Đang tải... (xem toàn văn)
CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ THỦY ĐIỆN NẬM CỦN 1.1. Giới thiệu chung về công trình Công trình thủy điện Nậm củn nằm trên Suối Bo, thuộc địa phận xã Thanh Phú huyện Sapa tỉnh Lào Cai, có toạ độ địa lý như sau: Toạ độ địa lý tuyến đập: 10401232 kinh độ Đông, 2200643 vĩ độ Bắc; Toạ độ địa lý nhà máy: 10401313 kinh độ Đông, 2200730 vĩ độ Bắc. Công trình thuỷ điện Nậm Củn có công suất lắp máy 40MW, sản lượng điện hàng năm: 167Kwh, dự định hoàn thành phát điện vào Quý I năm 2018. Phía thượng lưu là công trình thuỷ điện Sử Pán 2 có công suất lắp máy là 37MW, phía hạ lưu là công trình thuỷ điện Tà Thàng với công suất lắp máy là 60MW. Dự án xây dựng thuỷ điện Nậm Củn là một trong nhiều dự án xây dựng thuỷ điện nói riêng và xây dựng các ngành nghề nói chung. Nhiệm vụ Công trình thuỷ điện Nậm Củn được xây dựng với nhiệm vụ khai thác dòng chảy trên Suối Bo, kết hợp dâng đập và tận dụng cột nước địa hình để phát điện với công suất 40W và điện lượng trung bình hàng năm Eo = 167KWh cùng với đó là tạo nguồn điện cung cấp cho phát triển kinh tế và đời sống nhân dân từ lưới điện quốc gia, tạo nguồn nước bổ xung cho khu vực hạ lưu vào mùa kiệt, đáp ứng nhu cầu phục vụ nước sinh hoạt, công nghiệp và đẩy mạnh tham gia chống lũ tiểu mãn, giảm lũ đầu vụ cho vùng hạ lưu. Ngoài ra, việc đầu tư xây dựng thuỷ điện Nậm Củn sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế xã hội của khu vực. Sau khi kết thúc xây dựng công trình, khu vực công trình Nậm Củn với các cơ sở dân cư, văn hoá, xã hội sẽ trở thành một điểm tập trung dân cư với cơ sở hạ tầng tương đối đầy đủ. Hệ thống giao thông phục vụ thi công vận hành công trình sẽ tạo ra khả năng giao lưu về kinh tế và xã hội của khu vực xây dựng công trình với các trung tâm kinh tế, xã hội của địa phương.
Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm ĐỀ TÀI: LỰA CHỌN KẾT CẤU CHỐNG HỢP LÝ CHO HẦM PHỤ CỦA THỦY ĐIỆN NẬM CỦN CHƯƠNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ THỦY ĐIỆN NẬM CỦN 1.1 Giới thiệu chung công trình Công trình thủy điện Nậm củn nằm Suối Bo, thuộc địa phận xã Thanh Phú huyện Sapa tỉnh Lào Cai, có toạ độ địa lý sau: - Toạ độ địa lý tuyến đập: 104012'32" kinh độ Đông, 22006'43" vĩ độ Bắc; - Toạ độ địa lý nhà máy: 104013'13" kinh độ Đông, 22007'30" vĩ độ Bắc Công trình thuỷ điện Nậm Củn có công suất lắp máy 40MW, sản lượng điện hàng năm: 167Kwh, dự định hoàn thành phát điện vào Quý I năm 2018 Phía thượng lưu công trình thuỷ điện Sử Pán có công suất lắp máy 37MW, phía hạ lưu công trình thuỷ điện Tà Thàng với công suất lắp máy 60MW Dự án xây dựng thuỷ điện Nậm Củn nhiều dự án xây dựng thuỷ điện nói riêng xây dựng ngành nghề nói chung Nhiệm vụ Công trình thuỷ điện Nậm Củn xây dựng với nhiệm vụ khai thác dòng chảy Suối Bo, kết hợp dâng đập tận dụng cột nước địa hình để phát điện với công suất 40W điện lượng trung bình hàng năm Eo = 167KWh với tạo nguồn điện cung cấp cho phát triển kinh tế đời sống nhân dân từ lưới điện quốc gia, tạo nguồn nước bổ xung cho khu vực hạ lưu vào mùa kiệt, đáp ứng nhu cầu phục vụ nước sinh hoạt, công nghiệp đẩy mạnh tham gia chống lũ tiểu mãn, giảm lũ đầu vụ cho vùng hạ lưu Ngoài ra, việc đầu tư xây dựng thuỷ điện Nậm Củn tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế xã hội khu vực Sau kết thúc xây dựng công trình, khu vực công trình Nậm Củn với sở dân cư, văn hoá, xã hội trở thành điểm tập trung dân cư với sở hạ tầng tương đối đầy đủ Hệ thống giao thông phục vụ thi công vận hành công trình tạo khả giao lưu kinh tế Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm xã hội khu vực xây dựng công trình với trung tâm kinh tế, xã hội địa phương Hầm phụ có tác dụng tạo thêm gương đào phục vụ trình thi công hầm dẫn dòng nhanh Khi thi công xong hầm dẫn lấp hầm phụ để lại làm hầm chứa phục vụ cho công tác kiểm tra, theo dõi Hầm phụ thi công tọa độ HP1 X2465055.8075 : Y422432.4338, có cao trình 320.00m, chiều dài 160m Cửa hầm có hình dạng vòm tâm có chiều rộng 4m, cao 4,4, bán kính vòm 2m thi công qua lớp đất đá phong hóa 1.2 Vị trí địa lí, khí hậu, điều kiện hạ tầng giao thông, dân cư xã hội nhân văn 1.2.1 Vị trí địa lí Thủy điện Nậm Củn triển khai xây dựng xã Thanh Phú, huyện Sapa, tỉnh Lào Cai Nằm cách thành phố Lào Cai 50km phía nam, cách thị trấn Sapa 25km hướng tây nam Để vào vị trí khai trường theo lối, từ thị trấn Sapa xuống từ ngã Xuân Giao, huyện Bảo Thắng lên - Phía Đông giáp với xã Suối Thầu Bản Phùng, huyện Sapa; Phía Tây dãy núi Phan Xi-Păng; Phía Nam Rừng quốc gia Hoàng Liên Sơn; Phía Bắc sông Ngòi Bo Địa bàn khai trường thuộc vùng núi cao, địa hình thấp dần từ Tây sang Đông, có suối chảy dọc theo hướng Tây đổ sông Hồng Phía tây dãy núi Phan XiPăng nên địa hình dốc, độ cao trung bình 600m 1.2.2 Điều kiện khí hậu Thủy điện Nậm Củn thuộc khu vực khí hậu ôn đới cận nhiệt đới nên quanh năm mát mẻ, nhiệt độ không khí trung bình khoảng 15C, mùa hè không nóng Nhiệt độ ban ngày từ 20C-25C, nhiệt độ ban đêm từ 10C-15C Mùa đông thường có mây mù bao phủ lạnh, nhiệt độ có xuống 0C - Mùa mưa tháng đến tháng 8, lượng mưa trung bình từ 400mm; - Mùa khô tháng đến tháng 4, lương mưa trung bình khoàng 90mm Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm 1.2.3 Điều kiện hạ tầng giao thông Khai trường nằm đường giao thông TL152 từ ngã ba Xuân Giao, huyện Bảo Thắng thẳng lên thị trấn Sapa, huyện Sapa Nguồn cung cấp điện đường dây không 35kV, dây dẫn AC-70 Bố trí trạm biến áp 400+560KVA-35/0,4KV Nguồn nước cung cấp chủ yếu cho sinh hoạt sản xuất khai trường nước suối nước khe núi 1.2.4 Tình hình dân cư, văn hóa, xã hội Dân cư chủ yếu sinh sống khu vực công nhân thủy điện, xí nghiệp khai thác, người dân tộc làm nông nghiệp, lâm nghiệp, dịch vụ chủ yếu sống dọc theo tuyến giao thông 1.3 Điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, địa chất chung khu vực dự án 1.3.1 Đặc điểm địa chất a, Đặc điểm thổ nhưỡng thảm thực vật Bề mặt lưu vực với tầng phủ đất sét pha lẫn dăm sạn màu nâu vàng xám vàng dày có nguồn gốc phong hoá từ đá phiến thạch anh mica màu xám Chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa phần lớn khí hậu ôn đới độ cao 1000m tạo khu vực thảm thực vật đa dạng, rừng vùng nhiệt đới có xen kẽ số ôn đới bạch dương, thông, sa mu, với nhiều loài dược thảo quý mọc tầng Hiện nay, bị khai thác phần rừng lưu vực nơi tồn trữ quỹ gen loại thực vật quý Với địa hình đồi núi cao, lượng mưa lớn cộng thêm thảm phủ tốt nên dòng chảy mùa kiệt lưu vực Suối Bo tốt điều hoà b, Nhiệt độ không khí Chế độ nhiệt khu vực biến đổi theo mùa theo độ cao địa hình cách rõ rệt Tương tự vùng miền núi khác phía Bắc, mùa hè thường kéo dài từ tháng IV tới tháng IX, mùa Đông từ tháng X tới tháng III năm sau Lưu vực Nậm Củn nằm vùng thượng lưu nên có mùa đông lạnh, nhiệt độ có xuống 00C lại có mùa hè mát mẻ, nhiệt độ trung bình năm dao động từ (17 20)0C Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm c, Chế độ gió Do ảnh hưởng địa hình, hướng gió thịnh hành cho toàn khu vực hướng Tây Tây Nam Trong năm có hai mùa gió phân biệt: Gió mùa Đông từ tháng XI đến tháng IV năm sau với gió thịnh hành gió mùa Đông Bắc mang không khí lạnh khô, gió mùa hè với hướng gió thình hành Tây Nam xuất từ tháng V tới tháng X Tốc độ gió lớn quan trắc trạm khu vực sau: Than Uyên Vmax = 32m/s, Mù Cang Chải Vmax = 30m/s, Sa Pa Vmax = 37m/s f, Mưa Sự biến đổi mưa theo thời gian không gian khu vực phụ thuộc chặt chẽ vào hoạt động gió mùa tác động địa hình Lưu vực Suối Bo nằm sườn Đông Bắc dãy Hoàng Liên Sơn có lượng mưa thay đổi mạnh theo độ cao địa hình hướng gió, lượng mưa năm trung bình 400mm Trong năm mưa phân làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa tháng V kết thúc vào tháng IX, mùa khô từ tháng X đến tháng IV năm sau Lượng mưa mùa mưa chiếm khoảng (77 ÷ 80) % lượng mưa năm Mưa lớn thường xảy vào ba tháng VI, VII, VIII chiếm từ (57 ÷ 60) % tổng lượng mưa năm Lượng mưa tháng mùa khô chiếm (20÷23) % tổng lượng mưa năm, tháng có lượng mưa nhỏ năm tháng XII, tháng I 1.3.2 Đặc điểm địa hình Lưu vực thuộc loại điạ hình miền núi cao với độ dốc sườn núi độ dốc lòng sông lớn, điạ hình bị chia cắt mạnh Lưu vực có dạng nan quạt, đường phân lưu thượng nguồn qua đỉnh có cao độ 1500m đến 2500m, độ cao thấp dần hạ du Địa hình núi cao, bị chia cắt, cộng với lượng mưa dồi tạo nên mạng lưới sông dày đặc lưu vực d, Độ ẩm không khí Độ ẩm tương đối trung bình năm thay đổi không nhiều vùng dao động khoảng từ (85 87) % Độ ẩm tương đối trung bình nhỏ Sa Pa 82% xuất vào tháng III, lớn 91 % vào tháng X e, Bốc Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Tương ứng với chế độ nhiệt ẩm, lượng bốc khu vực biến đổi rõ rệt theo mùa chịu ảnh hưởng địa hình Lượng bốc tiềm lưu vực thường đánh giá qua số liệu đo bốc ống Piche đặt trạm khí tượng Tại trạm khí tượng Than Uyên, trạm đại biểu cho đặc trưng khí hậu khu vực lượng bốc tương đối lớn, Lượng bốc trung bình tháng lớn xuất vào tháng III đo Than Uyên 101mm Lượng bốc trung bình tháng nhỏ Than Uyên vào tháng VII 58,6mm 1.3.3 Điều kiện địa chất chung khu vực dự án 1.3.3.1 Đặc điểm địa hình - địa mạo Khu vực Dự án nằm ranh giới vùng đông bắc tây bắc Việt Nam, thuộc địa hình vùng núi cao trung bình Ở khu vực lòng hồ, sườn núi hai bên dốc đến dốc Tại khu vực đầu mối, địa hình dốc đến dốc Khu vực nhà máy đường ống áp lực, địa hình thoải hơn, đôi chỗ 15-200 Khu vực tuyến hầm dẫn nước có điều kiện địa hình từ thoải đến dốc 1.3.3.2 Cấu trúc địa chất Vùng nghiên cứu nằm miền kiến tạo Tây Bắc Việt Nam, có lịch sử phát triển địa chất lâu dài phức tạp với nhiều thời kỳ giai đoạn khác xác lập với tên gọi miền kiến trúc Tây Bắc Bộ Việt Nam mang đặc trưng kiến tạo Tây Bắc Việt Nam Nằm tiếp giáp đới cấu trúc, đới cấu trúc Phan Xi-Păng phía Tây Bắc, phía Đông đới trượt Sông Hồng phía Tây Nam đới Tú Lệ Trong Kainozoi chịu phần ảnh hưởng hoạt động đới trượt Sông Hồng phần hoạt động đới Tú Lệ 1.3.3.3 Hoạt động động đất Toàn vùng công trình Nậm Củn nằm huyện Sapa, theo tiêu chuẩn thiết kế chống động đất TCXDVN 375-2006 huyện Sapa có gia tốc động đất cực đại a=0.0567g tức có phông động đất cấp VI (theo thang MSK-64) 1.3.3.4 Tính chất lý đất đá Trên sở kết thí nghiệm, kết khảo sát giai đoạn trước tham khảo tài liệu có vùng, đưa tiêu kiến nghị tính toán cho đới Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm dQ đới edQ+IA1 vùng theo bảng sau: Bảng 1.1 Giá trị kiến nghị tính toán đất Mô đun Trọng lượng, Cường độ kháng cắt Biến t/m3 trạng thái dạng bão Đới ĐCCT Dq edQ+IA Hệ số thấm hòa Tự Bão nhiên hòa 1,70 1,70 1,78 Tự nhiên φ, C, Bão hòa φ, C, độ MPa độ MPa MPa cm/s 14,5 0,020 14 0,01 12 9x10-3 16 0,020 15 6x10-3 1,7 17 0,025 Trên sở kết thí nghiệm, kết khảo sát giai đoạn trước tham khảo tài liệu có vùng, đưa tiêu kiến nghị tính toán cho đới đá vùng theo bảng 1.2 1.3.4 Các đặc điểm hệ thống cấu tạo chủ yếu hệ thống thủy điện công trình bề mặt liên quan Các công trình chủ yếu dự án thủy điện Nậm Củn xác định bao gồm: - Hồ chứa; - Công trình đầu mối gồm đập không tràn đập tràn; - Đập chính: Tuyến đập 2, đập bê tông trọng lực kết hợp với đập tràn; - Tuyến lượng gồm: Cửa lấy nước, đường hầm dẫn nước, tháp điều áp Đường ống áp lực kênh xả; - Hầm phụ phục vụ công tác thi công hầm dẫn dòng Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Bảng 1.2 Giá trị kiến nghị tính toán tiêu lý khối đá Các tiêu Đới IA2 Đới IB Trọng lượng tự nhiên, t/m3 1,8 2,64 2,67 2,67 1,9 2,65 2,68 2,68 - 50 70 75 - 45 65 70 - 0,3 0,25 0,22 tgφ /φ, độ 0,4 / 22 0,7/ 35 0,8/ 39 0,9/42 Lực dính C, Mpa 0,04 0,25 0,35 0,45 tgφ /φ, độ 0,36 / 20 0,62/ 32 0,70/ 37 0,84/40 Lực dính C, Mpa 0,03 0,20 0,30 0,40 đá Mô đun biến dạng, MPa 15 2,500 6,000 10,000 Mô đun đàn hồi, MPa 30 5,000 12,000 20,000 Cường độ kháng kéo, MPa - - 0,1 - 0,17 - 0,,25 Hệ số kiên cố f - - 15 55 80 Trọng lượng bão hòa, t/m3 Đới IIA Đới IIB Cường độ kháng nén mẫu đá khô gió, MPa Cường độ kháng nén mẫu đá bão hòa, MPa Hệ số Poisson Cường độ kháng cắt khối đá Cường độ kháng cắt Bêtông- Hệ số kháng đơn vị K0, Mpa/cm 1.4 Các đặc điểm công dụng, vị trí, cần thiết công trình 1.4.1 Hầm dẫn nước Đoạn hầm thiết kế xây dựng có chiều dài 3518,5m tuyến đường hầm dẫn nước Thủy điện Nậm Củn Trong 3150,50m hầm không áo Cuối Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm đoạn hầm trước đến tháp điều áp có bẫy đá Đoạn đường hầm qua đất đá tương đối ổn định có hệ số kiên cố đất đá f=5÷8 Hầm thi công chia làm giai đoạn: - Giai đoạn từ km0 đến km0+402,30 có độ dốc thiết kế i=8%; - Giai đoạn từ km0+402,30 đến km2+324,31 có độ dốc thiết kế i=0,7%; - Giai đoạn từ km2+324,31 đến nhà máy vận hành có độ dốc thiết kế i=2,5% Công dụng cần thiết phải thiết kế xây dựng đường hầm Hầm dẫn nước dùng để tạo áp lực chênh lệch cột nước từ đập thông qua Giếng điều áp tới tuabin tổ máy phát điện Tạo dòng chảy ổn định, chiếm diện tích đất mặt, giảm chiều dài tuyến lượng, giảm tổn thất thủy lực mang lại lợi ích lớn cho nhà máy 1.4.2 Tuyến đầu mối Đập không tràn: Kết cấu đập bê tông trọng lực Mặt thượng lưu đập thẳng đứng, mái hạ lưu đập xuất phát từ mặt thượng lưu cao trình đỉnh đập với hệ số mái dốc m=0.8 Cao độ thiết kế 388,00m, chiều rộng đập không tràn 7,5m để phục vụ việc lại đặt máy móc Đập tràn Công trình tháo lũ kiểu đập tràn nằm khu vực lòng sông, với khoang tràn kích thước BxH=13,5x16,5m đảm bảo tháo lưu lượng tối đa Qmax=2281,89m3/s… Công trình tràn bố trí cửa van cung, điều khiển xi lanh thủy lực Nối tiếp sau đập tràn kiểu phun xa tiêu hố xói 1.4.3 Tuyến lượng Cửa lấy nước: Cửa lấy nước bê tông cốt thép bố trí bên bờ trái đập rộng 12m Cửa lấy nước thiết kế dạng khối bê tông, đặt lớp IIA Cao trình ngưỡng cửa lấy nước 373.00m Cao trình đỉnh cửa lấy nước lấy cao trình đỉnh đập 383,5m Đường hầm dẫn nước: Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Phần cửa hầm dẫn nước có kích thước 2x4x6m đào qua đứt gãy, đất đá ổn định Phần thân hầm đào qua đất đá ổn định có dạng hình móng ngựa có chiều rộng 6m chiều cao 6m Giếng điều áp: Giếng điều áp dạng kết cấu bê tông cốt thép đặt cuối đường hầm dẫn nước có toạ độ tâm (X = 2447460.15; Y = 444865.19) Giếng điều áp có kết cấu hình trụ chia làm hai phần: Buồng có nằm đá đường kính 5,1m chiều dày thành giếng 0,5m, cao độ đáy 297,817m cao độ đỉnh 360,00m Buồng nằm lớp đá phong hoá mạnh đất có đường kính 16m, chiều dày thành giếng 1.0m, cao độ đáy 360,0m, cao độ đỉnh 405,50m Công tác đào giếng thực tiên phong máy khoan ROBBIN từ cao độ 403,00m đến cao độ 302,916m tiến hành sau đào xong phần hở Tháp điều áp hầm dẫn nước đến chân tháp Trước tiên khoan dẫn hướng từ cao độ 403.00m xuống cao độ 302,917m lỗ khoan D=311mm sau khoan doa lỗ khoan mở rộng D=1400mm, đào mở rộng tháp theo thiết kế khoan nổ, đá nổ mìn đẩy xuống đáy tháp cao độ 297,817m theo giếng tiên phong xúc chuyển tổ hợp máy xúc cào vơ kết hộ oto vận chuyển 12-15 vận chuyển theo hướng Tháp điều áp-Nhà máy Công tác gia cố tạm tiến hành song song với công tác đào mở rộng Đường ống áp lực: Tuyến đường ống áp lực sau giếng điều áp tim ống có góc ngoặt so với tim tuyến hầm góc 56.2 o Đường ống áp lực chia làm phần: phần ống ngầm (hầm áp lực) tính từ giếng điều áp đến cửa hầm cao độ 300,367m, phần ống hở từ cửa hầm đến nhà máy thuỷ điện Đoạn hầm áp lực dài 114,18m nằm hoàn toàn nằm lớp IIA đá granit bọc bê tông cốt thép dày 0.5m mặt lót thép có chiều dày 14mm 1.4.4 Nhà máy thuỷ điện trạm phân phối điện Nhà máy thuỷ điện: Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Nhà máy thuỷ điện bê tông cốt thép đặt đá cứng lớp IIA Trong nhà máy bố trí tổ máy thuỷ lực với tuốc bin tâm trục Francis công suất tổ 9MW Kích thước tổng thể nhà máy (dài x rộng x cao) = 35.2x25.1x45.4m Khoảng cách tim tổ máy 10.0m, chiều rộng gian máy 14.5m Cao trình gian máy 278,00m Cao trình sàn lắp máy 265,50 Trong nhà máy bố trí cầu trục, sức nâng lớn 45 tấn, sức nâng nhỏ 25 tấn, tầm với xa 40m, đặt cao trình 264.00m hạ lưu hố móng nhà máy Kênh dẫn ra: Kênh dẫn có mặt cắt hình thang Độ dốc đáy kênh i=0 Chiều rộng đáy kênh 15.0m, mái kênh đào lớp đất, cuội sỏi m=1.5 Trạm phân phối điện trời: Trạm phân phối 110kV (TPP-110kV) NMTĐ Nậm Củn có nhiệm vụ truyền tải công suất từ nhà máy vào HTĐ quốc gia Trạm phân phối điện trời bố trí cạnh giếng điều áp Cao trình đặt trạm 212.0m Kích thước trạm BxL=36x50m 1.4.5 Hầm phụ phục vụ trình thi công hầm dẫn nước Hầm phụ thi công tọa độ HP1 X2465055.8075 : Y422432.4338, có cao trình 320.00m, chiều dài 160m Cửa hầm có hình dạng vòm tâm có chiều rộng 4m, cao 4,4, bán kính vòm 2m thi công qua lớp đất đá phong hóa Sau thi công hầm phụ đến tọa độ HP4 X=2464881.2200 : Y=422478.5700 tiến hành xác định vị trí tim hầm dẫn nước thi công song song hướng 10 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm y 266 2,82L (T) 59 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Hình 3.19 Sơ đồ mặt cắt phần vòm • Công thức xác định Mô men vòm: Trong đó: qn – Áp lực tác dụng lên công trình,T/m) qs – Áp lực hông tác dụng lên công trình,) R – Bán kính vòm kết cấu chống, h – Chiều cao phần tường thẳng, X – Phản lực thừa gối tựa, ) • Công thức xác định lực dọc phần tường Trong đó: qn – Áp lực tác dụng lên công trình, qs – Áp lực hông tác dụng lên công trình, R – Bán kính vòm kết cấu chống, h – Chiều cao phần tường thẳng, h = 2,6 m X – Phản lực thừa gối tựa, • Lực cắt phần vòm Qv = qn.R.cosφ.sinφ + X.cosφ - qs.(R.sinφ + h)cosφ, T Trong đó: qn – Áp lực tác dụng lên công trình, qs – Áp lực hông tác dụng lên công trình, (T/m) R – Bán kính vòm kết cấu chống, h – Chiều cao phần tường thẳng, X – Phản lực thừa gối tựa, Từ công thức thay số ta có kết tính nửa vòm bên trái bảng sau: 60 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Bảng 3.6 Kết nội lực nửa vòm bên trái Mặt cắt φ (độ) 15 30 45 60 75 90 M (T.m) 2,25L 2,65L 2,59L 2,21L 1,48L 1,3L 1,2L N (T) 2,82L 2,8L 2,6L 2,1L 1,66L 1,2L 0,1L 3.4.7 Vẽ biểu đồ nội lực cho kết cấu Hình 3.20 Biểu đồ momen M Hình 3.21 Biểu đồ lực cắt Q 61 Q (T) -0,93L -1,3L -1,7L -1,8L -1,4L -0,85L 0,00L Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Hình 3.22 Biểu đồ lực dọc N 3.4.8 Kiểm tra bền cho kết cấu Từ bảng nội lực ta thấy mặt cắt đỉnh vòm có giá trị Momen lớn Kiểm tra điều kiện bền cho vật liệu theo công thức: Trong đó: độ bền chịu uốn cho phép thép, Momen chống uốn thép chọn, diện tích tiết diện ngang thép, hệ số giảm ứng suất cho phép, Mmax – mô mem lớn kết cấu, Mmax= - 1,02.L (T.m) N – lực dọc trục vị trí có Mmax, N = 0,12.L (T) n – hệ số an toàn, n = Thay vào công thức ta được: (m) Vì vậy, ta chọn bước chống L = 0,7m để kết cấu đảm bảo độ bền 3.4.9 Tính toán chèn 62 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Các chèncó nhiệm vụ lấp kín khoảng hở kết cấu chống biên đào, phân bố áp lực đất đá lên kết cấu chống, ngăn ngừa tượng trượt lở nóc, hông đường lò, hạn chế điều kiện biến dạng đất đá xung quanh làm phát sinh tải trọng động Chọn chèn bê tông cốt thép có kích thước b x h = 200 x 50 (mm), với bước chống L = 0,7(m).Tính toán lượng cốt thép bố trí chèn Tính toán chèn thực cách coi chèn dầm đặt gối tựa, khoảng cách gối tựa khoảng cách chống (L = 0,7 m) Chịu tải phân bố vòm phá hủy Tải trọng tác dụng lên chèn xác định theo công thức sau: Trong đó: , b1 – Chiều cao vòm phá hủy, b1 = 0,41m b Chiều rộng chèn, b = 0,2m Bỏ qua trọng lượng thân chèn, ta có sơ đồ tính sau: q L Mmax Hình 3.23 Sơ đồ tính chèn - Bỏ qua thành phần lực dọc lực cắt Mô mem lớn nhất: - Sơ đồ tính toán cốt thép chèn hình vẽ: 63 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Ru x/2 Ru.b.x x M x/2 h h0 h Ra.Fa Fa a b Hình 3.24 Sơ đồ ứng suất tiết diện chữ nhật chịu uốn đặt cốt đơn Bê tông sử dụng làm chèn có mác 200 (Rn = 900 kG/cm2) Cốt thép sử dụng nhóm AII: Hệ số Ra=2800kG/cm Ta có: h = 5cm giả thiết chọn lớp bê tông bảo vệ có chiều dày a = 1,5 cm Chiều cao làm việc bê tông là: h0 = h – a = 5-1,5 = 3,5 cm Nhận thấy: = 0,43 Vậy chèn đủ bền Tra bảng ta được: Diện tích tiết diện ngang cốt thép : ) Cốt đai lấy theo quy chuẩn cấu tạo lựa chon cốt đai 6, khoảng cách cốt đai 200mm, tương ứng với cốt đai cho chèn dài 0,7m Các tầm chèn bố trí sát nhau.Số chèn cần thiết cho bước chống là: Trong P - chu vi lò, không kể P = 2.ht+ π.R = 2×1200+3,14×2923≈11578 (mm) 3.5 Tính toán áp lực đất đá cho kết cấu chống neo bê tông cốt thép kết hợp bê tông phun 3.5.1 Xác định tiết diện đào đường hầm 64 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Chọn chiều dày bê tông phun 10 cm Ta có kích thước đào công trình là: Chiều rộng khai đào hầm dẫn nước: (m ) Trong đó: bbtp - chiều dày lớp bê tông phun Bán kính vòm khai đào hầm dẫn nước: (m) Chiều cao tường khai đào hầm dẫn nước: (m) Diện tích khai đào hầm dẫn nước là: (m) 3.5.2 Áp lực phía hầm (m) Trong đó: a - Là nửa chiều rộng công trình (m) a1 - nửa chiều rộng vòm cân tự nhiên, m h - chiều cao công trình, h = 5,3 m ϕ - góc nội ma sát đất đá, ϕ = Chiều cao vòm phá hủy : (m) Áp lực (của đất đá) phân bố m dài hầm xác định theo công thức Q n = k.γ.b1 Trong đó: k - Hệ số tải, k = 1,2 γ Trọng lượng thể tích đất đá mà đường hầm đào qua, γ = 2,67 T m Thay vào ta được: Qn = 1,2.2,67.0,38 = 1,2 (T/m) 65 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Áp lực bao gồm tải trọng thân lớp bê tông làm vỏ chống là: qn = Qn + g (T/m) Trong đó: Qn - áp lực , Qn = 1,2 T/m g - Trọng lượng thân vỏ chống (tính cho 1m hầm), g = γ bt d T m Trong đó: γ bt - Trọng lượng thể tích bê tông, γ bt = 2,3 T/m3 d - chiều dày vỏ chống bê tông chọn d = 0,1 m n Thay vào ta được: q = 1,2 + 2,3.0,1 = 1,43, T/m Vậy áp lực tác dụng qn = 1,43, T/m 3.5.3 Áp lực sườn Áp lực hông công trình: qs1 = γ.b1 tg2 (450- ϕ/2) (T/m2) Áp lực sườn công trình: qs2 = γ.(b1 + h).tg2 (450- ϕ/2) (T/m2) Trong đó: ϕ - Góc ma sát đất đá, ϕ = arctg(f) = h - Chiều cao đường hầm đào, h = 5,3, m γ - Trọng lượng thể tích đất đá, γ = 2,67 T/m3 b1 - chiều cao vòm phá hủy, b1 = 0,38 m Thay giá trị vào công ta được: qs1 = 2,67 0,38.tg2(450 - /2) ≈ 0,004 (T/m2) qs2 = 2,67.(0,38 + 5,3).tg2(450 - /2) = 0,058 (T/m2) Tuy nhiên để thuận tiện cho tính toán ta coi áp lực sườn phân bố với giá trị: qs = Max (qs1,qs2) = 0,058 (T/m2) Áp lực hông 1m chiều dài qs = 0,058 T/m 3.5.4 Áp lực 66 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Tùy theo nguyên nhân gây áp lực dẫn đến tượng bùng mà có nhiều phương pháp, giả thuyết xây dựng để tính áp lực Giả thuyết Tximbarevich, dựa sở phân tích mặt trượt công trình theo beldetski Áp lực hầm theo Tximbarevich tính theo công thức: 900 - φ q n' = D0 tg ÷ (T/m) Trong đó: D0 - Lực đẩy ngang, đất đá đào qua bột kết nên D0 tính theo công thức sau: γ.x γ.x 02 90 - φ 90 - φ D0 = (x + 2h1 ).tg tg ÷÷ 2 (T/m2) h1 = h + b1 = 5,3+ 0,38 = 5,68 (m) Chiều sâu giới hạn lớp đất đá tham gia vào áp lực tính theo công thức sau: ) Thay số vào ta có: - (T/m2) Thay số vào ta có: = = (T/m2) Ta nhận thấy chiều sâu lớp đất đá tham gia vào áp lực nhỏ áp lực nhỏ, bỏ qua áp lực qn’ = 3.5.5 Tính toán kết cấu chống neo bê tông phun Tính toán neo • Tính toán neo theo nguyên lý treo Tính toán chiều dài neo Chiều dài neo xác định theo công thức: (m) 67 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Trong đó: Chiều cao vòm phá hủy (m) Thay số vào ta được: B – chiều rộng đường hầm, B = 5,4 m Thay vào công thức ta được: (m) chiều dài khóa neo, 0,07 m chiều dài làm việc neo, Thay số vào công thức ta có: 0,76 + 1,5.0,5+ 0,1 = 1,61 (m) Chọn cốt thép nhóm AH22 Diện tích tiết diện neo F = 3,8 Giới hạn bền kéo làm đứt neo =2800 kG/ a/ Tính toán khả mang tải neo: Khả mang tải cốt thép chất dính kết xác định qua khả năng: _ Khả chịu kéo neo _ Khả bám dính cốt thép chất dính kết _ Khả bám dính chất dính kết đất đá • Xác định khả mang tải neo theo điều kiện kéo đứt neo: = (T/neo) Trong đó: k Hệ số làm việc neo, k= 0,8; Khả mang tải neo theo điều kiện kéo đứt neo; Diện tích mặt cắt ngang thép neo ; Cường độ chịu kéo neo Với thép làm neo thép AHthì = 2800 kG/= 2800 T/ Thay số vào công thức ta có: =3,8 2800 0,8 = 8,5 (T/neo) 68 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm • Khả mang tải neo xác định theo điều kiện bám dính cốt neo với bê tông Trong đó: Đường kính cốt neo, Chiều dài làm việc thực tế neo m Lực bám đinh cột thép bê tông Với bê tông mác 200 ta có KG/ = 250 T/ (theo bảng 3.5) Bảng 3.7 Độ bền chống trượt cột thép thành lỗ khoan Loại cốt thép cán Lực dính kết cốt thép với vật mức thiết kế nóng chịu nén bê tông (KG/) 200 Thép tròn trơn 12 Thép có gờ 25 Hệ số điều chỉnh khóa neo, = 0,75 m => 300 25 35 Hệ số điều kiện làm việc khóa neo, = 0,8 Thay số vào công thức ta có: = 3,14.0,22.250.0,75.0,55.0,8 =5,6 (T/neo) • Khả mang tải neo xác định theo điều kiện bám dính bê tông thành lỗ khoan = (T/neo) Trong đó: Đường kính lỗ khoan neo, = 0,04 m Độ bền chống trượt khả dính bám bê tông với thành lỗ khoan, = 200 T/ ( Bảng 3.6) Bảng 3.8 Độ chống trượt Thành phần cốt liệu Thành phần cốt liệu bê tông Độ chống Đá vôi 1500 Diệp thạch 1000 KPa Polyme 2000 Hệ số phụ thuộc vào môi trường làm việc 69 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Thay số vào công thức ta có: = 3,14 0.04.200.0,75.0,55.0,8 = 8,28 (T/neo) Khả mang tải neo chọn: ) Vậy ta tính toán theo khả chịu tải thấp neo 5,6 T • Tính khoảng cách neo: Khoảng cách neo theo phương dọc phương ngang phần vòm thường lấy giá trị nhỏ giá trị sau: Theo khả mang tải neo: (m) Trong đó: Chiều cao vòm phá hủy Thay số vào ta có: =1,52 (m) Theo độ ổn định đường biên đất đá neo: = (m) Trong đó: Chiều dài neo = 1.61 m f Hệ số kiên cố đất đá f = Thay số vào ta có: = =2,2 (m) Theo điều kiện tạo thành vòm sập lở: - ( (m) Trong đó: 70 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm B Chiều rộng đào đường hầm B=5,4 m Thay số vào ta có (1,61+5,4)=1,49 m Khoảng cách neo chọn nhỏ mật độ tính nhỏ a = Min ( Để tiện cho việc thi công ta lấy a = 1,5m khoảng cách neo theo phương ngang dọc theo trực hầm Do có hệ số kiên cố f=8 đường hầm không lớn điều kiện địa chất tương đối ổn định áp lực hông công trình nhỏ nên ta không bố trí neo phần tường Kích thước mạng neo axb= 1,5 x 1,5 m • Tính lượng neo vòng chống : Số lượng neo vòng chống tính sau: = + (neo) Trong đó: A Khoảng cách bố trí neo a=1,5 m Chu vi đào vòm === 8,49 (m) Thay số vào ta có: = +1= 6,66 (neo) Để đảm bảo cho trình thi công ta chọn = neo Vậy số neo vòng = neo Vậy ta tình toán lại khoảng cách neo A = (m) Thay số vào ta có a = = 1,42 (m) Vậy khoảng cách thực tế bố trí mạng lưới neo axb = 1,42 x 1,5 m Tính toán chiều dày lớp bê tông phun Hiện nay, bê tông phun kết cấu chống giữ, sử dụng rộng rãi trình thi công công trình ngầm, làm việc độc lập kết hợp với kết cấu khác như: neo, lưới thép, sợi thép… Sử dụng bê tông phun cho hầm phụ số 71 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm có tác dụng làm tăng khả tự mang tải khối đá làm cho bề mặt công trình trơn nhẵn hiệu cho việc thông gió khả sử dụng đường lò làm giảm khả phong hóa công trình Theo V.M.Moxtkov đường hầm tiết diện hình vòm chiều dày bê tông phun định tảng lý thuyết uốn vuông xác định theo công thức: d = k.a (m) Trong đó: a Khoảng cách neo, a =1,42 m k Hệ số bê tông phun kết hợp neo, k = 0,25 = 1,43 T/ m Hệ số làm việc neo bê tông phun, m = 0,8 Giới hạn kéo bê tông với bê tông phun M 200 = 88 T/ Thay số vào ta có: d = 0,25.1,42 = 0,05 m Vậy để hợp lý cho đường hầm thuận tiện cho trình tính toán ta lấy chiều dày bê tông phun d= 5cm Sau tính toán lại ta thấy chiều dày bê tông phun không lớn so với chiều dày dự kiến nhiều nên không cần phải thực lại trình tính toán Với tính toán sau lấy chiều dày bê tông phun 5cm Neo BTCT L=1,61M Bê tông phun 0,1m 1420 72 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Xây Dựng Công Trình Ngầm Hình 3.24 Mặt cắt ngang đường hầm chống giữ neo bê tông phun 73