Nổ mìn khai thác đá đắp đập cửa đạt và những bài học kinh nghiệm

Phương pháp nghiên cứu: Để thực hiện đề tài, tác giả sử dụng chủ yếu các phương pháp nghiên cứu sau: - Nghiên cứu tổng quan về đập đá đổ và khai thác đá phục vụ đắp đập; - Nghiên cứu lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HUỲNH HỒNG SƠN

NỔ MÌN KHAI THÁC ĐÁ ĐẮP ĐẬP CỬA ĐẠT VÀ NHỮNG

BÀI HỌC KINH NGHIỆM

Chuyên ngành: QUẢN LÝ XÂY DỰNG

Mã số: 60580302

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS LÊ VĂN HÙNG

HÀ NỘI, NĂM 2016

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận văn

Huỳnh Hồng Sơn

ii

LỜI CÁM ƠN

Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, ngoài nỗ lực học tập của bản

thân, tác giả nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô của

Trường Đại học Thủy lợi Lời đầu tiên, tác giả xin chân thành cám ơn đến quý thầy cô

giáo Trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là thầy cô đã tận tình giảng dạy tại khóa học

23C12

Tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Văn Hùng đã dành nhiều thời gian,

quan tâm hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cám ơn đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi, cùng quý

thầy cô Khoa Công trình và quý thầy cô Phòng Đào tạo đại học và sau đại học đã tạo

điều kiện cho tôi học tập và hoàn thành khóa học

Cuối cùng tôi xin cám ơn tấm lòng của những người bạn bè Đồng nghiệp trong cơ

quan đã động viên, khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn này

Mặc dù đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn, nhưng không tránh khỏi những thiếu

sót, rất mong nhận được những đóng góp quý báu của quý Thầy, Cô giáo và các bạn

Xin chân thành cám ơn./

Hà N ội, tháng 2 năm 2017

Tác giả luận văn

Huỳnh Hồng Sơn

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NỔ MÌN TRONG XÂY DỰNG VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT VỀ THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ 4

1.1 Tổng quan về ứng dụng nổ mìn trong xây dựng thủy lợi ở Việt Nam 4

1.2 Tổng quan về phát triển đập đá đổ 7

1.2.1 Sự phát triển đập trên thế giới 7

1.2.2 Sự phát triển đập ở Việt Nam 9

1.3 Yêu cầu về thiết kế và thi công đập đá đắp đầm nén bản mặt bê tông 11

1.3.1 Yêu cầu về thiết kế 11

1.3.2 Yêu cầu về thi công đập đá đắp đầm nén bản mặt bê tông 12

1.4 Yêu cầu về thi công và công tác khai thác vật liệu 12

1.4.1 Kỹ thuật thi công đá đổ 12

1.4.2 Kỹ thuật thi công đá đắp đầm nén 16

1.4.3 Công tác vật liệu 19

1.5 Đặt vấn đề nghiên cứu 25

Kết luận chương 1 26

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN NỔ MÌN KHAI THÁC ĐÁ ĐẮP ĐẬP 27 2.1 Lý luận cơ bản về nổ mìn 27

2.1.1 Khái niệm 27

2.1.2 Lý luận cơ bản về nổ phá 27

2.1.3 Tác dụng của mặt thoáng và sự hình thành phễu nổ 29

2.1.4 Tính toán lượng thuốc nổ 31

2.2 Vật liệu nổ trong xây dựng 34

2.2.1 Thuốc nổ 34

2.2.2 Các thiết bị gây nổ 36

2.3 Các phương pháp nổ mìn trong lỗ khoan 37

iv

2.3.1 Phương pháp nổ mìn lỗ nông 37

2.3.2 Phương pháp nổ mìn lỗ sâu 38

2.3.3 Phương pháp nổ mìn bầu 39

2.3.4 Phương pháp nổ mìn phân đoạn không khí 39

2.3.5 Phương pháp nổ mìn vi sai 43

2.4 Tính chất của đá và chỉ tiêu thuốc nổ 44

2.4.1 Đặc trưng cơ lý của đá trong công tác nổ phá 44

2.4.2 Lựa chọn chỉ tiêu thuốc nổ 48

2.5 Đập đá đầm nén và những yêu cầu cơ bản về vật liệu đắp 50

2.5.1 Yêu cầu về vật liệu đắp đập 51

2.5.2 Yêu cầu thiết kế vật liệu đắp đập đá đầm nén bản mặt bê tông 53

2.5.3 Yêu cầu về kỹ thuật và chất lượng khối đắp 54

Kết luận chương 2 60

CHƯƠNG 3 NỔ MÌN KHAI THÁC ĐÁ Ở CỬA ĐẠT VÀ BÀI HỌC KINH NGHIỆM 62 3.1 Giới thiệu về công trình 62

3.1.1 Qui mô công trình đầu mối thủy lợi Cửa Đạt 62

3.1.2 Các chỉ tiêu thông số và kỹ thuật lưu vực đập Cửa Đạt 67

3.2 Kết quả thí nghiệm và qui trình khai thác 69

3.2.1 Thí nghiệm nổ mìn hiện trường đắp đập 69

3.2.2 Các bước tiến hành thí nghiệm 70

3.2.3 Phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm 80

3.2.4 Quy trình khai thác 81

3.3 Bài học kinh nghiệm 82

Kết luận chương 3 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

PHỤ LỤC 89

v

Hình1.1 Sơ đồ hệ thống đường hầm thủy điện Hòa Bình 5

Hình1.2 Nổ mìn viền tạo ta luy đường lên vai trái đập Sơn La 6

Hình1.3 Nạp thuốc khi nổ mìn thí nghiệm tại mỏ đá 9A, Cửa Đạt của bộ môn Thi Công, Trường Đại học Thủy lợi 2007 7

Hình1.4 Đường cong thành phần hạt (cấp phối hạt) D10, D30, D60 – Là đường kính mắt sàng mà đất đá lọt qua chiếm 10%, 30%, 60% khối lượng mẫu đất đá đem sàng 23 Hình 2.1 Biểu đồ thể hiện biến đổi ứng suất theo thời gian khi nổ mìn 28

Hình 2.2 Sơ đồ tác dụng nổ phá 29

Hình 2.3 Sơ đồ phễu nổ W- đường cản ngắn nhất; r- bán kính phễu nổ; R- bán kính phá hoại; h- độ sâu nhìn thấy 30

Hình 2.4 Nổ mìn với bao thuốc hình dài 33

Hình 2.5 Cấu tao kíp nổ 36

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí nổ mìn lỗ nông 37

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí nổ mìn lỗ sâu 38

Hình 2.8 Sơ đồ bố trí nổ mìn bầu 39

Hình 2.9 Mức độ phá vỡ tầng phụ thuộc vào thời gian và cấu tạo bao thuốc 40

Hình 2.10 Sự thay đổi áp lực nổ phá theo thời gian của không khí trong lỗ khoan 41

Hình 2.11 Các thông số cơ bản của nổ mìn lưu cột không khí 41

Hình 2.12 Biểu đồ tương quan k theo công thức (2-17) với nhóm đá có độ cứng khác nhau 42

Hình 2.13 Kích thước tương đối của các cục đá phụ thuộc vào tỉ số p = c p Q Q 43

Hình 2.14 Mặt cắt ngang đập điển hình 51

Hình 3.1 Vị trí công trình đầu mối Cửa Đạt 62

Hình 3.2 Sơ đồ nạp thuốc vào lỗ khoan và cách xác định đường cản ngắn nhất thực tế Wt 71

Hình 3.3 Sơ đồ phễu nổ 72

Hình 3.5 Sơ đồ nạp thuốc vào lỗ khoan 76

Hình 3.6 Sơ đồ mạng gây nổ hình sóng 77

Hình 3.7 Máy khoan tự hành bánh xích 81

vi

Bảng 1.1 Một số đập lớn đã được xây dựng trước năm 1970 [1] 8

Bảng 1.2 Số lượng và phân loại hồ chứa thuỷ lợi ( theo CTTL) 9

Bảng 1.3 Thống kê đập đá đổ 10

Bảng 1.4 Cấp phối đá đắp đập chính San Gabriel (1939) cao 114m 23

Bảng 1.5 Cơ sở tính lượng đá cần thiết và yêu cầu về trữ lượng mỏ [2] 25

Bảng 2.1 Phân cấp đất đá khi nổ mìn theo mức độ nứt nẻ [15], [14] 45

Bảng 2.2 Bảng phân cấp đất đá theo Hội cơ học đá quốc tế - ISRM [17] 46

Bảng 2.3 Phân loại đất, đá của giáo sư M.M Protodiakonov 47

Bảng 2.4 Độ rỗng cho phép của các vùng vật liệu trong thân CFRD 52

Bảng 2.5 Các chỉ tiêu thiết kế đối với các khối đắp IIA, IIB, IIIA và IIIB 53

Bảng 2.6 Cấp phối khối đá chính IIIB của đập Cửa Đạt 54

Bảng 2.7 Cấp phối đá khối hạ lưu IIIC của đập Cửa Đạt 54

Bảng 2.8 Tỷ lệ cấp phối lớp đệm IIA theo đề nghị của ICOLD 55

Bảng 3.1 Đặc trưng về khí tượng thủy văn 67

Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm hiện trường xác định lượng hao thuốc đơn vị cho đá của mỏ 9A thuộc lớp 8, công trình Cửa Đạt: 72

Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm hiện trường xác định lượng hao thuốc đơn vị của mỏ 9A thuộc lớp 9,công trình Cửa Đạt: 74

Bảng 3.5 Tổng hợp các ô nổ thí nghiệm cấp phối công trình Cửa Đạt 77

Bảng 3.6 Các thông số khoan nổ cho các loại đá thuộc lớp 8 và lớp 9 của mỏ đá 9A, công trình Cửa Đạt 78

Bảng 3.7 Thống kê số lượng mẫu thí nghiệm xác định thành phần cấp phối của công trình Cửa Đạt 80

vii

ĐHTL Đại học Thủy lợi

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

LVThS Luận văn Thạc sĩ

1

M Ở ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đập vật liệu địa phương nói chung và đập đá đổ nói riêng phát triển rất mạnh do có nhiều ưu điểm nổi trội Đặc biệt là tính thích ứng với mọi loại nền và động đất, kỹ thuật thi công không đòi hỏi phức tạp và phù hợp với phát triển của thiết bị thi công cơ giới công suất lớn

Trên thế giới cũng như ở Việt Nam, phần lớn các đập cao thuộc các hệ thống công trình đầu mối thủy lợi thủy điện là đập đá đổ có tường nghiêng hoặc tường lõi chống thấm và đập đá đắp đầm nén chống thấm bằng bản mặt bê tông

Việc xây dựng đập lớn bằng đá đổ hoặc đá đắp đều yêu cầu khối lượng lớn đá đắp đập (hàng chục triệu m3 đá) Công tác khai thác đá chủ yếu bằng phương pháp nổ mìn om (nổ mìn tơi) trong lỗ khoan Do yêu cầu đá đắp phải đạt cấp phối nhất định nên khi nổ mìn đáp ứng cấp phối là công tác rất khó khăn đòi hỏi kỹ thuật và phương pháp nổ mìn phù hợp về mọi phương diện Những năm xây dựng công trình Cửa Đạt, bộ môn Thi Công (nay là bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dưng) đã thực hiện thành công phương pháp nổ mìn cấp phối đắp đập, tiết kiệm rất lớn chi phí phối trộn đá đạt cấp phối thiết kế đắp đập Các tác giả chủ trì và tham gia dự án đã công bố nhiều bài báo khoa học nhưng để hoàn thiện hơn cũng còn nhiều nội dung cần đề cập để giúp những người làm công tác nổ mìn khai thác đá trong xây dựng dễ tham khảo ứng dụng Vì vậy, tác giả chọn đề tài "Nổ mìn khai thác đá đắp đập Cửa Đạt và những bài học

2

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, tác giả luận văn đã dựa trên cách tiếp cận lý thuyết

và thực tiễn sản xuất

Phương pháp nghiên cứu:

Để thực hiện đề tài, tác giả sử dụng chủ yếu các phương pháp nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu tổng quan về đập đá đổ và khai thác đá phục vụ đắp đập;

- Nghiên cứu lý luận cơ bản về nổ mìn và ứng dụng thực tế;

- Tổng kết kinh nghiệm và phương pháp chuyên gia

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là thi công đập đá đổ và đập đá đắp đầm nén

Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi nghiên cứu kết hợp lý thuyết và thực tiễn sản xuất công tác nổ mìn khai thác

đá đạt cấp phối đắp đập

5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Đề tài góp phần làm phong phú ứng dụng nổ mìn trong xây dựng, đặc biệt là nổ mìn cấp phối đắp đập đá

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Các bài học kinh nghiệm phục vụ công tác nổ mìn khai thác đá

Kết quả dự kiến đạt được:

- Tổng quan những vấn đề cơ bản về công nghệ thi công đập đá đổ, trọng tâm là công tác đá;

3

- Từ cơ sở khoa học và thực tiễn, đánh giá và đề xuất một số giải pháp liên quan đến

nổ mìn khai thác đá hiệu quả

4

1.1 T ổng quan về ứng dụng nổ mìn trong xây dựng thủy lợi ở Việt Nam

Từ lâu con người đã biết sử dụng năng lượng chất nổ Đặc biệt từ đầu thế kỷ 20 đến nay do có nhiều thành tựu về lý thuyết nổ cũng như về công nghiệp chế tạo thuốc nổ

và thiết bị gây nổ nên việc sử dụng năng lượng nổ ngày càng phát triển rộng rãi

Việt Nam ta ứng dụng nổ mìn được sử rộng rãi như nổ mìn khai thác đá để đắp đập, đào kênh dẫn nước, đào móng, đào đường hầm vv… khi xây dựng các công trình thủy lợi và các công trình khác có sử dụng đến biện pháp nổ mìn đã đạt được kết quả tốt Thực tế đã chứng minh tính ưu việt của phương pháp này về các mặt: Rút ngắn thời gian thi công, khắc phục được ảnh hưởng của thời thiết, giảm bớt số lượng mấy móc, thiết bị trong thi công và lao động cần thiết, đồng thời giảm giá thành công trình Vì vậy công tác nổ mìn ở Việt Nam ta tuy còn non trẻ nhưng nó đã trở thành một trong những phương pháp thi công hiện đại nhất

Những năm 1980, thi công đào hệ thống đường hầm thủy điện Hòa Bình, nổ mìn khai thác đá đắp đập Hòa Bình, lực lượng chuyên gia nổ mìn đào hầm và khai thác đá của Việt Nam đã trưởng thành nhanh chóng, tiền đề cho sự phát triển kỹ thuật thi công nổ mìn của chúng ta ngày nay, tiền đề cho thành tựu đào hầm Hải Vân

5

Hình1.1 Sơ đồ hệ thống đường hầm thủy điện Hòa Bình Ngành Thủy lợi, trước năm 1980, đã ứng dụng nổ mìn đào móng công trình thủy lợi Điển hình là móng đập tràn Yên Lập, móng đập tràn Kẻ Gỗ, có sự đóng góp quyết định của đội ngũ giảng viên Bộ môn Thi Công, Trường Đại học Thủy lợi

Kỹ thuật nổ mìn viền được ứng dụng rộng rãi tại nhiều công trình thủy lợi thủy điện trong thi công đào hầm, đào móng công trình

6 Hình1.2 Nổ mìn viền tạo ta luy đường lên vai trái đập Sơn La

7

Hình1.3 Nạp thuốc khi nổ mìn thí nghiệm tại mỏ đá 9A, Cửa Đạt của bộ môn Thi

Công, Trường Đại học Thủy lợi 2007

1.2 T ổng quan về phát triển đập đá đổ

Đập đất đá đổ là loại đập chủ yếu sử dụng vật liệu địa phương Vì nhu cầu sử dụng nguồn nước tại các sông, suối ngày một tăng và không ngừng phát triển, các đập ngăn nước để tạo ra các hồ chứa, hoặc nhằm dâng cột nước đầu nguồn được xây dựng ngày càng nhiều Do lại đập này có nhiều ưu điểm và lợi thế nên đập vật liệu địa phương, chủ yếu là đập đất Đập đất đá đổ bảo vệ mái được ứng dụng nhiều so với các loại đập khác như đập bê tông, đập đá xây… Tuy tỉ lệ số lượng đập đất đá đổ so với đập bê tông ở mỗi quốc gia trên thế giới có khác nhau nhưng nói chung đập đá đổ luôn chiến

tỉ lê cao

1.2.1 S ự phát triển đập trên thế giới

Lịch sử phát triển đập đất đá có từ rất lâu nhưng trước năm 1900 chưa có đập vật liệu địa phương nào cao trên 50m, cho đến năm 1930 vẫn chưa có đập nào cao trên 100m Trên thế giới vào nửa sau của thế kỷ XIX ở một số nước như (Anh, Pháp, Mỹ) đã bắt đầu một chương trình xây dựng xây dựng các công trình thuỷ lợi lớn Do đó xuất hiện

8

các yêu cầu cần thiết cho việc tính toán và nghiên cứu những phương pháp xây dựng phù hợp Cuối thế kỷ XIX đã có những phương pháp tính khác nhau về ổn định và thấm cho đập Phương pháp đắp đập bằng cơ giới thuỷ lực (Phương pháp bồi lắng) đã được ứng dụng phổ biến ở Mỹ

Trong những năm 1920 – 1930 việc xây dựng đập rất phát triển Nhờ ứng dụng cơ giới hoá cao, nhiều đập cao và có khối lượng đào đắp lớn, sử dụng đa dạng vật liệu đất, đá, cát, sỏi Đập đá đổ có tường nghiêng chống thấm bằng các loại vật liệu như bê tông, nhựa đường, gỗ đã bắt đầu được xây dựng phổ biến

Ngày nay có rất nhiều đập cao là đập đất, đá hốn hợp như: Đập Anderson Ranch (tại Mỹ) xây dựng năm 1950 cao 139m; Đập Xerơ Pongxong ( tại Pháp ) xây năm 1961 cao 122m; Đập Bariri ( Brazin) xây năm 1967 cao 112m ( Ngô trí viềng và nnk,

2004, tr 108)

ICOLD là một tổ chức phi chính phủ nhưng là tổ chức đại diện cho hơn 80 nước xây dựng đập Tổ chức này xúc tiến trao đổi ý kiến và rút kinh nghiệm giữa các khu vực trong thiết kế, xây dựng và vận hành, bao gồm cả điều kiện môi trường Mặt khác hội đập lớn nhiều nước đã công trên các website của mình danh mục đập và hồ chứa Cụ thể Hội đập lớn Nhật bản (JCOLD) thống kê các đập cao 15 – 30m (chủ yếu là đập đất ) được xây dựng từ năm 400 đến 2009 có khoảng 2300 đập; Đập cao trên 30m từ năm 700 đến 2009 ( chủ yếu là đập đất hoặc đập đất đá hỗn hợp )vì đây là loại đạp chịu động đất tốt nhất mà nhật bản là Quốc gia chịu động đất thường xuyên

Trước năm 1950, trong tổng số các loại đập đất, đá và đập bê tông có chiều cao trên 15m đã được xây dựng trên thế giới thì đập đất, đá chiếm tỷ lệ khoảng 62% Vào những năm 1951 đến 1977 tỷ lệ là 75% và vao những năm 1978 đến 1982 do sự phát triển mạnh của các thiết bị cơ giới cỡ lớn mà tỷ lệ này là 83,5% Những năm trở lại đây do có sự phát triển của loại đập trọng lực bằng bê tông đầm lăn thì tỷ lệ trên có giảm nhưng các đập lớn bằng vật liệu đất đá vẫn phát triển rất mạnh, đập lớn bằng vật

liệu địa phương chiếm 82,9% [1] (ICOLD, 1988a)

Bảng 1.1 Một số đập lớn đã được xây dựng trước năm 1970 [1]

9

cao ( m) Năm

Maika Canada Kolumbia Đá đổ tường lõi đất 240 1971

Tepukstepek Mexico Lerma Đá xếp bản mặt bê tông 37 1927 Kuoich Anh Gir Gerry Đá xếp bản mặt bê tông 33 1956

1.2.2 S ự phát triển đập ở Việt Nam

Ở Việt nam, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có ít hồ chứa được xây dựng trong giai đoạn này Sau năm 1964 dặc biết khi đất nước thống nhất thì việc xây dựng hồ chứa phát triển mạnh Cũng từ năm 1976 đến nay số hồ chứa xây dựng mới chiếm 67% Không những tốc độ phát triển mạnh, mà về quy mô công trình cũng được xây dựng lớn lên không ngừng, đến thời gian hiện tại đã có nhiều hồ lớn, đập cao

ở những nơi có điều kiện tự nhiên và công tác thi công phức tạp

Thống kê (theo CTTL) năm 2012 có 6648; năm 2015 có 6663 hồ chứa nước thuỷ lợi các loại

Hồ chứa nước lớn năm 2012 có 551 hồ Các tính có nhiều hồ lớn như: Lạng sơn: 45 hồ; Nhệ an: 33 hồ; Quảng nam: 23 hồ; Bình định: 28 hồ; Đắc lắc: 38 hồ; Đắc nông: 15

hồ Chủ yếu đập ở các hồ chứa này là đập đất đập đất, đá hỗn hợp

Bảng 1.2 Số lượng và phân loại hồ chứa thuỷ lợi ( theo CTTL)

10

2012

Thống kê

Bảng trên cho chúng ta thấy hồ chứa thuỷ lợi thời gian qua nâng cấp rất nhiều hồ chứa,

hồ xây mới ít nên con số thống kê năm 2015 khác nhiều năm 2012 theo CTTL Tuy nhiên số lượng đập được thống kê theo chiều cao H = 15- 30m và H> 30m chưa có con

số chính xác (Theo thống kê của PGS.TS Lê Văn Hùng, Bộ môn Công nghệ xây dựng, Trường Đại học thuỷ lợi) vê hồ và đập do CTTL quản lý đến năm 2015 số đập cao từ 30m trở lên là 63 hồ; số hồ cao từ 15m đến dưới 30m là 492 hồ

Đập lớn có chiều cao trên 50m phổ biến nhất do Bộ công thương và các chủ đạp khác quản lý chủ yếu là đập thuỷ điện Ngoài ra loại đập bê tông và bê tông đầm lăn, đá đổ

và đá đổ bản mặt bê tông chiếm đa số

Đập đá đổ được ứng dụng rộng rãi cho đập có chiều cao lớn như: Thác bà, hoà bình, Hàm thuận- Đa mi vv…Các đập này chống thấm chủ yếu là lõi giữa bằng đất sét Nếu chống thấm bằng đất sét ở giữa hoặc tường nghiêng cũng bằng đất sét có đặc điểm chịu động đất tốt, ổn định Nhưng do hệ số mái quá thoải nên rất tốn kém về vật liệu, đường tháo nước thi công ta phải làm dài nên cũng tốn kém Ngoài ra loại đập này còn

bị hạn chế là khó khăn khi thi công trong điều kiên mùa mưa Do đường thi công, công tác khoan nổ khó khăn …

Bảng 1.3 Thống kê đập đá đổ

3 Tuyên Quang Gâm Đá đắp bản mặt bê tông 93 2002- 2008

5 Rào Quán Rào Quán Đá đắp bản mặt bê tông 75 2003-2008

PNoi Đá đổ bản mặt bê tông 102 2006-2011

1.3 Yêu c ầu về thiết kế và thi công đập đá đắp đầm nén bản mặt bê tông

Việt nam đã ứng dụng xây dựng đập đá đổ đầm nén bản mặt bê tông (Concrete Face Rockfill Dam – CFRD) khá nhiều trong những năm gần đây (Bảng 1.3) Loại đập này

có mặt cắt gọn so với đập đá đổ (không đầm nén), sử dụng các loại lu rung cỡ lớn để đầm đá theo từng lớp Đập chống thấm bằng bản mặt bê tông cốt thép

1.3.1 Yêu c ầu về thiết kế

Khi thiết kế đập đá đổ nói chung hay tất cả các loại đập khác yêu cầu về thiết kế phải tuân thủ nghiêm túc các bước sau đây

3) Không cho phép nước tràn qua đỉnh đập;

4) Có các thiết bị bảo vệ đập khỏi bị tác hại của sóng, gió, mưa, nắng…

5) Lựa chọn loại đập đá đắp dầm nén bản mặt bê tông cấu tạo các bộ phận, thời gian thi công hợp lý, sử dụng và quản lý thuận lợi, giá thành rẻ

Tuân thủ đúng QCVN 04-05/ 2012 BNNPTNT Các quy định chủ yếu về thiết kế công trình thủy lợi

1.3.2 Yêu c ầu về thi công đập đá đắp đầm nén bản mặt bê tông

Về nguyên tắc dây chuyền thi công rải, san, đầm cho đập đá đắp đầm nén vẫn giống như dây chuyển thi công cho đập đất hốn hợp Tuy nhiên trong quá trình thi công cần trú trọng mối quan hệ giữa các khối đắp khác nhau như tường tâm, các khối chuyển tiếp, khối đá đổ về trình tự đắp và chiều dày của mỗi lớp rải Việc đầm nén thường sử dụng đầm lu rung bánh hơi hoặc bánh thép, chiều dày của lớp rải 1÷ 2m Đầm bánh hơi có bộ phận rung 10÷50T, đầm bánh thép >19÷25T, rung > 32T

Cường dộ thi công thường chia ra các giai đoạn và trình tự thi công các khối đắp khác nhau trên cơ sở phương án dẫn dòng và thời hạn thi công đã định Cường độ thi công của mỗi giai đoạn còn phụ thuộc và khối lượng và thời gian hoàn thành khối lượng đó Trong suốt quá trình thi công các khâu phải phối hợp nhịp nhàng, tuần tự, không sảy ra trường hợp bỏ tróng một công đoạn nào Sẽ dẫn đến làm giảm tiến độ

1.4 Yêu c ầu về thi công và công tác khai thác vật liệu

1.4.1 K ỹ thuật thi công đá đổ

Cấu tạo của đập đá đổ bao gồm hai bộ phận chủ yếu là khối chịu lực có hệ số thấm lớn, độ ổn định cao và khối chống thấm Tùy thuộc vào cấu tạo và vị trí của khối

− Thi công khối chống thấm

Giữa khối chịu lực và khối chống thấm có các lớp đệm, chuyển tiếp để tránh xói ngầm (lọc ngược) hoặc để giảm bớt lún, chuyển dịch của khối chống thấm

-Trong luận văn này tác giả chỉ nghiên cứu và đi sâu vào chuyên mục kỹ thuật thi công đập đá đầm nén Đập đá đổ thường dùng vật liệu tại chỗ, kỹ thuật thi công đơn giản Thi công đập đá đổ là một dây chuyền sản xuất liên tục bao gồm các khâu Nổ mìn khai thác đá, đào đá vận chuyển, đổ, san, đầm Trong vận chuyển đá phải xét đến việc vận chuyển đá lên mặt đập trong các thời kỳ đập nâng cao dần

1.4.1.1 Nh ững điều cần chú ý và những đặc điểm của thi công đập đá đổ

- Khối lượng công trình đắp đá thường rất lớn

- Kỹ thuật thi công đập đá đổ tương đối đơn giản có thể thi công bằng cơ giới hoặc thủ công

- Khi thi công ta có thể cơ giới hoá toàn bộ các dây chuyền sản xuất nhờ vậy ta đắp được nhiều đập cao

- Thi công đập đá đổ ta cần chú ý và coi trọng công tác đẫn dòng thi công để bảo đảm tiến độ thi công nhịp nhàng đặc biệt ở giai đoạn lấp sông (hạp long) là phức tạp nhất

- Trong khu vực đập và bãi khai thavs vật liệu phải có công trình tháo nước để đảm bảo toàn bộ khu vực thi công luôn khô, ráo

14

1.4.1.2 Nguyên t ắc thi công cơ giới đối với đập đá đổ

- Phải đảm bảo cho các máy chủ yếu phát huy được tác dụng cao nhất do đó các máy dào, xúc đá như máy đào 1 gàu và công tác khoan nổ mìn là nhiện vụ hoàn thành trong khâu khai thác vật liệu

- Số lượng các máy và phương tiện vận chuyển trong một đây chuyền đồng bộ được xác định bởi năng xuất của máy chủ yếu Số lượng đây chuyền được xác định bởi khối lượng công việc và thời gian hoàn thành

- Việc lựa chọn thành phần thiết bị máy thi công, nhân công cho một dây chuyền đồng bộ được tiến hành cho từng công trình bằng cách so sánh các phương án theo chỉ tiêu thiết kế kỹ thuật

- Qui hoạch bãi vật liệu:

Vật liệu dùng đắp đập thường là đá, đất làm lõi chống thấm các bãi vật liệu trong các thời kỳ thiết kế đều phải thăm dò mới mức độ khác nhau, nội dung công việc gồm đo đạc địa hình, khoan thăm dò địa chất lấy mẫu thí nghiệm, tính toán trữ lượng v.v

- Nguyên tắc chọn bãi vật liệu

Chất lượng đất, đá phải phù hợp với yêu cầu thiết kế và tương đối đồng nhất Đối với đất đắp lõi chống thấm lượng ngậm nước không chênh lệch quá lớn so với lượng ngậm nước tốt nhất

Nên chọn bãi vật liệu gần đập để giảm quãng đường vận chuyển, nhưng cũng không nên quá gần vì quá gần sẽ ảnh hưởng đến ổn định của đập, bãi vật liệu nên chọn cách chân đập ít nhất là 100m

Nên chon bãi vật liệu có lớp phủ mỏng, ít cây cối để thuận tiện cho việc khai thác Trành chọn bãi vật liệu có địa hình dốc, nơi vật liệu bị chôn quá sâu hoặc nằm dưới mực nước ngầm Chú ý địa thế của bãi vật liệu phải thuận tiện cho việc tháo nước mặt

và nước ngầm

15

Chia bãi vật liệu thành bãi chủ yếu và bãi dự trữ Trữ lượng của bãi chủ yếu phải lớn hơn khối lượng đập tuef 50- 100% Bãi vật liệu dự trữ nên chon ngoài lòng hồ để đề phòng vãi chủ yếu bị ngập nước khi hồ trữ nước hoặc mực nước dâng cao làm cho vật liệu quá độ ảm cho phép, trữ lượng bãi dự trữ thường bằng 20 – 30% bãi củ yếu

- Kế hoạch sử dụng bãi vật liệu:

Quá trình khai thác sử dụng bãi vật liệu cần theo nguyên tắc sau:

Lợi dụng đá, đất đào của những công trình khác lân cận để đắp đập, như vậy sẽ giảm được giá thành công trình

Trình tự sử dụng bãi vật liệu có liên quan đến vị trí đắp đập theo yêu cầu để tận dụng hết vật liệu và tăng tốc độ đắp đập nên tuân theo quy định sâu: đá, đất chỗ thấp đắp nơi thấp, chỗ cao đắp nơi cao, chỗ nào gần dùng trước chỗ nào xa dùng sau

Để tránh trường hợp đường vận chuyển bị ngập nước nên sử dụng bãi vật liệu thượng lưu trước, bãi vật liệu hạ lưu sau, hoặc để trành bớt vận chuyển chồng chéo nhau Mở rộng diện tích công tác, có thể đồng thời đùn cả bãi thượng, hạ lưu mục đích sao cho cao trình mặt đập được đắp nhanh đảm bảo tiến độ thi công

Cao trình của bãi vệt liệu phải phối hợp chặt chẽ với cao trình của các đoạn thân đập, cần chú ý sắp xếp vận chuyển giữa các loại vật liệu, tránh hiện tượng vận chuyển ngược chiều hoặc chồng chéo lên nhau

Các bãi vật liệu ở các vị trí thuận tiện nên giành đến giai đoạn đắp đập đến cao trình chống lũ

- Xúc và vận chuyển đá lên đập:

Trước khi khai thác bãi vật liệu ta cần phải don vệ sinh như chặt cây, bỏ lớp phủ, hoặc lớp đất, đá không phù hợp cho công trình, đồng thời làm tốt hệ thống thoát nước đảm bảo cho vật liêu đạt chuẩn, kết hợp làm cho đường vận chuyển luôn khô ráo

Việc chọn công cụ hoặc máy đào và vận chuyển chủ yếu dựa vào các nhân tố sau: + Khối lượng công trình lớn hay nhỏ

16

+ Cự ly vận chuyển xa hay gần

+ Khối đá cần khai thác dày hay mỏng, nông hay sâu

Đập đá đổ được ứng dụng nhiều trên thế giới và việt nam Ví dụ: Đập Hoà Bình cao 125m là đập đá đổ có tường tâm đất sét

Hiện nay đập đá đổ và đá đổ bê tông bản mặt đang được ứng dụng nhiều vì có các ưu diểm sau: chiều cao có thể > 100m thi công nhanh, ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời thiết, về mùa lũ ta có thể cho nước tràn qua đập…

Ưu điểm:

- Sử dụng vật liệu tại chỗ

- Ít chịu ảnh hưởng của thời tiết trong quá trình thi công

- Kỹ thuật thi công đơn giản, trình tự thi công không phức tạp, mức độ cơ giới hoá cao

- Cho nước tràn qua nếu đang thi công vào mùa lũ

- Yêu cầu về nền móng không cao

- Thích hợp cho khu vực hay sảy ra động đất

1.4.2 K ỹ thuật thi công đá đắp đầm nén

Đắp đập chỉ được tiến hành khi đã xử lý xong nền và vai đập Công tác đắp tại khu vực sát bản chân chỉ được tiến hành khi bê tông bản chân tương ứng đã hoàn thành và

17

cường độ đạt tới 1 giá trị an toàn Có thể dắp 1 phần thân đập ở 2 bên vai trước khi ngăn dòng, nhưng phải tính đến khả năng thoát lũ Sau khi đào xong hố móng có thể đắp một bộ phận đập cùng lúc với việc đào móng hoặc đổ bê tông bản chân

Trước khi đắp đập phải làm thí nghiệm đầm nén để quyết định các tham số cho thi công đồng, thời kiểm tra lại các thông số thiết kế đã quy định thậm chí kiến nghị điều chỉnh khi cần thiết

Khu vực vùng đệm (IIA, IIB) vùng chuyển tiếp (IIIA) và một phần vùng đá chính (IIIB) phải cùng thi công đồng thời, độ cao đắp chú ý phải phối hợp nhịp nhàng với nhau để đảm bảo độ đầm chặt và năng xuất đầm Phần còn lại có thể phân chia khu vực, phân chia thời đoạn để đắp tuỳ điều kiện cụ thể; ở các mái ngang, dọc đều có thể

bó trí đường thi công Theo kinh nghiên thông thường băng thường lưu sẽ chậm hơn băng hạ lưu Vì phải chờ để có mặt bằng thi công, bạt mái, lăn ép vữa mái, đổ bê tông bản mặt Bố thí tiến độ cần giảm thiếu sự chênh lêch này

Phải nghiêm túc khống chế chất lượng vật liệu đắp đập, loại đá , cấp phối và hàm lượng đất dưới mức cho phép Đá không dủ diều kiện, nghiêm cấm không được dùng đắp đập, vật liệu không đủ quy cách dứt khoát phải loại trừ ra khỏi đập

Các thiết bị quan trắc phải lắp đặt theo thiết kế và phải có biện pháp hứu hiệu để bảo

vệ, đặc biệt là trong quá trình thi công, có một số thiết bị quan traqcs sau khi đã lắp đặt

sẽ dược vận hành trong quá trình thi công

Khi phải đồng thời vừa đắp đập vừa đổ bê tông bản mặt , phụt vữa nền đào móng tràn

xả lũ thì phải quy hoạch bố trí hiện trường mặt bằng thi công một cách khoa học, tránh ảnh hưởng lẫn nhau, bảo đảm an toàn, kịp tiến độ và chất lượng thi công

Công tác bố trí các dây chuyển, thiết bị thi công phải hớp lý Chú ý công tác rải, san, đầm và lấy mẫu đảm bảo không có công đoạn nào phải chờ, trên mặt đập phải cắm các cọc tiêu ranh giới đắp các vùng vật liệu khác nhau, phải có cán bộ kỹ thuật hướng dẫn

để tránh hiện tượng phân cỡ, phân tầng tại nơi ranh giới các vùng vệt liệu máy ủi phải san theo hướng song song với trục đập

18

Toàn bộ phần tiếp giáp của khối đắp đập với nền đập, với 2 vai đập yêu cầu với bê tông thì phải được đắp bằng vật liệu vùng chuyển tiếp ( IIIA) và phải sử dụng loại đầm thích hợp

Vùng đệm đặc biệt ( IIB) dưới khe kết ấu phải đắp bàng thủ công kết hợp cơ giới dùng các loại máy đầm chấn động nhỏ để đầm chặt

Khi dắp vật liệu cho vùng đệm và vùng chuyển tiếp chú ý phải tranghs hiện tượng phân cỡ, phân tầng Đắp trước khối (IIIA) dùng máy đào bạt theo mái thiết kế đồng thời chú ý loại bỏ vật liệu có kích thước D > 300mm

Đắp dôi biên vùng đệm để đảm bảo sau khi bạt mái thí khối đắp đạt được dụng trọng thiết kế Phải dôi ra về thượng lưu 20 – 30cm Nếu dùng đầm chấn động mặt phẳng để đầm thì chiều rộng đôi ra của vùng đệm có thể giảm nhỏ, nếu dùng đầm chấn động tự hành thì mép đầm cách mép vùng đệm không quá 40cm

Khi đắp đá đầm nén cần tuân thủ nguyên tắc: Các máy rải, san, đầm đều di chuyển trên cùng mặt bằng của lớp đá đang đắp ( đắp lấn dần) ; chiều dày lớp đầm căn cứ theo kết quả thí nghiệm đầm nén hiện trường Chiều dày lớp đầm H >1,2Dmax; Đá quá cỡ xử

lý bằng cách dùng máy đào vùi sâu hoặc dùng máy đục phá đá

Khi đầm nén đá đắp đập ta cần tưới nước để làm mềm bề mặt đá, lượng nước tưới cần thiết được xác định thông qua thí nghiệm đầm nén hiện trường

Thiết bị thi công chủ yếu là thiết bị cơ giới có công xuất lớn mới đáp ứng được chất lượng và tiến độ, máy xúc đá yêu cầu dung tích gầu 2.3m3; Máy san đá yêu cầu công xuất 150- 180cv; Ô tô vận chuyển tử 15 tấn đến 40 tấn Lu rung tải trọng tĩnh > 18 tấn, lực xung kích khi rung > 30 tấn Khi đầm phải phân khu, phân đoạn, mỗi dải đầm

trùng lên nhau không nhỏ hơn 1,0m, thánh đầm sót Riêng đầm là mặt nghiêng khi sửa mái lớp đệm sử dụng lu rung 10-12 tấn

Xử lý tiếp giáp giữa các khối đắp trước và khối đắp sau theo chiều dọc và ngang, nên làm thành bậc, chiều rộng mỗi bậc không nhỏ hơn 1,0m Nếu mặt bằng nhỏ không đánh bậc được cũng có thể để mạch tiếp giáp là mái dốc, nhưng khi đắp tiếp phải xửa

1.4.3 Công tác v ật liệu

Công tác về vật liệu để đắp đập đá đổ bao gồm: yêu cầu về cường độ của đá, yêu cầu

về cấp phối đá và yêu cầu về trữ lượng của mỏ đá

1.4.3.1 Yêu c ầu về cường độ của đá

Vật liệu chính dùng để thi công đập đá đổ là đá Tùy theo hình thức chống thấm cho đập có thể sử dụng thêm các loại vật liệu khác như cát, cuội sỏi, đất sét, xi măng… Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu như sau:

Đối với đập có chiều cao > 60m yêu cầu cường độ kháng nén của đá R≥60 MPa; phần

đá chịu tác dụng của sóng ở mái thượng lưu R≥80MPa;

Đối với đập có chiều cao từ 20 đến 60m yêu cầu cường độ kháng nén của đá R = (50 ÷ 60) MPa;

Đá đổ thường đòi hỏi cường độ cao, không lẫn đất; còn đất đá hỗn hợp thường đòi hỏi

đá cường độ không cao

Tuy vậy, gần đây với việc ứng dụng đầm rung cỡ lớn đắp đá đầm nén, yêu cầu về chất lượng đá đòi hỏi thấp hơn (R<60, thậm chí vùng mặt cắt đập ít chịu ảnh hưởng của nước R=30-40 như ở đập Tuyên Quang)

20

1.4.3.2 Yêu c ầu về cấp phối của đá

Để đảm bảo chất lượng đắp đá đòi hỏi thành phần cấp phối của đá sau khai thác phải nằm trong phạm vi đường bao cấp phối cho phép Theo Tolbot thành phần cấp phối hạt của đá xác định theo công thức sau:

Khi khai thác cần phải xác định cấp phối của đống đá sau khi đã nổ mìn ở hiện trường,

để làm cơ sở cho công tác điều chỉnh cấp phối Có nhiều cách điều chỉnh cấp phối cho công tác khai thác trong luận văn này tác giả không đi sâu các kết quả điều chỉnh cấp phối đã công bố của các tác giả Mà chỉ giới thiệu một số các phương trình điều chỉnh cấp phối đã công bố

Phương trình lý thuyết thứ 3 của Bond:

Phương trình lý thuyết thứ ba của Bond được sử dụng để xác định các thông số về cấp phối đá trong nổ mìn

11

21

Ec: Chỉ số công của Bond; Ecđược xác định bằng năng lượng yêu cầu để phá vỡ đá có kích thước hữu hạn thành sản phẩm mà 80% sản phẩm này lọt qua mắt sàng 100mm đặc trưng cho độ bền của đá được phá vỡ do nổ mìn Giá trị của chỉ số Ec có thể tính theo công thức kinh nghiệm của DaGamma (1983) như sau

Ec = 15,42 + 27,35

F50/W

(1-3)

F50: là kích thước vật liệu mà 50% sản phẩm (đá) lọt qua sàng đó, (m)

W: là chiều dài đường cản ngắn nhất, (m)

Năng lượng yêu cầu (Ef) có thể được coi như là năng lượng đầu vào, được xác định từ loại thuốc nổ và chỉ tiêu thuốc nổ như sau

1

00365 , 0ρ

q E

P80, F80: Các kích cỡ sản phẩm đá nổ phá thiết kế yêu cầu và thực tế Trong đó, chỉ số

80 có nghĩa là kích thước thành phẩm đá tương ứng với cỡ mắt sàng lọt qua 80% tổng

số đá; Thông số F80có thể được xác định bằng kỹ thuật phân tích sự phân bố các cỡ đá ngoài hiện trường

Phương trình Rosin – Rammler:

Phương trình Rosin- Rammler sử dụng để xác định đường cong biểu diễn sự phá vỡ đá

từ giá trị P80 và hệ số đồng dạng của sự phân bố cấp phối, được xác định từ các thông

số thiết kế nổ mìn theo kinh nghiệm sau:

22

Trong đó :

Sx: Cỡ sàng mà thành phần x lọt qua trong đường cong lũy tích

S63,2: Cỡ đá đặc trưng

n*: Số mũ đồng dạng (số mũ Rosin - Rammler), xác định dạng của đường cong

Giá trị của n* có thể được xác định bằng công thức kinh nghiệm của Cunningham (1987) như sau:

n* =

H

L L

L L W

s W

a W

1 , 0

1 1

5 , 0 0 , 14 2 ,

2

1 , 0 5

, 0

Lkt: Chiều dài khoan thêm, (m)

Lct: Chiều dài cột thuốc nổ tính đến chân tầng, (m)

L: Tổng chiều dài nạp thuốc nổ, (m)

s: Sai số cho phép (tiêu chuẩn) của độ chính xác về khoan lỗ, (m)

H: Chiều cao tầng khoan nổ, (m)

Cỡ đá đặc trưng S63,2 là một đặc điểm về toán học Nó xác định xu thế của đường cong khi S = S63,2, do đó:

23

Bảng 1.4 Cấp phối đá đắp đập chính San Gabriel (1939) cao 114m

TT

Đường kính đá (mm)

Tỷ lệ (%)

Yêu cầu đối với vật liệu làm tầng lọc ngược ở phần chuyển tiếp như sau:

Hình1.4 Đường cong thành phần hạt (cấp phối hạt) D10, D30, D60 – Là đường kính mắt sàng mà đất đá lọt qua chiếm 10%, 30%, 60% khối lượng mẫu đất đá đem sàng

Yêu cầu thoát nước thấm:

24

d15, d85: đường kính của loại vật liệu hạt nhỏ kế cận có lượng lọt sàng là 15% và 85% Phần chuyển tiếp thường có hệ số thấm K = 10-2 (cm/s) (tương đương đất cát bãi bồi ven sông)

Đối với đập tường lõi sét, phần chống thấm thường sử dụng đất sét K = (10 -5

÷ 10 -7 ) (cm/s), độ ẩm: W = (22 ÷ 27) %, dung trọng: γ k = (1,5 ÷ 1,6) (T/m 3 ); độ mềm dẻo thích ứng với biến dạng của đập mà không bị nứt, dễ thi công, chống trượt tốt

1.4.3.3 Yêu c ầu về trữ lượng của mỏ đá

Để có cơ sở xác định trữ lượng mỏ đá cần xem xét đến các hệ số sử dụng và tổn thất liên quan đến công tác khai thác đá như:

a) Hệ số tơi xốp (nở rời) của đá sau nổ mìn: K = (1,470 ÷ 1,475)

Khi đã biết dung trọng của đá nguyên khai γc và dung trọng đá đắp theo thiết kế γtk

cùng với tỷ lệ tận dụng đá sau khi đã kể đến các tổn thất đá thì hoàn toàn có thể tính toán được khối lượng đá cần khai thác ở mỏ Căn cứ vào đó để xác định trữ lượng mỏ khi kể đến các hệ số an toàn và dự trữ

Ví dụ tính toán lượng đá nguyên khai tại mỏ để đắp đập:

Bảng 1.5 Cơ sở tính lượng đá cần thiết và yêu cầu về trữ lượng mỏ [2]

kể đến hao hụt (Hệ số tận dụng là 100%)

Khối lượng đá nguyên khai khi hệ số tận dụng là 91%

Khối lượng đá nguyên khai khi hệ số tận dụng là 93%

Khối lượng đá nguyên khai khi hệ số tận dụng là 95%

1.5 Đặt vấn đề nghiên cứu

Việt nam đã ứng dụng nổ mìn khai thác đá đắp đập rất phổ biến Tuy vậy, việc thí nghiệm bài bản và ứng dụng thi công đại trà và hiệu quả chỉ được ứng dụng chính thức

bộ phận cấu tạo nên nó phải thực sự được thi công đồng bộ đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

cao Điều này chỉ có thể đảm bảo khi có các thiết bị thi công có công suất lớn, hiện đại

Mọi yêu cầu với công tác thiết kế và thi công đập đá đổ và đập đá đắp đầm nén bản mặt bê tông rất chặt chẽ và nghiêm ngặt Trong đó, thi công đảm bảo đập ổn định trong suốt thời gian thi công và vận hành Hiệu quả kinh tế và rút ngắn thời gian thi công do ứng dụng nổ mìn cấp phối cần đươc đánh giá kỹ và rút ra bài học về lý thuyết

và thực tiễn

Ở Việt Nam, các điều kiện để thi công đập đá đổ và đập đá đắp đầm nén bản mặt bê tông phát triển mạnh những năm gần đây Các đập được thiết kế và thi công bởi các đơn vị tư vấn và nhà thầu trong nước, các đập đang vận hành an toàn như Thủy lợi - Thuỷ điện Quảng Trị, Thuỷ điện Tuyên Quang, Thuỷ lợi - Thủy điện Cửa Đạt Đây là bước tiến đáng kể về công tác đào tạo, tiếp cận và ứng dụng công nghệ tiên tiến trên thế giới về xây dựng đập

Ngoài nội dung tổng quan đã trình bày, các chương sau tập trung nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn nôe mìn khai thác đá Từ đó, làm sáng tỏ và đánh giá kết quả nổ mìn cấp phối khai thác đá đắp đập Cửa Đạt, Thanh Hóa

độ rất cao, thể tích khí tăng lên rất lớn, do đó áp suất tăng rất cao Áp lực lớn đó sinh

ra sóng xung kích rất mạnh, phá hoại môi trường xung quanh Nổ mìn thuộc loại hiện

tượng nổ hóa học

2.1.2 Lý lu ận cơ bản về nổ phá

Khi thuốc nổ bị kích thích (va đập, tia lửa, nhiệt độ cao) phát sinh phản ứng hoá học, phản ứng nổ sinh ra khí, đồng thời sinh ra nhiệt 1500÷4000oC, áp suất 6000÷8000atm

áp lực lớn gây ra sóng xung kích phá hoạ môi trường xung quanh

Theo lí thuyết thủy động lực học thì sự kích nổ là nguyên nhân lan truyền sóng va đập trong khối chất nổ Sóng va đập gây ra áp lực, nhiệt độ và mật độ chất nổ thay đổi tăng vọt Khi đó trên mặt sóng xảy ra sự đốt nóng tích cực các lớp mỏng của khối chất nổ

và làm tiến triển phản ứng hóa học hơn, do đó năng lượng của nó duy trì sự ổn định các thông số của sóng và tính chất không biến động của quá trình trình kích nổ nói chung

Sóng đập (vùng nén) và sóng ở gần vùng nén gọi chung là sóng kích nổ Sóng đập có đặc điểm sau:

- Tính độc biến và không đối xứng của biên độ áp lực, ứng suất;

- Tốc độ lan truyền phụ thuộc vào độ lớn của biên độ;

- Sự dịch chuyển của môi trường do sự dịch chuyển của mặt sóng;

- Áp lực, mật độ và nhiệt độ thay đổi tăng vọt

28

Hình 2.1 Biểu đồ thể hiện biến đổi ứng suất theo thời gian khi nổ mìn

Do tốc độ kích nổ của chất nổ lớn hơn rất nhiều so với tốc độ lan truyền sóng ứng suất trong đất đá Vì vậy bề mặt đất đá tiếp thu tác dụng nổ đồng thời trên toàn bộ diện tích tiếp xúc lượng thuốc với đất đá Trên bề mặt ranh giới giữa lượng thuốc và đất đá sóng kích nổ chuyển thành sóng đập với biên độ rất lớn Sóng đập nghiền nát đất đá rất mạnh trong điều kiện nén các phía không đều đặn; càng xa lượng thuốc nổ thì biên độ sóng đập càng giảm Dưới tác dụng của sóng và khí nổ, đất đá gần lượng thuốc bị nén

ép và chuyển dịch nhanh sau mặt sóng ứng suất Do đó mà tạo thành vùng biến dạng mạnh với hệ thống nhiều nứt nẻ cắt nhau

Dưới tác dụng của sóng ứng suất và khí nổ (lan truyền từ lượng thuốc) theo đường hướng tâm phát sinh ứng suất nén và theo hướng tiếp tuyến phát sinh ứng suất kéo, do

đó trong đất đá xuất hiện những nứt nẻ hướng tâm Càng xa lượng thuốc nổ thì ứng suất kéo tiếp tuyến càng giảm và sẽ nhỏ hơn sức kháng của đất đá Vì vậy đến một khoảng cách nhất định thì đất đá không bị phá vỡ mà các phần tử của nó chỉ dịch chuyển dao động mà thôi

Để nghiên cứu dễ dàng ta giả thiết:

Môi trường là đồng đều, tức là tác dụng nổ phá gây ra theo mọi phương là như nhau:

- Môi trường đá là vô hạn;

- Bao thuốc dạng hình cầu

29

Trên cơ sở đó tạm thời phân chia phạm vi tác dụng của nổ phá làm 4 vùng giới hạn là

4 mặt cầu đồng tâm với tâm khối thuốc nổ Đất đá mỗi vùng chịu tác dụng ở mức độ khác nhau:

Hình 2.2 Sơ đồ tác dụng nổ phá

1 Vùng nén ép (vùng nát vụn);

2 Vùng văng đi: đất đá bị phá vỡ và có thể bị văng đi nếu ở gần mặt thoáng;

3 Vùng long rời: đất đá bị phá vỡ kết cấu, hình thành hệ thống khe nứt;

4 Vùng chấn động: đất đá bị dao động nhưng không bị phá vỡ kết cấu

2.1.3 Tác d ụng của mặt thoáng và sự hình thành phễu nổ

2.1.3.1 Tác d ụng của mặt thoáng

Khi gần nguồn nổ có mặt thoáng, do hiện tượng sóng phản xạ từ mặt thoáng, sự giãn

nở của đá lan truyền từ mặt thoáng trở lại gây nên ứng suất kéo có tác dụng phá hoại đất đá mạnh hơn nhiều so với sóng nén Như vậy mặt thoáng có tác dụng nâng cao hiệu quả đập vỡ đất đá

2.1.3.2 S ự hình thành phễu nổ

Khi khoảng cách từ tâm bao thuốc nổ tới mặt thoáng nhỏ hơn bán kính phá hoại R thì một phần đất đá chuyển động về phía mặt thoáng Phương vận tốc chuyển động trùng với phương của bán kính phá hoại R Đất đá văng đi và hình thành phễu nổ

30

Hình 2.3 Sơ đồ phễu nổ W- đường cản ngắn nhất; r- bán kính phễu nổ; R- bán kính

phá hoại; h- độ sâu nhìn thấy

Các đặc trưng của phễu nổ:

n=1 gọi là nổ văng tiêu chuẩn;

0,75<n<1 gọi là nổ văng yếu;

Khi n ≤0,75 đất đá chỉ bị phá vỡ nhưng không văng đi được gọi là nổ om;

Trường hợp mặt đất không bị phá hoại gọi là nổ mìn ngầm

Trong xây dựng thuỷ lợi dùng nổ mìn văng mạnh theo một hướng nhất định gọi là nổ mìn đinh hướng dùng để đắp đập đào kênh Nổ mìn om dùng để đào móng, khai thác

2.1.4 Tính toán lượng thuốc nổ

2.1.4.1 Khái quát v ề phân loại bao thuốc

Bao thuốc tập trung là bao thuốc hình cầu, hình lập phương, hình trụ, lăng trụ nếu như chiều dài không vượt quá 5 lần chiều rộng nhỏ nhất của mặt cắt ngang bao thuốc Ngoài ra thì gọi là bao thuốc hình dài

Trường hợp bao thuốc hình T, I, + thì sử dụng hệ số tập trung Φ

b

V

3

62 , 0

=

Trong đó:

V- thể tích bao thuốc;

b- khoảng cách từ tâm bao thuốc đến điểm xa nhất của bao thuốc;

Φ>0,41 là bao thuốc tập trung

2.1.4.2 Tính lượng thuốc nổ với bao thuốc tập trung

Trong đó:

Q- khối lượng thuốc nổ (kg)

K- Chỉ tiêu thuốc nổ hay còn gọi là lượng hao thuốc đơn vị là lượng thuốc cần thiết để

nổ phá 1m3đá(kg/m3) K phụ thuộc vào loại thuốc nổ, loại đá, đặc điểm về cấu tạo địa