NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG VỀ CHẤN ĐỘNG KHI NỔ MÌN VÀ CÁC GIẢI PHÁP NGĂN NGỪA CÁC ẢNH HƯỞNG BẤT LỢI

Các phương pháp nổ mìn trong xây dựng thủy lợi – thủy điện Trong xây dựng thủy lợi ở nước ta, để đào hố móng công trình hoặc khai thác đá làm vật liệu xây dựng, đào đường hầm,… Người ta

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

Phạm Thế Nam

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG VỀ CHẤN ĐỘNG KHI NỔ MÌN VÀ CÁC GIẢI PHÁP NGĂN NGỪA CÁC ẢNH HƯỞNG BẤT LỢI

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ

Mã số: 60 - 58 - 40

LU ẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Văn Vịnh

Hà Nội - 2011

Trang 3

Lu ận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng công trình thuỷ với đề tài

ngừa các ảnh hưởng bất lợi’’ được hoàn thành với sự quan tâm và giúp đỡ

tận tình của quý thầy cô giáo trong Khoa công trình, Bộ môn công nghệ và quản lý xây dựng, cán bộ trường Đại học thuỷ lợi, cùng các đồng nghiệp và bạn bè.

Tác gi ả xin chân thành cảm ơn quý cơ quan, quý thầy cô, đồng nghiệp

đã tạo điều kiện cho tác giả có cơ hội được học tập, trau dồi, nâng cao kiến

th ức trong suốt thời gian vừa qua

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Phó

giáo s ư - Tiến sĩ Bùi Văn Vịnh đã dành nhiều tâm huyết, hết lòng dìu dắt,

giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện để tác giả vượt qua các trở ngại hoàn thành lu ận văn

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các đơn vị, cá nhân đã cho phép sử

d ụng tài liệu đã công bố để luận văn này hoàn thành được tốt hơn

V ới thời gian và trình độ có hạn, luận văn không thể tránh khỏi những thi ếu sót Kính mong quý thầy cô, quý đồng nghiệp và bạn bè góp ý xây dựng

để tác giả có thể tiếp tục học tập và nghiên cứu hoàn thiện đề tài

Xin chân thành c ảm ơn!

Hà Nội, ngày 19 tháng 5 năm 2011

Tác giả

Phạm Thế Nam

Trang 4

Học viên: Phạm Thế Nam Lớp cao học 16C2

Trang 5

Trang 6

1T

3.2.1 Lựa chọn giải pháp khoan nổ để ngăn ngừa và giảm chấn động khi thi công cửa vào TN11T 69

Trang 7

Trang 8

Trang 9

Trang 10

MỞ ĐẦU

Tên đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng về chấn động khi nổ mìn và các giải pháp ngăn ngừa các ảnh hưởng bất lợi’’

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ nổ mìn thi công công trình thuỷ lợi với quy mô vừa và lớn ở Việt Nam cũng như trên thế giới đã thể hiện các ưu điểm vượt trội so với các biện pháp thi công khác, đặc biệt là đẩy nhanh tiến

độ thi công và ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết Công nghệ nổ mìn đã và đang được ứng dụng rất rộng rãi Tuy nhiên, các yếu tố tiêu cực do nổ mìn là không tránh khỏi như gây ảnh hưởng đến công trình lân cận, đặc biệt là chấn động do nổ mìn

Ảnh hưởng của chấn động do nổ mìn có thể kể đến khi nổ mìn khai thác

đá làm rạn nứt nhà dân gần khu vực nổ Nổ mìn thi công công trình thuỷ điện làm ảnh hưởng tới các công trình khác, ví dụ như nổ mìn ở công trình thuỷ điện Nậm Toóng ngày 25/12/2010 đã gây sạt lở đất, đá vùi lấp 1 trong 3 tổ máy của thuỷ điện Sử Phán 2 (tỉnh Lào Cai) và ảnh hưởng tới môi trường Nổ mìn thi công kênh thoát lũ thuộc dự án Dự án Fomosa (tỉnh Hà Tĩnh) đã gây ảnh hưởng đến hàng trăm hộ dân và làm rạn nứt ít nhất 9 ngôi nhà dân v.v

Việc nghiên cứu về chấn động do nổ mìn là rất cần thiết và mang tính cấp bách Nhằm đưa ra các biện pháp ngăn ngừa và giảm thiểu các ảnh hưởng bất lợi do chấn động đến các hạng mục công trình và các công trình lân cận

2 Mục đích của đề tài

a) Nghiên cứu chấn động trong các trường hợp nổ mìn khác nhau, từ đó tìm ra các giải pháp nâng cao hiệu quả nổ mìn trong xây dựng thủy lợi – thủy điện và ngăn ngừa các ảnh hưởng bất lợi do chấn động khi nổ mìn gây ravà áp dụng cụ thể khi nổ mìn trong thi công cửa vào tuynel dẫn nước vào nhà máy

Trang 11

thuỷ điện thuộc Tiểu dự án công trình đầu mối hồ chứa nước Ngàn Trươi, tỉnh

Hà Tĩnh

b) Ứng dụng kết quả nghiên cứu cho các công trình tương tự

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu, nghiên cứu lý thuyết về chấn động khi nổ mìn và đưa ra giải pháp ngăn ngừa nhằm giảm tối đa ảnh hưởng của nó tới công trình xây dựng và các công trình lân cận khác

4 Kết quả dự kiến đạt được

a) Đưa ra biện pháp ngăn ngừa để giảm thiểu ảnh hưởng của chấn động khi nổ mìn nhằm đảm bảo chất lượng thi công công trình và giảm thiệt hại cho công trình lân cận

b) Áp dụng cụ thể nghiên cứu về chấn động do nổ mìn khi thi công cửa vào tuynel dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện thuộc Tiểu dự án công trình đầu mối hồ chứa nước Ngàn Trươi, tỉnh Hà Tĩnh, từ đó đưa ra các giải pháp nổ phá hợp lý

5 Những vấn đề cần giải quyết của luận văn

Nghiên cứu về chấn động khi ứng dụng công nghệ nổ mìn để thi công công trình thuỷ lợi - thuỷ điện ở Việt Nam nhằm đưa ra các giải pháp ngăn ngừa tối đa các thiệt hại về vật chất và con người và áp dụng cụ thể khi nổ mìn thi công cửa vào tuynel dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện thuộc Tiểu dự

án công trình đầu mối hồ chứa nước Ngàn Trươi, tỉnh Hà Tĩnh

Trang 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC NỔ MÌN TRONG XÂY

DỰNG THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN 1.1 Tổng quan về công tác nổ mìn

Trong xây dựng thủy lợi, nổ mìn đã được nghiên cứu ứng dụng để khai thác vật liệu, đào móng công trình, đào kênh, đắp đập, chặn dòng, đào các đường hầm thủy công, phá dỡ kết cấu cũ v.v và đã khẳng định được tính ưu việt của nó trong thực tế mà các thi công cơ giới không đáp ứng được

Ở nước ta, việc ứng dụng nổ mìn để đào hố móng công trình thủy lợi đã được phát triển và đạt nhiều tiến bộ trong những năm gần đây Tuy nhiên, từ thực tế ứng dụng nổ mìn tại nhiều công trình ở nước ta đã bộc lộ nhứng điểm còn yếu kém về trình độ hiểu biết kỹ thuật nổ mìn đào móng công trình, nổ mìn định hướng, về công tác quản lý kỹ thuật tại hiện trường vv… Điều đó

đã dẫn đến những hậu quả xấu đối với các công trình xây dựng như gây ra những vết nứt ở đáy và mái hố móng, làm bóc lớp xạt lở hố móng, làm rạn nứt, gây ảnh hưởng đến sự chịu lực kết cấu đối với các công trình lân cận, làm sai hình dạng và kích thước hố móng, làm mất an toàn trong thi công, gây trở ngại và làm chậm trễ tiến độ thi công, làm tăng giá thành công trình

Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng nổ mìn cho các hạng mục khác nhau trong xây dựng các công trình thủy lợi – thủy điện như đào hố móng công trình, nổ mìn định hướng, bảo vệ biên mái đào v.v… sao cho đạt được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao là yêu cầu rất quan trọng và cần thiết hiện nay

1.2 Các phương pháp nổ mìn trong xây dựng thủy lợi – thủy điện

Trong xây dựng thủy lợi ở nước ta, để đào hố móng công trình hoặc khai thác đá làm vật liệu xây dựng, đào đường hầm,… Người ta đã sử dụng nhiều phương pháp nổ mìn khác nhau tùy theo yêu cầu của nổ mìn, tính chất và quy

mô của công trình, khả năng cung cấp thiết bị, Các phương pháp cở bản đã

Trang 13

Ưu điểm của phương pháp: Phương pháp nổ mìn lỗ nông được dùng

rộng rãi khi đào đá lộ thiên và đào ngầm để khai thác vật liệu, đào hố móng công trình trong nền đá, đào đường hầm, đào lớp bảo vệ, phá đá quá cỡ Bằng phương pháp này, cho phép chúng ta có thể đào những hố sâu với độ

chính xác cao, khối đá ở ngoài phạm vi thiết kế ít bị hư hại (Hình 1-1)

Hình 1-1: Sơ đồ bố trí nổ mìn lỗ nông khi đào theo bậc thang

Nhược điểm của phương pháp: Nổ lỗ nông giá thành cao do tốn nhân

công, tốn thiết bị gây nổ, hiệu quả nổ phá và năng suất của xe máy bốc xúc

thấp, tốc độ khoan nổ và bốc xúc chậm

1.2.2 Phương pháp nổ mìn lỗ sâu

Phương pháp này sử dụng bao thuốc có đường kính lỗ khoan dR k R > 75mm, độ sâu lỗ khoan LR k R > 5m Trong thực tế người ta có thể dùng các lỗ khoan sâu LR k R = 15 ÷ 25m; đường kính dR k R = 105 ÷ 250mm và phương lỗ khoan thường là thẳng đứng Trường hợp cần thiết có thể dùng lỗ khoan nghiêng hoặc nằm ngang (xem Hình 1-2)

Trang 14

c) H 2

Hình 1-2 : Nổ mìn lỗ sâu

a Lỗ khoan đứng nạp thuốc liền khít, lấp bua thông thường

b Lỗ khoan đứng, nạp thuốc phân đoạn không khí

c Lỗ khoan xiên, lấp bua có lưu đoạn không khí

1 Thuốc nổ 2 Không khí 3 Bua

Ưu điểm của phương pháp:

- Giá thành rẻ hơn so với nổ mìn lỗ nông do các chi phí về khoan, thuốc

nổ, thiết bị gây nổ và nhân công thấp hơn

- Thích hợp hơn với việc cơ giới hoá khâu bốc xúc và vận chuyển đá, nhất là đối với các loại xe máy lớn

Nhược điểm của phương pháp:

- Cần có thiết bị khoan lớn

- Cỡ đá do nổ phá lớn, nhiều đá quá cỡ

- Khả năng gây chấn động, nứt nẻ lớn Trong trường hợp cần thiết phải chừa lại lớp bảo vệ có chiều dày lớn và việc bóc bỏ lớp đá tầng bảo vệ sau này tương đối chậm và tốn kém

Trong xây dựng thuỷ lợi - thuỷ điện hiện nay, phương pháp nổ mìn lỗ sâu đã được dùng rất phổ biến để đào kênh, đào hố móng, khai thác vật liệu, làm đường và đào các công trình ngầm có kích thước lớn

Trang 15

c)

Thuèc næ

W

Hình 1-3 : Sơ đồ nổ mìn bầu

a Nổ mìn bầu b Nổ mìn bầu kiểu đốt tre c Nổ mìn bầu độc lập

Ưu điểm của phương pháp: Phương pháp này có thể nổ được một khối

lượng lớn thuốc nổ, đảm bảo phá được nhiều đất đá Vì vậy giảm được công tác khoan, tăng nhanh tốc độ thi công

Nhược điểm của phương pháp: Đá nổ ra có kích thước không đều, có

nhiều đá quá cỡ, kỹ thuật tạo bầu phức tạp, bán kính vùng nứt nẻ tạo ra khi nổ phá lớn hơn so với các phương pháp khác Phương pháp này được dùng trong

trường hợp đường cản chân tầng lớn, đá nổ ra không cần đều

1.2.3.2 Phương pháp nổ mìn buồng (hầm)

Phương pháp này sử dụng bao thuốc tập trung và thường có khối lượng lớn từ vài tấn đến hàng ngàn tấn

Trang 16

a Khi nạp thuốc bằng giếng đứng b Khi nạp thuốc bằng giếng ngang

1 Giếng đứng 2 Giếng ngang 3 Thuốc nổ

Ưu điểm cảu phương pháp: Phương pháp nổ mìn buồng có thể nổ phá

một khối đá lớn, giảm nhẹ công tác khoan và có thể làm đất đá văng đi một cự

Nổ mìn ốp thường dùng bao thuốc tập trung đặt ở ngoài khối đá cần phá

vỡ Phương pháp này chủ yếu được dùng để phá đá mồ côi, đá quá cỡ

3 2

Trang 17

- Đất đá được đập vỡ nhiều hơn, lượng đá quá cỡ giảm đi đáng kể

- Có thể dùng lưới lỗ khoan thưa hơn do đó giảm được só mét dài khoan

1.2 5 Phương pháp nổ mìn tạo viền

Đặc điểm và nội dung của phương pháp này là dọc theo biên mái của hố đào người ta khoan các lỗ song song với nhau Đường kính lỗ thường dùng dR k R

= 60 ÷ 85mm Khoảng cách giữa 2 lỗ mìn liền nhau thường lấy bằng 0,5 ÷ 0,9m Thuốc nổ trong lỗ khoan được nạp theo hình thức phân đoạn không khí, bao gồm các thỏi thuốc thông thường có đường kính 28 ÷ 32mm nạp cách nhau 10 ÷ 30cm (xem Hình 1-6) Sau khi nổ sẽ tạo thành một rãnh hẹp đi qua tất cả các lỗ khoan Đá ở trong phạm vi rãnh này bị nát vụn có tác dụng ngăn cản sóng nổ để bảo vệ khối đá ở ngoài phạm vi khối đào Sau khi bốc xúc đất

đá đã được đập vỡ bằng các phương pháp nổ mìn khác trong phạm vi cần đào, mái hố đào khá nhẵn, phẳng theo đúng đường viền thiết kế

Trang 18

3 2

A A

C¾t A-A

3 1

4

2

Hình 1-6 : Sơ đồ cấu tạo nổ mìn tạo viền

1 Lỗ khoan 2 Dây nổ 3 Thỏi thuốc 4 Thanh gỗ

1.2.6 Phương pháp nổ mìn phân đoạn không khí

Nổ mìn phân đoạn là thay đổi cấu tạo lượng thuốc liên tục trong lỗ khoan thành hai hay nhiều đoạn thuốc, giữa các đoạn thuốc được ngăn cách bởi môi trường đất, nước hoặc không khí Nếu phân chia các đoạn thuốc bằng cách để lại khoảng không khí còn gọi là phương pháp nổ mìn lưu cột không khí Mục đích của phương pháp này là làm cho năng lượng thuốc nổ được phân bố đồng đều hơn trong đất đá, áp lực đầu song giảm, đồng thời tăng được thời gian tác dụng nổ, do đó giảm được tác dụng nghiền vụn đất đá, giảm tác dụng địa chấn, tăng mức độ đập vỡ và cải thiện được thành phần cỡ hạt của đống đá đổ Phương pháp nổ mìn phân đoạn đã được sử dụng từ năm

1940 từ đó đến nay được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, thủy lợi

Để sử dụng năng lượng thuốc nổ được triệt để, khắc phục hiện tượng có nhiều lượng nham thạch ở vị trí gần thuốc nổ bị nát vụn và có nhiều đá tảng ở

vị trí xa thuốc nổ khi nổ mìn với bao thuốc liên tục, nhiều tác giả đã đưa ra giải pháp thay đổi cấu tạo của bao thuốc nổ để phân bố lại năng lượng nổ phá

và đã đạt được hiệu quả tốt trong việc điều khiển mức độ đập vỡ đá do nổ mìn

Trang 19

Thực nghiệm đã xác định lượng thuốc nạp tập trung so với lượng thuốc nạp phân đoạn nếu có khối lượng như nhau khi nổ kết quả đo dao động chấn động khi nổ trong các loại đá cát kết, alevrolit, granit, riolit… Trong vùng bán kính quy đổi từ 3,0 ÷ 350m/kg Kết quả đo cho thấy, khi nổ lượng thuốc phân đoạn không khí tốc độ dịch chuyển gần lượng thuốc cao hơn so với khi nổ lượng thuốc liên tục Chỉ số tắt dao động cũng cao hơn, xa lượng thuốc thì tốc

độ dịch chuyển gần nhau hơn và ở khoảng cách 15 ÷ 40m/kgP

1/3

P

, thực tế dao động địa chấn bằng nhau Ra xa nữa thì tốc độ chuyển dịch khi nổ lượng thuốc phân đoạn không khí trở nên nhỏ hơn so với khi nổ lượng thuốc liên tục

Nổ mìn phân đoạn không khí mang lại hiệu quả tốt hơn, đá nổ ra đều đặn hơn

và rất ít đá quá cỡ, năng lượng nổ được phân bố đều hơn, tăng thời gian của

áp suất nổ, giảm trị số áp suất nổ cực đại trong lỗ khoan và tập trung năng lượng nổ về phía dưới mặt thoáng làm tăng khả năng phá vỡ đất đá

1.3 Tình hì nh ứng dụng và một số vấn đề liên quan về công nghệ nổ mìn

1.3 1 Ứng dụng công nghệ nổ mìn

Trong xây dựng thủy lợi - thủy điện, nổ mìn đã được nghiên cứu ứng dụng để khai thác vật liệu, đào móng công trình, đào kênh, đắp đập, chặn dòng, đào các đường hầm thủy công, phá dỡ các kết cấu cũ,… và đã khẳng định được tính ưu việt của nó trong thực tế mà các phương pháp thi công cơ giới không đáp ứng được

Lịch sử phát triển của nổ mìn có liên quan chặt chẽ với những thành tựu

về nghiên cứu lý thuyết nổ, công nghiệp chế tạo thuốc nổ, các phương tiện gây nổ, kỹ thuật khoan và nghiên cứu ứng dụng nổ mìn trong nhiều lĩnh vực

Trang 20

như khai thác mỏ, xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp, giao

thông, thủy lợi,…

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp hóa chất mỏ, việc nghiên cứu ứng dụng thuốc nổ để phục vụ các ngành công nghịêp khác cũng đạt được nhiều thành tựu như: dùng thuốc nổ đen để phá các tảng đá dưới lòng sông cho tầu bè đi lại đã được người Nga ứng dụng ở giữa thế kỷ XVI, phá các lô cốt ở Buđapet năm 1489 và ở Kazan năm 1552, đào lò ở Đức năm 1672,… Năm 1861 công nghệ nổ mìn đã được ứng dụng để đào hầm Alpơ, năm 1952 ở Liên Xô (cũ) đã bắt đầu áp dụng phương pháp nổ mìn vi sai làm tăng qui mô và chất lượng nổ ở các mỏ lộ thiên Năm 1952 ÷ 1953 đã tiến hành nổ văng xa ở vùng Antưn - Tốpcanski với 1600 tấn thuốc nổ làm chuyển dịch hơn một triệu mét khối đất đá Năm 1966 ÷ 1968 đã ứng dụng phương pháp nổ mìn định hướng để đắp đập trên sông Anmátchimca và sông Vakhơ,…

Từ thế kỷ XX cho đến nay, hầu hết trên các công trường xây dựng thủy lợi ở Việt Nam đã ứng dụng công nghệ nổ mìn để khai thác vật liệu đá như: công trình Hồ chứa Thác Bà (tỉnh Yên Bái), Thủy điện Hoà Bình (tỉnh Hoà Bình), Sông Quao (tỉnh Bình Thuận), Thủy điện Sơn La (tỉnh Sơn La), Cửa Đạt (tỉnh Thanh Hóa),

1.3.2 Các phương pháp nổ mìn đã được áp dụng để thi công các công trình thuỷ lợi - thuỷ điện ở Việt Nam

1.3.2.1 Nổ mìn khai thác đá và đào móng công trình thuỷ lợi

Đặc điểm của nổ mìn khai thác đá là yêu cầu sản trạng của đá sau khi nổ phải có thành phần cấp phối phù hợp với khả năng làm việc của các công cụ bốc xúc, vận chuyển, các thiết bị của các trạm nghiền sàng Nếu là khai thác

đá cho đập đá đổ, kè đá ngăn dòng thì thành phần cấp phối đá sau nổ mìn phải

Trang 21

thoả mãn yêu cầu cấp phối của đập đá đổ hay kè đá ngăn dòng Trường hợp

nổ mìn theo phương án khoan nổ cắt tầng (khoan nổ theo từng tầng khai thác) thì còn yêu cầu sau khi nổ mìn không được sinh ra hiện tượng lưu chân tầng

và bảo vệ mái tầng Mặt khác, kích thước của đống đá nổ ra còn phải phù hợp với điều kiện của máy xúc Để đạt được các yêu cầu nói trên người ta thường điều khiển tác dụng nổ phá bằng các phương pháp nổ mìn hiện đại như nổ mìn vi sai, thay đổi cấu tạo của khối thuốc nổ, nổ phá trong môi trường chịu nén,

Nổ mìn đào móng các công trình thuỷ lợi về cơ bản cũng giống như nổ mìn khai thác Song, chúng còn có những đặc điểm riêng là phải tạo ra hình khối thuốc theo kích thước của móng công trình đã xác định đồng thời phải đảm bảo cho đá ở đáy và mái của hố móng không bị phá hoại để đảm bảo ổn định về chịu lực và về thấm cho công trình lâu dài Mặt khác, công tác khoan

nổ thường thi công đồng thời với một số hạng mục công trình khác Vì vậy, dùng phương pháp khoan nổ mìn để đào móng còn có những yêu cầu đặc biệt

là đảm bảo an toàn cho công trình xây dựng va công trình lân cận

Khi đào hố móng công trình người ta thường dùng phương pháp nổ mìn

lỗ nông hoặc kết hợp cả 2 phương pháp nổ mìn lỗ nông và lỗ sâu Để nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cần áp dụng các biện pháp nổ mìn hiện đại như: nổ vi sai, nổ tạo viền hoặc nổ phân đoạn không khí,

Thực tế ở Việt Nam, đào móng công trình thuỷ lợi bằng phương pháp nổ mìn đã mang lại hiệu quả tốt ở nhiều công trình như: Nhà máy thuỷ điện Hà Thành, móng tràn Vệ Rừng, Cấm Sơn, Núi Cốc, cống và tràn Kẻ Gỗ, Yên Lập, thuỷ điện Hoà Bình, Song cũng có một số công trình khi áp dụng phương pháp nổ mìn để đào móng công trình đã mang lại kết quả không tốt như: Khi đào móng tràn sông Quao – Bình Thuận, kết quả mái đá của hố

Trang 22

móng bị lồi lõm không đèu, nhiều chỗ bị đào quá phạm vi thiết kế, không hình thành được các cơ mái thiết kế, Nguyên nhân gây ra mất cơ và hỏng mái là do giải pháp thiết kế và thi công được lựa chọn áp dụng không thích hợp và thiếu chính xác, việc lựa chọn phương án “nổ mìn không nạp thuốc” với DR k R = 40mm và khoảng cách giữa các lỗ khoan a = 95cm là không ý nghĩa “tạo viền” Bên cạnh đó đơn vị thi công còn có những sai sót trong khâu giám sát thiếu chặt chẽ và không kịp thời, sử dụng sơ đồ thiết kế mẫu mà không có tính toán, điều chỉnh cho phù hợp với mỗi đợt nổ, hoặc có chỗ không chừa lại tầng bảo vệ ở mái hố móng

Qua thực tế nổ mìn khai thác và đào móng công trình thuỷ lợi có thể rút

ra một số vấn đề cần lưu ý sau đây:

Công tác nổ mìn khai thác hoặc đào móng đá các công trình cần thiết phải có sự phối hợp nhịp nhàng giữa các khâu khoan, nổ mìn, xúc chuyển, xử

lý đá quá cỡ và dọn dẹp mặt tầng Riêng tầng trên cùng còn liên quan đến công tác bóc phủ Vì vậy, để tránh việc di chuyển máy nhiều lần nên có khoảng cách thời gian giữa 2 đợt nổ dài và tạo ra hiện trường xúc chuyển rộng

Đối với những vụ nổ có quy mô lớn ngoài các vấn đề nêu trên còn phải xét tới một vấn đề vô cùng quan trọng là phải đảm bảo an toàn cho mái và đáy

hố móng công trình hoặc các công trình lân cận Để giải quyết tốt vấn đề này

ta cần phải nghiên cứu tác động ảnh hưởng của sóng nổ gây ra

1.3.2.2 Đắp đập bằng phương pháp nổ mìn định hướng

Phương pháp nổ mìn định hướng được áp dụng trong thực tế xây dựng công trình thuỷ công Khi xây dựng các đầu mối công trình thuỷ lợi ở vùng núi, xuất phát từ lý thuyết nổ và đặc trưng của nổ mìn định hướng cho phép

áp dụng phương pháp nổ mìn định hướng vào công tác xây dựng đập đất đá

Trang 23

Kinh nghiệm tích luỹ được trong công tác nổ mìn cho thấy rò khả năng tăng cường không hạn chế khối lượng nổ mìn ngay cả khi sử dụng các chất nổ công nghiệp thông thường, Những chất nổ đã được dùng trong công tác lộ thiên là một nhóm bao gồm nhiều loại vật liệu có tính năng công phá tốt, an toàn khi sử dụng và giá thành tương đối rẻ

Các phương pháp nổ mìn hiện đại đã cho phép tiến hành nổ từng bao thuốc riêng theo một trình tự cần thiết với khoảng thời gian giữa các lần nổ từ hàng chục mili giây đến một vài giây

Vấn đề đặc biệt được đặt ra là khi áp dụng phương pháp nổ mìn để xây dựng các công trình thuỷ lợi phải sử dụng một lượng thuốc nổ lớn, thì sóng chấn động do nổ mìn có thể gây ra tác dụng phá hoại đến môi trường và những công trình lân cận một cách nghiêm trọng Trong hàng loạt trường hợp tác dụng địa chấn của nổ mìn có tác dụng của quy mô vụ nổ cho phép và trong một số trường hợp có thể loại bỏ khả năng dùng mìn Để tránh những tác hại của sóng chấn động do nổ mìn gây ra ta cần phải nghiên cứu, tính toán ảnh hưởng của sóng chấn động nhằm đảm bảo an toàn cho môi trường và các công trình lân cận

1.3.2 3 Nổ mìn để đào kênh

Trong hệ thống các công trình thuỷ lợi ngoài việc xây dựng các công trình đầu mối như: đập dâng nước, trạm bơm, cống lấy nước thì chi phí cho việc xây dựng các hệ thống kênh tưới, tiêu cũng chiếm phần không nhỏ Do vậy việc chọn phương án thi công cũng là một vấn đề cần phải lưu ý Trong những năm gần đây người ta đã nghiên cứu và áp dụng phương pháp thi công kênh dẫn bằng cách dùng năng lượng thuốc nổ đã đem lại hiệu quả tương đối khả quan Khi nổ mìn đào kênh trong đất thịt, đất sét tính thấm nước của đáy kênh giảm đi rất nhiều Đối với đất pha cát và cát, tác dụng nén ép của nổ

Trang 24

không có hiệu quả, tính thấm nước của đáy kênh hầu như không thay đổi Trong trường hợp nổ trong nền đá tuy có tạo ra vùng nứt nẻ nhưng nếu phần đất đá bên ngoài vẫn tốt thì vẫn không ảnh hưởng tính thấm nước của đáy kênh Điều đó cần lưu ý khi ta xác định cao trình và vị trí các bao thuốc để

không gây hư hại lòng kênh nhất là gây trượt của phần mái

Việc sử dụng năng lượng thuốc nổ vào thi công các công trình thuỷ lợi

đã thể hiện được những ưu điểm cơ bản như: rút ngắn thời gian thi công, khắc phục được ảnh hưởng của thời tiết, giảm bớt các công việc nặng nhọc, giảm giá thành công trình,

Ngoài những ưu điểm trên, việc áp dụng các phương pháp nổ mìn trong thi công cũng còn có những hạn chế nhất định Khi đào phá đất đá bằng năng lượng nổ sẽ tạo nên sóng địa chấn gây ra một số tác động ảnh hưởng không tốt đến các công trình lân cận Cho nên khi áp dụng phương pháp nổ mìn trong thi công các công trình thuỷ lợi, ngoài yêu cầu nâng cao hiệu quả của nổ phá thì việc giảm ảnh hưởng bất lợi của sóng địa chấn do nổ mìn đối với công trình lân cận là một vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu giải quyết

Cho đến nay, đã có nhiều tác giả nghiên cứu những chấn động do nổ mìn đến khối đá Khó khăn chủ yếu khi xác định giới hạn vùng phá hoại và mức

độ phá hoại của đá là không có những phương pháp đơn giản, đủ chính xác Công thức gần đúng về phạm vi các vùng phá hoại đất đá do nổ mìn đều xuất phát từ giả thiết cho rằng: khi nổ khối thuốc thì năng lượng sinh ra sẽ truyền toàn bộ cho môi trường xung quanh và gây nên sự tác động đối với chúng Biến dạng của môi trường đá trước khi phá hoại tăng dần theo quy luật đường thẳng và khi đá bị phá hoại thì không phục hồi lại được Phạm vi các vùng phá hoại, nứt nẻ của nham thạch khi nổ mìn phụ thuộc vào các đặc tính cơ lý của khối đá và phương án nổ mìn

Trang 25

Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng nổ mìn cho các hạng mục khác nhau trong xây dựng công trình thủy lợi – thủy điện như đào hố móng công trình,

nổ mìn định hướng, bảo vệ biên mái đào, sao cho đạt được các chỉ tiêu kinh

tế kỹ thuật cao là yêu cầu rất quan trọng và cần thiết hiện nay

Hiệu quả trong công tác nổ mìn trong xây dựng thủy lợi – thủy điện phụ

thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó “Tác động của sóng chấn động’’ là một

nhân tố hết sức quan trọng Trong phạm vi của luận văn này tác giả chỉ giới hạn nghiên cứu về ảnh hưởng của sóng chấn động trong các trường hợp nổ phá khác nhau, ứng dụng thực tế cho công tác nổ mìn thi công tuynel dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện thuộc Tiểu dự án công trình đầu mối hồ chứa nước Ngàn Trươi, tỉnh Hà Tĩnh

Trang 26

trường đất đá gọi là sóng chấn động hay còn gọi là sóng địa chấn

Khi sóng nổ sóng chấn động lan truyền với vận tốc lớn sẽ tạo ra áp lực rất lớn, tác động mạnh mẽ tới môi trường và làm rung chuyển các công trình

xung quanh khu vực nổ, gây nên hiện tượng nứt nẻ công trình, làm cho công trình bị phá hỏng một phần hay toàn bộ Đây là điều mà chúng ta không mong muốn Để hạn chế tác động ảnh hưởng về chấn động cần phân tích ảnh hưởng của sóng địa chấn đối với môi trường và các công trình lân cận qua một số chỉ tiêu cụ thể như: Áp lực sóng, vận tốc truyền sóng, và giải quyết một số bài toán mà thực tế đòi hỏi làm giảm tác hại do sóng địa chấn

Để minh chứng cho quan điểm trên chúng ta xét quá trình phá vỡ đất đá bằng lượng thuốc nổ tập trung (xem Hình 2-1) coi môi trường đất đá là đồng nhất, do tác dụng của sóng xung kích phát khởi tức thời làm môi trường đặt lượng thuốc nổ sẽ bị phá hoại theo quá trình như sau:

a) Xuất hiện sự giãn nở lỗ mìn và nghiền vỡ

Do áp lực nổ của đa số các loại thuốc nổ thường vượt qua độ bền nén của đất đá thành lỗ mìn nên ngay sau khi nổ sẽ xảy ra quá trình nghiền với hướng

ra phía ngoài làm cho đường kính lỗ mìn mở rộng ra Đối với đá cứng, mức

độ giãn nở này nằm trong khoảng vài milimet

b) Xuất hiện khe nứt hướng tâm

Trang 27

đá cứng mà không bị hao tốn động năng

d) Phản xạ mặt tự do và nứt vỡ

Đối những tiếp giáp hở, sự phản xạ sóng va đập sẽ trở thành chủ yếu làm cho lớp đá bề mặt bị phân mảnh và bong tróc Đối với những tiếp giáp lớn hiện tượng này có thể làm cho những tảng đá lớn tách rời khỏi phần còn lại của khối đá Những tảng đá này sau đó có thể thoát ra khỏi các cơ cấu phá vỡ

và trở thành đá quá cỡ

e) Áp suất khí – kéo dài vết nứt

f) Các chất khí có nhiệt độ và áp suất cao tạo thành trong lỗ mìn

Bằng khoảng 1000 lần thể tích nguyên gốc của khối thuốc nổ sẽ xuyên vào các vết nứt và tiếp giáp, tìm những đường ít cản trở nhất để đến mặt thoáng và khí quyển bên ngoài Chính tác động chèn, nén của các chất khí này làm cho

đá bị nứt và chèn ép về phía mặt thoáng Quá trình này tạo nên sự dịch chuyển của đống đá và trở thành yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến hình dạng và

độ tơi của đống đá Sau khi được thoát ra không khí, năng lượng còn lại trong các chất khí này sẽ tiêu tán hết

g) Sự uốn gãy trong chuyển động

Trang 28

Theo các mức độ khác nhau, quá trình phá vỡ đá tiếp tục có thể đạt được nhờ chuyển động Các phiến đá giòn có thể bị uốn cong dẫn đến nứt vỡ Các quá trình cắt xé va đập và đổ sụp cũng có thể tiếp tục phá vỡ các khối đá, đặc biệt là dọc theo các tiếp giáp nhỏ hoặc khép kín hoàn toàn đã thoát khỏi các quá trình xảy ra trước đó

Quá trình phá vỡ đất đá bằng nổ mìn nêu trên cho chúng ta thấy ảnh hưởng của sóng chấn động và điều kiện địa chất đóng một vai trò chủ đạo trong quá trình phá vỡ đất đá

ë phÝa sau lç m×n

Hình 2-1: Các giai đoạn tương tác thuốc nổ trong đất đá

2.1.2 Xác định tác động của sóng nổ mìn phá đá đến sự ổn định của các công trình trong khu vực và vùng lân cận

Thế năng của chất nổ trong sau một thời gian vô cùng ngắn sễ chuyển thành động năng mà vật tải đó là các sản phẩm khí của vụ nổ và sau khi có sự giãn nở chúng được biến thành công và các sóng kích động trong môi trường xung quanh với đặc trưng khác nhau Phụ thuộc vào tốc độ phân huỷ của chất

nổ, thời gian kích nổ của các lượng thuốc lỗ khoan lớn thẳng đứng không quá 3µs

Trang 29

=

CN

d cn đ

n

D

(2-1) Trong đó:

Áp lực trung bình của của sản phẩm khí nổ trong buồng mìn nhỏ hơn 2 lần áp lực kích nổ Thông thường thì áp lực của sản phẩm khí nổ đạt tới hàng nghìn và hàng trăm nghìn Mpa, chẳng hạn đối với thuốc nổ Amônit 6ЖB, áp lực kích nổ vượt nhiều lần so với giới hạn độ bền của môi trường đất đá

Phuơng trình trạng thái của sản phẩm khí nổ có dạng (2-2):

Các loại sản phẩm khí nổ bị nén ép mạnh và nung nóng sau khi được giãn nở, sẽ thực hiên một công cơ học để ép môi trường xung quanh, phá hoại tính liên tục của nó, dịch chuyển và đập vỡ nó Áp lực trong phần đá ở gần

Trang 30

trực tiếp với tường của buồng nổ (PR a R), khi chất nổ lấp đầy nó tại tất cả các mặt cắt, sẽ được áp lực trên mặt sóng kích nổ và bởi tỷ số của độ cứng truyền âm của sản phẩm khí nổ và của đá:

p

d spkn

C D

P P

.

1

2

ρ

ρ +

CRpR: Tốc độ lan truyền của sóng đàn hồi dọc trong môi trường, m/s

Độ cứng truyền âm của các loại đá cứng ρ.CR p R được lấy xấp xỉ bằng độ lớn của ρR spkn R.DR d R hoặc lớn hơn nó Những số liệu thực nghiệm đã khẳng định điều đó Căn cứ theo các số liệu đã được dẫn ra trong công trình của mốt số nhà nghiên cứu thì hệ số khúc xạ của áp lức sản phẩm khí nổ vào môi trường, đối với các loại chất nổ công nghiệp xấp xỉ là 2; 1,5 và 1 trong các loại đá cứng có độ kiên cố, tương ứng là loại kiên cố, loại trung bình và nhỏ

Khi có sự tồn tại trong buồng mìn, xung quanh khối chất nổ một khe không khí (trường hợp đặc trưng đối với chất nổ tạo biên) thì sự truyền đạt áp lực trở nên phức tạp Tuy vậy, đã có hàng loạt các số liệu chỉ ra rằng đối với các loại đá cứng, các hệ số khúc xạ của áp lực vào đá cả trong trường hợp này cũng nằm trong phạm vi 1 ÷ 2

2.1.2.2 Tiêu chuẩn đánh giá tác động của trường sóng nổ

Người ta đã thu được nhiều kết quả đo cường độ của trưòng sóng một

vụ nổ, thông số được đo nhiều nhất là tốc độ chuyển dịch của môi truờng Bằng thực nghiệm M.A Xađôvxki đã xác lập được rằng có thể tính toán được

Trang 31

Người ta chuyển đổi tốc độ dịch chuyển của môi trường sóng ứng suất hướng tâm trong sóng theo công thức:

σR r R = ρ.c.v (2-5) Trong đó:

c: Tốc độ lan truyền của sống mà trong các phạm vi của đới tạo khe nứt, nó xấp xỉ với tốc độ của sóng đàn hồi dọc trong môi trường đó; còn trong đới các dạng đàn hồi thì nó bằng tốc độ của sóng đàn hồi dọc, m/s

Với sự tính đến các tính chất của môi trường, người ta xác định được ứng suất tiếp xúc:

µ

µ σ

στ

−

= 1

.

Trong đó: µ là h ệ số Poát - xông đối với đá

Công thức này thuộc về trường hợp các sóng phẳng Tuy vậy trong tính toán gần đúng, theo các số liệu của A.N.Khanucaev, người ta có thể áp dụng cho các sóng cầu và trụ trong các đới tạo khe nứt cà các đới biến dạng đàn hồi

Trang 32

Những kích thước của đới tạo khe nút, ở các điểm bên trong các khối nguyên cứng sẽ được xác định bởi trạng thái ứng suất ba trục được phát sinh khi nổ của môi trường mà nó được gây ra bởi sự tác dụng của các ứng suất hướng tâm và các ứng suất tiếp xúc trên mặt của các sóng nén đi qua Khi ấy, được rút ra từ công thúc (2-6), khi µ = 0,1÷0,4 (phạm vi thực đối với các loại

Ta biết rằng, sóng mà nó được lan truyền khi nổ, trong một môi trường rắn, từ lượng thuốc tạo khe nứt, sẽ truyền cho môi trường một xung lượng chớp nhoáng, mà thời gian tác dụng của nó, khi có các lượng thuốc tập trung, được xác định bởi tử số của bán kính đới tạo khe nứt với tốc độ lan truyền của sóng Khi lượng thuốc có dạng kéo dài thì thời gian đó cũng là thời gian kích

nổ và truyền xung lượng cho môi trường

Trong đại đa số các trường hợp, mật độ của năng lượng trên mặt sóng được thừa nhận làm tiêu chuẩn của sự tác động của trường sóng của vụ nổ lên khối nguyên cứng, khi có các điều kiện khác là giống nhau Liên quan với điều này, để đánh giá sự tác động của vụ nổ nhờ một thông số mà nó có liên

hệ trực tiếp với năng lượng và là một thông số dễ hiểu nhất thì việc chọn “tốc

độ dịch chuyển của môi trường khi nổ” là phù hợp Mối phụ thuộc của độ lớn tối đa của thông số này vào khối lượng của lượng thuốc tập trung (QR c R) được

nổ ở gần các bề mặt tự do – có thể được biểu thị ở dạng tổng quát đối với các

Trang 33

= 0,5

Mật độ tối đa của năng lượng trên mặt sóng khi nổ một lượng thuốc tập trung đơn lẻ, với sự chú ý tới tỷ lệ của nó với bình phương của tốc độ lớn nhất của sự dịch chuyển của môi trường sẽ có liên quan với khối lượng của lượng thuốc và khoảng cách tới nó theo công thức (2-8)

Trang 34

Trong đó: kP Plà h ệ số tỷ lệ

Mật độ của năng lượng trên mặt sóng cũng phụ thuộc vào thời gian tác dụng của tải trọng (ví dụ: chu kì của các pha chính của sự chuyển động của môi trường) Tuy vậy khi có một phạm vi hữu hạn của sự thay đổi của các khối lượng hiệu dụng của các lượng thuốc, văn cứ vào các số liệu của I.A.Ersôv và X.V.Metvêđêv, người ta cho phép sử dụng công thức (2-3) trong các tính toán gần đúng Điều đó được giải thích rằng chu kì của các pha chính tại biên giới của các đới tạo khe nứt và các dạng đàn hồi, trong một môi rường xác định tỷ lệ với khối lượng của lượng thuốc ở bậc 1/6

Trong đó:

G: Trọng lượng thuốc nổ

R: Khoảng cách từ điểm khảo sát đến tâm nổ

Và phân tích các kết quả thực nghiệm đã lập được công thức sau đây để tính áp lực tại đầu sóng xung kích khi nổ trên không bằng Trôtyl:

Trang 35

2 2

3

5 , 6

55 , 2

76 , 0

R

G R

R: Khoảng cách từ tâm nổ đến đầu sóng, m

Theo nguyên lý đồng dạng về năng lượng, để tính áp lực tại đầu sóng

do nổ bằng các loại thuốc nổ khác nhau có thể vẫn dùng công thức (2-10) nhưng phải thay G bằng G

Nếu ta dùng khái niệm bán kính tương đương RR 03 R của một lượng thuốc

1 43600

1 907

1 3 , 14

R R

10 5 ,

t+= 6 , 5 10−3 03. (sec) (2-15)

Từ (2-14) và (2-15) ta thấy là thời gian tăng theo nhịp độ truyền của sóng và có thể giải thích như sau:

Trang 36

Đầu sóng chuyển động trong không gian với tốc độ N > aR 0 R Trong khi đuôi sóng (với áp lực thặng dư bằng 0) chuyển động với tốc độ aR 0 R (tốc độ truyền âm trong môi trường khí quyển tiêu chuẩn quốc tế)

Vì vậy khi cách xa tâm nổ sóng sẽ có tác dụng trong một khoảng thời gian dài hơn

Hình 2-2: Sơ đồ áp lực nổ trên không

Tính thay đổi của sóng xung kích theo thời gian phụ thuộc vào áp lực thặng dư ở đầu sóng B.I.Secxtec và Iu.XIakovlev đưa ra công thức (2-16) để tính ∆PR ds Rcho các trường hợp:

Nếu: 1atm ≤ ∆PR ds R ≤ 3atm

∆

=

t a

t

t P

.

1 )

Trong đó:

∆ +

t ds

t

Với: a= + ∆P ds

2 1

Trang 37

b) Nổ trên mặt đất

Vì mật độ lớn hơn mật độ của không khí rất nhiều nên khi xác định trường hợp áp lực do nổ trên mặt đất (đá) ta có thể coi đất (đá) là một chướng ngại vật hoàn toàn cứng Điều đó có nghĩa là nếu nổ trên không ta giả thiết

toàn bộ năng lượng được phân bố trong một môi trường vô hạn thì khi nổ trên mặt đất nặng lượng đó chỉ phân bổ trong một nửa không gian Hay nói cách khác khi nổ trên mặt đất (đá) có thể coi như nổ trên không với khối lượng thuốc nhiều gấp đôi

3 2

3

13

9 , 3

95 , 0

R

G R

1 87200

1 1390

1 9 , 17

R R

Hoặc: t+= 7 , 0 10−3R03. R (sec) (2-23)

2.2.2 Áp lực và vận tốc hạt môi trường khi nổ trong đất đá

Trong quá trình nổ dưới mặt đất khi sóng truyền tới mặt thoáng của đất sóng nổ được đặc trưng bằng ba mặt gián đoạn:

- Sóng xung kích

- Mặt gián đoạn mạnh - dừng

- Mặt gián đoạn yếu

Áp lực ở đầu sóng xung kích khoảng vài chục Atmophe Dưới tác dụng của tải trọng lớn như vậy đất (đá) có tính chất giống như chất khí trở lại

Trang 38

Lúc này bắt đầu diễn biến những thay đổi định lượng của quá trình kích động sóng Vì dưới tác dụng của những ứng suất lớn tốc độ truyền sóng nén

có biên độ cao sẽ nhỏ hơn tốc độ truyền âm (khác nhau với chất lỏng lý tưởng không có tính nhớt và không chịu nén) Do đó biểu đồ áp lực ở vùng nén sẽ biến dạng, đất (đá) ở đầu sóng bị phá hủy, thay vào đó áp lực lại bắt đầu tăng dần Vùng ứng suất lớn nhất sẽ tiến chậm hơn sóng tải trọng

Khi sóng nén càng cách xa tâm nổ thì ứng suất cực đại của sóng càng giảm do đó trạng thái phá hủy hoặc biến dạng sẽ thay bằng trạng thái đàn dẻo

và sau cùng là hoàn toàn đàn hồi Vì vậy thường chia thành ba vùng trong các hiện tượng nổ ngầm:

Trang 39

chấn được tính bằng công thức (2-27):

3 ,

425

R

K F

Trang 40

3200

R

K F

Trong đó: F, K, R như công thức (2-27)

Công thức (2-27) và (2-28) áp dụng khi môi trường truyền sóng địa chấn là đất Đối với môi trường truyền sóng là đá thì ứng suất được tính theo công thức thực nghiệm của nhà cơ học Nhật Bản HanouKaeva như sau:

2

2 8

,

10 6 , 26 10 1 , 70 1 , 95

10

R R

R a p

Định dạng
Số trang	90
Dung lượng	2,4 MB