Tài liệu Áp lực đất đá tác dụng lên kết cấu chống đỡ trong quá trình đào đường hầm khi xuất hiện các đới yếu do nổ mìn thi công gây ra xác định áp lực đất đá tác dụng lên kết cấu chống đỡ để từ đó tìm được kết cấu thích hợp với từng loại đất đá.
ÁP LỰC ĐẤT ĐÁ TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU CHỐNG ĐỠ TRONG QUÁ TRÌNH ĐÀO ĐƯỜNG HẦM KHI XUẤT HIỆN CÁC ĐỚI YẾU DO NỔ MÌN THI CƠNG GÂY RA ThS Dƣơng Thị Thanh Hiền, TS Đồng Kim Hạnh, KS Nguyễn Thị Huệ Bộ môn Công nghệ Quản lý xây dựng Đại học Thủy lợi Tóm tắt: Việc thi công hầm phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố Trên giới nay, có nhiều phương pháp đào đường hầm phát triển mạnh Tương ứng với phương pháp mà kết cấu chống đỡ đường hầm khác Nội dung báo đặt phải xác định áp lực đất đá tác dụng lên kết cấu chống đỡ để từ tìm kết cấu thích hợp với loại đất đá ĐẶT VẤN ĐỀ Hầm cơng trình nhân tạo lòng đất, sử dụng phổ biến lĩnh vực khác kinh tế quốc dân mạng lưới giao thông, kho tàng, bể chứa, cơng trình thủy lợi đầu mối cơng trình khác Việc thi cơng hầm phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố Trải qua phát triển công nghệ thi công đường hầm, người đạt thành tựu định Người xưa biết dùng công cụ thô sơ xương, sừng động vật, gỗ, sắt thép để đào Ngày biện pháp thi cơng hầm an tồn, kinh tế đảm bảo môi trường sử dụng rộng rãi như: Phương pháp đào máy khoan đường hầm (TMB), phương pháp thi công Áo (NMT) Na-uy (NATM), Ở Việt nam xây dựng khơng cơng trình phức tạp đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện Hòa Bình, thủy điện Yaly, hầm đường qua đèo Hải Vân Trong q trình thi cơng, hầm chủ yếu đào tầng đá cứng mà không cần phải chống đỡ Tuy nhiên, đường hầm gặp phải khối đá khơng thuận lợi cần phải chống đỡ để ngăn đá đổ sập Những tải trọng quan trọng trình thi cơng có khả tác dụng lên cơng trình ngầm áp lực xung quanh khối đào, áp lực đá áp lực nước Áp lực chủ yếu tác dụng lên vật chống đỡ có áp lực đá, áp lực nước phải xử lí trước mở rộng đường hầm Vấn đề đặt làm để xác định áp lức đất đá tác dụng lên kết cấu chống đỡ trình đào đường hầm? CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN ÁP LỰC ĐẤT ĐÁ TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU CHỐNG ĐỠ TRONG QUÁ TRÌNH ĐÀO ĐƢỜNG HẦM Áp lực chủ yếu tác dụng lên vật chống đỡ q trình thi cơng áp lực đá Áp lực đất đá xuất áp lực khối đá cân bằng; áp lực lớp đá nằm bên áp lực trương nở đá Cho đến chưa có lí luận chặt chẽ, xác thống Hiện tồn hai nhóm phương pháp là: Phương pháp dựa quan sát thực tế giả thiết vòm áp lực (hay gọi phương pháp dựa đánh giá chất lượng đá) với tác giả điển V.Ritter, M.M.Protodiakonov, Komerell, K.Terzaghi, A.Birbaumer,… Nhóm phương pháp có ưu điểm: đơn giản; dễ xác định giá trị cách tính tốn; sử dụng công thức-bảng tra không cần đo trường Tuy nhiên có hạn chế giá trị đưa chưa xác, số phân tích khơng phù hợp với phương pháp đào hầm Thường sử dụng để tính tốn thiết kế kết cấu chống đỡ tạm thời Phương pháp phân loại đá để xác định áp lực đá (còn gọi phương pháp dựa đánh giá số lượng tiêu đá) với tác giả điển hình Deere, Lauffer, Bieniawski, Barton,…Ưu điểm nhóm phương pháp kết tương đối xác hơn; sử dụng kỹ thuật đánh giá kết đại Bên cạnh tồn nhược điểm tính tốn phức tạp phải đo trực tiếp trường Thường sử dụng để tính tốn thiết kế kết cấu chống đỡ vĩnh cửu Cả nhóm khơng tính đến áp lực đất đá nổ mìn tạo Phƣơng pháp xác định áp lực đất đá lên kết cấu chống đỡ xuất đới yếu tác dụng nổ mìn đào hầm sinh Sự hình thành đới yếu trình nổ mìn đào đường hầm định yếu tố cấu tạo địa chất; tải trọng xuất chủ yếu việc mở rộng khe nứt bị clorit hóa; gia cố khơng kịp thời, không đảm bảo chất lượng hay ảnh hưởng nổ mìn Sơ đồ tính tốn: Để thiết kế chống đỡ ban đầu, phương pháp tính tốn phổ biến dựa lí luận vòm cân áp lực Sơ đồ 1: Sơ đồ tính tốn áp lực đất đá chưa xét đến đới yếu nổ mìn gây H: chiều cao đường hầm B: chiều rộng đường hầm b’: chiều rộng đáy vòm đá áp lực φ: góc ma sát đá - Sơ đồ 1: Áp lực phân bố tác dụng lên kế t cấ u chố ng đỡ hầ m q1 = K γ h (1) K: ̣ số phu ̣ thuô ̣c vào kić h thước của đường hầ m, hình dạng vòm áp lực h: ̣t đá áp lực của vòm đào hầ m ta ̣o ra, theo M.M Protodiakonov: h = b 2f k (2) Sơ đồ 2: Sơ đồ tính tốn áp lực đất đá có tác dụng nổ mìn h*: chiều cao tầng nứt nẻ nổ phá b’: chiều rộng đáy tầng nứt nẻ nổ phá b: chiều rộng vòm đá áp lực γ: trọng lượng riêng đá - Sơ đồ 2: Áp lực phân bố tác dụng lên kết cấu chống đỡ là: q = q1(trước lúc đào) + q2(do nổ mìn) (3) Trong đó, q2 kiế n nghi ̣lấ y gầ n đúng q2 = K*γh * (4) K*: ̣ số h*: cô ̣t đá áp lực của đới yế u nổ mìn ta ̣o h*= 1,5 Q v (5) Với [v]: vận tốc dao động cho phép đất đá nổ mìn (m/s), lấ y theo quy phạm thiết kế nổ mìn cơng trình ngầm – Moskva 1972; Q: khối lượng thuốc nổ, theo quy phạm nổ mìn tạo viền Q = 0,2 ÷ 0,4 (kg) 1m dài Qua q trình nghiên cứu tính tốn dựa giả thiết tuyến hầm đặt vùng địa chất đá cứng, hầm tạo nên vòm cân tự nhiên đào đường hầm, vòm áp lực parabol bậc lực tác dụng lên vòm lực nén tâm, tác giả đưa công thức xác định áp lực phân bố tác dụng lên kết cấu chống đỡ sau: o * bγ q= + h*γ + 3f Ứng dụng h γ tg 45 2 ' b (6) Kiểm tra với hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện Hòa Bình với thông số: B = 11m; h = 16m; = 2,7T/m3; = 82o53’; f = - 9(hệ số kiên cố); Theo quy phạm thiết kế nổ mìn cơng trình ngầm – Maxcova 1972, ứng với vùng địa chất đá cứng, vận tốc dao động cho phép đất đá nổ mìn [v] = 1,3m/s, thay vào công thức (5) với Q = 0,4 ta h*=1,29m Từ cơng thức (6) ta có q=11,08T/m Đường hầm nhà máy thủy điện Hòa Bình chưa xét đến tác dụng cột đất đá nổ mìn tạo ra, theo cơng thức Protodiakonov, ta tính tốn q’ = bγ = 7,57 T/m 3f Như vậy, áp lực phân bố kết cấu chống đỡ tăng thêm 31%, phù hợp với khuyến cáo thiết kế công trình thủy điện Hòa Bình, nên tăng thêm (20-30%) áp lực để tính tốn thiết kế kết cấu chống đỡ KẾT LUẬN: Do ảnh hưởng sóng địa chấn nổ mìn sinh đới đất đá yếu xung quanh đường hầm, làm tăng áp lực tác dụng lên kết cấu chống đỡ Phương pháp giúp người thi công nhận thấy phải khống chế lượng thuốc nổ để giảm thiểu chiều dày đới đá yếu (giảm bớt áp lực lên vật chống đỡ) Áp lực đất đá tác dụng lên kết cấu chống đỡ đào đường hầm theo phương pháp truyền thống thường dùng nhỏ nhiều so với tính có kể đến tác động nổ mìn thi cơng gây vùng đất đá yếu Do thi cơng để đảm bảo an toàn nên dùng phương pháp tác giả đưa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Thủy lợi (1978), “Hướng dẫn thiết kế đường hầm thủy lợi” – Vụ Kỹ thuật [2] Phan Đình Đại (1989), “Xây dựng cơng trình ngầ m thủy điện Hòa Bình” – Nhà xuất Xây dựng [3] Nghiêm Hữu Hạnh (2000), “Cơ học đá” – Nhà xuất Giáo dục [4] Vũ Trọng Hồng (2004), “Bài giảng cao học thi công đường hầm thủy công – Đại học Thủy lợi” [5] Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Quốc Hùng (2004), “ Thiết kế cơng trình hầm giao thông” – Nhà xuất Giao thông vận tải [6] Nguyễn Xuân Trọng (2004), “Thi công hầm công trình ngầm” – Nhà xuất Xây dựng [7] Bickel, E.King, T.kuesel (1996), “Tunnel Engineering Handbook, Second Edition” – Chapman & Hall [8] “Ionproved design tunnel support” - Massachusetty institute of technology, USA 1980 Abstract THE SOIL AND ROCK EARTH PRESSURE ACTS ON THE RETAINING STRUCTURES IN THE TUNNEL EXCAVATION PROCESSES UNDER THE INFLUENCE OF WEAK ZONES OCCURRING DURING BLAST-CONSTRUCTION The tunneling construction is very complicated, it depends on many factors There are a lot of construction methodologies and they are quickly developing Depending of each method, the corresponding retaining structures are different The contain of this paper is to determine the earth pressure that acts on the retaining structures and from that finding the suitable structures for different types of soils and rocks ... sử dụng để tính toán thi t kế kết cấu chống đỡ vĩnh cửu Cả nhóm khơng tính đến áp lực đất đá nổ mìn tạo Phƣơng pháp xác định áp lực đất đá lên kết cấu chống đỡ xuất đới yếu tác dụng nổ mìn đào. .. áp lực tác dụng lên kết cấu chống đỡ Phương pháp giúp người thi công nhận thấy phải khống chế lượng thuốc nổ để giảm thi u chiều dày đới đá yếu (giảm bớt áp lực lên vật chống đỡ) Áp lực đất đá. .. Áp lực đất đá tác dụng lên kết cấu chống đỡ đào đường hầm theo phương pháp truyền thống thường dùng nhỏ nhiều so với tính có kể đến tác động nổ mìn thi cơng gây vùng đất đá yếu Do thi cơng để đảm