NGHIÊN cứu VÀTRAOĐỒI XÂY DỰNG CĨNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT sơ THƠNG số CẤU TRÚC KHỐI ĐÁ ĐẾN ĐỘ ỔN DỊNH KHỐI NÊM KHI SỬ DỤNG KẾT CÂU CHƠNG GIỮ BẰNG NEO Đỗ Ngọc Thái Trường Đại học Mỏ-Địa chất Email: dongocthai@humg.edu TĨM TẲT Trong cơng tác thi cơng đường hầm hay cơng trình ngầm qua khối đá nứt nẻ độ sâu không lớn, xuất dạng phá hủy phổ biến phá hủy dạng cấu trúc liên quan đến khối nêm rơi từ trượt khỏi thành bên khoảng trống cơng trình ngầm Các khối nêm hình thành đặc điểm cấu trúc khối đá, từ hệ khe nứt giao cắt với biên đào khoảng trống cơng trình ngầm Khi mặt thống tự tạo cách thi công khoảng trống công trình ngầm phần ngăn cản dịch chuyển khối nêm bị loại bỏ, lúc hay nhiều khối nêm rơi trượt vào khoảng trống cõng trình ngầm Khi đó, cần thiết phải thực phương pháp nghiên cứu xác định vị trí, mức độ ổn định khối nêm Từ thông số cấu trúc khối đá thông số kỹ thuật cơng trình ngầm cho phép xác định vị trí, hình dạng kích thước khối nêm ổn định hình thành xung quanh vùng chống cơng trình ngầm Từ đó, cho phép tính tốn thiết kế kết cấu chống giữ cần thiết neo để nâng cao độ ổn định khối nêm nhằm đảm bảo hệ số an toàn cho khối nêm Bài báo sử dụng phương pháp mô số phần mềm địa kỹ thuật Rocscience-Unwedge 3.0 để phân tích ảnh hường thông số cấu trúc khối đá đến độ ổn định khối nêm sử dụng phương pháp chống giữ neo Nghiên cứu cho thấy thông số cấu trúc khối đá cần thiết cho cơng tác tối ưu hóa thiết kế kết cấu chống giữ Từ khóa: đường hầm, neo, khối nêm ổn định, hệ số an toàn ĐẶT VÁN ĐÈ công trinh ngầm qua khối đá nứt nẻ độ sâu Sau khai đào tạo khoảng trống cơng trình khơng lớn dạng phá hủy phổ biến phá ngầm xuất hai dạng ổn định hủy cấu trúc liên quan đến khối nêm rơi từ ổn định cấu trúc ổn định biến đổi học Mất ổn định cấu trúc tức dạng ổn trượt khỏi thành bên khoảng trống cơng trình ngầm Để xác định vị trí, kích thước hình dạng định hình thành khối nêm khối nứt giao cắt với biên khoảng trống cơng trình ngầm, mức độ ổn định khối nêm bị phá hủy xung tượng xuất tạo khoảng trống số cấu trúc khối đá cần khảo sát, thu thập để ngầm cắt qua nhiều mặt phân cách khối đá làm sở cho công tác thiết kế kết cấu chống giữ tồn hệ khe nứt Mất ổn định biến đồi cơng trình ngầm quanh khoảng trống cơng trình ngầm thơng Đối với cơng trình ngầm thi công qua khối đá học tác động học trình khai đào vượt khả chịu tải khối đá Trong thực tế, nứt nẻ có nguy ổn định dạng cấu trúc tùy theo điều kiện cụ thể dạng ổn định việc sử dụng kết cấu chống giữ neo mang lại xuất độc lập, dạng hỗn hợp thúc đẩy lẫn Đối với công tác thi công đường hầm hay hiệu cao sử dụng rộng rãi lĩnh vực thi công cơng trình ngầm giao thơng, đường hầm dẫn nước cho nhà máy thủy điện hay CÓNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2022 25 XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ NGHIÊN CỨU VÀTRAOĐỐI đường lị khai thác khống sản Một số thơng số cấu trúc khối đá có ảnh hưởng đến độ ổn ngầm Khi neo sử dụng để treo, chốt, liên định khối nêm hình thành xung quanh khoảng vững phía trên, Hình H.1 kết khối nêm, vùng giảm yếu vào khối nguyên bền trống cơng trình ngầm bao gồm: tồn hệ khe nứt; hình dạng, kích thước khoảng trống cơng trình ngầm; vị trí hướng tương đối hệ khe nứt với với khoảng trống cơng trình ngầm; lực dính kết c, (MPa); góc ma sát cp, (độ); áp lực nước ngầm p, (MPa); góc ma sát, độ gồ gề mặt trượt q>b, (độ); độ bền cắt đá mặt trượt T, (MPa) Để phân tích ảnh hường thơng số cấu trúc khối đá đến độ ổn định khối nêm sử dụng phương pháp chống giữ cơng trình ngầm kết cấu chống giữ neo tác giả sử dụng phương pháp mô số phần mềm địa kỹ thuật Rocscience-Unwedge 3.0 NỘI DUNG NGHIÊN cứu 2.1 Khái quát chung kết cấu chống giữ neo Neo kết cấu chống giữ sử dụng thi cơng cơng trình ngầm đường lị phục vụ khai thác khoảng sản, neo sử dụng độc lập hay kết hợp với loại kết cấu chống giữ khác với nguyên lý treo, chốt khối nêm vùng giảm yếu liên kết vào khối đá bền vững tạo thành dầm mang tải ngăn ngừa khả rơi, trượt lở xuống khoảng trống cơng trình ngầm Neo loại kết cấu chống tích hợp, chế tạo từ cấu kiện dạng chịu kéo, gắn kết tích hợp vào khối đá thơng qua lỗ khoan, liên kết H.1 Neo sử dụng chức treo, liên kết khối nêm - Tạo dầm mang tải : Các cơng trình ngầm đào qua đá trầm tích phân lớp nằm ngang, khối đá thường có chứa mặt phẳng phân lớp yếu Trong trường hợp này, sử dụng kết cấu neo đá để liên kết lớp đá yếu tạo thành dầm mang tải chống giữ nóc, Hình H.2 trực tiếp gián tiếp với khối đá, để gắn kết vùng đá ổn định vào vùng đá ồn định 2.2 Nguyên lý gia cố khối đá Neo sử dụng nhằm tăng khả mang tải khối đá, lắp đặt cắm xuyên vào khối đá để treo, chốt giữ khối nêm hay vùng giảm yếu liên kết vào khối đá bền vững hay tạo ứng lực trước biến khối đá thành vòm mang tải Nguyên lý gia cố khối đá neo bao gồm: - Treo, liên kết khối nêm: Trong q trình thi cơng cơng trình qua khối đá tồn hệ khe nứt, giao cắt khe nứt đường biên cơng trình ngầm tạo khối nêm hay vùng giảm yếu có nguy rơi, sập lở vào khoảng trống 26 CÕNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2022 H.2 Neo sử dụng với chức tạo dấm mang tải - Tạo vòm mang tải: Để cải thiện trạng thái ứng suất khối đá biên cơng trình ngầm, sau khai đào tạo khoảng trống ngầm sử dụng neo ứng suất trước tạo điều kiện hình thành vùng khối đá ổn định có khả mang tải tốt hơn, Hình H.3 NGHIÊN cứu VÀTRAOĐỒI XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGÀM VÀ MỎ rơi, sụt lở vào khoảng trống cơng trình ngầm Giả sử, khối nêm bị trượt lở vào khoảng trống cơng trình tác dụng trọng lượng thân lực chống trượt lở lực ma sát hai mặt phân cách khả mang tải neo Để thấy rõ tham số cấu trúc khối đá có ảnh hưởng đến dịch chuyển hay độ ổn định khối nêm sử dụng kết cấu chống giữ neo, ta thấv Hình H.5 [31 H.3 Neo sử dụng với chức tạo vòm mang tải 2.3 Phân loại neo Hiện có nhiều cách phân loại neo khác Có thể phân loại neo theo vật liệu chế tạo neo, chiều dài neo, phạm vi áp dụng, đặc điểm nguyên tắc làm việc neo Tuy nhiên theo làm việc kết cấu neo ta phân loại neo Hình H.4 [3] H.4 So đồ phân loại kết cấu chống neo 2.4 Phân tích đặc điểm thông số cấu trúc khối đá Phương pháp gia cố khối đá neo thiết kế chủ yếu để giữ ổn định khối đá, hạn chế sụt lở khối đá, hạn chế dịch chuyển khối đá phá hủy hay ổn định cấu trúc Như để đánh giá hiệu sử dụng neo đánh giá khả dính kết, treo khối nêm phá hủy vào phần đá bền vững hay hạn chế dịch chuyển, sụt lở khối đá nêm phá hủy vào công trình Khi khối đá phá hủy, ổn định rơi, trượt tác dụng trọng lượng thân Khi xác định chiều dài neo dựa sở kích thước khối đá, cho phần neo nằm khối đá rắn cứng có đủ khả giữ trọng lượng khối đá có khả H.5 Gia cố khối nêm trượt phân tích khối nêm trượt phía bên trái khoảng trống cơng trình ngầm Trọng lượng khối nêm (W) phân làm hai thành phần: thành phần song song với mặt phân cách (Wt=W sinP) thành phần vng góc với mặt phân cách (Wp=W.cosP) Thành phần gây trượt thành phần song song với mặt phân cách Wt, Wt lớn tổng lực ma sát hai mặt phân cách khả mang tải hệ neo chống giữ khối nêm bị trượt vào khoảng trống cơng trình ngầm Từ ta thấy thành phần lực ma sát mặt phân cách có tác dụng chống trượt khối nêm, thành phần lực ma sát mặt phân cách có ảnh hưởng tới khả chịu tải neo Theo [4], số lượng neo xác định theo cơng thức: CĨNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2022 27 XÂY DỰNG CÓNG TRÌNH NGÀM VÀ MỎ _ w(sin - cos fỉ.g (Ị)) - C.A R.(cosa.g (/) +Fs.sin a) Trong đó: N - số lượng neo, neo; w - Trọng lượng khối nêm, T; Fs - hệ số an toàn khối nêm, thông thường 1,5