Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình Thủy: Nghiên cứu sự hình thành vòm áp lực do nổ mìn và biện pháp chống đỡ, áp dụng cho hầm dẫn nước thủy điện sông Côn 2 tỉnh Quảng Nam

LỜI CẢM ƠNTrong khuôn khổ hạn chế của luận văn, với những kết quả còn rất khiêm ton trong việc nghiên cứu sự hình thành vòm áp lực do nỗ min và biện pháp chong dé, tác giả của luận văn h

LỜI CẢM ƠN

Trong khuôn khổ hạn chế của luận văn, với những kết quả còn rất khiêm ton

trong việc nghiên cứu sự hình thành vòm áp lực do nỗ min và biện pháp chong dé, tác giả của luận văn hy vọng đóng góp một phan nhỏ bé phục vụ thực tế cho lĩnh vực nghiên cứu, thiết kế và xây dựng các công trình Thủy lợi - Thủy điện dang phát triển mạnh mẽ ở nước ta.

Bằng kinh nghiệm thực tế khi tham gia thiết kế và giám sát tại hiện trường

công trình thủy điện Sông Côn 2, đã giúp tác giả có thêm nhiều kiến thức thực tế dé

viết luận văn này Tac giả đặc biệt xin được bày tỏ lòng cảm on tới Thay giáo - GS.

TS Vũ Trọng Hồng đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thay giáo trong Bộ môn thủy công, thi công, Khoa Công trình - Trường Đại học Thủy lợi, Viện thuỷ điện và Năng lượng tái tạo - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam đã tạo diéu kiện giúp đỡ tác giả về các

tài liệu, thông tin khoa học kỹ thuật và đóng góp nhiều ý kiến quy bau cho bài luận văn.

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn.

Do trình độ và thời gian có hạn nên luận văn không thé tránh khỏi những tôn tại, hạn chế, tác giả rất mong nhận được mọi ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành Tác giả rat mong muốn những van dé còn tôn tại sẽ được tác giả phát triển ở

mức độ nghiên cứu sâu hơn góp phân đưa những kiến thức khoa học vào phục vụ

sản xudat.

Tác giả

Nguyễn Tiến Dũng

BẢN CAM KET VE LUẬN VAN

Kính giri: Ban Giám hiệu trường Đại học Thuy Lợi

Khoa Công Tình Phòng Đảo tạo DH&SDH.

Bộ môn Công nghệ & Quản lý Xây dựng

“Tên tôi là: Nguyễn Tiền Dũng

"Ngày thing năm sinh: 16/09/1980.

Học viên cao học lớp: CHISCII, niên khoá: 2010 - 2013, trường Đại học Thay lợi

Tôi viết bản cam kết này xin cam kết ring đỀ tải luận văn “A§ghiên cửu sự

"hành thành vom áp lực do nỗ min và biện pháp chống đỡ, áp dung cho him dẫnnước thiy điện Sông Côn 2 ~ tinh Quảng Nam” là công tình nghiền cứu cia cảnhân mình Tôi đã nghiêm túc đầu tư thời gian và công sức dưới sự hướng dẫn của.GS.TS.Va Trọng Hồng dé hoàn thành đỀ tài theo đúng quy định của nhà trường:Nếu những điều cam kết của Tôi có bắt kỳ điểm nào không đúng, Tôi xin chịu hoàntoàn trích nhiệm và cam kết chịu những hình thức kỷ luật của nhà trường,

“Hồ nội, ngày thắng năm 2013

Cá nhận cam két

“Nguyễn Tién Ding

MỤC CHƯƠNG |

ĐẶC DIEM THỊ CÔNG BUONG HAM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NO MIN

1.1, Tổng quan phương pháp thi công đường ham

1.2 Đặc điểm đào đường him bằng phương pháp nỗ min

1.2.1, Phương pháp đào toàn mặt cắt

1.2.2 Phuong pháp mở một phần mặt cit rồi hạ bac

1.23, Phuong pháp đào phân đoạn - NATM

SỰ HÌNH THÀNH VOM ĐÁ NUT NE DO NO MIN GAY RA

2.1 Nguyên lý cơ bản về nỗ min

DAL Ly thuyết về sống né.

2.1.2 Song nỗ xung kích theo quan điểm thủy khí động học.

2.1.3, Sw hình thành sóng nỗ địa chắn theo quan điểm lý thuyết đàn hồi

2⁄2 Sóng xung kích và sóng phản xạ do nỗ min gây ra :

2.3 Tác dung phá hoại của sóng xung kích đến môi trường đá xung

“XÁC ĐỊNH VOM ÁP LỰC DO NÓ MIN LÊN KẾT CÁU CHONG DO VẢ

PHƯƠNG PHAP TÍNH TOÁN.

3.1 Sự hình thành vòm áp lực trong quá trình dio đường hẳm

3.2 Các biện pháp gia cổ trong quá trình đào.

3.2.1, Treo (neo, phun bê tông)

3.22 Khung chống (bằng gỗ hoặc bé tông cốt thép)

3.3 Đặc điểm gia cố kết cầu khung,

33.1 KẾt cấu kiểu khung gỗ hình da giác.

3.32, Kết cấu khung kiểu vòm thép.

3.4 Xác định áp lực do đất đá tác dụng lên khung chống đỡ

3.4.1 Khi chưa xét đến tác dụng nỗ min.

2 25 30

3⁄42 - Khi chỉ xếtđến tác dụng nỗ min, 48

343, Sơđồ Bì

3.5 Sử dụng phần mềm để giải bai toán ' ' 52

35.1 Kháiniệm 32 35.2, Các m6 hinh tinh, 33

353, Các dạng phẳn từ 5ã3⁄6 Kếthuận 59

'CHƯƠNG 4 60

AP DỰNG PHƯƠNG PHAP TINH TOÁN VA BIEN PHAP CHONG BO CHO

‘DUONG HAM THỦY ĐIỆN SONG CON 2 60

4.1 Giới thiệu công trình - 60 4.1 Viti odng trình 0 4.1.2 Nhiệm vụ của công trình 60

413, ‘Thong số của công trinh 6 4.14, B trí tuyển ning lượng công tình thuỷ điện Sông Côn 2 644.2 Két qua tinh toán 6542.1, Cie ti ligu đầu vio 65

454 Mô tisi cổ sụ nóc ngách him s8 2 85KẾT LUẬN VA KIÊN NGHỊ 89TAI LIEU THAM KHAO 90

Bảng 41: Thông số kỹ thuật công trình

Bảng 42: Các chỉ iêu cơ lý của ác lớp đất đã

"Bảng 43 Chỉ iêu co lý 2 mặt cất đại diện tinh toán

"Bảng 44 Kết quả tinh áp lực phân bổ đều tác dụng lên im hàm

Bang 45 Bing tính toán thép khung chống:

DANH MỤC HÌNH VEHình 1.1: Đường him thuỷ điện Buôn Kudp — tính Dak Lắc

Hình 1.2: Đường him thuỷ điện Đại Ninh ~ tinh Lâm Đẳng,

Hình L.3: Đường him giao thông qua đèo Hải Văn — tỉnh Thừa Thiên Huế

"Hình 14: Đường him thuỷ điện A Vương - tình Quảng Nam

"Hình 1.5: Đường him thuy điện Bản Vẽ ` tình Nghệ An

Hình 16: Đường hìm thuy điện A Lưới ~tinh Thừa Thiên Huế.

Hình 1.7: Đường him thuỷ điện Hùa Na —tình Nghệ An

"Hình 1.8 Đào đường him trên toàn bộ mặt cát

Hinh 1.9 Đảo mở một phan mặt cắt rồi hạ bậc.

"Hình 1.10: Sơ đồ tác đụng của nỗ phi

Hình 1.11 Sơ đồ các vùng phá hoại của đất đá khi nỗ có một mặt thoáng

Hình 1.12, Sơ đỏ phẫu nỗ

Hình 2.1: Sơ đồ nô trên không và các mặt gián đoạn

Hình 2.2: Sự thay đổi của áp lực phía sau đầu sóng xung kích

Hình 2.3 Áp lực của sóng nỗ theo thời gian,

Hình 2.4a: Sự yêu dần của sóng khi lan truyền ra xa

Hình 2.4b: Sự yếu dan của sóng khi lan truyền ra xa

Hình 2.5 Minh ha sóng cầu và sóng phẳng

Hình 2.6 Đỗ thị biên độ của sông nỗ theo thời gian

Hình 27 Các vùng ảnh hưởng khi nỗ min,

Hình 2.8 Sơ đồ phá vỡ đất dé đồng chat xung quanh lượng thuốc nd

"Hình >9: Sơ đề tạo thành sng phan xạ ở mit thoáng,

inh 2.10: Sơ đồ xác định các thông sở của sóng ứng sut

trong đắt đã khi nộ lượng thụ

Tình 2.11: Sơ đồ tr số ứng suất khi nò lượng thuốc ong đất đã nứt nề

Hinh 2.12, Sơ đồ phản xa của sóng chin động từ mat thoáng

Hình 3.1: Thanh neo phô thông dinh kết bằng vita xỉ ming cát

‘inh 3.2 Hình ảnh sau khi phun bê tông tại him dẫn nước S

inh 3.3: Dây chuyền công nghệ phun khô, phun âm,

Hình 3.4: Kết cầu kiểu khung gỗ hình đa giác.

Hình 3.5: Kết cầu khung kiểu vòm thép

Hinh 3.6 Khung chống kiểu vòm thép tại ham dẫn thủy điện Nam Mu.

inh 3.7: Sơ đồ tính toán áp lực đất đá do hình thành vam cân bằng,

inh 3.8: Sơ đồ tính toàn áp lực đất đá của riêng nổ min,

ng Côn 2

Hình 3.9a: Sơ đồ tính toán áp lực đắt đá tác dụng lên kết cầu chồng đỡ sau khi nô

43 4B 44 45 45 46 48

"Hình 3.10a: Phần từ thanh 2 nút

Hình 3.11a: Phan tử dầm 2 nút

Hình 3.12 ~ So đồ chịu lực tổng quát của phần từ.

Hình 3.13 - Sơ đồ giải bài toán theo phương pháp PTHH.

Hình 4.1 Sơ đồ áp lực len kết cấu chống đỡ,

Hình 43 Sơ độ áp lực đều lên kết cầu chống đỡ,

Hình 44- Sơ đỏ áp lực lên kết cầu chẳng đỡ.

Tình 4 5- Sơ đồ áp lực đều lên kết cầu chống đỡ

Hình 4 6 ~ Mô phòng t hợp tải trọng lên khung chẳng Mặt cất 1

Hình 4.13 Tác giả (bên trái) cùng dong nghiệp khi tham gia giám sat.

thi công đường him dẫn nước Sông Côn 2

Hình 4.14 Hàn khung thép tại công trường.

Hình 4.15 Dao và gia cố tam bằng thép 116,

Hình 4.16, Một đoạn ham sau khi đã gia cố tạm.

5 52 54 54

56

58 68 n 72 73 75 T6 T6 T7 T8 T9 80 81 86 86

87 87

88

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Do có tính ưu 10n hắn là tiết kiệm diện tích chiếm đất, ít tác động đến

môi trường, rit ngắn chiều dải tuyén công trình so với việc đào kênh dẫn, Lim

đường ống hay làm đường nên ở nước ta hiện nay, việc nghiên cứu đường himdang rất được quan tâm Với đặc điểm dia chất thường không đồng nhất nên để đảm

bảo an toàn khí thi công qua các vùng địa chất khác nhau là cục kỳ quan trọng:

“Trong luận văn này, học vi ứng dụng pl

lực do nỗ min, từ đó đưa ra biện pháp chi

phí cho công tác thi công Để

dụng vào công.

mềm, mô phỏng sự hình thành vòm áp 1g đỡ cho phù hợp để an toàn và giảm chỉtài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, phù hợp để ápthực tế là Thuỷ điện Sông Côn 2 ~ Tinh Quảng Nam, và các công trình tương tự khác.

2 Mục đích của Dé tài:

- Nghiên cứu sự hình thành vm áp lực do nỗ min,

~ Mô hình hóa và giải quyết bài toán mô hình bằng phần mẻm

- Các tính toán được cụ thể hod tại đường him dẫn nước của công trình thuỷđiện Sông Côn 2, tỉnh Quảng Nam.

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

'Tổng hợp tai liệu nghiên cứu đã có trong và ngoài nước về vin đề thi công,đường him,

Nghiên cứu phương pháp phần tứ hữu hạn để mô tả vòm áp lực do nỗ min,

Sử dụng phần mém SAP 2000 để tinh toán.

4 Kết quả dự kiến đạt được:

Xác định được giới bạn sự bình thành vòm áp lực do nỗ mìn, từ đó đưa ra kếtcấu chống đỡ,

Nội dung của luận văn:

CHƯƠNG 1

Đặc điểm thi công đường ham bằng phương pháp nổ mì

1.1 Tổng quan phương pháp thi công đường him

1.2 Đặc điểm đào đường him bằng phương pháp nổ min

1.3 Ảnh hưởng của nỗ min đến chất lượng khối đá xung quanh

1.4 Kết luận.

CHUONG 2

Sự hình thành vom đá nứt né do nỗ min gây ra

Nguyễn lý cơ bản về nỗ min,

Sóng xung kích và sống phản xạ đo nổ min gay ra

3 Tác dụng phá hoại của sóng xung kích đến môi trường đá xung quanh.

4 Kết luận.

CHƯƠNG 3 Xác định vom áp lực do nỗ min lên kết cầu chẳng đỡ và phương pháp tính to

3.1 Sự hình thành vòm áp lực trong quá trình đảo đường him

3.2 Các biện pháp gia có trong quá trình đào

3.3 Đặc điểm gia cổ kết cấu khung

3.4 Xác định áp lực do đất đá tác dụng lên khung chống đỡ.

3.5 Sử dụng phần mềm để giải bãi toần

3.6 Kết luận,

CHƯƠNG 4

pháp chống đỡ cho đường him Thủy

điện Sông Côn 2

CHƯƠNG 1

DAC DIEM THỊ CONG DUONG HAM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NÓ MIN

1.1 Tổng quan phương pháp thi công đường him,

Đường him là một loại công trình ngằm (những loại khác thuộc công trình

ngầm như nhà máy ngẫm, thành phổ ngẫm, bãi chứa xe, thư viện, him trú in, khonước, kho xử lý chất phóng xa ), Ban thân đường him chỉ là một không gian dai,nằm ngang hoặc gin ngim ngang, tiếp xúc với mặt đất ở hai đầu him Quá trình diohầm phải mở thêm của him phụ để dio thêm gương him, các giếng đứng tiếp xúc

với mat dat chỉ ở trên định dé vận chuyển người vào lò, các giếng nghiêng tiếp xúc.

với mặt at chỉ một đầu nhằm vận chuyển một số kết cấu, vật liệu phục vụ chống

đỡ, hoặc lò mủ, không tiếp xúc với mặt đắt với mục dich chính là thăm dd khối đá

trên nóc him, Ngoài ra có trường hợp phải đào thêm những khoang buồng nhữnghầm phụ dé thio lắp các bộ phận của may đảo him TBM, chỗ chuyỂn tuyển cho xevận chuyển bằng đường ray v.v

Xi đặc thi trên, phương pháp thi công đường him có những yêu cầu cử biệt

so với thi công trên mặt đất

- Công nghệ thi công hi:

+Kiểm tr địa hình

Kiểm tra sự phù hợp tuyến đường him với tọa độ trên mặt đất phải sử dụng.máy do kinh vĩ, định vị bằng vệ tinh Global Positional System (GPS), thết bị đo

cao độ, vẽ bằng máy tính, hệ thong thông tin địa lý Geographic Information System

(GIS), thết bị kiểm tra dang Robot

Hình dang của mặt cắt him cũng như tuyến him phải kiểm tra để đảm bảotrùng với tuyén đường, hinh dạng vỏ him phải dim bảo độ diy

Công tác trắc địa trong quá trình đào theo phương pháp dio khác nhau có

quy trình và thiết bị khác nhau như đào từ cia vào, đào him từ một giếng lồ bao

sằm chuyển tuyén và cao độ từ mặt đất xuống đưới him,

+Phương pháp thi công:

Những công đoạn khoan, nd, thông gió, xúc, chuyển, chống đỡ tạm, tỉ công

vỏ ham v.vv đều phải tiến bành theo phương pháp tuần tự, hậu quả là thời gian thicông di, Thí đụ thủy điện Hỏa Binh, công trình ngằm dai 14.200m, khối ượng đàođất đá ngằm 1.177,000m’, thi công trên 10 năm (1981-1994)

Đời hỏi thiết bị chuyên dùng riêng: may khoan có nhiều mũi, có thể thay đổicần khoan theo chiều cao, dài, góc, các loại máy đảo tủy theo yêu cầu như máy diodạng khiên khi qua lớp trim tích dưới day sông, máy đào tự cắt và xúc (TBM), máy

ao giếng đứng kiểu Robin,

- Tổ chức thi công him:

Việc liên hệ với các đơn vị trên mặtia đường hi Ít chỉ qua 2 cửa him,

rắtkhó cho việc tăng thêm thiết bị, tăng thêm người, tăng thêm vật tư vì không gian

chất hep, Muỗn tng tiến độ thi công chỉ có bách mở thêm cửa him phụ Ví dụ thủy điện Hỏa Bình có đoạn hm phải mở tới 9 cửa phụ.

Hạn chế hoạt động trong hằm do yêu cầu hạn chế khí độc thải ra (số lượng

xe máy, số công nhân trong một), trình ảnh hướng đến kết cfu công tình đã hicông phần trước hoặc kẻ bên (khống chế lượng thuốc nổ min của quy mô một vụ nổ)

- Ảnh hưởng của điều kiện địa chất, địa chất thủy văn,

°Những thách thức về địa chất trong thi công:

Trong thi công hở, các hỗ khoan thăm đồ được tiến hành trực ip tiên móngcông trình, còn thi công ngầm các hỗ khoan không trực tiếp vào gương dao mà chỉnằm rên nóc him, Mọi chỉ iu tính toán đều su tử các nin khoan tr, nê rất để

dẫn đến sai lâm.

+Kiểm tra địa chất, địa chất thủy văn:

Yêu cầu kiểm tra phải tiến hành tước khi do, rong khi đảo, sau Khi xâydụng vỏ hằm,

5Luôn đối chiếu sự phân lớp phân ting địa chit, những điểm xuất hiện nướcngầm và những điều thực tế gặp phải trong quá trình đảo với các số liệu dự báo củađơn vi địa kỹ thuật để điều chỉnh và thiết ké, về phương pháp thi công

~ Khai lượng đảo trong thi công công trình ngầm rất lớn: đào thân him, hmgiao thông, him thông gid, sử lý tiếp cân cia vio, các giếng thăm đò, sử lý các đứtgây, khoan phụt gia cổ.

- Yêu cầu an toin lao động, vệ sinh môi trường

Xứ lý khi gập khí độc tự nhiên, khí độc do nỗ min, do xe máy thi công tht

ra, bụi khi khoan nỗ, đá long rời rơi ra

6 thời kỹ đầu đường him chưa được làm vỏ và chủ yêu là các đường him

ngắn Các đường him dài được xây dựng vào nửa cuối thé ky XVII khi thuốc nỗ ra

đồi Nhưng cũng phải đến thé ky XIX khi khoa học đã phát triển hơn rất nhiều thixây dựng đường him mới phát tiễn nhanh đặc biệt là ở cúc nước Châu Âu, rên dãynúi Alps từ Pháp đến Ý có đường him Mont Cenis dài 12.849 m, Him Sinplon đài19803m, Hằm Sin Gotthord nối Thuy Sĩ và Italia đã 14.984m, Vào thai kỳ này việc

gia cổ vỏ him cũng đã được chú ý đến bằng việc dùng đá xây cho lớp áo đường him,

Song song với việc phát tiễn của công nghệ đảo him từ lao động bằng sửngười đến đến nỗ phú, khoan nd, từ hằm mặt cit nhỏ chiều đài ngắn đến đường himdai, mặt cắt lớn thì việc gia cố him cũng chuyển từ không vỏ sang vỏ đá xây rồi vo

bê ông cốt thép Việc dùng kết ấu bê tông cốt thép thay thể đá xây lâm vỏ hm có,

Ý nghĩa rất lớn trong việc phát triển công nghệ xây dựng đường hằm phục vụ:

phất triển kinh tế xã hội

Ở Việt Nam trong những năm gần đây hàng loạt các nhà máy thuỷ điện đã và đang được xây dưng, Trong các công trình thuỷ lợi - thuỷ điện thi việc sử dung cácđường him thuỷ công để dẫn nước và tháo nước được sử dụng rất rộng ri, đặc biệt

là với các công trình thuỷ điện.

"Ngoài huỷ điện, thuỷ lợi, công trình ngằm côn được đồng trong một số ngànhnhư giao thông, quốc phòng, công nghiệp.

6Sau đây là các trạm thuỷ điện đã và đang xây dựng có sử dung hộ thống đườngthuỷ công tương đối lớn là

Thuỷ điện Hoà Binh trên sông Đà ~ tỉnh Hoà Bình.

Đây là công trình thuỷ điện lớn thứ bai Việt Nam (sau công trình thuỷ điện Sơn La vita phát điện), hệ thng công trình ngằm bao gồm:

= Nhà máy thuỷ điện ngầm có kích thước lớn, có vỏ bọc bê tông cốt thép

(chiều cao Sầm ; chiều rộng 22m ; chiều dai 280m),

Đường him dẫn nước vào tua bin có đường kính D=šm, đoạn đầu có kết cầu

là võ bê tông cốt thép, đoạn vào tua bin có kết cầu bê tông cốt thép bọc vỏ thép,

- Him xa mặt cắt hình chữ U ngược có định him là nửa đường tròn: R~4.Šm;

75m ; có lớp áo lót bằng bê tông cốt thép

rộng B=9m ; cao H=s

- Him th công mặt cắt hình chữ nhật có đình him là nữa đường tròn R=

B=12m ; cao H=I 1m có lớp áo lót bằng bê tong cốt thép.

Công trình thuỷ điện Hoà Binh là công tình thuỷ điện ngắm lớn nhất Đông Nam A

“Thuỷ điện Vali tĩnh Gia Lai.

"Đây là công tình thuỷ điệ lớn thứ ba ở Việt Nam, Hệ thống công trình ngằm

bao gm

= Gian máy ngim kể cả sản lắp ráp có chiều dài 118,5m; cao 55,08m; chiều

rộng gian máy là 22m;

- Các đường him din nước số 1 và số 2 chạy song song với đường kính thông

thuỷ là Tm; tổng chiễu đài là 76km; Các đường him đều có chẳng đỡ bằng v6 bêtông cốt thép (chiễu diy chống đỡ là 40em; và 50em)

- Bé điều áp ngầm: kích thước trên mặt bằng là 55x13m, diện tích mặt cắt

đứng là 248 m2 phần trên của tiết di là nữa hình trồn, bán kính 6,Šm; phần dưới

là hình chữ nhật kích thước 13x14m Toàn bộ hệ thống điều áp có chống đỡ bằng bê

tông cốt thép, chiều đây vỏ buỗngtrê i dem: v6 bung dưới và giếng nỗi là Sem,

“huỷ điện Đại Ninh ~ tỉnh Lâm Đồng và Bình Thuận:

mị đài 11.254m

Đường ham dẫn nước có đường kính D

‘Thuy điện Bản Vẽ ~ tỉnh Nghệ An:

Sử dụng 2 đường him dẫn nước có đường kính D = 6,5m, tổng chiều dai

1.290m (mỗi ham dài 645m)

huỷ điện A Vương - tỉnh Quảng Nam:

Đường him dẫn nước có đường kính D = 6,2m, tổng chiễu dai là 4851m trong

446 đường him dẫn nước dii 4365m, đường him ngách thi công dai 486m

‘Thuy

Đường him dẫn nước có đường kính 4m, tng chiều dai 7360m,

“Thủy điện Hủa Na ~ tinh Nghệ An (dang x

ong suất 180M, đường him dẫn nước có đườn

ign Xêkaman 3

dựng):

ánh 73m, chi di 3 826m.Dưới đây là một sé hình ảnh vẻ công trình ngầm đã và đang được xây dựng ở.Việt Nam:

"Hình 1.2: Đường him thuỷ điện Đại Ninh ~ tỉnh Lâm Đẳng

Hình 1.3: Đường him giao thông qua đèo Hải ân — tính Thừa Thiên Huế

Hinh 1.5: Dường ham thuợ điện Bản Vẽ~ tính Nghệ An.

10

1.2 Đặc điểm đào đường him bằng phương pháp nỗ min,

Thi công đường im bằng phương pháp nỗ min là phương pháp truyền thong.

Các phần đảo theo một trình tự rt chặt chế, dio đến đâu tiên hành chống đỡ ngay

bằng hệ thống thanh, tấm (gỗ hoặc thép), áp lực đắt đã sẽ truyền lên vật chống đỡ,

sau đồ sẽ thi công vỏ him, Tây theo chất lượng đả xung quanh him mà tiến hìnhđảo toàn mặt cit hay đào từng phần rồi mở rộng dẫn

1.2.4, Phương pháp đào toàn mặt cắt

“Toàn mặt cắt ngang của đường him cảng tiền hành đào một Lin, Phương phápnày có thé tăng nhanh tốc độ thi công, thích hợp với những điều kiện sau:

- Đường him có kích thước mặt cắt không lớn, trong trường hợp dia chit xâu(nhỏ hơn 16m2)

- Đối với đường him có kích thước tương đối lớn ti u kign địa chất phải tốt

= Có thể sử dung máy đào.

att ngang i

| Kheangtao

Hinh 1.8 Đào đường hằm trên toàn bộ mặt edt

1.2.2, Phương pháp mở một phần mặt cắt rồi hạ bậc.

Khi kích thước khoang đảo lớn (đường kính lớn hơn 11m), dù chất lượng đá

cho phép đào toàn bộ mặt cắt một lin, cũng nên đảo từng phần, 2 hoặc 3 phần Phinđình dio trước tiên, sau 46 mỡ rộng toàn bộ mặt cắt gương him Việc gia có đá ở

phần đỉnh hiện không có vấn đề gi đặc biệt Tuy nhiên, khi sit dụng khung thép thi

.

‘Vom phải có móng tạm thời trong khi bậc đang cin đào Một giải pháp là tăng độ

khi vòm được đỡ bằng khung thép đủ cường độ sẽ nảy sinh vấn d cho trụ cl

rộng của vòm và đặt chân đỡ vòm ngoài đường biên của tường cần cin đào Để thực

hiện giải pháp này những đoạn ngắn của trụ đỡ khung thép phải được hàn vào vòmnhằm đơn giản việc nối tiếp trụ đỡ - vòm sau này.

Hình 1.9, Đào mở một phần mat edt rồi ha bậc1.23 Phương pháp đào phân đoạn - NATM

Phương pháp dio him mới của Ao (New Austrian Tunneling Method ~

NATM) hiện nay được dùng nhiều trong thi công him ở Việt Nam, đặc biệt trong

những ving xen lẫn địa chit xấu NATM có một quy trinh quan sit địa chit chặtchẽ trong quá trình đảo, dường như đó là trung tâm của công nghệ này, nhằm dambio kết cầu chống đỡ được dựng lắp là tin tưởng Nhận xét này thường bị bỏ qua.Phương pháp này được phát tiển cho

độ sâu khi chỉ phí khảo sát địa chất từ mặt đắt không cho phép và điều kiện đấtthường là loại khó dio và khác nhau Kinh nghiệm trước diy đã được đảnh giá tốt

c khai thác mỏ tại day núi Alpine, ở những

nhất là kết hợp lựa chọn kich thước him dẫn ban đầu và sự tuân thủ một hệ thống

chống đỡ để giữ cho hằm én định Sau đỏ quan sắt (đo) để xác định những chuyển

vi của đất đá để cần thết phải bổ sung thêm chống đỡ Nhờ kinh nghiệm và sự tintưởng ngày càng tăng lên, phương pháp này được áp dụng vào những vùng đất có.mức độ khó tăng dẫn

NATM nhìn chung là phương pháp dio him dẫn Ham dẫn được đào từngđoạn nổi chung la ngắn để kịp lắp kết cầu chống đỡ phục vụ cho quá tình mỡ rộngdẫn mặt cất gương him Bê tông phun thường được dùng dễ làm én định gươngham ứng với một lần sắn thiết có thé sử dung kết cấu.n của chủ kỳ đảo, và khi tạm thời.

Những dim dan think lưới thường là một bộ phận kết cấu của NATM.Những dim này gồm 3 hoặc 4 thanh sắt được phủ bê tông cốt thép xếp thành hình.tam giác hoặc hinh 4 cạnh, phù hợp với hình đáng cia ch vĩ khối đảo, và liên kế

với nhau thành một bộ phận ch tạo sẵn nhờ những lưới thép dan chéo đường kínhnhỏ dit liên tục Sau khi dựng kết cầu lên những đầm thép này, tiễn hành phun bêtổng và trở thành một bộ phận tăng cường cho màng chin ban đầu

Giống như các khung thép, những dằm sắt đan lưới thường được dựng theotừng đoạn theo sự dịch chuyển cia khối đào và được neo li với nhau Do đã đượcgia cổ nên tất cá những ứng suất sinh ra ban đầu không tiếp tục phát triển, điều này.cảng phủ hợp thực tế dé dao trong đầy him tường bên va tiếp tục dio lên

Những nguyễn tắc gia cổ đá trong NATM đã có sự tiến bộ vé nhận thức trong

nghệ thuật thi công him,

Barton và cộng sự (1930) cung cấp thêm những thông tin về chiều dài neo,khoảng cách tối đa không cần chống và lực chống đờ nóc him nhằm bỗ sung vào.những kiến nghị chống đỡ được in trong báo cáo đầu tiên 1974

Công thức ude tính chiều dai eo

L +0,15B/ESR.

L.— chiều dài neo, m,

'B.~ Chiều rộng ham, m.

ESR ~ chỉ số chống đỡ, với him thủy điện, ESR

Công thức ude tính bể rộng nóc him tối đa không cần chống: B,

+ Dạn và vận chuyển đá trong đường hằm.

+ Chống đỡ va thi công vỏ bê tông.

áp suất tăng rất cao (6000 + $000at) Áp lực lớn đó sinh ra sóng xung kích rất mạnh,phá hoại môi trường xung quanh.

Nhu trên đã nói, hiệu quả nỗ min chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tổ, nên việc nghiên cứu tác dụng phá hoại của thuốc nổ trong môi trường là một vấn đề hết sức

phức tạp Vì vậy dé nghiên cứu dé đăng ta giả thiết

Môi trường là đồng đều tức là ác dụng nỗ phá gây ra trong môi trường trênmọi phương đều như nhau:

+ Mỗi tường đắt đã là vô hạn

+ Bao thuốc có đạng bình cầu

“rên cơ sở những gi thiết đó, a có thể tạm thời ph chia phạm vi môi trường chịu tác dung của nỗ ph ra làm 4 vùng giới bạ bởi 4 mặt sầu có cũng tâm là âm

nổ Dùng mặt cắt đi qua tâm nỗ ta có thể biểu thị ác dụng của nỗ phá như hình sau:

Hình 1.10: Sơ đỗ tác dung của nổ phá

1 Vùng nên ép hay nát vạn (ving gần tâm nổ)

2 Viing văng di (vùng trưng gian);

3 Vàng long rồi (tùng xa tâm nổ);

4 Ving chấn động,

~ Trong vũng nên ép (hay nát vụn) đất đá chịu áp lực ka nhiệt độ rit ao nên tạo

thành lỗ hồng hình cầu có thành vách vững chắc, tat cả các khe nứt riêng biệt đều.mắt đi, Nếu là đã thì sẽ bị nit von

= Trong ving văng di, năng lượng nổ không những làm cho mới trường bị phá

vỡ mà còn có thể bị văng đi một khoảng cách nhất định nêu gin mặt thoảng (mặtđất tự nhiên, thành vách hồ đảo v.vwv )

~ Trong vùng long rời, năng lượng nỗ chỉ có thể tạo thành các hệ thống khenút, phá hoại kết cầu của môi trưởng.

“Trong vùng chan động, năng lượng nỗ chỉ có thé làm cho các phần tử đất đá bị

dịch chuyển ma không phi vỡ được liên kết của chúng

Trong thực tế người ta tổng hợp 3 vùng đầu tiên thành một ving gọi lả vũng phá hoại Bán kính ứng với vùng này gọi là bán kính pha hoại hay bán kinh tác dụng nổ phá và được kí hiệu là R Vùng phá hoại hay R li một chỉ tiêu để đánh giá

hiệu quả nỗ phá Vùng chin động có ý nghĩa trong việc đánh giá tác dụng của địa

chin do nỗ min gây ra đối với khối dit đã hoặc các công tỉnh xung quanh Mặtkhác cũng nên hiểu rằng sự phân chia ở rên chỉ là khái niệm để giải thích tie dụng của nỗ phi, giữa các vùng đỏ không có một ranh giới rõ rt.

1.32 Tác dụng của mặt thoáng đối với nỗ phá ~ sự hình thành phéu nỗ.132.4 Tác dụng của mặtthoáng di với nỗ phá

“Trong trường hợp mỗi trường là bán v6 hạn (cỏ nghĩa là gin nguồn nỗ cỏ mộtmặt thoáng nào đó) thi hiện tượng phá hoại đắt đá có khác với những điều đã tinhbay ở trên Sóng nén đi đến mặt thoáng được phản xạ lại Thực chất của sóng phản

xạ là sự giãn nở của đất đá được lan truyền từ mặt thoáng trở lại Ứng suất kéo do.sông phản xạ gây ra có tí số uyệt đối nhỏ hơn ứng suất nén do sóng nén gây ra mộtits

xa có tác dung phá vỡ đất đá mạnh hơn nhiễ

c chịu kéo của đất so với ste chịu nén lại nhỏ hơn nhiều Vi vậy sóng phản

a so với sống nên Qua đây ta thấy mặtthoáng có tác dụng nâng cao hiệu qua đập vỡ đất đá của nỗ min lên rit nhiều thongqua tác dụng của sóng phân xạ và chính vi vậy ma người ta hết sức chit ÿ tạo được

nl 16 min, Sy phá hoại của dat đá khi nổ min có một mặtmặt thoáng khi bỗ trí

thoáng được mô tả như hình sau:

Hinh 1.11 Sơ đồ các vàng phá hoại của đắt đá kh nd có một mat thoảng:

1 Cúc khe nút do sống phản xa gây ra:

2 Ving phi hoại ở gần mặt thoảng dưới tic dung của sóng phản xa

1422 Sựhìnhthành phéu nổ.

Khi khoảng cách tử tâm nỗ đến mặt thoảng nhỏ hơn bắn kinh ph hoại R, mộtphần đất đá bị phá hoại do sự hình thành các khe nứt đã nói ở trên sẽ được chuyển.động về phia mặt thoáng Phương vận tốc chuyển động cia đất đã tụi một điểm nào

đồ tring với bản kính R di qua điểm đó Năng lượng mà các chất khí nỗ ting trữ lại

tổng năng lượng của nỗ phá và một phần được biển thành

thường vảo khoảng S01

động năng của đất đá Trường hợp đất đá có vận the chuyển động lớn thì chúng sẽ

văng di xa và hình thành phéu nổ,

Phễu nỗ là một khái niệm quan trong để xem xét tác dụng của nỗ phá Các đặc

trưng của phẫu nổ gồm

= Đường cân ngắn nhất W: là khoảng cách ngắn nhất từ tâm khối thuốc nỗđến mặt thoáng,

= Bain kính pha hoại R: là khoảng cách từ tâm khối thuốc nỗ đến mép phễu

~_ Bánkính phẫu nỗ.

+ Dé sâu nhìn thấy h: là độ sâu thực tế của phéu sau khi dat đá đã nỗ ra rơi

tr lại và lắp một phần.

Khi toán lượng thuốc nỗ người ta coi như đất dé chỉ bị phá hoại tong

phạm vi của hình nón lật ngược có đỉnh là tâm khối thuốc nổ,

Hình 1.12, Sơ đồ pl

W~ đường cân lớn nh; R ~ bán kính phá hoi:

+ — bán kính phẫu nổ; h~ độ sâu nhìn thấy:

1 Dit đã roi ở lại sau khi nỗ;

2 Phạm vi phá hoi theo giả tếtNgoài ra từ r và W người ta đưa ra một thông số rat quan trọng trong tính toán,

đó là t số rW Tỉ số này được gợi là chi st dụng nỗ phi và ký hiệu làn

ap Khi n > | người ta gọi là nỗ min văng mạnh Phéu nỗ trong trưởng hợp này gi

là phdu nỗ văng mạnh và khối thuốc nỗ tương ứng được gọi là bao thuốc nỗ mạnh.

Khi n = 1 có nỗ min văng tiêu chuẩn Phéu nỗ lúc nay được gọi là phéu nỗ tiêu chuẩn và khối thuốc nỗ là bao thuốc tiêu chuẩn.

Khi 075 < n < 1 là nỗ min văng yếu Phu nổ là phéu phéu nỗ văng yêu vàkhối thuốc là bao thuốc văng yếu

Khi n < 0,75, tuy đất đá được đập vỡ nhưng không bị văng di, mặt đất chỉ bị

lồi lên chứ không hình thành phễu nổ Khối thuốc lúc này gọi là bao thuốc nổ om

Vé phương pháp nỗ min còn chia ra

= NO min 18 nông,

~ Nô min âu

-_ Némin bu

= Nổ mìnhằm

Đối với thi công đường him người ta thường ding phương pháp nổ min lỗ

nông Việ bổ trí nỗ min đảo him thường sử dung 3 loại 18 min,

~_ Lỗ min rãnh: để tạo mặt thoáng

+ Lễ min phá: để phá đá

nin sửa hay viền: để tạo gương him có đường viễn theo yêu cầu thiết

Khi thiết kế nỗ min để tạo ra gương him phải chú ý đến tác động của khối

thuốc nỗ Q để

nỗ phá hoi đất đá, ong tỉ công đào him đã áp dụng kỹ thuật vỉ si và nỗ min

ự phá hoại các hạt đ ở xung quanh gương him, Dé ngăn cản sóng

viễn — mục đích của lớp min viền nhằm tạo ra khe nứt dọc theo chu vi gương him,tạo sự phân cách giữa khối đào với môi tường đắt đá xung quanh trước khi sóng nỗ

của khối đảo xuất hiện - lý do khi di qua khoảng không của đường viễn, tốc độ của sông nỗ giảm, dẫn đến súc pha hoại nhỏ đi Ngoài ra để bảo dim an toin các vật ở

cách xa tâm nỗ, người ta còn tính toán lượng thuốc nỗ cho phép ở một quy mô vụ nổ,

Lá Kếtuận

“Trong chương này tác giả đã tình bày tổng quan về thi công đường him bằng

phương pháp nỗ min, Bên cạnh rất nhiều ưu điểm như rit ngắn thời gian thi công,

giảm bớt khdi lượng công việc ning nhọc cho người và may móc thi nhược điểm

là gây biến dang cho đất đá ở xung quanh, sóng do nỗ min có thể sẽ gây ra ảnh

hưởng phá hoại tới mi tông trình lân cận Để tìm hiểu sâu hơn khi trường Và cthi công công tinh ngằm bing phương pháp nỗ min, sẽ được giới thiệu ở chương sau

CHUONG 2

SỰ HÌNH THANH VOM DA NUT NE DO NÓ MIN GAY RA

24 Nguyênlý cơ bản về nỗ min,

2 Lý thuyết về song nỗ

Sng lan truyễn trong môi trường được bình thành do năng lượng cia thuốc nỗgây ra gọi là sóng nỗ Sóng nỗ lan truyỄn tong không khí gọi là sóng xung kích

(hay sóng tới) Sóng nỗ lan truyền gây dao động trong môi trưởng đất đá gọi là sóng

chin động hay côn gọi là sông địa chấn Sự giãn nở của dit đá được lan tryỄn từmặt thoáng trở lại tâm nỗ gọi là s

2

ng phản xạ.

Sóng nỗ xung kích theo quan điểm thủy khí động học

Nỗ là một phản ứng hóa học, cổ kết quả trong một khoảng thi gian rit ngắn,

tạo ra một năng lượng lớn và hình thành một vùng áp lực nhiệt độ cao Trong trường hợp tổng quit thì sự phân bổ áp lực và nhiệt độ trên mặt giới hạn nhữngthành phẩm né và môi trường bao quanh ở thời điểm ban đầu là hoàn toàn bắt ky, vìđặc điểm của phản ứng nỗ không phụ thuộc vào các tinh chit của mỗi trường baoquanh Khi năng lượng nỗ truyền ra môi trường bao quanh sẽ xuất hiện những mặt,trên những mặt này cổ cỏ các yếu tổ thủy động (ấp hte, mật độ, vin tốc) hoặc đạohim của chúng theo thời gian và không gian bị gián đoạn Nếu bản thân các yếu tố

này bị gián đoạn thi ta có những mặt gián đoạn mạnh Còn nêu đạo ham của chúng.

giấn đoạn thì ta có những mặt gián đoạn yếu Nếu áp lực và thành phần pháp tuyểnvée tơ vận tốc bị gián đoạn thi gián đoạn mạnh gợi là không đờng hay gọi là đầusông xung kích Nếu chỉ có mặt độ va nhiệt độ bị gián đoạn thi mặt gián đoạn này

soi là sống đừng, Nhiệm vụ chủ yếu của lý thuyết nỗ là nghiên cứu chuyển động

không dùng của chất lông (heo nghĩa rộng) ở khoảng giữa hai mặt biên là mặt đầusóng và mặt gián đoạn mạnh Hình 2.1 trình bay sơ đồ nỗ trên không và chuyển

động của các mặt gián đoạn,

Khu vực bao quanh A và nằm trong mặt ơ là ving các thành phẩm nỗ (khuvực 1) Trong khu vực | này môi trường thường ở trạng thải bị phi hủy hoàn toàn,

áp lực lớn và nhiệt độ cao Khu vực 2 là vùng môi tường đã bị kích động va các hạt

dang ở trạng thái chuyển động không đừng Khu vực này giới han bởi mặt đầu sóng

xung kích B, Khu vực 3 là ving còn ở trạng thai tinh, chưa bị kích động.

ai: Mặt giản đoạn mạnh,

6: Đầu sóng (gián đoạn mạnh không dừng)

Khu vực 1: Vùng các thành phẩm nd.

Khu vực 2: Vũng mỗi trường bị kich động

Khu vực 3: Vũng mỗi trường chưa bị kích động.

APds: Ap lực thing dư tại đầu sống

do nỗĐổi với các công trình xây dựng & gin khu vực nỗ min, sóng xung ki

min gly ra cổ tác dụng rắt quan trọng Trong mỗi trường có sóng xung kích bao gicũng hình thành một vùng chịu nén với áp lực rất lớn, chuyển động trong không.gian với tốc độ sium và không phụ thuộc vào ác loại mỗi trường và loại th

Khi sóng xung kích qua một điểm nao đó trong không gian thi áp lực, mật độ

ố thủy động khác tăng lên đột ngột Những đại lượng này sau đó sẽ thaydồi dẫn dẫn, và sau một khoảng thời gian nhất định thì áp lực và mật độ tại điểm nói

trên trở nên nhỏ hơn các trị số tương ứng tại vùng chưa bị kích động.

“Tính chit định tính của sự thay đổi áp lực tại song xung kich có thể biểu diễn

như (hình 2.2).

Ll

Tình 32: Sự thay đối của áp lực phu sau đầu sóng xung hich

AP: Ap lực thing dư

t: Thời gian tác dụng của áp lực thang dư.

Š: Sung lực toàn phần của áp lự ti thời điểm đang xét

a dài của vùng nén (bước sóng xung kích)

Biểu dé của sóng xong kích gồm các vùng áp lực thing dư đương (vùng nén)

và âm (vũng nở) Chiêu dài vùng nén thường được gọi là bước sóng xung kích 2.

“Thời gian tác dung của áp lực thing dur gọi li chu ky của sóng được kỹ hiệu làTrong các vụ nổ với khối lượng chất nỗ lớn thi áp lực của sóng nổ sẽ cảng

nhiều chu kỳ tắt nhanh với những đợt nén, nở nối tiếp nhau (bình 2-3) Trong tính

toán thường ta chỉ chú ý đến 2 đợt nén nở đầu tiên vi biên độ áp lực ving này lớnhon các vùng sau rất nhiều

Tình 2.3 Ap lực của sóng nd theo thời gianÁP: Ap lực thing du đầu sing.

t; Thời gian tác dụng của áp lực thing dư.

(7: Thời gian t dụng của vùng nén.

+: Thời gian tác dụng của vùng nở.

“Tuy thời gian tác dụng của vùng nớ dai hon nhiều so với thời gian tác dungcủa vũng nén (t>>”) nhưng vi áp lực nén lớn hơn rất nhiều so với ving nở

(Api">>p; ) Cho nên nói chung áp lực nén gây tác hại nhiễu hơn cả.

Cảng xa trung tâm né thi áp lực tại đầu sóng cảng giảm Tại các ving rit xa thì

sóng xung kích chuyển thành sóng truyền âm

2.1.3, Sựhình thành sóng nỗ địa chấn theo quan điểm lý thuyết đàn hỗi

Dé nghiên cứu vấn đỀ này ta giả thiết rằng môi trường nỗ phí là hoàn toàn dinhồi, ign tục, bao gồm các phần tử liên kết chặt chế với nhau Lúc bình thường mỗi

phần tử ở vị trí cân bằng bên, Khi nỗ phá bao thuốc, năng lượng của thuốc nỗ

truyền ra môi trường xung quanh Lúc đầu, phin tử A cạnh bao thuốc tiếp nhận một

phần năng lượng của bao thuốc dich chuyển khỏi vị trí cân bằng, Vì các phần tử liên

kết chặt chẽ với nhau nến phin tử B (cạnh phn tử A) một mặt kéo phn tử A về vịtrí cân bằng, nhưng do quán tinh, phần từ A lại chuyển động quả vị tí cân bằng vàrồi lại được kéo lên nhờ lực liên kết Kết quả là phần tử A dao động quanh vị trícân bằng Mặt khác, bản thân phần từ B cũng bị năng lượng thuốc nd ích động vì

do đó phan tir B cũng dao động Hiện tượng vẫn tiếp tục xảy ra với các phần tir tiếp

tục tạo thành những dao động lan truyền trong môi trường Những dao động lantruyền trong môi trường đàn hồi do tác động của năng lượng thuốc nỗ gọi là sóng nỗ

“Càng xã trăng tâm nd, năng lượng thuốc nd cảng giảm (do mắt din năng lượng

để tạo dao động), do đó càng truyền xa biên độ sóng cing giảm.

Vi giữa các phần từ của môi trường tôn tại ma sit nên dao động của mỗi phần

tử là đao động tắt din theo thời gian Sự yếu din của sóng kh lan truyén ra xã và sựtắt din theo thời gian của dao động của mỗi phin tử được biểu diễn ở hình 1-4.Trong đó: X: Dộ dồi cia phin tir giao động:

Y: Phương truyền sông:

TT: Thời gian.

Hinh 2.4a: Sự yêu dân của sóng khi lan truyền ra xa.

x

Hinh 2.4b: Sự yêu dẫn của sóng khi lan truyén ra xa

"Người ta gọi bao thuốc nổ gây kích động là nguồn sóng, phương tryỄn sóng

là ta sóng Không gian ma sóng truyền qua gọi là trường sóng.

2.2 Sáng xung kích và sóng phản xạ do nỗ min gây ra.

một giới hạn nào dé thi sóng đập chuyển thành sóng chấn động Tốc độ lan truyềncủa sóng chắn động nhỏ hơn tốc độ của sóng đập và bằng tốc độ truyền âm trongmôi trường đất đá Ứng suất trên mặt sóng nổ cao hơn nhiều biên độ bền của đất đã

về nén, do đó khi có sóng nỗ truyền qua đất đá sẽ bị pha vỡ, Khi nằm trong phạm vi

cần nd phá thi sóng chấn động có tác dụng tích cực, song khi vượt qué phạm vi cần

nỗ pha thì nó có tác động ngược lại làm cho kết cầu của đắt đá ở day và thành vách

hồ móng công trình bị ph vỡ, gây ảnh hưởng xấu đến công trình và các công trìnhlân cận khu vực nỗ

Trong thực té khi thi công him bằng phương pháp nỗ min, ta thường gặp các

trường hợp yêu cầu cần giải quyết là:

Khi nỗ gần một công trinh một lượng thuốc né Q yêu edu tinh toán độ an toàn

in định của công trinh đưới tác dung của sóng xung kích trong không khí hoặcvới kích thước cầu igo da bit trước của công trình cần xác định lượng thuốc nỗ chophép [Q] và nỗ cách công trình một khoảng cho trước; hoặc với lượng thuốc nỗ Q.4a bids, cần tính toán chọn kích thước và cắu tao của tường chin bảo vệ cho côngtrình nào đó.

2.3 Tác dung phá hoại của sóng xung kích đến môi trường đá xung

quanh.

Trong quá trình nỗ dưới mặt đắt khỉ sóng t =n (6i mặt thoáng của đắt, sóng

nỗ được đặc trưng bằng ba mặt gián đoạn:

- Sóng xung kích (hay sóng tới)

~ Mặt giản đoạn mạnh = ding (sóng phản xạ).

~ Mặt gián đoạn yếu (sông khúc xạ)

Ap lực ở đầu sóng xung kích khoảng vai chục atmétphe Dưới tác dụng của taitrọng lớn như vậy đắt (đã) có tính chất giống như chất khí (heo nghĩa rộng) Điểmkhác nhau là sau khi tả trọng đã giảm thì chất khí trở lại nguyên trang thái ban đầu,côn dit sẽ bị phá hoại hoc là chịu những biến dạng déo còn dư rt lớn

Phan lớn năng lượng nỗ hao tan vio việc phá hủy, nén chặt đất cả không hoànlại Vì vậy áp lực tại đầu sóng giảm đi rat nhanh, ở khoảng cách bằng 2-3 lần bán.kính Rox áp lực chỉ còn vai ngàn aimôtphe

Lúc này bắt đầu diễn biển những thay đồi định lượng của quá trình kích động

sông, Vi đưới tác dụng của những ứng suất lớn tốc độ truyền sóng nền có biên độcao sẽ nhỏ hơn tốc độ truyền âm (khác với chất lỏng lý tưởng không có tính nht vàkhông chịu nén) Do đó biểu đỗ áp lực ở vùng nén sẽ biển dang, đất (đá) ở đầu sóng:

bị phá hủy, thay vào đồ ap lực l bắt Viing ứng suất lớn nhất sẽ tiếnchậm hơn sóng tải trong.

hie nhau Đối với môi trường đồng chit va đẳng hướng mặt đầu sóng là

có tâm ở nguồn sóng Nếu nguồn sóng ở rất xa phần môi trường ma tađang khảo sát thì mặt sóng là những mặt phẳng song song thẳng góc với tia sóng.

Tình 2.5 Mink hoa sóng cầu và sng phẳng

a Song cầu b, Sống phẳng I-Nguồn sống — 2.Matséng; —— 3.Tiasống Đặc trưng cho sự lan truyền sóng là vận tố là vận tốc lan tuyễn sóng, chủ kỳ

và tần số của sóng lan tryền.

- Vận tốc lan truyỄn sóng.

Van tốc lan truyền sóng là quảng đường mà sóng truyền được sau mỗi đơn vi

thời gian Trong lý thuyết dn hồi người ta đã chúng minh được vận tốc lan truyền

Toned: Heh ini ph hae mi iin

Suit din hồi của môi trường;

p Khổi lượng riêng của mỗi trường;

Suit trượt của mỗi trường.

- Chu kỳ và tần số.

Chu kỳ T và tin số cia sóng nỗ là chủ kỳ vi tin số dao động của các phi tửmôi trường:

1: Hệ số cản của môi trườngNgười ta đã thiết lập được phương trình vi phân của dao động tắt dẫn như sau

a on

+2 + 2-6)

ưng TS] (2-6) Khi @o>B thi nghiệm của phương trình (2-6) có dạng:

X= ape! cos (ot +9) 7)

Néu đặt (biên độ dao động) A=ao e” thi rõ rằng biên độ dao động giảm din

‘theo qui luật ham số mũ.

Mặtkhác — Vì -1 <c0s (ot + 9) <1

Do đồ tà có: -ay esx Saye

Nghĩa la db thị x theo thời gian là đường cong nội ip giữa hai đường cong

a= ca.” và

“Trong thực tế khi năng lượng thuốc nỗ truyền ra môi trường xung quanh thìmôi trường sẽ bị biển dang, nhưng không phải là biển dang đàn hồi.

x= aue Con)

Hình 3.6 ĐỒ thị biên độ của sóng nổ theo thỏi gian.

“Xết sự nỗ của bao thuốc nằm rất sâu trong đất đá khi nỗ phá bao thuốc th,

môi trường xung quanh được chia làm bốn vùng như sau:

Rat Bún inh tương đương của bao thuốc;

Ky: Hệ số phụ thuộc vào loại đắt đủ (xem bảng 2-1)

FB, Bán kinh tý đối của phân vàng phá hoại;

Res Bán kính phân vùng bi phá hoại;

Kp: Hệ số phụ thuộc loại đất đá (xem bảng 2-1).

'Vùng tĩnh là vùng môi trường chưa bị kích động bởi sóng nổ Các phần tử môi

trường ở trang thải “tinh

Hink 2.7 Các vùng ảnh hưởng Khi nỗ min

1 = Vũng gin tâm né (vũng biển dang lớn);

2 ~ Vùng trung gian (vùng biển dạng din - dẻo):

3 ~ Vùng xa tâm nỗ (vũng biển dang đản hồ);

-4— Vũng tinh (vùng chưa bị kích động).

sóng ứng suất trong đắt đá Vì vậy bé mat đất đá tiếp thu tác động nd đồng thời trên

toàn bộ din tích iếp xúc lượng thuốc nổ đối với đất đá

Trên bề mặt ranh giới giữa lượng thuốc nổ và dit đá sóng kich nỗ có biên độrit lớn Sóng đập nghiền nát dit dé nit mạnh trong điều kiện nén các phía không đều

dn, Càng xa lượng thuốc nỗ thì biên độ sóng đập cảng giảm Tại những

môi trường cách lượng thuốc nỗ khoảng 5:6 lần bán kính lượng thuốc né thì sóng .đập chuyển thành sóng din hồi Tốc độ lan truyền của sóng đàn hồi nhỏ hơn tốc độ lan truyền của sóng đập và bằng tốc độ âm trong môi trường đắt đá, Ứng suất trên mặt sóng nỗ cao hơn nhiều so với độ bên của đất đá về nén, do đó sau khi sóng,truyền nỗ qua đất đá, ết cầu ban đầu của nó bị phá vỡ Vũng này được đặc trmg làvùng tác dụng déo khí nổ, Nó thường giới hạn trong khoảng 10:12 lin bán kínhlượng thuốc Trong ving này, sau khi sóng nỗ truyền qua, khí nỗ với áp lực cực cao

lá rất mạnh.

lớn (20+70).10" Nim* gây ra tắc dụng phá vỡ

Hình 2.8 Sơ đồ phá vỡ đắt đã đồng chất sung quanh lượng thuốc nổ.

1 Tâm lượng thuốc nỗ;

a Ving nghiễn nất

b Vũng tạo thành nứt ne.

31Dis tác dụng của song và khí nổ, đất đã gần lượng thuốc nỗ bị nén ép vàchuyển dịch nhanh sau mặt thoáng ứng suất Do đó tạo thành vùng biến dang mạnh.với hệ thống nhiều nứt nẻ cắt nhau.

Càng xa lượng thuốc nỗ thì ứng suất trên mặt sóng nỗ cảng giảm và ở khoảng

cách nhất định nó nhỏ hơn sức khẳng nền của đất đá, khi đó đã tính biển dạng vàphá vỡ môi tường thay đổi.

Dưới tác dụng của sóng ứng suất và khí nỗ (lan truyền từ lượng thuốc nổ) theođường hướng tâm phat sinh ứng suất nén va theo hướng tiếp tuyển phát sinh ứngsuất kéo, do đó trong đất đá xuất hiện những nứt nẻ hướng tâm

- Giai đoạn 1.

Sóng kích nỗ (v = 4-6km/s) truyền đến bề mặt tiếp xúc giữa thuốc nỗ với đất

đá sau đồ chuyển thành sóng dip (v = 3+Skmis) Ung suất trên mặt sóng vượt quả

giới hạn bền nén của dat đá.

Sống đập pha vỡ đắt đá thành những phn từ kích thước nhỏ, Tại thời diém mà

tốc độ lan truyền của sóng đập bằng tốc độ của sống doe.

Eda)

Ýpd+zpd~3) 6-10)Trong đó:

E — Mô dun din hồi của đất đáM- HG số poát xông;

p~ Mật độ đắt i

Khi sóng đập trở thành sóng đản hồi và bắt đầu giai đoạn hai của tác dung

động lực sông đàn hồi khi nỗ lượng thuốc Ứng suất trên mat sóng đản hồi lớn hơn

giới hạn bén nén của đất đá, vì vậy mặt sóng đàn hồi đồng thời là mặt phá vỡ đắt đá.

- Giai đoạn 2.

Bu 6 chứa dy sn phim nỗ và vùng dt di bi đập nhỏ được mổ rộng, áp

lực khí trong buồng nỗ chuyển qua dat đá bj đập vỡ thành mặt trước của sóng đàn.

hồi Trong quá trình lan truyền sóng đàn hồi, ứng suất bị giảm dần Tại thời điểm.

khi fn độ mặt trước sóng din hồ giảm bằng trị số bền động lực của đất đã thigiai đoạn 3.

= Giai d nã.

Hình thành một số vùng biến dạng và phá vỡ dat đá vùng đập nhỏ dat đá do tác

dụng của sản phẩm nổ, vùng nứt nẻ hướng tâm, vùng biển dạng din hồi

6 giai đoạn 3 người ta quan sắt được mặt trước của sóng din hồi, mặt tạo

thành nứt nẻ hướng tâm và mặt nghién nhỏ đắt đá Cuỗi giai đoạn 3, trong vùng lâncận thuốc phit sinh trang thải ứng suất biển dang cân bằng và từ đồ đản hồi phit

sinh sóng chắn động biên độ cực đại của nó thay đổi theo quy luật”

Qt)

“Trong đó;

ou» Giới hạn bên nền động lực của đất dis

7 - Bán kính mặt trước của sóng chấn động;

1 = (0,6 ~ 0,8)r— Ban kính vùng đập nhỏ đắt đá cuối giai đoạn 2;

tạ — Bản kinh cuối cũng của ving đập nhỏ đất đã

Cuối giai đoạn 2, sự lan truyền ứng suất trong vùng nứt nẻ hướng tâm được.

triều tả bằng những quan hệ:

=0

usr (2-12)

Trong đó+; — Bán kính cuối cùng của vùng đập nhỏ đất đá;

ta — Bản kinh ngoài cũng của đất nứt nẻ hướng tâm

Nếu r = to thì quan hệ giữa rạ và r; có dạng:

=01n | @-13)

Vo

XÃ bản chất là bản kính vàng tạo thành nứt nẻ, nghĩa là bán kính vũng đập

ỡ điều chính, còn rs là bán kính buồng nỗ tạo thành tong đất đó, Trị số 218 hệ

số mở rộng buồng min ka, đối với đất đá cứng có tỉ

2` \20,

+ Giai đoạn 4.

Tác dụng nỗ tạo thành những nứt nẻ vòng tiếp tuyển trong vũng nứt nẻ hướng

tâm va vùng biến dạng đàn hỗi Nứt né vòng được tạo thảnh trong những điều kiện:

“Từ buồng nổ, ti thôi điểm nhất định, sản phẩm nỗ theo vết nút truyền vào khí

quyển nên áp lực giảm đáng kẻ, giải phóng cho đắt đá khỏi bị nén trong vùng nứt nẻ.

hướng tim và vùng biển dang din hồi Khi đỏ các phần từ biển dạng chuyển động

về phía trung tâm lượng thuốc và xuất hiện ứng suất kéo hướng tim, Do ảnh hướng

của ứng suất này mà phát sinh nứt nẻ vòng quanh buồng nỗ

Khi đó, do không bị ngăn cân và dưới tác dung của sóng ứng suất, các phần từ

“đất đá ở gần bề mặt tự do được dịch chuyển tự do về phía bé mặt đó và kéo theo tất

cả các phần tử bề mặt tham gia vo sự chuyển động này, Khi đó bắt đầu lan truyền

sóng phân xạ theo đất đá Trên mặt sóng phản xạ phát sinh ứng suất kéo Như vậy

sông phản xa là sóng nén được phản xạ từ b8 mặt ne do và được lan tryỄn như từlượng thuốc nổ áo.

Hình 2.9 Sơ đồ to thành sóng phản xạ ở mặt thoáng

vỡ do sông phản xạ với sự tao thành nứt nẻ tiẾp tuyển và phẫu vỡ bé mặt Toàn bộ

thé tích đất đá rong phễu nỗ bị đập vỡ lan truyền từ bÈ mặt vio sau trong khối đá

công với sự phi vỡ xây m xung quanh lượng thuốc

Gio su Khanukaieb đã tim ra các thông số của sóng ứng sult lan truyền rongdit đá khi nỗ bằng cách sau

AI K9

” =

Hinh 2.10: Sơ dé xác định các thing số của sóng ting sudt

trong đắt đã khi nỗ lương thuốc