- Cọc phun quay.
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-11Đ
Đ a ò C H ố N G
Bả ng 6 - 2. Phân loại khối đá của áo theo Rabcewicz, Pacher và Golser. Ký kiệu I ổn định II tróc vỡ III tróc vỡ nhiều IV tróc lở V bị nén ép VI nén ép mạnh VII rời VIII chảy IX giả ổn định X tr-ơng nở
Biểu hiện Độ bền đơn trục của khối đá lớn hơn ứng suất tiếp tuyến trên biên CTN
Đôi chỗ ứng suất tiếp tuyến v-ợt giới hạn độ
bền khối đá ở nóc và s-ờn; tróc lở đá nhiều
Trên toàn bộ chu tuyến ứng suất v-ợt quá độ bền khối đá Khối đá bở rời có lực dính kết nhỏ; có xu thể tróc lở hay tr-ợt lở ngay Khối đá bở rời khơng có lực dính kết; có xu thế chay vào ngay Khối đá có vẻ nh- là ổn định; biến dạng từ biến chậm, ngay
sau khi đào; khơng gây tróc vỡ. Có tróc vỡ nhẹ; ứng suất tập trung th-ờng v-ợt quá độ bền khối đá; đá phía nên tr-ơng nở khi gặp n-ớc tróc vỡ đá
phía nóc phía nóc và vai mức độ vừa phải mức độ mạnh
ảnh h-ởng n-ớc ngầm không không đáng kể nhỏ, cảm nhận đ-ợc lớn rất lớn rất lớn có tính quyết định lớn rất lớn Sơ đồ đào và chống Các giải pháp đặc biệt Nhiệm vụ của kết cấu chống Ngăn ngừa tróc vỡ các cục đá Ngăn chặn tróc vở đá nóc Tạo ra vành chống, hở phía nền, ngăn chặn đá tróc lở Tạo ra ngay một vành chống đỡ kín. Cũng cần thiết chống đỡ an tồn cho các q trình thi cơng tiếp; đơi khi
phải chống đỡ tr-ớc Cần thiết phải chống đỡ tr-ớc; cũng nh- VI nh-ng áp lực nhỏ. Tạo nên một vành chống đỡ kín với vịm nền chịu nén. Tồn tiếtdiện Vịm, hạ bậc Chia g-ơng Nhân đỡ Đón đỡ Tiến độ (m) 3,04,5 3,04,0 2,53,0 1,53,0 1,52,5 1,02,0 0,50,8 3,04,5 2,53,0 Neo Bêtông phun L-ới Khung thép đóng ván cắm cọc chống đỡ g-ơng nền, chống sau nền, chống ngay
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-12
3.5.6. L-ợng thuốc nổ đơn vị
L-ợng thuốc nổ đơn vị, cũng còn gọi là chỉ tiêu thuốc nổ đơn vị, chi phí thuốc nổ đơn vị, là l-ợng thuốc cần thiết để phá vỡ và tách đ-ợc 1m3 đá ra khỏi khối đá trong điều kiện thực tế. Chính vì vậy chỉ tiêu này phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Trong thực tế có khá nhiều giá trị, công thức kinh nghiệm đã đ-ợc phát triển để xác định l-ợng thuốc nổ, có thể phân ra 4 nhóm khác nhau:
Các công thức xây dựng từ lý thuyết nổ cổ điển; Các cơng thức tính tốn sơ bộ;
Các công thức xây dựng trên cơ sở độ phá nổ của đá; Các công thức xây dựng dựa trên các tài liệu thống kê.
Các công thức và giá trị kinh nghiệm chỉ có ý nghĩa nếu áp dụng mang lại hiệu quả nổ tốt. L-ợng thuốc nổ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, tuy nhiên trong xây dựng cơng trình ngầm tiết diện trung bình và lớn, l-ợng thuốc nổ chịu ảnh h-ởng lớn bởi kích th-ớc của tiết diện đào và mức độ bị nén ép của khối đá (sức cản). Cần tổng hợp một số quy luật để quyết định điều chỉnh các chỉ tiêu thuốc nổ.
Chất l-ợng đá. Đá càng cứng, càng dai càng đòi hỏi nhiều thuốc nổ, Hỡnh là những kết quả nghiên cứu mới nhất, cho thấy quan hệ giữa l-ợng thuốc nổ đơn vị với công cơ học phá hủy của đá;
Hỡnh 3-18. Mối quan hệ giữa l-ợng thuốc nổ đơn vị và công phá huỷ cơ học của đá
Chất l-ợng khối đá. Đây là yếu tố phức tạp, liên quan đến sự có mặt của các mặt phân cách trong khối đá, cụ thể là vị trí, thế nằm và trạng thái cụ thể của chúng; quy luật chung là: khối đá càng nứt nẻ nhiều càng tốn ít thuốc nổ, tuy nhiên nếu các mặt phân cách (khe nứt) có độ mở lớn sẽ làm phân tán khí nổ, do đó lại địi hỏi l-ợng thuốc
Ph-ơng pháp thi công công trình ngầm 6-13
nhiều hơn, cũng nh- phải bố trí lại lỗ mìn để tránh hiện t-ợng này, mặt khác l-ợng thuốc nổ cũng phụ thuộc vào thế nằm t-ơng đối giữa lỗ khoan và mặt phân cách (ví dụ các lớp), thơng th-ờng khi lỗ khoan song song với các lớp sẽ tiêu tốn ít thuốc nổ hơn. Trên các hình 3-18 và 3-19 là ví dụ về ảnh h-ởng của khoảng cách khe nứt cũng nh- góc nghiêng giữa lỗ khoan và mặt khe nứt, hay mặt phân lớp, phân phiến đến l-ợng thuốc nổ cần thiết. Các kết quả này nhận đ-ợc với đột phá nêm và thuốc nổ Amon Gelit 2, tuy nhiên hồn tồn có thể tham khảo quy luật định tính để điều chỉnh l-ợng thuốc khi thi công thực tế (so với amơnít 6JV, thuốc nổ Amon Gelit có sức cơng nổ bằng 400cm3).
Hỡnh 3-19. Mối quan hệ giữa l-ợng thuốc nổ đơn vị và khoảng cách giữ các khe nứt
Mức độ bị nén chặt của phần đá dự định nổ phá ra trong khối đá. Càng gần mặt tự do càng dễ tách phá và càng sâu trong khối đá càng khó tách phá; càng nhiều mặt tự do càng dễ phá nổ...; đá ở d-ới sâu càng khó phá hơn là càng gần mặt đất; diện tích g-ơng đào càng nhỏ càng khó phá nổ hơn...Trên hình 3-19 là ví dụ về mối quan hệ giữa tiến độ nổ và l-ợng thuốc nổ đơn vị.
Loại thuốc nổ đ-ợc sử dụng. Trong thực tế cần chú ý là các loại thuốc nổ đ-ợc chọn theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau, đ-ơng nhiên thuốc nổ có khả năng sinh cơng cơ học càng lớn thì khả năng phá đá càng tốt và l-ợng tiêu thụ càng nhỏ;
Ph-ơng thức và chất l-ợng nạp nổ. Khi nổ, khối thuốc nổ gây ra áp lực nổ (chấn động) có tác động phá hủy và tiếp đó hình thành áp lực của khí nổ, sinh ra sau khi nổ, với tác động đẩy, phá (do xâm nhập vào các khe nứt mới hình thành), vì vậy nếu khối thuốc tiếp xúc càng tốt với thành lỗ khoan thì áp lực chấn động càng có hiệu quả và thể tích buồng nổ (buồng chứa chất nổ) càng nhỏ, áp lực khí nổ càng lớn. Đ-ơng nhiên do vấn đề kỹ thuật, cụ thể là công tác nạp nổ, mà đ-ờng kính thỏi thuốc th-ờng phải nhỏ hơn đ-ờng kính lỗ khoan. ở đây cũng l-u ý là với các lỗ mìn biên cố gắng hạn chế tác động phá hủy do chấn động và giảm áp lực khí, vừa đủ để tách đá, do vậy nên sử dụng thuốc nổ có sức cơng nổ nhỏ nh- ANFO, hoặc các thỏi thuốc đ-ờng kính nhỏ (17mm đến 25mm), hoặc nạp phân đoạn các thỏi thuốc đ-ờng kính lớn. Tuy nhiên, nạp phân đoạn th-ờng khơng chính xác, phân bố thuốc không đều và tốn nhiều thời gian hơn, dẫn đến hiệu quả tạo biên th-ờng khơng tốt. Ngồi ra, tại vị trí có thuốc, áp lực nổ hay va đập cũng lớn nh- ở lỗ mìn phá, do vậy sẽ làm vỡ phần đá vây quanh.
Xuất phát từ các yếu tố ảnh h-ởng đã sơ bộ phân tích ở trên, nên trong thực tế có rất nhiều cơng thức, biểu đồ kinh nghiệm đã đ-ợc xây dựng, nhằm cho phép xác định gần đúng l-ợng thuốc nổ đơn vị, phục vụ công tác lập kế hoạch, dự tốn cho cơng
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-14
tác nổ mìn. Các biểu thức, biểu đồ đó liên quan nhiều với các loại thuốc đ-ợc sử dụng, phạm vi đã áp dụng, do vậy dầu sao cũng chỉ nên coi là các dữ liệu định h-ớng. Khi thiết kế phải thận trọng, có những biểu thức, biểu đồ chú ý đ-ợc nhiều yếu tố khác nhau, nh-ng việc xác định các yếu tố đó lại khơng cụ thể.
3.5.7. Khoảng cách giữa các lỗ mìn alm
Khoảng cách giữa các lỗ mìn phụ thuộc vào dạng nổ đột phá, loại lỗ mìn và có nhiều cách xác định khác nhau.
Khoảng cách giữa các lỗ mìn phá đ-ợc lấy t-ơng đ-ơng với đ-ờng cản ngắn nhất trong sơ đồ nổ, phụ thuộc vào loại đá, tiết diện đào, đặc biệt là loại thuốc nổ và đ-ờng kính thỏi thuốc. Chẳng hạn với đ-ờng kính thỏi thuốc dtt =35mm, đ-ờng cản và khoảng cách giữa các lỗ khoan phá có thể chọn trong khoảng 80cm đến 110cm.
Các lỗ mìn biên đ-ợc thiết kế có khoảng cách nhỏ hơn so với các lỗ mìn phá và đ-ợc nạp thuốc nổ với l-ợng ít hơn cũng nh- sức cơng phá nhỏ hơn, với mục tiêu tạo biên nhẵn, hạn chế phá huỷ khối đá ngoài biên thiết kế. Chẳng hạn khi sử dụng các thỏi thuốc có đ-ờng kính nhỏ (ví dụ 17mm đến 25mm) khoảng cách giữa các lỗ mìn biên với nhau có thể là alm = 60cm, còn khi sử dụng dây nổ, khoảng cách đó là alm=40cm.
3.5.8. Đ-ờng kính lỗ khoan
Các hãng chế tạo th-ờng cung cấp các loại máy khoan với đ-ờng kính lỗ khoan nhỏ trong khoảng 36 đến 43mm, gần đây có đ-ờng kính 45mm và đ-ờng kính lỗ khoan lớn 75 đến 200mm. (Các máy khoan của Liên Xô cũ có đ-ờng kính 32mm đến 38mm
cho máy khoan nhẹ, đ-ờng kính 42mm đến 46 cho máy khoan nặng).
Nói chung các đ-ờng kính lỗ khoan trong xây dựng cơng trình ngầm khi sử dụng các xe khoan thuỷ lực th-ờng dao động trong khoảng 45mm đến 52mm, đơi khi có thể đến 64mm.
Khi xây dựng các cơng trình ngầm tiết diện lớn, theo kinh nghiệm th-ờng chọn đ-ờng kính lỗ khoan sao cho có thể sử dụng thuốc nổ có đ-ờng kính đến 40mm.
3.5.9. Đ-ờng kính thỏi thuốc
Đã có nhiều kết quả nghiên cứu đ-ợc công bố liên quan đến vấn đề lựa chọn đ-ờng kính thỏi thuốc. Trong xây dựng cơng trình ngầm, hiện đang sử dụng theo các chỉ dẫn sau
Sử dụng cho lỗ mìn đột phá và phá: 30 – 38mm, chiều dài đến 700mm hoặc lớn hơn.
Sử dụng cho các lỗ mìn biên: 17mm đến 25mm.
Tuy nhiên, trong thực tế cần thiết chọn đ-ờng kính lỗ khoan và đ-ờng kính thỏi thuốc hợp lý, vừa đảm bảo đ-ợc mục tiêu nổ vừa đảm bảo chi phí tối -u. Thơng th-ờng khi cơng trình ngầm tiết diện càng lớn, đ-ờng kính lỗ khoan cũng nh- đ-ờng kính thỏi thuốc nên chọn càng lớn. Trên hình 8-21 đơn cử về mối quan hệ giữa đ-ờng kính thỏi thc, độ bền nén đơn trục của đá và đ-ờng kháng.
Khi đ-ờng hầm có tiết diện đến 10m2 nên sử dụng đ-ờng kính thỏi thuốc trong khoảng 25 đến 30mm; với tiết diện 10 đến 20m2đ-ờng kính thỏi thuốc là 30 đến 35mm và với tiết diện trên 20m2 nên sử dụng thỏi thuốc có đ-ờng kính 40 mm. Cịn khi thi cơng các cơng trình ngầm tiết diện lớn trên 30m2 có thể sử dụng thỏi thuốc 50mm. Đ-ờng kính lỗ khoan có thể chọn lớn hơn đ-ờng kính thỏi thc khoảng 5mm.
Mật độ nạp thuốc cũng phụ thuộc vào kích th-ớc mặt tự do, liên quan tới góc nổ và đ-ờng kháng. Trên hình 8-22 là kết quả nghiên cứu về mối quan hệ này. Kết quả này có thể tham khảo để bố trí l-ợng thuốc cho các lỗ mìn đột phá khi sử dụng đột phá trụ với lỗ khoan trống, đ-ờng kính lớn. Nói chung, có thể dựa trên các quy luật đã tổng
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-15
hợp để có thể có định h-ớng trong việc lựa chọn và điều chỉnh các thông số khi xây dựng hộ chiếu khoan nổ mìn.
Hỡnh 3-20. Sự phụ thuộc của mật độ nạp thuốc vào đ-ờng kháng và góc nổ
3.5.10. Bố trí lỗ mìn biên
Khoảng cách giữa các lỗ mìn biên cũng nh- đ-ờng kháng ngắn nhất đối với lỗ mìn biên cũng là các tham số quyết định chất l-ợng nổ tạo biên. Trong các tài liệu chuyên khảo giới thiệu khá nhiều kinh nghiệm và kết quả nghiên cứu về bố trí lỗ mìn biên hợp lý bằng số liệu cụ thể. Một số kinh nghiệm nêu sau đây đang đ-ợc sử dụng tại Tây Âu.
Khoảng cách giữa các lỗ mìn biên đ-ợc xác định tùy theo đ-ờng kính lỗ mìn : - Với đá rắn cứng có thể chọn khoảng cách giữa hai lỗ mìn biên bằng 12 đến 15 lần đ-ờng kính lỗ khoan.
- Với đá ít rắn cứng khoảng cách có thể lấy bằng 6 đến 8 lần đ-ờng kính lỗ khoan.
Khoảng cách giữa các lỗ mìn biên lấy bằng 2/3 đ-ờng kháng ngắn nhất. Đ-ơng nhiên đ-ờng kháng ngắn nhất lại đ-ợc chọn nhỏ hơn so với các lỗ mìn phá.
Đ-ờng kháng ngắn nhất không nên v-ợt quá 1,3 lần khoảng cách giữa các lỗ mìn biên.
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-16
a
c b c b
a Hỡnh 6 - 2. Một số dạng sơ đồ nổ đột phá trong CTN
Khi đào hầm có có mặt cắt g-ơng đào lớn ng-ời ta thiết kế nhóm lỗ mìn đột phá hình trụ có đáy hình lục giác, các lỗ khoan sâu khoảng 4 m, lỗ khoan khơng nạp thuốc ở giữa có đ-ờng kính lớn 75100mm. Với loại đá cứng cần khoan 2 lỗ khoan không nạp thuốc.
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-17
Hỡnh 6 - 4. Các ph-ơng pháp đột phá
3.5.12. Thiết kế sơ đồ nổ (sơ đồ bố trí lỗ khoan trên g-ơng) 1. Nổ toàn tiết diện
Khi đào lũ trong đỏ rắn cứng, toàn bộ lỗ khoan trờn gương thường được chia thành 3 nhúm: nhúm đột phỏ, nhúm phỏ và nhúm biờn với nguyờn tắc chung là đảm bảo phõn bố đều lượng thuốc nổ trờn toàn bộ thể tớch đất đỏ cần phỏ vỡ ở gương trong đú cú ưu tiờn cho nhúm nổ đầu tiờn.
+ Nhúm đột phỏ: là nhúm nổ đầu tiờn để tạo mặt thoỏng thứ hai cho nhúm tiếp theo. Do khi nổ mỡn chỉ cú một mặt thoỏng nờn hiệu quả nổ mỡn của nhúm này thấp, do đú người ta khoan sõu hơn cỏc lỗ mỡn phỏ khoảng 0,2 m và lượng thuốc nổ nạp cho từng lỗ mỡn thuộc nhúm này được lấy tăng lờn 1520% so với lượng thuốc nổ trung bỡnh.
+ Nhúm phỏ: cú thể cú một hay nhiều vũng phỏ được bố trớ giữa nhúm đột phỏ và nhúm biờn. Cỏc lỗ mỡn phỏ thường được khoan vuụng gúc với mặt gương và đúng vai trũ phỏ vỡ đất đỏ chủ yếu. 27 ;28 ;29 28 29 27 c 1;6 16 c 1 6 ;1 7 ;3 5 1 3 ;1 4 ;3 4 3 2 ;1 5 ;2 2 4;5 ;6 1 ;2 ;3 31 7 ;8 ;3 0 33 30 31 32 33 34 35 b 29 - 35 13 14 6 5 4 15 3 1 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 7 12 11 10 9 8 2 14;7 2;5 8;13 3;4 15 9;12 10;11 21;22;23 a
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-18
Hỡnh 6 - 5. Sơ đồ bố trí lỗ mìn khi nổ tồn tiết diện
+ Nhúm tạo biờn: được bố trớ cỏch biờn thiết kế (ngoài khung vỏ chống) của đường lũ 1030 cm, cú tỏc dụng tạo ra đường biờn của tiết diện, tạo lỗ chõn cột và rónh nước. Tuỳ theo tớnh chất cơ lý của đất đỏ mà gúc nghiờng của cỏc lỗ mỡn biờn bằng 850870. Nếu đường lũ đào vào vựng đất đỏ cú hệ số kiờn cố f10 thỡ đỏy lỗ khoan biờn nờn khoan vượt qua biờn thiết kế khoảng 510 cm. Khi đường lũ đào trong đất đỏ nứt nẻ, mềm yếu f = 23, đỏy lỗ khoan nờn cỏch biờn thiết kế một khoảng 510 cm. Lỳc này cỏc lỗ khoan trờn gương sẽ được tiến hành khoan gần như song song với trục đường lũ.
2. Nổ mìn chia bậc a) Nổ mìn phần vịm
Sơ đồ bố trí lỗ mìn phần vịm giống nh- bố trí lỗ mìn nổ tồn tiết diện.