Đang tải... (xem toàn văn)
1. Tính cấp thiết của luận án nghiên cứu Trong thời gian qua, cùng với sự phát triển kinh tế, cơ sở hạ tầng của Việt Nam được từng bước được đầu tư xây dựng hoàn thiện, trong đó xuất hiện các dự án hầm được đào mới, đào mở rộng ngay cạnh các dự án hầm đã được xây dựng nhiều năm trước đó như dự án hầm Cổ Mã, hầm Hải Vân,…Do khoảng cách giữa hai hầm thường có giá trị nhỏ (30,0 m), cho nên khi tại khi mở rộng hầm lánh nạn bằng phương pháp khoan nổ mìn sẽ gây nên những ảnh hưởng xấu của sóng nổ đến kết cấu vỏ chống chống giữ hầm chính. Do đó, việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của đường hầm lân cận khi thi công đường hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn ở Việt Nam hiện nay là hết sức cần thiết. Kết quả giải quyết vấn đề trên sẽ góp phần làm cơ sở cho việc đánh giá chấn động nổ mìn đường hầm dân dụng, phục vụ công tác thiết kế và thi công đường hầm nhằm hạn chế chấn động kết cấu đường hầm lân cận. Đây là vấn đề còn hết sức mới mẻ ở Việt Nam. Do đó, các vấn đề tác giả đã lựa chọn trong luận án nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi thi công đường hầm đến kết cấu đường hầm lân cận để tiến hành nghiên cứu có tính thời sự và mang tính cấp thiết. 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án Mục tiêu nghiên cứu của luận án như sau: ➢ Xây dựng các mô hình số 2D, 3D cho phép phân tích, dự báo ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của đường hầm lân cận khi thi công đường hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn; ➢ Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của đường hầm lân cận trên các mô hình số 2D, 3D; ➢ Đánh giá được mức độ ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của đường hầm lân cận dựa trên các số liệu đo đạc thực tế tại một sốdự án và kết quả nghiên cứu trên mô hình số 2D, 3D; ➢ Tìm ra một số quy luật thực nghiệm đánh giá mức độ ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của đường hầm 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án như sau: ➢ Kết cấu chống giữ bê tong của đường hầm lân cận với đường hầm được thi công bằng phương pháp khoan nổ mìn; ➢ Môi trường đất đá là đàn hồi tuyến tính và đồng nhất, chưa xét đến sự ảnh hưởng của khe nứt và mặt phân cách trong khối đá đến sự truyền sóng; ➢ Mối liên kết giữa vỏ chống bê tông liền khối của đường hầm cũ với khối đá là liên kết cứng liên tục. Lớp vỏ chống bê tông liền khối thỏa mãn được coi là lớp lát hàn bám chặt vào đất đá và cùng dao động với đất đá. 4. Phương pháp tiếp cận nghiên cứu Luận án tiếp cận các vấn đề nghiên cứu từ các góc độ sau đây: ➢ Phương pháp tiếp cận lý thuyết: tiếp cận các kết quả của các bài toán động truyền sóng nổ trong môi trường đất đá đồng nhất, đẳng hướng; ➢ Phương pháp tiếp cận thực tế: tiếp cận các kết quả đo đạc chấn động thực tế tại hầm Croix-Rousse, Lyon, Pháp; ➢ Phương pháp tiếp cận bằng cách sử dụng các thành tựu khoa học tiên tiến của thế giới và trong nước: để lựa chọn các phương pháp đánh giá ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu đường hầm lân cận thông qua các công trình khoa học đã được công bố trên các tạp chí, các báo cáo tại các hội thảo, kinh nghiệm của các nhà khoa học nhà quản lý tại các cơ sở nghiên cứu trong lĩnh vực nghiên cứu của luận án trong nước và ngoài nước.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐẶNG VĂN KIÊN ĐẶNG VĂN KIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤN ĐỘNG NỔ MÌN KHI THI CƠNG ĐƯỜNG HẦM ĐẾN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH NGẦM LÂN CẬN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI– 2018 i MỤC LỤC Nội dung Trang Mục lục i Lời cam đoan iv Lời cảm ơn v Danh mục chữ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình vẽ ix Mở đầu xv Chương Tổng quan ảnh hưởng chấn động nổ mìn thi công đường hầm đến kết cấu chống đường hầm lân cận 1.1 Tổng quan định hướng nghiên cứu ảnh hưởng chấn động nổ mìn đào hầm đến cơng trình ngầm lân cận 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu chấn động nổ mìn đào hầm đến cơng trình ngầm lân cận giới 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu chấn động nổ mìn đào hầm đến cơng trình ngầm lân cận Việt Nam 1.4 Đánh giá chung tình hình nghiên cứu nước nước hướng nghiên cứu luận án 1 14 1.5 Những vấn đề tập trung nghiên cứu luận án 16 1.6 Kết luận Chương 18 Chương Lý thuyết truyền sóng mơi trường đất đá phương pháp xác định ảnh hưởng sóng nổ lên kết cấu đường 19 hầm lân cận 2.1 Tổng quan loại sóng chấn động gây nổ mìn đào đường hầm đặc tính chúng 2.2 Phương trình truyền sóng nổ mơi trường đất đá đàn hồi, đồng đẳng hướng 19 24 ii 2.3 Đặc tính tải trọng sinh sóng nổ đặc điểm làm việc kết cấu đường hầm tác dụng sóng nổ 28 2.4 Các phương pháp mơ áp lực nổ nổ mìn gương hầm 31 2.5 Các thông số nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng chấn động nổ mìn 39 2.6 Kết luận Chương 40 Chương Nghiên cứu ảnh hưởng chấn động nổ mìn thi cơng đường hầm phương pháp khoan nổ mìn đến kết cấu đường hầm 42 lân cận thông qua phương pháp đo đạc thực nghiệm trường 3.1 Tổng quan ảnh hưởng chấn động nổ mìn tới mơi trường 42 3.2 Nghiên cứu đo PPV, biến dạng thi công đường hầm Croix-Rousse 44 3.3 Các phương pháp đánh giá chấn động nổ mìn đến cơng trình lân cận 49 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng chấn động nổ mìn đến kết cấu đường hầm lân cận nổ mìn gương hầm phương pháp đo đạc thực tế 3.5 Khảo sát mối quan hệ RMR khối đá thông số K α công thức Chapot 56 68 3.6 Kết luận Chương 79 Chương Nghiên cứu thông số động khối đá vỏ chống 81 4.1 Tổng quan thông số động khối đá vỏ chống 81 4.2 Phương pháp xác định thông số động khối đá kết cấu chống 83 4.3 Xác định thông số động khối đá thí nghiệm động SHPB 84 4.4 Kết thí nghiệm 90 4.5 Tính tốn đặc tính động học 94 4.6 Thí nghiệm SHBP mẫu đá granit 95 4.7 Phát triển mơ hình số ba chiều 3D mơ thí nghiệm SHPB 104 4.8 Kết luận Chương 109 Chương Nghiên cứu ảnh hưởng chấn động nổ mìn đào hầm đến kết cấu chống đường hầm lân cận phương pháp số 5.1 Tổng quan 110 110 iii 5.2 Xây dựng mơ hình số hai chiều 2D, mơ hình ba chiều 3D khảo sát ảnh hưởng chấn động nổ mìn 111 5.3 Kiểm tra kích thước lưới kiểm chứng mơ hình số 116 5.4 Nhận xét 122 5.5 Khảo sát thơng số mơ hình 123 5.6 Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách từ gương đường hầm đến vị trí quan sát vỏ chống cố định đường hầm cũ lân cận dọc 136 theo trục đường hầm 5.7 Đánh giá độ ổn định vỏ chống bê tông đường hầm cũ lân cận 139 5.8 Đánh giá độ ổn định khối đá xung quanh đường hầm 141 5.9 Xây dựng công thức kinh nghiệm dự báo giá trị PPV vỏ chống bê tông cố định đường hầm cũ lân cận 142 5.10 Kết luận Chương 143 Kết luận kiến nghị luận án 144 Danh mục cơng trình khoa học tác giả 148 Tài liệu tham khảo 152 Phụ lục 163 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BDI - Chỉ số phá hủy nổ mìn (Blast Damage Index) BEM - Phương pháp phần tử biên (Boundary Element Method) CAE - Môi trường đầy đủ Abaqus (Complete Abaqus Evironment) DAM - Chuyển vị phần tử (Displacement or the amount of movement) DEM - Phương pháp phần tử riêng rẽ (rời rạc) (Distinct Element Method), DDA - Phương pháp phân tích biến dạng khơng liên tục (Discontinuos Deformation Analysis) FCPV - Tần số dao động ứng với vận tốc dao động phần tử (Frequency content of particle velocity) FDM - Phương pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method) FE - Phần tử loại hữu hạn (Finite Element) FEM - Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) FEM-DEM - Phương pháp hỗn hợp phương pháp phần tử hữu hạn phần tử rời rạc (Finite-Discrete Element Method) IE - Phần tử loại vô hạn (Infinite Element) n.n.k - Những người khác NRBC - Điều kiện biên không phản xạ (Non-Reflecting Boundary Condition) PFC - Phương pháp dòng hạt (Particle Flow Code) PPV - Vận tốc dao động phần tử đỉnh (Peak Particle Velocity) PPA - Gia tốc phần tử lớn (Peak Particle Acceleration) SF - Tần số dao động riêng kết cấu (Specific Frequency) SHPB - Thí nghiệm động (Split Hopkinson Pressure Bar test) vii DANH MỤC CÁC BẢNG Nội dung Trang Bảng 2.1 Các thơng số phương trình trạng thái thuốc nổ TNT 38 Bảng 3.1 Trình tự nổ số lượng lỗ mìn gương 46 Bảng 3.2 Giá trị giới hạn PPV với tỉ lệ khoảng cách tiêu chuẩn 50 Bảng 3.3 Tiêu chuẩn PPV theo AS 2187 (Tiêu chuẩn Úc) 51 Bảng 3.4 Tiêu chuẩn DIN 4150-3 (CHLB Đức) 52 Bảng 3.5 Tiêu chuẩn Pháp 52 Bảng 3.6 Tiêu chuẩn Thụy sĩ đánh giá mức độ chấn động chấn động nổ mìn đến cơng trình lân cận (SN 640 312:1978) Bảng 3.7 Tiêu chuẩn GB 6722-2003 Trung Quốc mức độ an tồn kết cấu cơng trình ngầm sở giá trị cho phép [PPV] Bảng 3.8 Tiêu chuẩn Đức mức độ an toàn kết cấu cơng trình ngầm sở giá trị [PPV] (DIN4150 1999-02) Bảng 3.9 Hệ số tỉ lệ khoảng cách [PPV] theo quy phạm Bảng 3.10 Mối quan hệ Dib mức độ phá hủy khối đá bao quanh kết cấu chống giữ đường hầm (vỏ chống bê tông cũ) 52 53 53 53 56 Bảng 3.11 Kết đo chấn động gây trình nổ mìn đường hầm cảm biến P với dải tần số thấp (f=130 Hz) 64 Bảng 3.12 Thông số học khối đá khảo sát 66 Bảng 3.13 Kết tính tốn giá trị [PPV], mm/s 66 Bảng 3.14 Dự báo lượng thuốc lớn cho lần nổ, kg 67 Bảng 3.15 Vị trí khu vực nghiên cứu đường hầm 70 Bảng 3.16 Quan hệ Ln(K), RMR cảm biến P với H>0 71 Bảng 3.17 Quan hệ Ln(K), RMR cảm biến P với H0 72 Hình 3.27 Quan hệ RMR ln(K) H