 49 332 người đi ra khu vành đai và 85 873 người đi vào trung tâm, tức là mức chênh lệch lên tới 74%,        +Buổi chiều có 60 196 người đi vào trung tâm và 76 535 người đi ra khu vành đai, tức là mức chênh lệch đạt 27%. Những số liệu này cho thấy rõ các luồng di chuyển luân phiên hai chiều giữa nơi ở và nơi làm việc. Vào buổi sáng, những khu vực ở trung tâm thành phố luôn thu hút nhiều lao động sống ở những khu vành đai, sau đó đến giờ cao điểm buổi chiều những người này lại trở về nhà sau giờ làm việc. c. Mức độ đi lại :Những trục đường có nhiều người qua lại nhất đều là những trục xuyên tâm nối khu trung tâm thành phố với các khu vành đai và những tuyến đường vành đai 1 và 2 (xem bản đồ trên đây) : - Trục tây - đông nối khu vực trung tâm thành phố với điểm Cầu Giấy (các tuyến phố Nguyễn Thái Học, Trần Phú, Kim Mã, Cầu Giấy, Xuân Thuỷ) - Trục tây - đông chạy qua phố Giảng Võ - Trục bắc -nam chạy dọc theo tuyến đường sắt (các tuyến đường Lê Duẩn, Giải Phóng) - Trục bắc - nam chạy dọc theo sông Hồng (các tuyến đường Trần Quang Khải, Trần Khánh Dư) - Trục đông bắc - tây nam nối khu vực trung tâm thành phố với thị xã Hà Ðông (các tuyến phố Khâm Thiên, Nguyễn Lương Bằng, Tây Sơn, Nguyễn Trãi) - Đường vành đai 2 (các phố Minh Khai, Ðại La, Trường Chinh, Láng, Bưởi) - Đường vành đai 3 (các đường Pháp Vân, Thanh Xuân). Một số tuyến phố chính trong khu vực trung tâm thành phố cũng có lưu lượng xe lớn: phố Huế, Bà Triệu, Hai Bà Trưng... d. Ðổi mới trong giao thông công cộng Năm 2000 giao thông công cộng chỉ đáp ứng 4% nhu cầu đi lại, tức là ở mức thấp nhất trong số các nước Ðông Nam á. Tình hình này là kết quả của một quá trình suy giảm dần chất lượng của giao thông công cộng từ cuối những năm 1970. Do đó, số lượng hành khách đã giảm từ 76,5 triệu người vào năm 1978 (khoảng 25 - 30% lưu lượng giao thông) xuống chỉ còn 3,9 triệu người vào năm 1992.  Sự suy giảm này là do xe máy ngày càng được ưa chuộng, song cũng bắt nguồn từ sự sa sút chất lượng dịch vụ và không được chính quyền thành phố quan tâm từ khi tiến hành công cuộc Ðổi Mới (ngừng trợ giá cho giao thông công cộng). Các tuyến xe buýt đều bị bãi bỏ, mạng lưới tổ chức kém, xe quá cũ, giá vé quá cao so với chất lượng dịch vụ. Hình 1.3-Biểu đồ so sánh xe buýt và xe điện Kể từ năm 2001, chính quyền thành phố đã quyết định đầu tư trở lại cho giao thông công cộng. Hàng loạt biện pháp đã được áp dụng khiến cho hành khách sử dụng xe buýt ngày càng nhiều : - Năm 2001, các xí nghiệp xe buýt được sát nhập lại trở thành Công ty Vận tải và Dịch vụ công cộng Hanoi Transerco nhằm tạo sự thống nhất toàn mạng lưới các tuyến buýt và hệ thống vé. - Các nguồn trợ cấp cho hoạt động xe buýt đã tăng gấp 6 lần trong vòng từ năm 2000 đến 2003. - Một chính sách nâng cao chất lượng dịch vụ đã được áp dụng sau khi thu được thành công từ ba tuyến xe buýt mẫu thí điểm trong khuôn khổ dự án Asia Trans giai đoạn 2002 - 2004 : nâng cao tính đúng giờ, áp dụng chính sách giá vé phù hợp hơn, mua thêm những xe buýt tiện nghi hơn...  Tất cả những biện pháp đó đã giúp cho giao thông công cộng trở nên hấp dẫn hơn. Năm 2004, lượng hành khách đi xe buýt đã vượt mức 270 triệu người (theo ước tính của Tổng công ty vận tải Hà Nội, tên gọi mới của Hanoi Transerco).   e.Tỷ lệ xe hơi còn thấp Giao thông bằng xe hơi cá nhân chiếm tỷ lệ còn thấp trong hệ thống giao thông đô thị (chỉ chiếm 5% theo số liệu điều tra do IMV thực hiện năm 2004). Ðiều đó cho thấy sự chênh lệch giữa mức sống của người dân Hà Nội với giá trị của một chiếc xe hơi, mức thuế cao (thuế nhập xe gần 100%) và còn nhiều đường phố hẹp không thuận tiện cho sử dụng xe hơi. Tính đến cuối năm 2004 có 147.000 xe hơi mới được đăng ký tại Hà Nội, tức là trung bình chỉ có khoảng 50 xe / 1.000 dân. Tuy nhiên, lượng xe hơi đang tăng dần với mức tăng trưởng có thể đạt tới gần 20%/năm. Việc chuyển dần từ xe máy sang ôtô trong những năm tới là điều hoàn toàn có thể xảy ra nếu mức sống của người dân cho phép. Ðây cũng chính là xu hướng phổ biến đối với một bộ phận dân cư khá giả ở Hà Nội. Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu đều chưa thấy được rằng về lâu dài xe hơi sẽ trở thành phương tiện phổ biến ở Hà Nội. Hệ thống giao thông ở Hà Nội tương đối hiệu quả. Vận tốc di chuyển trung bình là 20 km/h, tức là cao hơn hẳn so với vẫn tốc di chuyển trung bình tại hầu hết các thủ đô khác trong khu vực (Bangkok 9 km/h, Manila 10 km/h, Jakarta 15 km/h...). Cho đến nay, tình trạng tắc đường vẫn chưa phổ biến nhiều. - Tuy nhiên, cần thừa nhận rằng giao thông tại Hà Nội vẫn còn nhiều tác hại : Số vụ tai nạn giao thông tăng đều đặn : khoảng 6 người chết/ngày theo ước tính của Tổ chức Chữ thập Ðỏ . - Ô nhiễm không khí và tiếng ồn ngày càng trở nên trầm trọng . - Chỗ đỗ xe còn thiếu khiến người dân phải để xe trên vỉa hè gây cản trở cho người đi bộ.  Qua các số liệu điều tra ở trên ta nhận thấy lưu lượng giao thông đã vượt quá khả năng thông qua trên mặt cắt giao thông. Tình trạng ùn tắc giao thông sẽ xảy ra rất nghiêm trọng vào những năm tới khi lượng ôtô cá nhân được sử dụng ngày càng tăng. Dọc theo tuyến đường đã hình thành nhiều khu trường Đại học và Cao đẳng, đang hình thành và phát triển các Khu công nghiệp tập trung vừa và nhỏ, các Khu Đô thị mới: Mỹ Đình, Cầu Diễn, Khu liên hợp thể thao Quốc gia... Sự phát triển này tất yếu dẫn đến tăng đáng kể lưu lượng hành khách (theo dự báo lưu lượng người tham gia giao thông đến năm 2010 vào giờ cao điểm trên đường Kim Mã sẽ là 50.000 đến 60.000 người/ hai hướng/ giờ). Việc đưa vào vận hành Tuyến đường sắt đô thị thí điểm là rất cần thiết, giải quyết cơ bản tình trạng ùn tắc giao thông do quá tải, tình trạng ô nhiễm do khí thải và đặc biệt đảm bảo an toàn cao cho người tham gia giao thông. 1.1.2.Năng lực vận tải hành khách của tuyến Trên cơ sở phân tích các dự báo về phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu giao thông của Thành phố Hà Nội, lộ trình phát triển giao thông công cộng của Thành phố, việc triển khai một số dự án tuyến xe buýt nhanh (BRT), tuyến đường sắt đô thị. Dự báo nhu cầu giao thông trên tuyến đường Nhổn - Ga Hà Nội như sau: Lưu lượng hành khách trong ngày tới năm 2010 là 123.800 hành khách (HK), năm 2020 là 274.000 HK, năm 2030 là 360.000 HK; lưu lượng hành khách trên đoạn đông nhất vào giờ cao điểm (1 chiều) tới năm 2010 là 6000 HK, năm 2020 là 9500 HK, năm 2030 là 12.000 HK. Tổ chức các bến trung chuyển với đường sắt nội đô tại bến số 11 (KS Daewoo) với hệ thống xe buýt nhanh (BRT) tại bến số 13 (Giảng Võ) và với hệ thống xe buýt tại bến số 10 (Cầu Giấy) và bến số 15 (Ga Hà nội). 1.1.3.Phương án tuyến Hình 1.4-Bình đồ của dự án Tuyến đường sắt đô thị thí điểm đi theo lộ trình sau: điểm đầu Nhổn (theo Quốc lộ 32) - Cầu Diễn - Mai Dịch - Nút giao với đường Vành đai 3 - Cầu Giấy - Kim Mã - Núi Trúc - Giảng Võ - Cát Linh - Quốc Tử Giám - ga Hà Nội - điểmcuối trên đường Trần Hưng Đạo (trước ga Hà Nội). Tổng chiều dài tuyến 12,5 Km + 0,2 Km đường dẫn vào Depot tại Nhổn, trong đó : đoạn đi trên cao dài 9,8 Km (gồm cả 0,2 km đường dẫn), đoạn đi ngầm dài 2,9 Km. 1.1.4.Vị trí các ga. Toàn tuyến bố trí 15 ga Hình 1.5-Vị trí các ga Ga Lý trình Vị trí S1 Km0+425 Quốc lộ 32, cổng trường ĐH công nghiệp Hà Nội, huyện Từ Liêm S2 Km1+550 Quốc lộ 32, cạnh cổng vào xí nghiệp kinh doanh thép hình, huyện Từ Liêm S3 Km2+560 Quốc lộ 32, cạnh Tổng kho 101 Quân đội, huyện Từ Liêm S4 Km3+330 Quốc lộ 32, trước cổng chợ Cầu Diễn, huyện Từ Liêm S5 Km4+280 Quốc lộ 32, trước nghĩa trang Mai Dịch, quận Cầu Giấy S6 Km5+050 Đường Hồ Tùng Mậu, cạnh trường đại học Thương Mại, quận Cầu Giấy. S7 Km5+725 Đường Xuân Thủy, trước trường đại học Sư Phạm, quận Cầu Giấy S8 Km6+715 Đường Cầu Giấy, cạnh cây xăng số 9, quận Cầu Giấy S9 Km7+465 Đường Cầu Giấy, Bưu cục Cầu Giấy, quận Cầu Giấy S10 Km8+110 Đối diện trường đại học Giao thông vận tải, quận Ba Đình S11 Km8+975 Đường Kim Mã, gần khách sạn Daewoo, quận Ba Đình. S12 Km9+875 Đường Kim Mã, trước cửa khu Ngoại giao đoàn,quận Ba Đình. S13 Km10+705 Đường Giảng Võ, trước cổng Bộ Y Tế, quận Đống Đa. S14 Km11+520 Cát Linh, quận Đống Đa. S15 Km12+500 Đường Trần Hưng Đạo, trước cửa ga Hà Nội, quận Hoàn Kiếm. 1.1.5.Phạm vi thiết kế trong đồ án. Trong phạm vi của đồ án này em xét đoạn S14 – S15 với : Điểm đầu : Đường Cát Linh, quận Đống Đa Điểm cuối : Ga Hà Nội ,quận Hoàn Kiếm Chiều dài ước tính từ điểm đầu đến điểm cuối là 1000 m. 1.2.Điều kiện tự nhiên,kinh tế xã hội khu vực xây dựng . 1.2.1.Điều kiện tự nhiên. Vị trí xây dựng . Chọn một trong các đoạn trên mạng tuyến giao thông để thiết kế và tổ chức thi công : đoạn từ đường Cát Linh, quận Đống Đa đến Ga Hà Nội,quận Hoàn Kiếm .Tuyến đi qua khu trung tâm văn hóa chính trị là quận Ba Đình, khu vực phố cổ là quận Hoàn Kiếm . Đặc điểm mặt bằng khu vực xây dựng . Đây là khu trung tâm Thủ đô Hà Nội , nên không cho phép thay đổi kiến trúc khu vực . Do vậy mặt bằng thi công khó khăn chật hẹp nên phải có phương án thiết kế và thi công cho phù hợp . Đặc điểm địa chất –Khí hậu –Thủy văn . *Địa chất : Địa chất xác định thông qua kết quả khoan khảo sát địa chất của lỗ khoan L36 tại khu vực quận Hoàn Kiếm.Trên mặt cắt hố khoan có các lớp: đất tự nhiên, lớp sét dẻo và bùn hữu cơ, cát xám hạt trung, sét pha cát, cát hạt thô, sỏi cuội lẫn cát thô .(Bảng 1.2) Bảng 1.2: Sơ đồ mặt cắt cấu tạo địa chất khu vực. *Khí hậu : Nằm trong khu vực Hà Nội là khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm ướt.Thông thường khí hậu khu vực này có hai mùa rõ rệt là mùa mưa(từ tháng 4 đến tháng 10) và mùa khô (từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau). Lượng mưa trung bình dao động từ 1200 mm đến 2200 mm (trung bình là 1500 mm), độ ẩm ướt trung bình 85%, lượng bốc hơi trung bình 938mm/năm. Vào mùa khô khí hậu tương đối tốt có nhiều thuận lợi cho xây dựng các công trình hạ tầng cơ sở. Do đó ta nên chọn thời gian thi công vào mùa khô. Bảng 1.3-Các thông số khí hậu trung bình tháng trong năm khu vực Hà Nội Chỉ tiêu tháng Nhiệt độ trung bình(độ C) Lượng mưa trung bình (mm) Độ ẩm trung bình(mm) Lượng bốc hơi trung bình(mm) 1 15.3 18 83 68 2 17.6 36 86 54 3 19.2 34 89 55 4 26.6 121 88 66 5 27.6 194 85 94 6 29 250 84 99 7 28.4 214 85 101 8 28.6 325 87 86 9 27.1 290 86 91 10 24.4 184 82 95 11 21.4 115 81 88 12 18.4 7 81 94 Ghi chú Trung bình 23.6 Tổng cộng 1788 Trung bình 84.8 Trung bình 99.1 *Thủy văn : Hà Nội có sông Hồng chảy qua,rộng khoản 1Km-1,5 Km. Mực nước cao nhất ghi nhận được là +14,3m và mực nước thấp nhất là +17,3 m. Mực nước trung bình dao động từ +1,28 trong mùa khô và +10,18 trong mùa mưa. Khu vực xây dựng đường hầm có liên quan đến mực nước ngầm, do vậy khi mực nước sông Hồng lên xuống có ảnh hưởng tới mực nước ngầm. Theo tài liệu khảo sát địa chất thủy văn thì mực nước ngầm lớn nhất vào mùa mưa (tháng 8 âm lịch), đây cũng là lúc mực nước sông Hồng lên cao nhất.Sau đó mức nước nâng rút dần xuống và thấp nhất vào tháng 12 âm lịch.Song theo tài liệu khảo sát thì mực nước ngầm dao động từ -30m đến +13m. *Nguồn nước: Nguồn nước dùng cho thi công và sinh hoạt được khai thác từ mạng lưới nước của thành phố . 1.2.2.Điều kiện xã hội . Tình hình chính trị xã hội . Đây là khu trung tâm chính trị - văn hóa của thành phố, có trình độ dân trí cao, có nhiều cơ quan, tổ chức chính trị xã hội của Đảng và nhà nước đóng tại đây nên cũng có nhiều thuận lợi về tình hình an ninh chính trị song cũng có không ít những khó khăn trong quá trình thi công cũng như không được làm ảnh hưởng đến hoạt động của các cơ quan, các tổ chức và của nhân dân. Điều kiện cơ sở hạ tầng kỹ thuật. Khu vực thi công có điều kiện về cơ sở hạ tầng thuận lợi như mạng đường xá thuận lợi, vỉa hè rộng nên có thể tập kết vật liệu, máy móc mà không ảnh hưởng đến quá trình giao thông. Song một điều ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình thi công là đây là khu vực trung tâm nên mọi hoạt động vận chuyển máy móc, trang thiết bị, vật liệu, vận chuyển đất đá đào lên từ đường hầm chỉ có thể tiến hành vào ban đêm từ 22h00 ngày hôm trước đến 6h00 ngày hôm sau. Đây là một trong những yếu tố ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình thi công, do vậy trong quá trình thiết kế kỹ thuật thi công phải đưa ra được biện pháp thi công phù hợp. CHƯƠNG II: LỰA CHỌN VÀ THIẾT KẾ KIẾN TRÚC 2.1.Các giải pháp đặt tuyến tàu điện ngầm (Metro). 2.1.1.Giới thiệu chung về tàu điện ngầm : *Khái niệm: Metro là hệ thống đường sắt cao tốc nội đô khép kín, phục vụ vận tải hành khách công cộng độc lập với những mạng lưới giao thông khác trong thành phố . Trong hệ thống Metro có 3 loại tuyến : +Tuyến đường sắt trên cao chạy trên hệ thống cầu cạn để khắc phục mật độ kiến trúc cao và địa hình phức tạp. Loại tuyến này có ưu điểm thi công dễ dàng,chế độ khai thác đơn giản nhưng có nhược điểm là gây ồn và gây bụi cho thành phố, ảnh hưởng nhiều đến quy hoạch. +Tuyến chạy nổi trên mặt đất trong hệ thống đường riêng có hàng rào che kín. Những tuyến khác cắt ngang đều phải vượt qua bằng cầu và hầm vượt.Loại tuyến này có ưu điểm: xây dựng đơn giản, rẻ, chế độ khai thác không phức tạp. Nhược điểm: gây ồn và bụi, chiếm dụng nhiều diện tích giao thông và gây khó khăn cho quy hoạch đô thị . +Tuyến chạy ngầm trong lòng đất dưới thành phố hay còn gọi là hệ thống tàu điện ngầm.Loại tuyến này chạy ngầm là chủ yếu, hành khách đi xuống tàu qua các nhà ga nối thông với mặt đất. Khi vượt qua sông tuyến có thể phải nổi lên để vượt sông bằng cầu và ở những khu vực xây dựng thưa hoặc gần đến khu Đêpot để quay đầu, tuyến có thể chạy nổi 1 đoạn.Nhiều tuyến tàu điện ngầm của một số thành phố trên thế giới,đoạn vượt sông người ta vẫn giải quyết bằng hầm. Tàu điện ngầm có năng lực vận chuyển lớn,đáp ứng được yêu cầu giao thông công cộng rất cao của một thành phố đông dân, chiếm dụng diện tích rất ít, không gây ồn và bụi và còn kết hợp một số chức năng khác trong đời sống xã hội của thành phố vì vậy tàu điện ngầm là một phương tiện giao thông công cộng phổ biến của nhiều thành phố trên thế giới. Đường tàu điện ngầm đầu tiên trên thế giới được xây dựng ở Anh vào năm 1863, cho đến nay đã có 80 thành phố trên thế giới sử dụng hệ thống tàu điện ngầm trong giao thông công cộng. Hệ thống đường tàu điện ngầm lớn nhất là NewYork với tổng chiều dài 392Km và 471 ga, thứ hai là Paris: 301 Km, 349 ga. Do đặc điểm khu vực xây dựng, vị trí xây dựng là khu vực phố cổ và khu vực trung tâm văn hóa chính trị, mặt bằng xây dựng chật hẹp nên ta chọn tuyến chạy ngầm trong lòng đất . 2.1.2.Các thông số kỹ thuật của đoàn tàu : Tầu có 3 khoang (02 khoang có động cơ, 01 khoang không động cơ) dài 58,5m, rộng 2,8 m, tải trọng trục 14 Tấn, tốc độ tối đa 80 km/h, khả năng chuyên chở 431 chỗ - 587 chỗ, tương lai sẽ tăng lên thành đoàn tàu 4 khoang, dài 80 m và khả năng chuyên chở sẽ là 792 người (6 ng/m2) và đạt mức chuyên chở đặc biệt 1002 người (8ng/m2). Thời gian phục vụ của tuyến Metro từ 5h đến 24h, tần suất chạy tầu 5,4 phút/chuyến, năng lực vào giờ cao điểm đạt 6300 HK/giờ/hướng (trong tương lai tăng tần suất lên 3,45 phút/chuyến, đạt 9500 HK/giờ/hướng và 3 phút/chuyến, đạt 12.000 HK/giờ/hướng có nối thêm toa vào đoàn tầu). Thời gian đi hết 1 vòng là 49 phút, vận tốc thương mại đạt 33,8 Km/giờ. Các thông số kỹ thuật của toa xe: + Kích thước toa xe: dài 19 - 20 m; rộng 2,8m; cao 3,8m, chiều cao sàn 0,9 - 1,15m; + Tải trọng trục tối đa : 14 Tấn; + Tốc độ cấu tạo : Vct = 80 Km/h; Hình 2.1-Đoàn tầu điện ngầm Hình 2.1.Đoàn tầu điện ầm 2.1.3.Khổ giới hạn hầm. Dựa trên thông số đoàn tàu ở trên như chiều cao đoàn tàu là 3,8m, chiều rộng là 2,8 m, chiều cao sàn là 0,9 m, ta có khổ giới hạn hầm thiết kế như sau: Hình 2.2-Khổ giới hạn. 2.1.4.Xác định phương án bố trí hầm. Từ khổ giới hạn trên và dựa vào điều kiện thi công trong đô thị ta đề xuất 2 phương án đặt hầm là : +Hầm đặt nông. +Hầm đặt sâu. 2.2.Các phương án sơ bộ. 2.2.1.Phương án sơ bộ đặt nông. Hầm đặt nông là hầm bố trí gần mặt đất (thường giới hạn 5-10m từ cốt mặt đất) .Đây là dạng phổ biến do các tuyến đặt nông thuận tiện cho hành khách so với các tuyến đặt sâu ,tiết kiệm được thời gian đi lại của hành khách,dễ thi công bằng phương pháp lộ thiên,những biện pháp chống thấm và thông gió ít phức tạp, đường dẫn lên mặt đất ở các nhà ga bố trí dễ dàng.Giá thành xây dựng của các tuyến đặt nông trong điều kiện địa chất thủy văn thuận lợi trung bình nhỏ hơn 2 lần các tuyến đặt sâu. Tuyến hầm đặt nông thường bám dọc theo các tuyến giao thông chính trên mặt đất.Chiều sâu đặt hầm là 5m kể từ mặt đất, hầm gồm 2 tuyến . Mặt cắt ngang Hình 2.3-Mặt cắt hộp đổ tại chỗ. Thông số kết cấu: -Chiều rộng mặt cắt hầm :8,8 m; -Chiều cao : 6,1 m; -Chiều dày tường bên : 0,6 m; -Chiều dày tường giữa: 0,4m; -Chiều dày nóc hầm: 0,6m. Cấu tạo ray cho hầm đặt nông. Hình 2.4-Cấu tạo ray. Sơ đồ bố trí hầm đoạn đường đi. -Chiều rộng vỉa hè: 5m; -Chiều rộng đường : 10m; -Cao độ đặt hầm : -2,5m; Hình 2.5-Sơ đồ bố trí hầm tại đoạn đường đi. Sơ đồ bố trí hầm tại ga. Hình 2.6-Sơ đồ bố trí hầm tại điểm đỗ. Các thông số kỹ thuật : -Chiều rộng vỉa hè: 5m; -Chiều rộng đường : 10m; -Cao độ đặt hầm : -2,5m; 2.2.2.Phương án hầm đặt sâu : Hầm đặt sâu áp dụng trong những điều kiện địa chất và địa chất thủy văn phức tạp, hoặc tuyến hầm chạy qua khu vực có nhiều nhà cao tầng phía trên mặt đất, có khi tuyến nằm ở độ sâu đến 50m.Tuyến đặt sâu không phụ thuộc vào quy hoạch trên mặt đất, có khi tuyến nằm ở độ sâu 50m . Mặt cắt ngang : Hình 2.7-Mặt cắt ngang hầm đặt sâu. Thông số kết cấu: +Bán kính trong : 7,8m m; +Bán kính ngoài : 8,5m; +Chiều dày lớp vỏ hầm : 0,35m; +Chiều dày lớp chống thấm : 0,2m Cấu tạo ray cho hầm đặt sâu. 1-Tấm lót phẳng. 2-Tấm lót cao su bên sườn; 3-Rãnh thoát nước 25x50 mm; 4-Bê tông tòan khối; 5-Máng; Hình 28.Cấu tạo ray. Sơ đồ bố trí hầm tại điểm đỗ -Chiều rộng vỉa hè: 5m,; -Chiều rộng đường : 10m; -Cao độ đặt hầm : 23m; Hình 2.9-Sơ đồ bố trí hầm tại điểm đỗ. Sơ đồ bố trí hầm đoạn đường đi. Hình 2.10.Sơ đồ bố trí hầm đặt sâu tại đoạn đường đi -Chiều rộng vỉa hè: 5m; -Chiều rộng đường : 10m; -Cao độ đặt hầm : -23,00m; 2.2.3.Lựa chọn phương án đặt hầm. Căn cứ vào điều kiện tự nhiên tại vị trí đặt hầm: vì đây là khu trung tâm Thủ đô Hà Nội, nên không cho phép thay đổi kiến trúc khu vực . Tuyến đi qua khu trung tâm văn hóa chính trị là quận Ba Đình, khu vực phố cổ là quận Hoàn Kiếm. Do vậy mặt bằng thi công khó khăn, chật hẹp nên phải có phương án thiết kế và thi công cho phù hợp. Tuyến đi qua khu trung tâm văn hóa chính trị là quận Ba Đình, khu vực phố cổ là quận Hoàn Kiếm . Theo hướng quy hoạch đô thị trong tương lai bao gồm khu đô thị cổ và khu đô thị quy hoạch mới. Đối với các khu vực mới quy hoạch và các khu vực cũ có điều kiện mở công trường thì chọn phương án đặt ngầm loại nông. Còn với những khu đô thị cũ, các khu phố cổ do điều kiện mặt bằng thi công hạn chế, không được thay đổi kiến trúc khu vực và nhất là không được làm ảnh hưởng đến các công trình lân cận thì phương án đặt ngầm sâu là hợp lý hơn cả. Do vậy trong trường hợp này ta chọn phương án đặt ngầm sâu . Căn cứ vào điều kiện địa chất thủy văn, điều kiện khu vực xây dựng và quy hoạch các công trình ngầm xung quanh khu vực xây dựng, em chọn vị trí đặt hầm ở độ sâu 23m. 2.3.Giải pháp mặt cắt ngang. 2.3.1.Cơ sở : Mặt cắt của đường hầm còn phụ thuộc vào phương pháp xây dựng.Vì đường hầm được dự kiến xây dựng bằng phương pháp kín (vì là loại hầm đặt sâu), xuất phát từ tính đặc biệt của phương pháp thi công và điều kiện việc tĩnh học tối ưu của vỏ hầm, đường hầm có thể chọn dạng hình tròn hoặc dạng vòm, hình chữ nhật. Để có thế đưa ra 1 phương án hợp lý về hình dạng kích thước mặt cắt ngang của hầm ta phải xét đến các yếu tố sau : -Điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn của khu vực xây dựng. -Khả năng ổn định của công trình. -Phương pháp thi công. -Trình độ chuyên môn, phương tiện máy móc trang thiết bị, vật tư cũng như khả năng về vốn đầu tư …. 2.3.2.Các giải pháp mặt cắt ngang . Có nhiều giải pháp mặt cắt ngang nhưng với chức năng đặt ngầm sâu ta mà ta chọn thì có 1 số giải pháp phù hợp sau : 2.3.2.1.Giải pháp mặt cắt 1 : Dạng hình chữ nhật. Đối với mặt cắt này thường được áp dụng trong trường hợp bố trí ở nông, thi công bằng phương pháp lộ thiên . Đây là dạng kết cấu phù hợp với phương pháp thi công lộ thiên bằng công nghệ thi công tường trong đất.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 -Do tải trọng bên trên không lớn nên chiều dày nóc hầm giảm đáng kể giảm chi phí về kinh tế -Phương pháp thi công đơn giản. 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 công vụ Các thông số kỹ thuật : -Bề rộng hầm : 8800 mm -Cao :6100 mm -Chiều dày đáy và nóc hầm : 600 mm -Chiều 2 dày tường bên là : 600 mm -Chiều dày tường giữa là : 400 mm Hình 2.11.Mặt cắt kiến trúc hầm dạng hình hộp. 2.3.2.2.Giải pháp mặt cắt 2 : Dạng hình vòm. Ưu : -Kết cấu có khả năng chịu lực tốt . -Tận dụng được không gian vòm để bố trí các hệ thống kỹ thuật . Nhược : Thi công phức tạp hơn so với dạng kết cấu hình tròn. Các thông số kỹ thuật : -Chiều rộng mặt cắt hầm: 8200mm -Chiều cao: 5450mm -Chiều dày tường bên là : 350 mm; -Chiều dày tường giữa là : 300 mm; -Chiều rộng đường công vụ : 600mm -Chiều dày nóc hầm : 400 mm; Hình 2.12-Mặt cắt kiến trúc hầm dạng hình vòm. 2.3.2.3.Giải pháp mặt cắt 3: Dạng mặt cắt hình tròn cho hầm 2 tuyến đơn. Ưu điểm: -Thỏa mãn tốt nhất điều kiện làm việc của vỏ hầm ngầm trong các đất yếu . -Kết cấu có khả năng chịu lực tốt hơn so với các kết cấu khác. -Có dạng hình tròn nên phù hợp với hình dạng khiên đào Nhược điểm : -Thi công phức tạp. -Hệ số sử dụng không gian không cao. -Do phải thi công 2 hầm đơn nên chi phí tăng hơn so với hầm tuyến đôi. Thông số kỹ thuật -Bán kính ngoài :3000mm; -Bán kính trong :2700mm; -Chiều dày vỏ hầm : 300 mm; -Chiều dày lớp chống thấm : 100 mm; -Bề rộng toàn hầm : 9700 mm. Hình 2.13-Mặt cắt ngang hầm 2 tuyến đơn dạng hình tròn. 2.3.2.4..Giải pháp mặt cắt 3: Dạng mặt cắt hình tròn cho hầm tuyến đôi. Ưu điểm: -Thỏa mãn tốt nhất điều kiện làm việc của vỏ hầm ngầm trong các đất yếu . -Kết cấu có khả năng chịu lực tốt . - Phù hợp với phương pháp thi công kín. Nhược điểm : -Thi công phức tạp. -Hệ số sử dụng không gian không cao. Thông số kỹ thuật -Bán kính ngoài :8500mm; -Bán kính trong :7800mm; -Chiều dày vỏ hầm : 350 mm; -Chiều dày lớp chống thấm : 200 mm; -Chiều rộng đường công vụ : 430 mm. Hình 2.14-Mặt cắt kiến trúc hầm dạng hình tròn. 2.3.3.Đánh giá lựa chọn các phương án mặt cắt Với hầm Metro đặt sâu thì dạng hình tròn là phổ biến nhất. Dạng này thỏa mãn tốt nhất điều kiện làm việc của vỏ đường hầm trong điều kiện đất yếu, không ổn định, dễ bị cuốn trôi, tạo nên áp lực lớn theo mọi hướng và phù hợp với hình dạng khiên đào . Mặt cắt hình tròn là kinh tế khi xây dựng đường hầm 1 tuyến. Nhiều đường tàu điện ngầm trên thế giới phần lớn cũng có dạng hình tròn khi xây dựng đường ngầm hai tuyến bằng phương pháp kín. Đặc biệt phần lớn những đường ngầm như vậy được xây dựng cho đường Metro ở Pháp nơi phần lớn các ga có sàn sân ga bên sườn. Bảng 2.1.So sánh các phương án mặt cắt. Stt Nội dung so sánh Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4 1 Khả năng chịu lực Tốt(1) Tốt(2) Tốt(1) Tốt (2) 2 Phương pháp thi công Kín,Lộ thiên Kín Kín Kín 3 Khả năng thi công Thuận lợi Phức tạp Phức tạp Phức tạp Qua bảng 2.1, đồng thời từ điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn tại khu vực xây dựng: đất đá yếu, kém ổn định, có nước mặt và điều kiện thi công bắt buộc phải dung phương pháp kín nên chỉ có tiết diện hình tròn là phù hợp hơn cả và phương pháp thi công là sử dụng khiên đào . Trong dạng mặt cắt hình tròn em chọn dạng mặt cắt hình tròn cho hầm tuyến đôi do thi công đơn giản và chi phí giảm so với hầm 2 tuyến đôi. 2.4.Giải pháp đảm bảo. 2.4.1.Hệ thống thông gió. Trên tuyến đặt sâu, người ta sử dụng thông gió hút – đẩy nhân tọa. Ở giữa đường nối ga, người ra xây dựng giếng thông gió có quạt thông gió. Mỗi giếng thông gió đảm bảo thông gió cho đường ngầm chiều dài tới 2500m. Thông gió đường ngầm đặt sâu thực hiên qua giếng đứng, kích thước mặt cắt ngang của chúng được xác định theo tính toán với tốc độ chuyển động của không khí 7-8m/s .Đường hầm thông gió liên kết giếng đứng với đường hầm Metro thường được lấy dạng hình tròn với đường kính bên trong là 4m. Để thoát nước, đường hầm thông gió được bố trí theo độ dốc dọc ít nhất 0,003 kể từ giếng đứng và có độ dốc ngang ít nhất là 0,02. Đoạn tuyến Metro ngầm và kín trên mặt đất cần trang bị hệ thống thông tin trắc viễn truyền các giá trị thông số không khí đo được (nhiệt độ và độ ẩm không khí, lượng đioxit và ôxit cácbon) về trung tâm điều hành. Thiết bị thông gió cấu tạo từ quạt thông gió, động cơ điện và truyền động của quạt. Lựa chọn loại quạt để thông gió đường ngầm được tiến hành theo điều kiện làm việc vật lý đặc biệt của chúng dưới lòng đất. Để thông gió đường ngầm ta sử dụng 2 loại quạt sau là: quạt ly tâm và đồng trục. Quạt đường hầm cần phải thỏa mãn các điều kiện sau đây: Có công suất lớn (180000-250000m3/h) và kích thước tối thiểu ; Có khoảng thay đổi công suất cho phép rộng(trong giới hạn 70000-250000m3/h); Hệ số tác động có ích khi chế độ làm việc tối ưu; Làm việc theo hướng xuôi và đảo chiều ; Đảm bảo sự làm việc song song và ổn định của 2 quạt là như nhau; Truyền dẫn từ động cơ điện đến quạt phải tin cậy, đơn giản trong hoạt động và ít tiếng ồn ; Kết cấu quạt cần ít rung tháo lắp được,tin cậy đảm bảo tiếng ồn khí động học nhỏ nhất. Kết luận: ở phương án này ta chọn thông gió dọc với 2 quạt bố trí ở giữa 2 ga cách ga Hà Nội 300 m. Hình 2.14.Cấu tạo giếng cấp và thoát gió. 2.4.2.Hệ thống thoát nước. Tất cả các công trình ngầm của Metro đều được trang bị hệ thống thoát nước cấu tạo từ các máng và ống tự chảy, các giếng thu, các thiết bị bơm thoát nước với các hố thu gom và đường ống dẫn nước có áp. Nước xuất hiện trong các hầm đào ngầm từ đất xung quanh do cách nước chưa đảm bảo và sự tồn tại các lỗi khi làm lớp cách nước cũng như do rửa đường ngầm nối ga và ga trong quá trình khai thác. Nước vào đường hầm theo đường ống và máng với độ dốc dọc ít nhất 0,003, độ dốc ngang ít nhất 0,02-0,03 và được hướng về bể thu của thiết bị thoát nước, sau đó chúng được bơm lên mặt đất vào hệ thống thoát nước chung của đô thị bằng máy bơm và được hướng vào bể thu của thiết bị thoát nước , sau đó chúng được bơm lên mặt đất vào hệ thống thoát nước chung của đô thị bằng máy bơm. Loại thiết bị bơm được lựa chon vào sự bố trí chúng và đặc điểm kết cấu của công trình thoát nước. Thiết bị bơm thoát nước được lắp ráp trong các khoang chuyên dùng . Do hầm nằm trên mực nước ngầm, lại là hầm đặt sâu nên việc thoát nước là không đáng kể nên ta chỉ tạo những rãnh nhỏ ở hai bên tàu để thoát nước trong hầm. 2.4.3. Cấp điện cho đường tàu điện ngầm Những yêu cầu điện năng cơ bản trên đường tàu điện ngầm là động cơ kéo tàu, thiết bị truyền động băng tải, máy bơm và quạt, các lò sưởi nước, các cơ cấu (tín hiệu, điều khiển trung tâm) và thông tin, thiết bị cơ cấu vệ sinh - môi trường, điện chiếu sáng, các dụng cụ điện khác nhau. Cung cấp năng lượng trạm hạ thế có thể tiến hành từ nguồn trung tâm của hệ thống điện qua trạm kéo xây dựng ở mặt đất. Cung cấp như vậy thuộc về hệ thống cung cấp trung tâm và cho phép giảm được chiều dài tuyến cao áp, cũng như tránh được việc sử dụng các ô độc lập tại trung tâm cung cấp đối với tải trọng không lớn của trạm hạ thế đường tàu điện ngầm. Trong hệ thống cung cấp đó, trạm kéo ở mặt đất theo nguyên tắc, phải cách xa ga hành khách, đường tàu điện ngầm, nơi tải chính tập trung và điều đó bắt buộc phải đặt tuyến cáp dài. Trong hệ thống đó người ta xây dựng trạm kéo - hạ áp đồng thời, từ đó dòng điện được dẫn đến các hộ tiêu thụ nằm trong vùng phục vụ. Cung cấp cho đường tàu điện ngầm được thực hiện từ hệ thống cung cấp điện thành phố bằng dòng điện 3 pha điện áp 6KV-10KV dẫn đến trạm kéo - hạ thế ngầm, bố trí trong tổ hợp ga và trên đoạn giữa các ga. Trạm kéo - hạ áp của tuyến cần được cung cấp điện từ 3 nguồn độc lập của hệ thống điện thành phố. Trong đó, nguồn chính có thể là trạm điện. Trên trạm điện kéo, dòng điện xoay chiều điện áp 6-10KV được nắn sang dòng cố định bằng cách giảm điện thế đến 825V và truyền lên dây tiếp xúc (dòng chủ đạo) nằm phía bên trái đường ngầm theo chiều chuyển động của đoàn tàu. Dòng ngược trở lại đi qua trục và bánh xe toa tàu tới ray, sau đó theo cáp quay trở lại trạm. Đối với những tải còn lại trên trạm điện hạ thế, điện áp cao thế được giảm xuống đến 380V và để chiếu sáng đến 220V và 127V. Cung cấp cho các thiết bị điện- băng tải, quạt, bơm, các tổ hợp sửa chữa di động.v.v…được tiến hành trực tiếp từ trạm hoặc từ tuyến cung cấp trục chính tổng. 2.5. Giải pháp kết cấu vỏ hầm. Có ba giải pháp kết cấu : -Giải pháp 1: là vỏ hầm từ bêtông và BTCT toàn khối. -Giải pháp 2: là vỏ hầm lắp ghép. -Giải pháp 3: là vỏ hầm hỗn hợp sử dụng bêtông phun. 2.5.1 Giải pháp vỏ hầm bằng kết cấu BTCT toàn khối. Ưu điểm: -Bảo đảm độ ổn định cao. -Khả năng chụi lực tốt. -Khả năng chống thấm cao. Nhược điểm: -Thi công khó khăn phức tạp. -Thời gian thi công dài. 2.5.2 Giải pháp vỏ hầm bằng kết cấu lắp ghép. Ưu điểm: -Các cấu kiện được sản xuất hàng loạt trong nhà máy nên có khả năng tăng tốc độ thi công. -Trong quá trình thi công, sử dụng kết cấu lắp ghép có thể cải thiện điều kiện an toàn tốt hơn vì sau khi lắp ghép kết cấu có thể làm việc được ngay, tạo thành 1 lớp vỏ kín ngăn chặn biến dạng sập lở của đất đá bảo vệ con người và trang thiết bị, máy móc thi công bên trong. Nhược điểm: -Phải xử lý các mối nối, sự tồn tại của các mối nối làm giảm tính nguyên khối và do đó khả năng chịu lực kém hơn. Đặc biệt khi tồn tại nước ngầm, vấn đề chống thấm đối với kết cấu lắp ghép là rất khó khăn. -Kết cấu lắp ghép sử dụng khối BTCT có ưu điểm là khả năng chịu lực tốt, thời gian thi công nhanh, quá trình thi công đơn giản nhưng độ ổn định kém hơn kết cấu toàn khối vì tồn tại các mối nối. 2.5.3 Giải pháp vỏ hầm bằng kết cấu hỗn hợp. Với giải pháp này đã khắc phục một số nhược điểm của vỏ hầm từ kết cầu lắp ghép và kết cấu toàn khối. Chính vì vậy trong thiết kế và thi công công trình ngầm để tăng tiến độ thi công, rút ngắn thời gian xây dựng thì vỏ hầm hay sử dụng kết cấu hỗn hợp. 2.5.4 Đánh giá lựa chọn kết cấu vỏ hầm. Qua sự đánh giá các giải pháp kết cấu vỏ hầm, căn cứ vào điều kiện địa chất công trình, kỹ thuật thi công, thời gian thi công cho phép, điều kiện thi công, tôi chọn giải pháp vỏ hầm là kết cấu lắp ghép bằng khối BTCT. 2.6.Giải pháp chống thấm. 2.6.1.Việc phân cấp chống thấm cho công trình ngầm. Việc phân cấp chống thấm cho công trình ngầm (CTN) rất cần thiết, hiện tại ở Việt Nam chưa có một tiêu chuẩn hay quy phạm nào quy định cụ thể, ở đây em tham khảo một số quy phạm hiện hành của Trung Quốc phù hợp với điều kiện Việt Nam. Theo quy phạm kỹ thuật chống thấm CTN của Trung Quốc-Tiêu chuẩn GBJ 108-87 phân cấp chống thấm như sau : Bảng 2.2.Phân cấp chống thấm cho công trình. Cấp chống thấm Tên công trình ngầm Tiêu chuẩn yêu cầu với từng cấp chống thấm Cấp 1 Bệnh viện, phòng ăn, rạp hát, rạp chiếu phim, cửa hàng, kho lạnh, kho lương thực, kho cơ sở, kho tiền, trạm thông tin, gian đặt máy tính, gian điều khiển phân phối điện, hầm chỉ huy, kho vũ khí, ga hành khách tầu điện ngầm và đường hầm cho người đi bộ trong thành phố Không cho phép thấm nước, kết cấu bao che công trình không có dấu hiệu thấm ẩm. Cấp 2 Xưởng sản xuất bình thường, nhà đặt máy điều hòa, gian đặt máy phát điện, kho nhiên liệu, hầm trú ẩn, đường hầm xe lửa chạy điện,đường tầu điện ngầm và đường ô tô trong thành phố, nhà đặt máy bơm nước. Không cho phép thấm nước, kết cấu bao che công trình chỉ có dấu hiệu thấm ẩm Cấp 3 Tuynel kỹ thuật và đường hầm cho xe lửa không chạy điện, đường hầm chứa cáp điện, đường hầm ô tô thông thường. Có một ít điểm thấm nước, không có tia nước chảy, lượng nước rò rỉ vào công trình dưới 0,5 lít/m2/ngày đêm. Cấp 4 Đường hầm cấp nước, đường hầm thải nước bẩn, đường nhánh sơ tán để bảo vệ người, hang động. Có chỗ rò nước, không có tia nước chảy, lượng nước rò rỉ dưới 2 lít/m2/ngày đêm. 2.6.2.Các giải pháp chống thấm cho công trình ngầm. Phụt tạo vách chống thấm quanh hầm. Việc phòng nước cho công trình ngầm phổ biến nhất hiện nay là làm đặc nền đất xung quanh bằng cách phụt silicat, bitum, nhựa tổng hợp hoặc vữa xi măng. Các giải pháp phụt vữa tổng hợp, bitum quanh hầm ít còn được dùng. Ngược lại, xi măng hóa tạo vách chống thấm lại rất phổ biến. Biện pháp này cho phép giảm lưu lượng nước thấm vào công trình và bảo vệ kết cấu ngầm khỏi những tác động xâm thực, ngăn ngừa các hiện tượng xói mòn, hòa tan… Ngoài tác dụng chống thấm, việc xi măng hóa nền còn cho phép tăng tính đồng nhất của nền, nâng cao môđum biến dạng… Việc xi măng hóa có thể là kín (tức là tiến hành trên toàn chu vi công trình trong vùng thấm). Chiều sâu vùng xi măng hóa tạo vách chống thấm phụ thuộc vào điều kiện khu vực, được xác định bằng việc tính toán thấm, có thể lấy sơ bộ từ 3-8m. Phun vữa bề mặt. Lớp vữa bề mặt được tạo thành bằng cách phun lên mặt vỏ hầm một lớp vữa xi măng cát. Lớp vữa phun phủ bề mặt dày 4 cm. Phổ biến hơn cả là phun lên mặt trong của lớp vỏ lắp ghép. Đôi khi được phun lên 1 lớp lưới thép đường kính 2-6 mm. Chiều dày lớp phun trong trường hợp này có thể là 5 – 6 cm. Nhược điểm của phun vữa là bụi và lượng tiêu hao xi măng khá lớn, độ bền không cao. Lớp phủ chất nhựa tổng hợp. Trong xây dựng công trình ngầm, để phòng nước cũng sử dụng lớp phun bằng nhựa tổng hợp epoxy ED-5 (20%), nhựa Phuphurol axêtat (20%) với phụ gia đông cứng 10% và cát thạch anh hạt mịn (50%) phun lên vách hang bằng máy phun tạo bụi mini thành từng lớp dày 2 - 3 mm. Lớp phun loại này có thể chịu thấm với áp lực đến 20KG/cm2. Lớp nhựa tổng hợp có thể phun lên vách khô hoặc nhẹ. Kết cấu phòng nước rất có hiệu quả là phun một lớp nhựa epôxy phun lên vách đất khô hoặc trên mặt lớp bê tông phun, sau đó xây dựng vỏ hầm. Lớp phủ màng mỏng. Kết cấu phòng nước dạng màng mỏng chia làm 2 nhóm: -Nhóm 1:Dán lên mặt ngoài vỏ công trình và dán vào mặt trong vỏ. Các kết cấu phòng nước bằng cách gắn màng polime lên kết cấu, sau đó đổ bê tông vỏ và lớp sau màng. Việc thực hiện các phương pháp này đòi hỏi hết sức tỉ mỉ và cẩn thận. -Nhóm 2: là loại kết cấu màng mỏng gắn lên mặt trong vỏ hầm bằng bitum hoặc các lá định hình polietilen, đầu nhô của nó gắn vào bên trong vỏ khi đổ bê tông. Trong trường hợp đặc biệt quan trọng, lớp phòng nước có thể bằng thép lá dày 4 – 6 mm và dùng làm ván khuôn để đổ bê tông lớp vỏ hầm. Mặt ngoài của thép hàn vào cốt thép. Mặt trong được phun phủ bằng lớp bê tông phun hay đổ tại chỗ. 2.6.3. Đánh giá lựa chọn giải pháp chống thấm cho hầm. Căn cứ vào tiêu chuẩn phân cấp chống thấm công trình ngầm và các biện pháp chống thấm đã nêu ra cũng như đặc điểm của hầm metro, tôi chọn giải pháp chống thấm cho hầm như sau : -Để tăng khả năng chống thấm thì bê tông phải có năng lực chống thấm tốt, cần có các biện pháp nhằm tăng độ chặt của bê tông (trong đó bê tông cho kết cấu công trình ngầm lắp ghép phải có cường độ nén nhỏ nhất là R400 và cường độ chống thấm tương đương là B8). -Dùng cho vật liệu không thấm nước làm thành tầng phòng nước ở mặt ngoài và trong vỏ hầm như quét sơn chống thầm hay bi tum, việc quét hay dán các lớp sơn chống thấm được tiến hành khi chế tạo các cấu kiện trong nhà máy. -Phía trong cùng đổ một lớp bê tông chống thấm dày 10cm. Cứ 20m bố trí 1 khe biến dạng rộng 200 mm, việc chống thấm cho khe biến dạng dùng các băng PVC hay băng cao su có chiều rộng từ 250-300 mm. 2.7.Giải pháp thi công hầm. Dựa vào kinh nghiệm thi công hầm và các công trình ngầm của các nước trên thế giới, với điều kiện của Hà Nội có thể vận dụng một số phương pháp thi công sau đây : 2.7.1. Phương pháp thi công lộ thiên : Phương án thi công lộ thiên bao gồm các phương pháp sau đây : -Phương pháp đào hố móng. -Phương pháp dùng vì kéo di động. -Phương pháp thi công tường trong đất. Phương pháp đào hố móng. Đầu tiên từ mặt đất tiến hành đào hố móng có vách xiên hoặc thẳng đứng với hệ thống chống vách đến độ sâu cần thiết đặt hầm. Sau đó tiến hành lắp đặt các cấu kiện BTCT định hình sẵn hoặc đổ bê tông toàn khối tại chỗ, xây dựng kết cấu chống thấm rồi lấp đất trở lại, khôi phục mặt đất tự nhiên hoặc xây dựng những công trình ngầm trên mặt đất như đường xá vỉa hè …Để chống đỡ vách hố móng thẳng đứng dùng cọc cừ hoặc cọc cừ kết hợp với neo. Phương pháp thi công dùng hố móng đặc trưng bằng việc cơ giới hóa cao quá trình thi công, cho khả năng áp dụng các kết cấu kiểu công nghiệp hóa, các máy làm đất và các thiết bị nâng hạ có công suất lớn. Tuy nhiên trong điều kiện thành phố có công trình xây dựng dày đặc, mật độ giao thông lớn không phải lúc nào cũng áp dụng phương pháp cũng có hiệu quả. Việc đào các hố móng rộng kéo dài trên đoạn 100m-150m sẽ dẫn đến phá hoại giao thông đường phố trong suốt thời kỳ xây dựng, gây khó khăn cho cuộc sống bình thường của đô thị. Khi thi công hầm bằng phương pháp hố móng thường đòi hỏi chi phí lớn về kim loại, gỗ gia cố tạm. Ví dụ để gia cố hố móng sâu 6m-7m rộng 8m-10m sẽ chi phí 250 tấn -300 tấn thép và 60m3 -70m3 gỗ. Phương pháp dùng vì kéo di động. Để cơ giới hóa tối đa công tác đào, xúc đất và xây dựng vỏ hầm trong điều kiện thành phố có thể sử dụng vì chống di động bằng kim loại có tiết diện hở. Vì chống di chuyển bằng cách đẩy kích khiên lên vỏ hầm lắp ghép (hoặc vách đào) phía sau.Việc sử dụng vì chống di động cho phép: -Không cần sử dụng vì chống tạm và giảm nhẹ khó khăn khi xây dựng vì chống tạm. -Giảm khối lượng công tác đất khi đào hố móng và lấp trở lại sau khi xây dựng xong kết cấu (do giảm khe hở thi công giữa kết cấu và vách hố móng). -Giảm chiều dài của đoạn thi công có phá hoại do điều kiện bề mặt xuống đến 30-40m. -Nâng cao mức độ cơ giới hóa, giảm khó khăn trong thi công. -Nâng cao tốc độ xây dựng hầm. -Giảm tiếng ồn và chấn động. -Giảm nguy hiểm do chuyển vị, biến dạng bề mặt, nhà cửa và những công trình dọc theo tuyến hầm. Việc thi công có sử dụng vì chống di động có thể tiến hành trong bất cứ loại đất không cứng nào, loại trừ bùn và cát chảy. Khi có mực nước ngầm cao phương pháp này cũng có thể áp dụng cùng với việc hạ mực nước ngầm nhân tạo. Phương pháp tường trong đất. Khi bố trí công trình ngầm đặt nông, gần các công trình nhà cửa cũng như trong điều kiện giao thông thành phố dày đặc có thể áp dụng phương pháp tường trong đất. Đầu tiên ở những chỗ sẽ xây dựng tường của công trình ngầm, người ta đào hào và gia cố nó theo từng bước, rộng 0,6-0,8m sâu đến 18-20m trong đó sẽ xây dựng kết cấu tường của công trình ngầm. Sau đó tiến hành đào hố móng đến cao độ nóc công trình rồi đặt tấm trần đã xây xong được bảo vệ bằng phòng nước rồi lấp đất trở lại, khôi phục các công trình trên mặt đất như mặt đường, vỉa hè. Dưới sự bảo vệ của tường và trần đã tiến hành đào đất trong lõi, xây dựng tấm đáy và các vách ngăn … Việc xây dựng các kết cấu tường công trình ngầm có thể từ BTCT toàn khối hoặc áp dụng công nghệ tường lắp ghép trong đất tạo điểu kiện giảm bớt khối lượng công tác đất giảm chi phí bê tông cốt thép, giảm thời hạn và giá thành xây dựng. Phương pháp tường trong đất có ưu điểm hơn phương pháp hố móng là không đòi hỏi dùng tường cừ, đảm bảo ổn định cho nhà cửa và các công trình bên cạnh. Phương pháp này có thể áp dụng trong đất không cứng dạng bất kỳ (kể cả đất rời lẫn đất sét chặt) trừ loại đất bùn chảy, đất có lỗ rỗng lớn hoặc có cáctơ. Phương pháp này có hiệu quả nhất khi chiều sâu hố đào lớn hơn 5-6m cũng như bố trí công trình ngầm gần sát nhà cửa và các công trình khác. Phương pháp hạ đoạn (Kenson Method). Phương pháp hạ đoạn được áp dụng trong các điều kiện thành phố, điều kiện địa chất công trình và điều kiện thủy vănm trong môi trường đất mền yếu, trong các vùng có chứa nước sâu 6-40m và nó đặc biệt có hiệu quả khi xây dựng hầm trong môi trường đất có phát sinh tình trạng cát chảy, bùn chảy hoặc khi làm đường xe điện, ôtô điện qua đáy sông, hồ. Về nguyên tắc phương pháp này cũng thuộc quy trình thi công đào lộ thiên rồi lấp phủ nhưng để tăng tốc độ làm kết cấu vỏ hầm, hạn chế biến dạng, lún sụt đất ở hai bên tuyến hầm và giảm ảnh hưởng của nước ngầm đối với thời gian xây dựng và chất lượng kết cấu vỏ hầm, người ta đúc sẵn những khoang hầm bằng BTCT rồi dùng hệ thống thiết bị chuyên dùng hạ xuống hố đào. Phương pháp hạ đoạn đã được các nước trên thế giới áp dụng nhiều. Trong tương lai ở Việt Nam có thể áp dụng để thi công Mêtrô qua sông Hồng hoặc những công trình ngầm qua những nơi có chiều sâu nước ngầm lớn, đất yếu không ổn định. Gần đây nhất là dự án vượt sông Sài Gòn bằng đường hầm Hàm Nghi qua Thủ Thiêm do công ty Anh Quốc Maunsell thiết kế đã áp dụng phương pháp hạ đoạn để thi công phần hầm qua sông. 2.7.2.Phương pháp thi công kín. Phương pháp thi công kín có nhiều phương pháp thi công song ở đây ta chỉ xét phương pháp phổ biến nhất mà các nước trên thế giới đã sử dụng thi công đó là phương pháp khiên đào. Khiên đào là một máy thi công chuyên dụng để làm đường hầm trong thành phố, khi có yêu cầu phải giữ nguyên hiện trạng kết cấu đô thị (các công trình hạ tầng kỹ thuật và các công trình kiến trúc ) ở trên mặt đất. Phương pháp khiên đào áp dụng trong những điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn phức tạp nhất, đất đá mềm yếu, không ổn định, chiều dài công trình lớn, tiết diện ngang không đổi. Khiên đào là một máy liên hợp được trang bị các hệ thống cơ giới để đào, bốc dỡ đất đá, lắp ghép vỏ hầm đồng thời là vỏ chống tạm vững chắc dưới sự bảo vệ của nó tiến hành tất cả các công việc đào hầm chính. Một số nước trên thế giới như Anh, Pháp, Mỹ, Nhật …áp dụng phương pháp này từ lâu. Để có thể thi công bằng phương pháp khiên đào, trước hết phảo thi công các giếng đứng (giếng thi công) để đưa máy móc thiết bị xuống. Giếng thi công được thi công bằng dàn khoan cơ giới hạng nặng mà các khay khiên đào đất được tiết diện đường kính 800mm-6000mm. Trong thời gian khiên đào phá theo chiều sâu thì kết hợp hạ các vòm giếng kết cấu BTCT hoặc loại thép đặc biệt. Khi đạt đến độ sâu thiết kế và sau khi gia cố kết cấu thành giếng, tiếp theo là lắp đặt giá đỡ vòng khiên ngang và bắt đầu thi công mở rộng đường hầm .Đồng thời gian với tiến độ dịch chuyển khiên ăn sâu vào lòng đất là vận chuyến các khối BTCT lắp ghép vỏ hầm vào trong miệng giếng thi công . Các khối vỏ hầm lắp ghép được sản xuất hàng loạt trong nhà máy. Sau khi đưa các khối vào trong hầm tiến hành xếp đặt lắp ráp và vị trí liên hoàn giữa giá đế tựa thủy lực bằng vì kéo thép đặc biệt và vòng khiên đào phá, cùng với tác dụng lực ép thủy lực việc vận chuyển của các phay khiên vào lòng đất. Hệ thống liên hoàn vừa đào phá vừa lắp đặt khối BTCT lắp ghép vò hầm vào đường hầm là quá trình làm việc liên tục cho đến khi khiên đào đi hết đoạn đường giữa 2 giếng công trường. Việc theo dõi định vị đường đi của khiên đào hoàn toàn được điều khiển bằng hệ thống tự động trên mặt đất . Ưu điểm của phương pháp này là có thể áp dụng xây dựng các hệ thống Tynel kỹ thuật, các hầm đặt sâu trong lòng đất mà không ảnh hường đến kiến trúc ở bên trên, hoặc cải tạo hệ thống cơ sở cho các khu phố cũ mà quy hoạch không cho phép thay đổi kiến trúc, như khu vực trung tâm Hà Nội hoặc các khu di tích lịch sử truyền thống, các công trình an ninh chính trị của đất nước như quận Ba Đình, quận Hoàn Kiếm . 2.7.3.Đánh giá lựa chọn phương án thi công. Trên cơ sở đánh giá các phương án thi công và dựa vào điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn và điều kiện xã hội khu vực xây dựng ta chọn phương án thi công bằng khiên đào vì quan trọng nhất là nó đảm bảo không thay đổi kiến trúc khu vực xây dựng, không ảnh hưởng nhiều đến điều kiện và cuộc sống sinh hoạt xã hội của dân cư khu vực xây dựng. Để đảm bảo tốc độ và chất lượng xây dựng hầm ta chọn phương án thi công bằng khiên đào cơ giới (TBM). PHẦN II: THIẾT KẾ KỸ THUẬT TÍNH TOÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP. . CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN KẾT CẤU 1.1.Số liệu tính toán. 1.1.1.Số liệu về địa chất. Các lớp địa chất theo kết quả khoan thăm dò được lấy như sau: Stt Tên lớp Độ dày(m) T/m3 Eox103 T/m3 Kx103 T/m3 1 Đất đổ nền 1.2 0.6 2 37 0.3 1 5 2 Đất cát pha lẫn sỏi gạch 4.8 0.8 1.8 24 0.3 3 4 3 Đất sét dẻo,bùn hữu cơ 7 0.9 1.8 37 0.4 5 10 4 Cát xám hạt trung 10 0.8 1.9 33 0.3 4 6 5 Sét pha cát 11 0.7 1.9 33 0.3 3 8 6 Cát hạt thô 5 0.7 1.5 30 0.3 3 5 7 Sỏi cuội lẫn cát thô 1.5 2 60 0.2 1 15 1.1.2.Đặc trưng mặt cắt kết cấu. Như phương án đã chọn : sử dụng kết cấu bê tong cốt thép lắp ghép, gồm 8 phân tố : -Đường kính trong : do = 7800 mm -Chiều dày kết cấu : dk = 350 mm -Đường kính ngoài : dn = 8500 mm -Bán kính tính toán : r = mm. -Chọn chiều dài tính toán : b=1000 mm -Mômen quán tính : (3.1) -Diện tích tiết diện: F=b.dk=1.0.35=3,5(m2) -Môđum đàn hồi của vật liệu : E=2,9.106(T/m2); 1.1.3.Số liệu tải trọng . 1.1.3.1.Tải trọng thường xuyên cần luôn được khảo sát (tổ hợp tải trọng cơ bản): Tải trọng thường xuyên lâu dài như áp lực đất đá (áp lực đất đá thẳng đứng, áp lực hông), tĩnh tải, trọng lượng trang thiết bị khi khai thác, áp lực nước ngầm, tải trọng của các công trình trên mặt đất. Áp lực đất đá. *Áp lực đất đá thẳng đứng tính toán. Vì chiều sâu của công trình chọn Z=23 m, nên công trình nằm trọn trong lớp đất thứ 5 : Sét pha cát Hình 3.1-Sơ đồ xác định áp lực đất đá theo sơ đồ vòm áp lực. -Kiểm tra điều kiện hình thành vòm áp lực : (3.2) =6,55 (m) Trong đó : 2a1 là chiều rộng vòm áp lực (m); 2a là khẩu độ thi công (m); là góc ma sát trong của đất đá (0); h là nửa chiều cao kết cầu (m); (3.3) Trong đó : hv là chiều cao vòm áp lực (m); fkp là hệ số độ cứng của đất đá ; -Chiều sâu đặt hầm là lớp đá thứ 5 có fkp=0,7, chiều dày lớp đất bảo vệ bên trên H=23 m < 2,5.hv=23,41 (m) , thỏa mãn điều kiện hình thành vòm áp lực nên áp lực đất đá thẳng đứng tính toán theo công thức vòm áp lực. -Áp lực đất đá thẳng đứng tiêu chuẩn qtc(T/m2) được tính như phân bố đều theo công thức: 1,9.9,36= 17,79(T/m2) (3.4) Trong đó: -Trọng lượng thể tích của lớp đất đấ thứ 5(T/m3); hv-Chiều cao vòm áp lực(m); -Áp lực đất đá thẳng đứng tính toán qtt : 17,79.1,5=26,69(T/m2) (3.5) Trong đó : n1 hệ số vượt tải đối với đất đá thẳng đứng khi hình thành vòm áp lực n1=1,5; Hình 3.2-Tải trọng thẳng đứng do áp lực đất đá gây nên. *Áp lực hông tính toán. -Từ công thức : (3.6) Trong đó : là áp lực tính toán thẳng đứng; là hệ số vượt tải =1,2; là chiều cao kết cấu, = d =8,5m là góc ma sát trong của lớp đất thứ 5 , vì hệ số vượt tải n2=1,2>1 nên góc được cộng thêm 50. +Tại đỉnh kết cấu : (3.7) +Tại chân kết cấu : (3.8) Hình 3.3 – Áp lực hông tác dụng lên kết cấu. Tải trọng bản thân kết cấu. Coi tiết diện là hình chữ nhật ta có công thức : (3.9) Để đơn giản trong quá trình tính toán và thiên về an toàn ta coi tải trọng do tĩnh tải phân bố đều có hướng từ trên xuống với trị số : (3.10) Trong đó n3 là hệ số vượt tải của tĩnh tải đối với kết cấu lắp ghép. Trọng lượng của trang thiết bị khi khai thác, sử dụng. Trọng lượng của các trang thiết bị khi khai thác có lợi cho kết cấu khi làm việc và rất nhỏ so với áp lực của đất đá. Do vậy trong quá trình tính toán kết cấu, để thiên về an toàn ta có thể bỏ qua loại tải trọng này. Áp lực nước ngầm. Áp lực nước ngầm tác dụng lên kết cấu được xác định bằng vị trí của công trình so với mặt thoáng của nước ngầm. Áp lực nước ngầm tác dụng lên kết cấu có thể phân tích thành 2 thành phần : thành phần phân bố đều có trị số bằng trị số chiều cao cột nước trên đỉnh hầm và thành phần phân bố không đều có trị số =(1-cos).2r. Áp lực thủy tĩnh tác động lên xung quanh công trình ngầm và làm giảm mômen uốn do vậy trong quá trình tính toán để thiên về an toàn ta có thể bỏ qua loại tải trọng này. Song do hầm được thiết kế nằm trên mực nước ngầm nên trong quá trình tính toán ta bỏ qua loại tải trọng này. Tải trọng do các công trình trên mặt đất. Do đặc điểm hầm đặt sâu 23m nên sự ảnh hưởng của các công trình bên trên mặt đất là không đáng kể, do vậy ta có thể bỏ qua loại tải trọng này. 1.1.3.2.Tải trọng tạm thời Bao gồm tải trọng tạm thời trong quá trình thi công, lắp ráp như áp lực phun vữa bê tông sau vỏ hầm, ảnh hưởng của nhiệt độ xung quanh hầm, ảnh hưởng của co ngót và từ biến của bê tông vỏ hầm, áp lực của các kích khiên đào. Thông thường trong thiết kế công trình ngầm đối với kết cấu lắp ghép do có khả năng làm việc được ngay nên ta không xét đến loại tải trọng này và chúng nhỏ hơn nhiều so với áp lực của đất đá. Ngoài ra đối với các công trình ngầm trong thành phố, tải trọng tạm thời còn phải kể đến các loại tải trọng do các phương tiện giao thông bên trên hay bên trong công trình ngầm, áp lực do hoạt tải đi qua công trình ngầm, lực nằm ngang do hãm phanh, lực lắc ngang, lực ly tâm của xe cộ chuyển động. Nhưng do chiều sâu đặt hầm là lớn nên ảnh hưởng của loại tải trọng này là rất nhỏ, có thể bỏ qua. 1.1.3.3.Tải trọng đặc biệt. Bao gồm các loại tải trọng xuất hiện có tính chất ngẫu nhiên hoặc do sự cố bất ngờ như áp lực do động đất, sập lở hoặc một bộ phận của công trình bị hư hỏng. Ở đồ án này ta không xét đến. 1.1.3.4.Số liệu tải trọng tính toán. Tải trọng tính toán bao gồm : +Tải trọng thẳng đứng do áp lực đất đá có trị số qtt=26,69T/m2 và tải trọng thẳng đứng do tải trọng bản thân gtt=0,9625 (T/m2); +Tải trọng nằm ngang (áp lực hông). Hình 3.4-Sơ đồ tải trọng tính toán. 1.2.Tính toán kết cấu hầm. Kết cấu hầm là kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép bao gồm 8 phân tố với mối nối trơn nên liên kết giữa các phân tố được coi như liên kết khớp. Hệ vành tròn 8 khớp có sơ đồ làm như sau : Hình 3.5-Sơ đồ làm việc của kết cấu. 1.2.1.Tính toán nội lực . Vì vùng kết cấu không chịu ảnh hưởng của môi trường lúc đầu là chưa rõ, bài toán trở nên phi tuyến đối với tải trọng như thế rất khó giải với phương pháp tính hầm tròn trong môi trường đàn hồi tồn tại nhiều giả thiết làm đơn giản hóa tính toán. Trong thực tế thiết kế công trình, sử dụng rộng rãi phương pháp tính gần đúng theo giả thiết biến dạng cục bộ. Phương pháp tính toán phổ biến rộng rãi nhất là của viện thiết kế tàu điện ngầm (Metroproekt), phương pháp này không những chỉ tính hầm tròn mà cho các hầm dạng vòm, ovan và các loại hình dạng khác. Phương pháp này dựa trên giả thiết sau : +Đường trục hình vòng cung (hình tròn) được thay bằng đa giác nội tiếp trong nó. Tùy theo yêu cầu thực tế, trục hầm có thể phân thành 16 đoạn (nếu sử dụng môi trường đàn hồi, có thể phân thành 24, 32 hoặc 48 cạnh); +Tải trọng chủ động phân bố ngoài được quy về các lực tập trung đặt tài các đỉnh khớp của đa giác; +Môi trường đàn hồi liên tục có thể thay bằng các thanh đàn hồi riêng biệt, được đặt vào tất cả các đỉnh của đa giác trừ những đỉnh trong vùng không chịu ảnh hưởng phản lực địa tầng (vùng thoát ly). Kích thước vùng thoát ly được thể hiện bằng góc , giá trị của nó phụ thuộc vào độ mềm của vỏ hầm và tính chất của địa tầng quanh hầm, nằm trong khoảng 900-1500. Đất nền càng chặt và vỏ hầm càng mềm độ dài vùng không ảnh hưởng càng nhỏ. Gối đàn hồi được đặt ở tất cả các đỉnh của đa giác trong vùng của có chuyển dịch đàn hồi của đất nền (vùng có kháng lực đàn hồi). Nếu lực ma sát giữa kết cấu và địa tầng được bỏ qua, các gối đàn hội đặt theo phương bán kính của cung tròn. Để xác định lực ma sát cần phải đặt thêm gối theo phương tiếp hoặc xoay gối theo phương bán kính đi một góc (=arctg, trong đó - hệ số ma sát giữa hầm và địa tầng), như vậy phản lực đàn hồi tiếp tuyến với vỏ hầm đã được tính đến. Song khi tính toán với kết cấu hình tròn để thiên về an toàn ta chỉ xét đến thành phần phản lực đàn hội theo phương pháp tuyến và bỏ qua thành phần phản lực đàn hồi tiếp tuyến với vỏ hầm. Giả thiết thứ tư được sử dụng trong tính toán là sự thay đổi liên tục của độ cứng vỏ hầm được thay bằng nhiều nấc khác nhau. Nếu tiết diện tính toán của vỏ hầm thay đổi độ cứng của mỗi cạnh đa giác được lấy bằng trị trung bình của cạnh ấy, còn tiết diện của vỏ hầm không thay đổi thì độ cứng của các đa giác là như nhau. Sơ đồ tính của phương pháp này được thể hiện như hình sau: Hình 3.6 : Hệ cơ bản của phương pháp tính Sơ đồ tính này được thể hiện như một hệ thanh phẳng, việc tính toán đơn giản và hiệu quả nhất là theo phương pháp lực. Hệ cơ bản nhận được bằng cách tách phần nằm trong vùng ảnh hưởng của chuyển dịch đàn hồi và đặt vào các nút này mômen uốn, đó chính là các ẩn lực của bài toán. Tác dụng của các thanh đàn hồi được thay bằng các phản lực đàn hồi như hình trên. Để thuận lợi trong tính toán nội lực, hệ cơ bản được chia thành 2 thành phần: vòm 3 khớp ở trên vỏ hầm và hệ khớp gắn với đất đá bởi các liên kết thanh. Số lượng của các ẩn trong sơ đồ cơ bản phụ thuộc vào số các cạnh của đa giác, với sơ đồ đối xứng, chỉ cần xét một nửa hệ. Trong trường hợp vành tròn được chia thành 16 phân tố, để xác định ẩn trên có thể giải hệ phương trình chính tắc của đa giác 16 cạnh theo phương pháp lực như sau : (3.11) Đối với sơ đồ làm việc như trên có 8 khớp nên M1= M3 =M5= M7=M9=0 và trong vùng thoát ly loại bỏ được 3 gối ở phía trên, do vậy bài toán 3 ẩn M4; M6; M8. Khi đó phương trình chính tắc có dạng (3.12) Giá trị của các chuyển dịch trong hệ phương trình tính theo công thức More-Mắc xoen có kể đến đặc điểm của hệ thanh như sau: (3.13) Trong đó : - mômen và lực dọc trong hệ cơ bản do các môment ẩn bằng đơn vị và tải trọng gây ra; -phản lực tại gối đàn hồi do các môment ẩn đơn vị và tải trọng gây ra trong hệ cơ bản. J,F – giá trị trung bình của môment quán tính và diện tích tiết diện tích tiết diện của các cạnh đa giác; K* - đặc trưng độ cứng của gối đàn hồi. Giá trị của K* được xác định bằng việc dùng giả thiết biến dạng cục bộ và mỗi gối tựa đặc trung cho tính đàn hồi của địa tầng trong phạm vi tâm của 2 đa giác kề nhau: K* = k.li.b (3.14) Trong đó : b là chiều rộng của vành kết cấu dùng để tính toán (b=1,2m); Li là chiều dài cạnh của đa giác; K là hệ số đàn hồi của đất nền ; K=1000T/m3. Như vậy nếu gối tựa đầu tiên nằm liền kề với vùng không chịu ảnh hưởng với trường hợp các cạnh của đa giác bằng nhau thì độ cứng quy đổi cần phải giảm đi một nửa. Nội lực trong sơ đồ cơ bản được xác định bằng nguyên tắc cộng tác dụng độc lập của tải trọng P (bao gồm tải trọng thẳng đứng q và áp lực hông )và M4= M6= M8=1; hệ được tách thành hai nửa trên nền đàn hồi như hình 3.6 Sau khi giải hệ phương trình (3.12), mômen uốn, lực dọc, và phản lực được tính theo công thức sau : (3.15) Trong đó :Mk – giá trị của các ẩn lực tại các khớp nối đã chia. 1.2.2.Xác định nội lực trong vòm 3 khớp do tải trọng gây ra. 1.2.2.1.Xác định giá trị các lực tập trung tại các nút. Theo giả thiết thì tải trọng phân bố được thay thế bằng lực tập trung tại các nút. Để tổng quát ta xét cho trường hợp áp lực phân bố hình thang. Để thuận tiện trong quá trình tính toán ta gọi cường độ áp lực phân bố trên đỉnh hình thang có giá trị e0=6,35T/m2 và e9=10,96 T/m2. Hình 3.7-Sơ đồ xác định tải trọng tập trung tại nút. Quy tắc phân bố như sau: lực tập trung tại nút thứ i bằng hợp lực của lực phân bố trên ½ chiều dài của 2 đoạn sát nút I là i-1,i và i,i+1. Gọi ai-1,i là chiều dài đoạn i-1,i chiếu lên đoạn thẳng đứng , là góc của thanh thứ i-1,i với phương thẳng đứng. Ta dễ dàng thấy được : =(5,5-i) với =(i-5,5) với Ta có : với li là chiều dài đa giác (3.17) Trên hình vẽ ta thấy (3.18) (3.19) Gọi hi-1,i là khoảng cách từ điểm 0 đến tường thẳng nằm ngang đi qua trọng tâm các cạnh của đa giác, ta có : (3.20) Ở đây quy ước =0; Gọi ei là cường độ lực phân bố tại điểm ứng với trung điểm của các cạnh i,i+1 đa giác ta có : ei=hi-1,i.tg; (3.21) Cường độ tập trung tại nút thứ I là : ; (3.22) Thay các giá trị ở trên vào ta có: (3.22) Ví dụ: tính toán Q1. Các giá trị Qi còn lại được tính trong bảng sau Điểm Thanh Góc(0) ai,i+1(*r) Qi(*r) 1 12 78,75 0,07612 0,037698e0+0,000362e9 2 23 56,25 0,215772 0,138298e0+0,008149e9 3 34 33,75 0,324423 0,227328e0+0,043269e9 4 45 11,25 0,382683 0,241850e0+0,111702e9 5 56 11,25 0,382683 0,191342e0+0,191341e9 6 67 33,75 0,322442 0,111702e0+0,241851e9 7 78 56,25 0,215772 0,043270e0+0,227328e9 8 89 78,75 0,07612 0,008149e0+0,138298e9 9 0,000362e0+0,037698e9 Để thống nhất trong quá trình tính toán các giá trị áp lực hông tập trung tại các nút ta lấy như sau : Q1=(0,037698e0+0,000362e9).r =0,9919 Q2=(0,138298e0+0,008149e9) .r =3,933 Q3=(0,227328e0+0,043269e9) .r =7,81 Q4=(0,24185e0+0,111702e9) .r =11,24 Q5=(0,191342e0+0,191341e9) .r =13,49 Q6=(0,111702e0+0,241851e9) .r =13,69 Q7=(0,043270e0+0,227328e9) .r =11,274 Q8=(0,008149e0+0,138298e9) .r =6,388 Q9=(0,000362e0+0,037698e9) .r =1,693 Với e1=6,35(T/m2) ;e2=10,96(T/m2). Trong trường hợp áp lực phân bố đều với cường độ q ta có : Pi= (3.23) Với ; (3.24) Thay số vào ta có: P1=0,382683q.r =41,63 T/m ; P2=0,353553q.r =38,459 T/m; P3=0,270598q.r =29,44 T/m; P4=0,14644q.r =15,93 T/m; P5=0,038060q.r =3,81 T/m. 1.2.2.2.Xác định nội lực trong vòm ba khớp do tải trọng gây ra. Hình 3.8–Hệ cơ bản khi tính vòm 3 khớp chịu áp lực chủ động. -Xác định các kích thước cần thiết, khi chua vành thành 16 phân tố ta có: x2=r.sin=1,5594 m; y2=r.(cos-cos2) =0,88 m; x3=r.sin2=2,88124 m; y3=r.(1-cos2) =1,193 m . -Xác định các phản lực liên kết: +Phản lực thẳng đứng V: Thay số vào ta có: V=0,544895qr = 59,27 T/m +Lực xô ngang H : -Mômen uốn: M02=V(x3-x2)-H.y2 =5,27.(2,88-1,55)-91,83.0,88 =-2,75 T -Lực dọc : Tách nút 1 và nút 3 ta có =97,98 (T) =109,29 T 1.2.3.Tính nội lực trong phần vành khớp còn lại dưới tác động của áp lực chủ động. Đặt ở phản lực gối tựa H,V vào nút 3 của phần vành còn lại, cộng thêm vào đó tải trọng tập trung P3,Q3. Sau đó xác định nội lực trong các thanh trong hệ cơ bản và phản lực gối tựa bằng phương pháp thứ tự tách nút. Trong trường hợp tổng quát, để xác định nội lực trong phần vành khớp còn lại ta sử dụng phương pháp tách nút, chiếu các lực lên phương tiếp tuyến và pháp tuyến với bán kính tại nút đó. Ta dễ dàng thấy được : . Trong đó Hình 3.9 Sơ đồ xác định nội lực trong vành khớp dưới tác dụng của tải trọng. Xét tại các nút: *Tại nút 3: sin0,5a - (P3 + V) cos 2a - (Q3 – H) sin 2a = 124,53.sin11,250– (29,44+59,27).cos450-(7,812-91,8).sin450 =20,976(T) * Tại nút 4: = 124,53 + 19,53. = 128,078 (T) = (124,53+128,078).sin11,250 =32,79(T) * Tại nút 5: = =131,96(T) = =37,23 (T) * Tại nút 6: = =126,62 (T) = (131,96+126,62).sin11,250 =37,797 (T) * Tại nút 7: = = 118,49 = =39,8 (T) * Tại nút 8: = =112,47 (T) = = 42,61(T) * Tại nút 9: = 43,88 (T) 1.2.4. Xác định nội lực trong hệ cơ bản dưới tác dụng của các mômen đơn vị đặt tại các nút. Xét trường hợp tổng quát mômen đơn vị Mi=1 đặt tại nút i. Mômen đơn vị Mi = 1 đặt tại nút i sẽ gây ra trong các thanh i-1,i và i,i+1 lực cắt có giá trị l/li (trong đó li là chiều dài cạnh đa giác li = 2.r.sin) và Mi = 1 chỉ gây ra nội lực trong 2 thanh bên cạnh. Để xác định lực dọc và các phản lực tại gối tựa đàn hồi ta dùng phương pháp tách nút, lần lượt chiếu lên các phương pháp tiếp tuyến và pháp tuyến với bán kính tại các nút ta dễ dàng tìm được : Hình 3.10-Sơ đồ xác định nội lực do Mi=1 đặt tại các gối 4,6,8 * Xét M4 =1 đặt tại nút 4 : XÐt M6 = 1 ®Æt t¹i nót 6: ; XÐt M8 = 1 ®Æt t¹i nót 8: ; 1.2.5.Xác định các hệ số của phương trình chính tắc. Nhân biểu đồ nội lực theo phương pháp của Vêrêsaghin. Ta có : E = 2,9 . 106 T/m2 ; F = 0,42m2 ; J = 4,2875 . 103m4 ; r = 4,075 m; K* = K. li . b Với b là chiều dài tính toán lấy b = 1m, li = 0,39018r, K = 10000T/m3. Theo nguyên lý chuyển dịch khả dĩ : dtk = dkt ta có: d48 = d84 = 0 d68 = d86 = d46 Thay số vào các công thức chuyển vị trên ta có : 1.2.6.Kiểm tra độ chính xác sau khi tính toán chuyển vị. Phải thỏa mãn điều kiện sau đây : Trong đó :là diện tích biểu đồ mômen uốn ở trạng thái i. Qua kiểm tra ta thấy quá trình tính toán đảm bảo độ chính xác. 1.2.7.Giải hệ phương trình chính tắc. Thay các hệ số vào hệ phương trình chính tắc ta nhận được hệ phương trình sau : Giải hệ phương trình ta được : M4=2,98;M6=3,213;M8=-10,586 1.2.8.Xác định các giá trị nội lực : *Các giá trị mômen : M2=-2,75;M4=2,98;M6=3,213;M8=-10,586; M1= M3= M5= M7= M9=0 *Các giá trị lực dọc : Thanh Ni Mi NiMi N 0 2,98 0 1-2  97,99 0 3,213 0  97,99 0 -10,576 0 Thanh Ni Mi NiMi N 0 2,98 0 2-3 109,29 0 3,213 0 109,29 0 -10,576 0 Thanh Ni Mi NiMi N 0 2,98 0 3-4  124,53 -0,125 3,213 -0,4016  124,165 0 -10,576 0 Thanh Ni Mi NiMi N 0 2,98 0 4-5  128,07 -0,125 3,213 -0,4016  127,705 0 -10,576 0 Thanh Ni Mi NiMi N 0 2,98 0 5-6  131,9 -0,125 3,213 -0,4016  131,56 0 -10,576 0 Thanh Ni Mi NiMi N 0 2,98 0 6-7  126,67 -0,125 3,213 -0,4016  126,22 0 -10,576 0 Thanh Ni Mi NiMi N 0 2,98 0 7-8 118,49 0 3,213 0 119,82 -0,125 -10,576 -10,586 Thanh Ni Mi NiMi N 0 2,98 0 8-9 112,47 0 3,213 0 113,82 -0,125 -10,576 -10,586 *Bảng tổng hợp giá trị lực dọc : N1-2 N2-3 N3-4 N4-5 N5-6 N6-7 N7-8 N8-9 97,99 109,29 124,166 127,7 131,56 126,22 119,82 113,8 *Các giá trị phản lực tại gối : R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 65,173 61,185 60,65 69,82 63,79 49,41 67,642 *Các giá trị lực cắt : Q1-2 Q2-3 Q3-4 Q4-5 Q5-6 Q6-7 Q7-8 Q8-9 -1,7346 1,7346 1,875 -1,875 2,02 -2,02 -6,661 6,661 1.3.Kiểm tra nội lực tại các tiết diện theo quy phạm: 1.3.1Kiểm tra nội lực tại mặt cắt theo quy phạm : -Khoảng lệch tâm :ex= -Khoảng cách từ lực đến mép tiết diện ít chịu ứng suất hơn : Trong đó dk là chiều dày kết cấu (m) *Nếu ex0,225.dk=0,225.0,35=0,07875 (m) thì kiểm tra theo công thức : *Nếu ex0,225.dk=0,07875 (m) thì kiểm tra theo công thức : Trong đó : + n là hệ số vượt tải n=1,3; + là giới hạn bền, với mác bêtông 300 có =60KG/cm2; + m là hệ số điều kiện làm việc, m=0,9; + b là chiều rộng tính toán, b=100 cm; + dk là chiều dày kết cấu; + là hệ số biến dạng, với vòm Quá trình kiểm tra các tiết diện được thể hiện trong bảng : Điểm M(Tm) N(T) ex e Điều kiện n.N Nth Ghi chú 1 0 97.99 0 0.175 ex<0,078 127.38 2268 Thỏa mãn 2 -2.75 109.29 0.025 0.2 ex<0,078   142.07 1982 Thỏa mãn 3 0 124.16 0 0.175 ex<0,078   161.41 2268 Thỏa mãn 4 2.98 127.7 0.023 0.198 ex<0,078   166.01 2001 Thỏa mãn 5 0 131.5 0 0.175 ex<0,078   171.03 2268 Thỏa mãn 6 3.21 126.2 0.025 0.2 ex<0,078   164.08 1979 Thỏa mãn 7 0 119.8 0 0.175 ex<0,078   155.76 2268 Thỏa mãn 8 -10.58 113.8 0.093 0.26 ex>0,078   147.94 2402 Thỏa mãn 9 0 113.8 0 0.175 ex<0,078   147.94 2268 Thỏa mãn 1.3.2.Tính toán kiểm tra điều kiện mối nối giữa các block. Nếu nội lực tại các mối nối giữa các block thỏa mãn điều kiện : Thì không cần phải cấu tạo chống trượt cho mối nối. Trong đó : Qi,Ni tương ứng là lực căt và lực dọc tại các mối nối; fi là hệ số ma sát giữa bê tông với bê tông tại mối nối lấy fi=0,25. Trong bài toán này ta cần kiểm tra 5 mối nối : tại tiết diện 1,2,3,4: Q1-2 Q2-3 Q3-4 Q4-5 Q5-6 Q6-7 Q7-8 Q8-9 -1,7346 1,7346 1,875 -1,875 2,02 -2,02 -6,661 6,661 *Tại tiết diện số 1 có : Q1=-1,7346(T)<f.N=0,25. 97.990=24,49(T)-Thỏa mãn *Tại tiết diện số 2 có : Q3=1,875 (T)<f.N=0,25. 124,116=31,04(T)-Thỏa mãn *Tại tiết diện số 3 có : Q5=2,02(T)<f.N=0,25. 131,56=32,89(T)-Thỏa mãn *Tại tiết diện số 4 có : Q7=-6,61(T)<f.N=0,25. 119,82=29,95(T)-Thỏa mãn Như vậy tại các mối nối đều thỏa mãn điều kiện trên nên không cần phải cấu tạo chống trượt cho các mối nối 1.3.3.Kiểm tra điều kiện chịu ép mặt tại các mối nối : Trong đó : +N là lực dọc tính toán trong tiết diện xét; + là hệ số lấy bằng 1 khi ứng suất trên tiết diện phân bố đều trên ép mặt và bằng 0,75 khi phân bố không đều. Trong trường hợp này ứng suất phân bố đều nên lấy =1; +Fem là diện tích ép mặt Fem=h.b=35.100=3500 cm2; +Rem là cường độ của bê tông chịu ép mặt : +F là diện tích tính toán của tiết diện (lấy theo tiêu chuẩn của Nga): +Trong đó h là chiều dày của kết cấu chịu ép mặt (ở đây h được tính là chiều dài cung tròn tại mối nối). Vậy Ta có lực dọc lớn nhất trong các mối nối là N=131T<. Thỏa mãn điều kiện chịu ép mặt tại các mối nối, do vậy mối nối đủ khả năng chịu ép mặt nên ta không phải tính toán các mối nối. CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP 2.1.Tính toán cốt thép. Tiến hành tính toán và bố trí cốt thép cho các block vỏ hầm. Cắt 1m kết cấu block vỏ hầm để tính toán và bố trí cốt thép. Nguyên tắc cơ bản bố trí cốt thép thỏa mãn: -Đối với bê tông đúc sẵn trong điều kiến khống chế của nhà máy, cự ly tịnh của các thanh song song : +Không được nhỏ hơn đường kính danh định của thanh. +1,33 lần kích thước tối đa của cấp phối thô. +25 mm. -Đối với lớp bê tông bảo vệ 30 mm *Nội lực tính toán: Điểm M(Tm) N(T) Q(T) 1 0 97.990 1.73 2 -2.75 109.291 -1.73 3 0 124.166 1.87 4 2.98 127.705 -1.87 5 0 131.565 2.02 6 3.213 126.222 -2.02 7 0 119.820 6.66 8 -10.58 113.803 -6.66 9 0 113.803 2.1.1.Tính toán cốt thép chịu mômen âm: Mômen tính toán M-max = -105,86KNm Chiều rộng mặt cắt b = bW = 1000mm Chiều cao mặt cắt h = 350mm Chiều cao có hiệu của mặt cắt dv = h-dc-D/2 = 312mm Chiều dày lớp phủ bê tông dc = 30mm Cường độ thép fy = 400Mpa Cường độ bê tông fc = 30Mpa *Kiểm toán theo TTGHCĐ1: Hệ số sức kháng (A5.4.4.2) j = 0,9 Chọn thanh thép No20 D =16 mm Diện tích một thanh thép As = 201,062 mm2 Số lượng thanh thép n = 10 thanh Diện tích thép As = 2010,62 mm2 Hàm lượng thép r = As/(b.h) = 0,005744 = 0,574% Chiều dầy khối ứng suất tương đương a = b1.c = 0,836.37,73 = 31,5mm Trong đó: b : 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 b = 0,85-0,05.(30-28)/7 = 0,836 c : Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu nén ngoài cùng Sức kháng uốn danh định của mặt cắt: (A7.3.2.2-1) Sức kháng uốn tính toán của mặt cắt: Kiểm tra: Mr = 214,41KNm > Mmax = 105,86KNm => Đạt yêu cầu *Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: rmin = 0,03.f’c/fy = 0,03.30/400 = 0,00225 =0,225% Kiểm tra: rmin = 0,225% Đạt yêu cầu *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 = 37,73mm de : Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo de = h-d1 = 350-130 = 220mm Với d1 : khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chiu kéo. Với cách bố trí cốt thép như hình vẽ ta có: Hình 3.11.Bố trí côt thép chịu mômen âm. c/de = 37,73/175 = 0,172 Kiểm tra: c/de = 0,172 Đạt yêu cầu 2.1.2.Tính toán cốt thép chịu mômen dương: Mômen tính toán M+max = 32,13KNm Chiều rộng mặt cắt b = bW = 1000mm Chiều cao mặt cắt h = 350mm Chiều cao có hiệu của mặt cắt dv = h-dc-D/2 = 312 mm Chiều dày lớp phủ bê tông (A5.12.3) dc = 30mm Cường độ thép fy = 400Mpa Cường độ bê tông fc = 30Mpa *Kiểm toán theo TTGHCĐ1: Hệ số sức kháng (A5.4.4.2) j = 0,9 Chọn thanh thép No20 D = 16 mm Diện tích 1 thanh thép As = 201,062mm2 Số lượng thanh thép n = 10 thanh Diện tích thép As = 2011 mm2 Hàm lượng thép r = As/(b.h) = 0,00574 = 0,574% Chiều dầy khối ứng suất tương đường a = b1.c = 0,836.37,73 = 31,5mm Trong đó: b : 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 b = 0,85-0,05.(30-28)/7 = 0,836 c : Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu nén ngoài cùng Sức kháng uốn danh định của mặt cắt: (A7.3.2.2-1) Sức kháng uốn tính toán của mặt cắt: Kiểm tra: Mr = 214,418KNm > Mmax = 32,1KNm => Đạt yêu cầu *Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: rmin = 0,03.f’c/fy = 0,03.30/400 = 0,00225 =0,225% Kiểm tra: rmin = 0,225% Đạt yêu cầu *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 = 37,73mm de : Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo de = h-d1 = 350-130 = 220mm Với d1 : khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo. Với cách bố trí cốt thép như hình vẽ ta có: Hình 3.12.Bố trí côt thép chịu mômen dương . c/de = 37,73/130= 0,172 Kiểm tra: c/de = 0,172 Đạt yêu cầu 2.1.3.Tính toán cốt thép chịu lực cắt: Lực cắt tính toán Vmax = 66.61KNm Chiều rộng mặt cắt b = bW = 1000mm Chiều cao mặt cắt h = 350mm Chiều cao có hiệu của mặt cắt dv = h-dc-D/2 =315mm Chiều dày lớp phủ bê tông (A5.12.3) dc = 30mm Cường độ thép fy = 400Mpa Cường độ bê tông fc = 30Mpa *Kiểm toán theo TTGHCĐ1: Hệ số sức kháng (A5.4.4.2) :j = 0,9 Chọn thanh thép No 10 :D = 10 mm Diện tích một thanh thép :As = 78,54 mm2 Số lượng thanh thép :n = 5 thanh Diện tích thép :As = 393 mm2 Hệ số chỉ khả năng bê tông bị nứt truyền lực kéo: b = 2 (A5.8.3.4.1) Góc nghiêng ứng suất nén chéo q = 45o (A5.8.3.4.1) Sức kháng danh định do ứng suất kéo của bê tông: (A5.8.3.3) 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 thẳng góc giữa hợp lực kéo và hợp lực nén d’ = h-a/2-d1=204,23mm +0,72h = 0,72.350 = 252mm +0,9de = 0,9.220 = 198mm dv = max(d’; 0,72h; 0,9de) = 252mm Ta thấy Vu=66,61KN > 0,5.j.Vc = 0,5.0,9.114,562 = 51,3KN Phải bố trí cốt thép ngang chịu lực cắt Sức kháng danh định của cốt thép ngang chịu lực cắt: Trong đó: S : Cự ly cốt thép ngang chịu cắt (mm);S = 235 mm q : Góc nghiêng ứng suất nén chéo (A5.8.3.4) q = 45o a : Góc nghiêng cốt thép ngang đối với trục dọc a = 90o Av : Diện tích cốt thép chịu cắt trong phạm vi S Av = 251mm2 Sức kháng cắt danh định: Vn = min{ Vc + Vs ; 0,25.f’c.bv.dv ) Trong đó: +Vc + Vs = 114,562 + 119,11 = 233,69KN +0,25.f’c.bv.dv = 0,25.30.1000.252 = 1890KN => Vn = Min(Vc + Vs , 0,25.f’c.bv.dv) = 233,69KN Sức kháng cắt tính toán: Vr = jv.Vn = 0,9. 233,69= 210,3KN *Kiểm tra sức kháng cắt: Vu = 66,61KN Đạt yêu cầu *Kiểm tra cốt thép ngang tối thiểu: Diện tích cốt thép ngang tối thiểu: Av = 251mm2 > Avmin = 213,67mm2 => Đạt yêu cầu *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 ≤ 0,4dv≤600mm Nếu Vu ³ 0,1.f’c.bv.dv: S ³ 0,4dv ³ 300mm Ta có: Vu = 66,61 KN 0,1.f’c.bv.dv = 0,1.30.1000.252 = 756KN =>Vu Kiểm tra theo điều kiện 1 Ta thấy: S = 235 mm < 600mm Đạt yêu cầu về cự ly cốt thép tối đa 2.2.Thống kê cốt thép và vật liệu. Cốt thép được thống kê cụ thể ở bảng . Do điều kiện về thời gian có hạn nên trong đồ án chỉ tính toán kết cấu cũng như thi công cho phần đường hầm còn phần giếng đứng coi như đã thi công từ trước. Bảng thống kê cốt thép . PHẦN III: THIẾT KẾ THI CÔNG TỔNG QUÁT 2. TÍNH TOÁN THI CÔNG CHƯƠNG I: TỔNG QUÁT 1.1.Các vấn đề chung 1.1.1.Đặc điểm thi công Công trình ngầm. -Đặc điểm thi công khác hẳn so với các công trình trên mặt đất : diện tích tác nghiệp hẹp, việc triển khai các công việc khó khăn, tuyến thi công kéo dài. Mặt khác công trình phải thi công trong thành phố nên còn gặp phải nhìều khó khăn như đã nêu ở phần kiến trúc. Việc liên hệ giữa mặt bằng bên ngoài và khu vực thi công bên trong phải thông qua giếng đứng nên cũng rất khó khăn. Trong suốt quá trình thi công phải sử dụng ánh sáng nhân tạo, đồng thời phải tiến hành các biện pháp nhằm đảm bảo sức khỏe con người và an toàn lao động như: giảm nhiệt độ, thông gió trong quá trình thi công… -Vì các số liệu điều tra, khảo sát không thể đầy đủ và hoàn chỉnh, hơn nữa do điều kiện địa chất, điều kiện thủy văn khu vực xây dựng đa dạng và phức tạp nên quá trình thi công không phải tiến hành hoàn toàn theo thiết kế mẫu được mà phải có các biện pháp thi công cho từng điều kiện cụ thể và có dự kiến khắc phục khó khăn có thể xảy ra trong quá trình thi công. -Khối lượng đất vận chuyển lớn và điều kiện vận chuyển khó khăn là chỉ có thể vận chuyển vào ban đêm nên phải có biện pháp hợp lý để đảm bảo tiến độ thi công. 1.1.2.Tình hình và nhiệm vụ của đơn vị thi công. Đơn vị thi công có thể là một công ty thi công cơ giới có khả năng và kinh nghiệm xây dựng hầm, đặc biệt thi công trong điều kiện thành phố. Đơn vị thi công yêu cầu phải có đầy đủ máy mọc và trang thiết bị chuyên dụng, nhân vật lực để đảm bảo tổ chức thi công theo đúng yêu cầu kỹ thuật và tiến độ thi công đề ra. Đơn vị thi công có nhiệm vụ thi công 2 giếng đứng và 1600m hầm, các hệ thống thoát nước. Trong quá trình thi công, đơn vị thi công phải đảm bảo được yếu tố an toàn cũng như việc đảm bảo cảnh quan môi trường xung quanh khu vực xây dựng, giảm tiếng ồn, tránh ô nhiễm, ùn tắc giao thông trên tuyến đường trong quá trình thi công. 1.1.3.Vật liệu xây dựng Vật liệu xây dựng là một trong những yếu tố quyết định đến chất lượng công trình. Đặc biệt đối với dạng hầm đặt sâu trong lòng đất thì đăc biệt cần phải lựa chọn và kiểm tra kỹ lưỡng các loại vật liệu xây dựng. Dự kiến các block được đặt thi công trước tại nhà máy tại khu vực Hà nội sau đó được chuyên chở đến vị trí xây dựng hầm. Còn bê tông đổ lớp vỏ chống thấm và vữa trát được thi công tại chỗ. 1.1.4.Nguyên tắc thiết kế, tổ chức thi công. Nguyên tắc thiết kế : khi thiết kế tổ chức và thiết kế thi công cần phải tuân theo những nguyên tắc sau đây : -Đảm bảo thời hạn và tìm mọi biện pháp để tăng tốc độ thi công. -Cơ giới hóa cao nhất và tiến tới tự động hóa trong quá trình thi công. -Áp dụng tối đa các cấu kiện, chi tiết lắp ghép được chế tạo trong nhà máy. -Hạ giá thành. -Khối lượng công trình tạm thời nhỏ nhất. 1.2.Thiết kế thi công hầm . 1.2.1.Các thông số của khiên. 1.2.1.1.Xác định kích thước của khiên và lực đẩy của kích Do khiên (đặc biệt loại khiên lớn) là một loại cơ giới có tính chuyên dụng rất cao, mỗi đường hầm thi công bằng khiên đều phải dựa vào điều kiện thuỷ văn địa chất, kích thước mặt cắt hầm, giới hạn xây dựng, bề dày vỏ hầm, và phương thức lắp ráp để thiết kế chế tạo loại khiên chuyên dụng, rất ít khi dùng một loại khiên cho mấy đường hầm. Khi thiết kế khiên, trước tiên cần giả định kích thước hình học, đồng thời cần tính toán lực đẩy của kích khiên. Kích thước thước hình học của khiên chủ yếu phải dự kiến đường kích ngoài của khiên D, chiều dài thân khiên LM và độ nhanh nhạy của khiên LM/D. 1.2.1.2.Đường kính ngoài của khiên D Dựa vào đường kính ngoài của phiến ống vỏ hầm, khe hở ở đuôi khiên và bề dày ván thép đuôi khiên, như hình 4.1 đã vẽ đường kính ngoài của khiên có thể xác định theo công thức sau: Hình1.1:Tính toán chiều dài đuôi khiên và đường kính ngoài của khiên. D=Do+2(x+t) Trong đó: D - Đường kính ngoài của khiên; D0 - Đường kính ngoài của phiến ống vỏ hầm; t - Bề dày tấm ván thép đuôi khiên. Bề dày này phải bảo đảm không phát sinh biến dạng rõ rệt dưới tác dụng của tải trọng, thông thường dựa theo công thức kinh nghiệm của bề dày tấm thép của khiên đã được dùng, công thức kinh nghiệm như sau: Khi đường kính ngoài của khiên D < 4m thì số hạng thứ hai của công thức trên bằng 0. x – Khe hở của đôi khiên được xác định theo các nhân tố sau: Lượng dự trữ khi lắp đặt phiến ống, xuất phát từ điều kiện lắp ráp, cân nhắc dựa theo 0,01D0 ¸ 0,008D0. Ta có đường kính ngoài của khiên là : D=8,5+2.(0,008.8,5+0,065)=8,766. Vậy ta chọn khiên có đường kính là 8,8m. D=8,8m. 1.2.1.3.Độ nhanh nhạy của khiên LM/D Khi đã xác định được đường kính khiên và chiều dài khiên xong, ta tìm quan hệ tỷ lệ giữa chiều dài thân khiên LM và đường kính D, có thể tính được độ nhanh nhạy của khiên khi được đẩy tiến lên, một vài số liệu kinh nghiệm sau đây có thể cung cấp làm tài liệu tham khảo để xác định độ nhanh nhạy của các khiên phổ thông: Khiên cỡ nhỏ D = 2m ¸ 3m, LM/D = 1,50 Khiên cỡ trung D = 3m ¸ 6m, LM/D = 1,00 Khiên cỡ lớn D = 6m ¸ 9m, LM/D = 0,75(Khiên chọn) Khiên đặc biệt lớn D > 9m ¸ 12m, LM/D = 0,45 ¸ 0,75 Vậy ta có D=8,5m LM=6,375m. 1.2.1.4.Chiều dài khiên L Chiều dài của khiên hình 4.2 đã thể hiện phải là chiều dài toàn bộ của khiên L, chiều dài ấy là cự ly tối đa của phần trước và phần sau của khiên, trong đó chiều dài cơ bản của thân khiên LM được tính theo công thức sau: Trong đó: LM= LH+ LG+ Lr Hinh 1.2- Chiều dài khiên LH - Chiều dài vòm miệng cắt của khiên, đối với khiên đào thủ công: LH = L1 + L2, trong đó L1 là chiều dài mui trước của khiên, chiều dài mui trước đó sau khi khiên đã cắm vào tầng đất mềm yếu xong, có thể làm cho tầng đất có thể giữ được góc tự nhiên j = 450 và khi dùng khí nén lại phải đảm bảo cho khí nén không bị dò rỉ ra ngoài. L1 nói chung có thể lấy bằng 300mm ¸ 500mm, tuỳ theo đường kính khiên to hay nhỏ mà định. L2 là chiều dài cần thiết để đào, khi cần cân nhắc nhân công đào, thị trị số tối đa của nó là L2 = D/tgj hoặc L2 nhỏ hơn 2m. Khi cần đào bằng cơ giới thì cân nhắc L2 trong phạm vi có thể bố trí được cơ giới. LG- Chiều dài vòng che chống của khiên, chủ yếu do chiều dài của kích khiên quyết định, nó có quan hệ với khoảng rộng của phiến ống vỏ hầm b. LG = b + (200mm ¸ 300mm) (lượng dự trữ tiện cho việc duy tu kích) Lr - Chiều dài của đuôi khiên (hình 5.16), lấy Lr = Kb + m + c, trong đó k là hệ số chiều dài đuôi khiên che lấp vỏ hầm, bằng 1,3m¸ 2,5 m là chiều dài đế đuôi kích; c là lượng dự trữ lấy bằng 100m¸ 300mm. Ở trường hợp của đồ án em lấy : 8m 1.2.1.5.Xác định lực đẩy của khiên. Tổng lực đẩy của khiên cũng có thể tính toán theo công thức sau: P=g.A Trong đó: g - Tổng lực đẩy trên đơn vị diện tích mặt công tác.Do khiên ta chọn là khiên cân bằng áp lực đất nên lấy g = 1.000 kN/m2 ¸ 1.399 kN/m2. A - Diện tích mặt đào.A=56,74 m2 P=56,74.1=56,74 kN Số kích của khiên có liên quan đến mặt cắt ngang của khiên to hay nhỏ, nói chung mặt cắt ngang khiên nhỏ thì dùng 20 ¸ 30 chiếc, khiên có mặt cắt ngang lớn dùng 31 ¸ 38 chiếc.Ở khiên bài này ta chọn 32 chiếc. Gối tựa của kích khiên nói chung dùng hình thức liên kết bản lề, để cho lực đẩy phân bố đồng đều lên vỏ hầm, nhất là khi thi công trên đường cong, gối tựa liên kết bản lề là điều rất cần thiết. Bảng 1.1: Các chỉ tiêu kỹ thuật của khiên đào Các chỉ tiêu Giá trị Đường kính khiên D,m 8,8 Chiều dài khiên 8m Độ nhanh nhạy L/D 0,56 Trọng lượng khiên,T 275 Số kích của khiên 32 Tổng lực đẩy của khiên (KN) 57 Bề dày vỏ khiên(mm) 70 1.2.1.6.Lựa chọn khiên. Dựa vào điều kiện địa chất khu vực thi công ta chọn khiên cân bằng áp lực đất và đào theo kiểu cắt gọt bịt kín. 1.2.2.Công tác chuẩn bị 1.2.2.1.Công tác chuẩn bị thi công bằng khiên Công tác chuẩn bị thi công bằng khiên chủ yếu gồm có công tác xây dựng giếng đứng để đưa khiên xuống, công tác kiểm tra lắp ráp khiên, công tác chuẩn bị thiết bị phụ thuộc của thi công khiên. 1.2.2.2.Xây dựng giếng đứng cho khiên Do khiên làm việc dưới mặt đất vì thế tại vị trí mở đầu cần xây dựng một giếng đứng dùng để tiến hành lắp ráp khiên và được gọi là giếng lắp ráp khiên, còn tại điểm cuối lại cần xây dựng một giếng đứng nữa để tháo dỡ khiên và cẩu lên mặt đất, giếng đứng ấy được gọi là giếng tháo dỡ khiên. Ngoài ra vào giữa tuyến đường hầm hoặc tại vị trí đường cong có bán kín nhỏ cần xây dựng giếng đứng trung gian để kiểm tra sửa chữa và chuyển hướng khiên. Nói chung, giếng đứng được xây dựng trên tim đường hầm, cũng có thể xây dựng lệch sang một bên rồi dùng hầm ngang hoặc hầm xiên nối lại với hầm chính. Xây dựng giếng đứng cần kết hợp với trang thiết bị trên tuyến đường hầm, cân nhắc một cách tổng hợp để biến các giếng đứng thành các kết cấu vĩnh cửu như giếng lắp thiết bị, như trạm thông gió, như trạm bơm thoát nước, nhà ga mêtrô… nếu không sẽ kém kinh tế. Giếng đứng được xây dựng để: cẩu và lắp ráp khiên, vận chuyển vật liệu vỏ hầm, thiết bị máy móc vào và đưa đất đá ra, cũng như dùng cho cán bộ công nhân viên vào ra công trường. Kết cấu giếng đứng và yêu cầu kích thước mặt cắt hình chữ nhật như hình 4.3. Hình 1.3- Giếng lắp ráp khiên 1.Mặt khiên; 2.Giếng đứng; 3.Khiên; 4.Vách sau; 5.Ray dẫn hướng.;6.Dầm ngang;7.Móng sàn lắp ráp. D:Đường kính khiên; L: Chiều dài khiên; A: chiều dài giếng lắp ráp; B: bề rộng giếng lắp ráp. Chiều dài giếng lắp ráp cần thoả mãn không gian cần thiết cho các việc sau: đưa đất đá ra trong giai đoạn đầu khi khiên được đẩy tiến lên, đưa vật liệu vỏ hầm, cùng thiết bị khác vào cũng như không gian cần để tháo lắp kiểm tra khiên và tiến hành thi công liên tục. Chiều dài giếng lắp ráp A = L + (0,5 ¸ 1,0)L. = 7,5+0,5.7,5 = 11,25 m. Trong tình hình phải thoả mãn yêu cầu thao tác ban đầu, trị số A càng nhỏ càng tốt Chiều rộng giếng lắp ráp B: B= D + (1,5 ¸2) =8,8+1,5 = 10,3 m. Trong giếng đứng lắp ráp khiên bố trí sàn lắp ráp khiên. Sàn lắp ráp khiên bình thường bằng kết cấu thép và kết cấu bê tông cốt thép.Trên sàn được đặt đường ray để chịu trọng lượng khiên và các tải trọng khác khi khiên di chuyển. Hai thanh ray đỡ khiên phải lắp kiên cố, phương hướng chuẩn xác bảo đảm cho khiên không phát sinh lúc lắc đong đưa khi kích được đẩy lên và dễ dàng khi đẩy lên. Khoảng cách giữa hai ray lớn hay nhỏ do đường kính khiên quyết định, mặt ray cao bao nhiêu do thiết kế đường hầm và yêu cầu thi công quyết định. Khi khiên được lắp ráp xong trên sàn lắp ráp và sau khi làm xong công tác chuẩn bị đẩy, khiên có thể tiến vào hầm. Miệng tiến được chừa sẵn trên vách giếng đứng cho khiên có đường kính hơi lớn hơn đường kích của khiên bằng 8,7m. Miệng tiến phải dùng tấm thép mỏng và bê tông chế tạo thành cửa bịt kín tạm thời, cửa này vừa phải đảm bảo chịu áp lực đất, áp lực nước và chặn nước, vừa có thể tháo dỡ được tiện lợi. Sau khi tháo dỡ cửa bịt kín tạm thời thì có thể đẩy khiên tiến lên dần dần vào hầm. Khi khiên mới bắt đầu đào tiến vào hầm, phản lực đẩy phải do vách giếng đứng chịu đựng. Để đảm bảo cho khiên khi bị đẩy không vì vách sau của giếng đứng bị nghiêng mà bị lệch trục thì cần phải bảo đảm cho vách sau của giếng đứng thẳng góc với đường trung tâm của hầm. Trong khoảng hở giữa khiên và vách sau của giếng đứng thông thường phải dùng các phiến phế liệu của vỏ hầm làm cơ cấu chuyển lực đằng sau (các phiến ống này có chừa lỗ ở phần trên làm lỗ vận chuyển thẳng đứng vào và ra). Để đảm bảo độ cứng cho cơ cấu phiến ống chuyền lực chèn đằng sau, các phiến ống phải lắp mối nối lệch nhau, phải xiết chặt các bulông liên kết. Tại bộ phận chừa lỗ trên đỉnh, ở đoạn không ảnh hưởng vận chuyển thẳng đứng cần bố trí thanh chịu kéo giữ chặt. Sau khi khiên đã rời khỏi giếng đứng xong cần dùng chêm gỗ đóng chặt khe hở giữa bệ sàn lắp ráp để bảo đảm cho thi công được an toàn. Nói chung, khi khiên đào đến giếng đứng tiếp theo mới tháo dỡ phiến ống chèn đằng sau. Nếu đường hầm khá dài, thì khi lực đẩy khiên đã có thể cân bằng với lực cản ma sát giữa vỏ đường hầm và địa tầng (lúc ấy khiên đã được đẩy đi ít nhất bằng 200m), cũng có thể tháo dỡ phiến ống chèn đằng sau. Yêu cầu về kích thước kết cấu của giếng đứng trung gian và giếng đứng kết thúc, về cơ bản cũng tương tự với yêu cầu kích thước kết cấu của giếng đứng lắp ráp mở đầu, nhưng cần cân nhắc sai lệch về tim hầm trong quá trình đào ngoằn ngoèo. Nói chung lấy kích thước giếng đứng trung gian và miệng giếng đứng kết thúc. Phương pháp thi công giếng đứng do: Quy mô điều kiện địa chất thuỷ văn của địa tầng, điều kiện môi trường của giếng đứng quyết định. Phương pháp thi công thường dùng: phương pháp hạ giếng chìm. Nhưng trong thi công cần chú ý mấy vấn đề sau: Cần phải dùng biện pháp phun vữa gia cố địa tầng vùng miệng tiến vào và vùng miệng đi ra của khiên và địa tầng xung quanh miệng giếng đứng để làm cho tầng đất ổn định, khi nước ngầm tương đối lớn, cần có biện pháp hạ nước. 1.2.2.3.Kiểm tra lắp ráp khiên Thường khiên được lắp ráp trên sàn lắp ráp nằm ở đáy giếng đứng, song nếu khiên nhỏ thì có thể lắp ráp hoàn chỉnh trên mặt đất rồi cẩu vào giếng. Khi lắp ráp phải tuân theo bản thuyến minh, lắp ráp xong cần phải kiểm tra kỹ thuật theo các hạng mục sau, đạt yêu cầu mới được đưa vào sử dụng. Kiểm tra bề ngoài Kiểm tra bề ngoài khiên xem có bộ phận nào sai với bản vẽ thiết kế, linh kiện lắp sai, vị trí lắp sai, các lỗ liên thông trong ngoài có thông suốt không, kiểm tra xem các linh kiện bên trong của khiên có đầy đủ không, vị trí có đúng không, có được cố định chắc chắn không, kiểm tra lớp phòng gỉ xem có hoàn chỉnh không. Kiểm tra kích thước chủ yếu Sai số mức độ tròn và không thẳng của khiên lớn hay nhỏ ảnh hưởng rất lớn đến mức độ ngoằn ngoèo khi khiên đào tiến lên; sai số cho phép về hai mặt này cần thoả mãn yêu cầu ghi trong bảng 5.4 và 5.5. Vị trí kiểm tra mức độ tròn như hình 4.4, vị trí kiểm tra mức độ thẳng như hình 4.5. Hình 1.4:Vị trí kiểm tra sai số tròn . Hình1.5 :Vị trí kiểm tra sai số mức độ phẳng. Bảng 1.2-Sai số cho phép về độ tròn Bảng 1.3-Sai số cho phép về mức độ phẳng. Đường kính khiên(mm) Sai số đường kính trong(mm) Chiều dài khiên (m) Sai số công việc Tối thiểu Tối thiểu Tối đa L<3 D<2 0 8 3<L<4 2<D<4 0 10 4<L<5 4<D<6 0 12 5<L<6 6<D<8 0 16 6<L<7 8<D<10 0 20 L>7 10<D<12 0 24 3<L<4 Kiểm tra thiết bị thuỷ lực Thí nghiệm áp lực: Lấy áp lực cao nhất cho phép của thiết bị thuỷ lực trong một thời gian quy định nén thử, kiểm tra các thiết bị, đường ống, cửa vào, các kích v.v… xem có gì khác thường không. Kiểm tra bằng thí nghiệm cho chạy không tải; -Kiểm tra thí nghiệm động tác của kích; -Kiểm tra thí nghiệm động tác của máy lắp ráp vỏ hầm; -Kiểm tra thí nghiệm chuyển động quay của mân dao; -Kiểm tra thí nghiệm vận hành máy chuyển động xoắn ốc; -Kiểm tra thí nghiệm vận hành của máy duy trì độ tròn xoay; -Kiểm tra thí nghiệm vận hành của các tổ bơm và thiết bị khác. Kiểm tra tính năng cách điện của các thiết bị điện Kiểm tra trị số kháng trở cách điện của các thiết bị đem dùng có ở trong phạm vi quy định trong bản thuyết minh không, nếu dùng thiết bị điện mà không có bản thuyết minh quy định đó, thì phải bảo đảm trị số kháng trở nên 5MW trở lên. Kiểm tra mối hàn Kiểm tra các mối hàn của khiên xem có chỗ nào bị bong, bị rời không, khi cần thiết phải tiến hành hàn lại. Quy định cụ thể phải theo đúng quy phạm hàn. 1.2.2.4.Chuẩn bị các thiết bị phụ thuộc thi công khiên. Các thiết bị phụ thuộc cần thiết cho thi công khiên sẽ khác nhau tùy theo các loại hình của khiên, điều kiện địa chất, điều kiện khác nhau, không có một kiểu thống nhất. Nhìn chung mà nói, thiết bị phụ thuộc thi công khiên chia làm hai bộ phận: Thiết bị ngoài hầm và thiết bị trong hầm. Thiết bị ngoài hầm. Ở ngoài hầm cần bố trí các thiết bị với dung lượng đầy đủ và phải bảo đảm vị trí lắp các thiết bị đó. *Thiết bị cung cấp không khí thường. Ở chỗ thi công bằng, nén, cần cung cấp không khí sạch sẽ thích nghi về độ ẩm, nhiệt độ, áp lực và số lượng theo đúng yêu cầu cần thiết. Những thiết bị ấy có: Máy nén không khí thấp áp, máy quạt gió cùng các loại thiết bị dùng để vận chuyển thể khí, như: đường ống, cửa van, máy tiêu âm và trừ bụi, cùng các thiết bị phụ trợ khác. *Thiết bị không khí cao áp. Loại thiết bị này cung cấp khí nén cho mặt đào là chủ yếu có:máy nén không khí áp và thiết bị bổ trợ tương ứng. *Thiết bị vận chuyển đất vụn. Loại thiết bị này gồm hai bộ phận: thiết bị vận chuyển từ trong hầm ra đến mặt đất, thiết bị vận chuyển đến bãi thải. Thiết bị cần phối hợp để vận chuyển từ trong hầm ra đến mặt đất do phương pháp vận chuyển và nâng lên xác định, nói chung là thiết bị cẩu nâng thùng đất; kho đất vụn để chuyển vận và thùng chứa, máy băng tải và các thiết bị vận chuyển thẳng đứng khác. Thiết bị vận chuyển đến bãi thải thì phải dựa vào tính chất vật lý và trạng thái của đất mà xác định phương thức vận chuyển xong mới lựa chọn. *Thiết bị điện. Thiết bị điện dùng ở ngoài hầm phải lắp nguồn riêng.Khi thi công bằng khiên, ngoài phải lắp hai hệ thống đường dây cung cấp điện ra, còn phải bố trí nguồn điện tối thiểu đủ để bảo đảm thoát nước, chiếu sáng cung cấp không khí. *Thiết bị thông tin liên lạc. Thiết bị của bộ phận này do. Thiết bị liên lạc bảo đảm công tác bình thường hàng ngày và thiết bị cảnh cáo khi phát sinh tình hình khẩn cấp hợp lại thành. Loại thiết bị này ngoài việc phải có tính năng phòng ẩm khá tốt ra phải có độ tin cậy cao và cần thiết bị dự trữ khi cần. Thiết bị trong hầm. Thiết bị trong hầm, trừ khiên ra, là chỉ các thiết bị cần lắp ráp giữa đáy giếng đứng và mặt đào. Bố trí kết hợp các thiết bị này cần dựa vào điều kiện địa chất, phương thức thi công, kế hoạch thi công, tốc độ đào thiết bị ngoài hầm cân nhắc cân bằng. *Thiết bị thoát nước. Thiết bị thoát nước chủ yếu có nhiệm vụ: thoát nước mặt đào, thoát nước rò rỉ trong hầm, thoát nước thải thi công. Thiết bị thường dùng là máy bơm, ống nước, cửa van v.v…Những thiết bị ấy tốt nhất là di động theo mặt đào, nhằm nhanh chóng và kịp thời thoát hết nước của mặt đào. *Thiết bị bốc đất. Sử dụng phối hợp thiết bị bốc đất và máy băng tải hoặc toa thùng, toa bằng, đầu máy điện chạy trên ray. *Thiết bị vận chuyển. Vận chuyển trong hầm khi dùng phương pháp thi công bằng khiên, phần lớn đều dùng phương thức vận chuyển bằng đầu máy điện chạy trên ray. Khi bố trí kết hợp đồng bộ cần cân nhắc: ượng đất đào ra, kết cấu vỏ hầm, vật liệu phun vữa, thiết bị tạm thời, tình hình vận chuyển, thời gian tuần hoàn vận chuyển của thiết bị cơ giới các loại, nói chung có: đầu máy chạy bằng đầu ắc quy, toa thùng toa bằng chở đất, thiết bị đường ray. *Thiết bị phun vữa vào lưng vỏ hầm. Tùy theo vật liệu vữa khác nhau và phương thưc phun vữa khác nhau mà dùng thiết bị phun vữa khác nhau. Nhưng bất luận dùng phương thức gì để phun vữa, đều phải bố trí các thiết bị có dung lượng đầy đủ, thiết bị chủ yếu để phối hợp bố trí là: bơm phun,thiết bị trộn vữa, thiết bị vận chuyển vữa, đường ống vận chuyển vữa và các cửa van v.v… *Thiết bị thông gió. Đường hầm lớn nhưng chiều dài nhỏ nên ta dùng biện pháp thông gió thông thường . *Thiết bị vỏ hầm. Thiết bị vỏ hầm do thiết bị vỏ hầm lần thứ nhất và thiết bị vỏ hầm lần thứ hai gộp lại mà thành. Thiết bị vỏ hầm lần thứ nhất chủ yếu là chỉ thiết bị lắp ráp phiến ống, do máy lắp ráp, máy bảo đảm tròn xoay, máy vận chuyển phiến ống và máy nâng được bố trí ở đuôi khiên kết hợp lại. Thiết bị vỏ hầm lần thứ hai gồm có: thiết bị vận chuyển bêtông, cỗ xe cốp pha vỏ hầm, thiết bị đổ bêtông, máy đầm v.v… *Thiết bị điện. Thiết bị điện trong hầm gồm có: thiết bị mô tơ, chiếu sáng, dẫn điện và thiết bị điều khiển. *Thiết bị công tác sàn. Sàn công tác được găn liền với khiên hoặc sàn đứng làm việc được gắn cố định vào xe để lắp vỏ hầm lần thứ nhất, để phun vữa vào lưng vỏ, để điều khiển thiết bị điện, hệ thống thoát nước, hệ thống thủy lực và tổ bơm của khiên. Tùy theo đà tiến của khiên các sàn được lắp trên các cỗ xe chuyên dụng nối theo sau. Để giảm thiểu ảnh hưởng đối với công tác của khiên, các cỗ xe này có thể độc lập tự hành. 1.2.2.5.Công tác chuẩn bị mặt bằng Do vị trí xây dựng có hè phố rộng 5m và đường rộng 14m nên có thể bố trí máy móc và nguyên vật liệu trên hè phố hoặc dưới lòng đường song phảo đảm bảo xe cộ, các phương tiện giao thông vẫn có thể lưu thông trong quá trình thi công trên tuyến đường thi công. Không gây cản trở việc đi lại, sinh hoạt của dân cư hai bên hè phố. Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho các công trình cạnh hè phố. Không gây tiến ồn, chấn động quá mức cho phép đối với dân cư và các cơ quan trong khu vực. Đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị thi công trong phạm vi công trường. 1.2.3.Giải pháp thi công các Block . Các Block được thi công trước trong nhà máy theo thiết kế song phải chú ý những vấn đề sau đây : Bê tông : Bê tông dùng thi công các block là bê tông mác 300 có cấp chống thấm B8. Bê tông phải đáp ứng các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành : TCVN 5592-91 Bê tông nặng-Yêu cầu kỹ thuật; TCVN4453-1995 Kết cấu bê tông cốt thép toàn khối – Qui phạm thi công và nghiệm thu; TCVN 5574-91 Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép. Ngoài ra nguyên vật liệu chế tạo bê tông chống thấm cần phải tuân theo các yêu cầu sau đây : *Xi măng. -Xi măng chế tạo bê tông phải đáp ứng TCVN 6260-1997. Xi măng Pooclăng hỗn hợp – Yêu cầu kỹ thuật, xi măng phải có tính ổn định thể tích tốt, hàm lượng vôi tự do nhỏ, ít tỏa nhiệt. -Các loại xi măng Pooclăng hỗn hợp hiện nay của các nhà máy xi măng Hoàng Thạch, Bỉm Sơn, Bút Sơn, Hải Phòng PCB 30, PCB 40 đáp ứng TCVN 6260-1997 đóng bao trong 50 KG hoặc dạng rời vận chuyển bằng xe chuyên dụng có nhãn mác và chứng chỉ chất lượng của lô hàng kèm theo có thể sử dụng để sản xuất bê tông cho công trình ngầm. -Không được dùng xi măng quá hạn, bị vón cục, không dùng lẫn lộn quá 2 loại hoặc 2 mác xi măng trở lên. -Mác xi măng không thấp dưới 30 Mpa, phải kiểm tra phù hợp tiêu chuẩn trước khi dùng. *Cốt liệu Cát,đá chế tạo bê tông ngoài việc phải phù hợp các quy định hiện hành của TCVN 1771-86 Đá dăm, sỏi dùng trong xây dựng- Yêu cầu kỹ thuật và các tiêu chuẩn phương pháp thử còn phải đáp ứng các yêu cầu sau: Đường kính lớn nhất của hạt cốt liệu không quá 40mm, không lẫn đất cục, đá sỏi phải sạch, độ hút nước không quá 1,5 %. Cát sạch không chứa mùn sét chất hữu cư, cát có cỡ hạt trung bình trở lên, phù hợp TCVN 1770-86 Cát xây dựng –Yêu cầu kỹ thuật. *Nước Sử dụng nước sạch dùng cho sinh hoạt thỏa mãn TCVN 4506-87 Nước cho bê tông và vữa –Yêu cầu kỹ thuật. *Phụ gia. Chế tạo bê tông chống thấm có thể sử dụng thêm các loại phụ gia bột mịn như bột khói Silic hoạt tính (Silicafum), xỉ nghiền mịn, tro bay