Đồ án Thiết kế và xây dựng hầm (Thuyết minh + bản vẽ)

PhÇn i: tÝnh to¸n thiÕt kÕ Ch­¬ng 1: c¸c sè liÖu thiÕt kÕ Sè thø tù: n =5 1.1.Lo¹i hÇm HÇm ®­êng s¾t, khæ 1500, cao 6.5m, t­êng th¼ng. 1.2.S¬ ®å mÆt c¾t däc hÇm S¬ ®å 5 (trang bªn) L = 250 + 10.n=250 + 10*5= 300(m) l2 = 142.5(m) lA = 25 (m) lb = 90-n = 85(m) l1=L-(l2+lA+lB)=300-(142.5+25+85)=147.5(m) 1.3.D¹ng ®Þa chÊt D¹ng ®Þa chÊt Líp phñ Líp ®Þa chÊt 1 Líp ®Þa chÊt 2 lA lB Lo¹i ®Êt ®¸ f (T/m3) Lo¹i ®Êt ®¸ f (T/m3) 25 85 C¸t kÕt 4 2.5 §¸ v«i ch¾c 7 2.6 Ch­¬ng 2: thiÕt kÕ tr¾c däc hÇm 2.1.C¸c th«ng sè: L = 300 m lA =25 m lB = 85 m l1 =147.5 m l2 = 556 m 2.2.§é dèc däc trong hÇm §é dèc däc trong hÇm ph¶i tho¶ m·n yªu cÇu sau: imax 40%o imin = 3%o HÇm ®­îc thiÕt kÕ víi 2 h­íng dèc nh»m ®¶m b¶o cho viÖc tho¸t n­íc trong khi thi c«ng ®­îc dÔ dµng. Tr¾c däc hÇm ®­îc chän nh­ b¶n vÏ cã ®é dèc 1.5%Ch­¬ng 3: thiÕt kÕ kÕt cÊu vá hÇm mÆt c¾t ngang hÇm Sau khi x¸c ®Þnh khæ hÇm tiÕn hµnh lªn mÆt c¾t ngang Khu«n hÇm ®i s¸t khæ hÇm th× tiÕt kiÖm ®­îc vËt liÖu còng nh­ khèi l­îng ®Êt ®¸ ph¶i ®µo. Tuy nhiªn, khu«n hÇm còng ph¶i ®i qua nh÷ng ®iÓm khèng chÕ mµ ta ph¶i x¸c ®Þnh. C¸c ®iÓm nµy ta ®Þnh ë c¸c gãc nh« cao trong khæ hÇm vµ kho¶ng c¸ch ®ã lÊy theo hÖ sè kiªn cè f. Víi f =4 ë ®Çu bµi e1 = e2 = 5 cm Kho¶ng c¸ch nµy nh»m lo¹i trõ nh÷ng biÕn d¹ng khi trong qu¸ tr×nh thi c«ng còng nh­ nh÷ng sai sè trong thi c«ng. Vßm ®­îc thiÕt kÕ lµ vßm 2 t©m víi R1<R2 S¬ ®å mÆt c¾t ngang (t­êng th¼ng + vßm) trªn c¸t kÕt cã f =4 ®­îc thÓ hiÖn trªn b¶n vÏ cã tû lÖ 1:50 víi c¸c kÝch th­íc c¬ b¶n sau: R1 = 2220(m) R2 = 3144(m) ch­¬ng 4: tÝnh kÕt cÊu vá hÇm 3.1.C¸c sè liÖu ban ®Çu Vá hÇm dïng bª t«ng m¸c 200 C¸c th«ng sè cña bª t«ng m¸c200: E = 2.9x105 kg/cm2 Rn = 130kg/cm2 Rk = 10kg/cm2 BT = 2.5T/m2 HÖ sè nÒn R = 1 x105 víi f =4 HÖ sè ma s¸t: = 0.3 3.2.X¸c ®Þnh t¶i träng 3.2.1.¸p lùc th¼ng ®øng cña ®Þa tÇng. ChiÒu cao ¸p lùc vßm: Trong ®ã:f =4 = arctgf = 75,96o ; Bo=608.2(cm) ; H=878.5(cm) . Träng l­îng ®Êt ®¸ q1 = .h = 2.3TÊn/m2 h = 128.8m qtc = 2.3 128.8 = 2.96 T/m2 ; qtt = nqtc = 1.5 2.96=4.44 T/m2 Träng l­îng b¶n th©n kÕt cÊu vá hÇm : gbttc = (d0+dcv) bt/2 = (0.4+0.4) 2.5/2 = 1 T/m2 gbttt = n.gbttc = 1.2 1 = 1.2T/m2 Trong ®ã: d0 = dcv = 0.4m chiÒu dµy kh«ng ®æi cña vßm BT = 2.5T/m3 träng l­îng riªng cña vá bª t«ng T¶i träng tiªu chuÈn t¸c dông lªn kÕt cÊu vá hÇm q = qtc + gbt = 2.96 + 1= 3.96T/m2 T¶i träng tÝnh to¸n kh«ng xÐt ®Õn n­íc ngÇm TÝnh cho 1m dµi cña hÇm qtt = qtt + gbttt = 4.44+ 1.2 = 5.56 T/m 3.3.S¬ ®å tÝnh cña hÇm ®­îc thÓ hiÖn nh­ h×nh vÏ trong ®ã: HÇm ®­îc chia lµm 4 ®èt vµ cã c¸c ®Æc tr­ng h×nh häc sau: s=s/n=4.72/4=1.18(m); TiÕt diÖn x(m) y(m) (o) D(m) I 1/I 0 0.000 0.000 0.00 0.000 1.000 0.40 0.0053 188.68 1 1.134 0.282 28o 0.469 0.531 0.40 0.0053 188.68 2 2.042 1.026 50o 0.766 0.234 0.40 0.0053 188.68 3 2.634 2.039 70o 0.940 0.06 0.40 0.0053 188.68 4 2.841 3.195 90o 1 0 0.40 0.0053 188.68 B¶ng1 3.4.X¸c ®Þnh néi lùc trong kÕt cÊu c¬ b¶n qi = qttli(T) q M0qi = qiaqi (Tm) Nqi = qisini (T) Mq Trong ®ã: qi: t¶i träng t¸c dông mÆt ngoµi vßm ai: c¸nh tay ®ßn tÝnh ®Õn trôc vßm i: gãc cña tiÕt diÖn tÝnh to¸n vµ trôc th¼ng KÕt qu¶ tÝnh ®­îc thÓ hiÖn trong b¶ng sau: B¶ng 2 TD qi(T) aqi(m) M0qi(Tm) Sinji N0q(T) 1 6.3 0.567 -3.57 0.469472 2.956 2 11.35 1.021 -11.59 0.766044 8.69 3 14.65 1.318 -19.31 0.939693 13.68 4 15.79 1.320 -20.84 1 15.79 3.5.X¸c ®Þnh chuyÓn vÞ ®¬n vÞ vµ chuyÓn vÞ do t¶i träng ngoµi. ChuyÓn vÞ do t¶i träng ®¬n vÞ g©y ra 11, 12, 22 Thùc tÕ viÖc nh©n biÓu ®å trªn lµ khã v× tiÕt diÖn vá hÇm thay ®æi, v× vËy ta ph¶i tÝnh gÇn ®óng theo c«ng thøc tæng tÝch ph©n C¸c gi¸ trÞ tÝnh ®­îc ghi trong b¶ng sau: B¶ng 3 TiÕt diÖn Mp0 1 53.210 188.679 15.005 310.098 -3.57 -673.585 -189.95 -863.34 2 193.585 188.679 198.618 774.466 -11.59 -2186.79 -2243.65 -4312.93 3 384.717 188.679 784.438 1742.549 -19.31 -3643.39 -7428.87 -11072.26 4 602.830 188.679 1926.042 3320.378 -20.84 -3932.08 -12563.0 -16495.076 X¸c ®Þnh chuyÓn vÞ d­íi t¸c dông cña t¶i träng ngoµi KiÓm tra ®é chÝnh x¸c khi tÝnh to¸n So s¸nh kÕt qu¶ thÊy : SS = 11+221+22 SP = 1P+2P 3.7.X¸c ®Þnh chuyÓn vÞ ®µn håi ë ®Ønh t­êng Ch©n vßm ®­îc kª lªn ®Ønh t­êng nªn chuyÓn vÞ cña ch©n vßm còng lµ chuyÓn vÞ cña ®Ønh t­êng TÝnh t­êng nh­ dÇm kª trªn nÒn ®µn håi §Æc tr­ng ®é cøng cña t­êng S trong ®ã: E = 2.9x106 T/m2 M« dung ®µn håi cña bª t«ng m¸c 200 J = 1x0.43/12 = 0.0053(m4) M« men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn k = 0.658*105 ( hÖ sè kh¸ng lùc ®µn håi cña ®Þa tÇng) b = 1m ChiÒu dµi tÝnh ®æi cña t­êng: = l/S = 5.21/0.983 = 5.3 > 2.75 S¬ ®å tÝnh cña t­êng lµ dÇm dµi v« h¹n *l=1.017 2 = 1.034 3 = 1.052 2 = u1 = 3.14x10-5 X¸c ®Þnh P vµ uP M« men ë ®Ønh t­êng M0®p Lùc ®Èy ë ®Ønh t­êng H0®p M0®p = M04p =- 20.84 (T/m) H0®p = 0(T) Do ®ã: P = M0®p 1 = -133.23 x10-5 uP = M0®pu1 = -20.84x3.14x10-5 = -65.47x10-5 3.8.X¸c lËp vµ t×m X1, X2 X1, X2 ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: 3.8.1.X¸c ®Þnh c¸c hÖ sè aij a11 = 11+ 1 = 30.709x10-5+6.39x10-5=37.099x10-5 a12= 12 + fx1+ 2 = 50.224x10-5+3.195x6.39x10-5+3.14x10-5=73.78x10-5 a22 = 22+ u2+ f2 1+ 2f 2 = 118.98x10-5+3.09x10-5+3.1952x6.39x10-5+2x3.195x3.14x10-5 =207.36x10-5 a10 = 1p + p = -424.31x10-5-133.23 x10-5 = -557.54x10-5 a20 = 2p+f p+ up= -912.06x10-5- 3.195x133.23x10-5 -65.47x10-5 =-1403.2x10-5 Thay c¸c gi¸ trÞ cña aij vµo c«ng thøc nghiÖm trªn X1 =5.37(Tm) X2 = 4.86(T) 3.9.X¸c ®Þnh néi lùc trong tiÕt diÖn vßm X1 = 5.37 X2 = 4.86 C«ng thøc tÝnh to¸n: M=Mpo+X2*y+X1 N=Nop+X2*Cos KÕt qu¶ tÝnh to¸n ®­îc thÓ hiÖn trong b¶ng sau: TiÕt diÖn Mpo X1 yX2 M M/J yM/J Nop X2cos N e 1 -3.57 5.37 1.37 3.17 598.113 168.668 2.956 4.291 7.247 0.44 2 -11.59 5.37 4.986 -2.234 -421.509 -433.733 8.69 3.124 11.814 0.19 3 -19.31 5.37 9.909 -4.031 -760.566 -1550.794 13.68 1.662 15.342 0.26 4 -20.84 5.37 15.528 0.058 10.944 34.966 15.79 0 15.79 0.003 KiÓm tra kÕt qu¶ tÝnh C«ng thøc kiÓm tra theo c«ng thøc cña Sim s¬n: S/EJM=-0 (1) S/EJMy=-(f0+u0) (2) x¸c ®Þnh 0 = X1 1 + f 1X2 + 2X2 + p Trong ®ã : X1 = 5.37Tm S/EJM=-0 X2 =4.86 T f = 3.195 1 = 6.39x10-5 2 = 3.14x10-5 p = -133.23x10-5 Thay vµo c«ng thøc trªn ta cã 0 = 21.869x10-5 u0 =- 50.42x10-5 f = 3.195 0 = 21.869x10-5 f 0 + u0 =19.45x10-5 3.10.X¸c ®Þnh néi lùc t­êng bªn vµ kh¸ng lùc ®µn håi cña ®Þa tÇng ChiÒu dµi t­êng bªn lµ 5.21m Chia t­êng thµnh 4 ®o¹n cã chiÒu dµi lµ: 5.21/4 =1.3025m 3.10.1.Néi lùc t¹i ®Ønh t­êng M® = M0dp+X1+fX2 =-20.84+5.37+3.195x4.86=37.085 Tm N® = X2cos = 17.115 – 0 = 17.115 T H® = - H0dp + X2 = -RH + X2 = - 2.827x5.906 + 25.717 = 9.021 T 3.10.2.X¸c ®Þnh néi lùc trong c¸c tiÕt diÖn Mx = M®t3+Hd2/ Hx = -2M®t2+(H®t/)x4 X1 =-5.6705 X2 = -3.391 N = wd+Nd Trong ®ã: Mdt, Hdt, Wdt lµ m« men, lùc ®Èy, vµ lùc th¼ng ®øng ë ®Ønh t­êng 1, 2, 3, 4 c¸c hµm sè hypebolit Nd = 2.4x(0.4x3.47x1)/4 =0.8328 T/m B¶ng tÝnh to¸n néi lùc c¸c mÆt c¾t ph©n vßm ®­îc tæng hîp trong b¶ng sau: B¶ng 8 Néi lùc t¹i c¸c mÆt c¾t ch©n t­êng. TiÕt diÖn x x 1 2 3 4 M N 6 0 0 1.000 7 1.076 1.215 0.103 0.278 0.381 -0.175 1.267 -30.961 8 2.152 2.430 -0.067 0.057 -0.009 -0.124 0.565 -7.103 9 3.229 3.645 -0.023 -0.013 -0.035 -0.010 0.022 1.257 10 4.305 4.860 0.001 -0.008 -0.007 0.009 0.010 0.885 3.11.DuyÖt tiÕt diÖn 3.11.1.T¹i tiÕt diªn ®Ønh vßm M = 7.281Tm N = 12.632T 0.225d = 0.225x0.4 = 0.09m VËy e = 0.576 > 0.225d = 0.09 lµ tr­êng hîp lÖch t©m lín C«ng thøc kiÓm tra: N < Ngh trong ®ã: m = 0.9 Rk = 10 kg/cm2 = 100T/m2 b = 1m d = 0.4m VËy tho¶ m·n ®iÒu kiÖn N < Ngh 3.11.2.T¹i tiÕt diÖn 4 M = - 6.828 Tm N = 21.586 T Do ®ã e = 0.316m > 0.225d = 0.09 lµ lÖch t©m lín C«ng thøc VËy ®iÒu kiÖn N < Ngh lµ ®¶m b¶o 3.11.3.TiÕt diÖn ch©n vßm M = 2.451Tm N = 21.904T Do ®ã e = 0.1119m > 0.225d = 0.09 lµ lÖch t©m lín C«ng thøc VËy ®iÒu kiÖn N < Ngh lµ ®¶m b¶o