- Cọc phun quay.
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-
Kết cấu chống tạm thời phần vòm bằng bê tơng phun có thể xem nh- một cầu hình vịm (đúc hẫng). Điều này cho phép giải thích tại sao chân vịm dễ bị lún. Để giảm độ lún của kết cấu phần vòm, một biện pháp th-ờng đ-ợc sử dụng là mở rộng kết cấu chân vòm (còn gọi là kết cấu chân voi) và đ-ợc gia c-ờng (chống đỡ bổ sung) bằng các cọc chống nhỏ, hoặc sử dụng thêm vòm ng-ợc tạm cho phần vòm. Phần nền cần phải đào càng sớm càng tốt ngay sau khi đào phần vịm. Thơng th-ờng, khoảng cách từ vị trí g-ơng đào phần nền đến vị trí g-ơng đào phần vịm bằng khoảng 2 đến 5 lần chiều dài tiến g-ơng của 1 chu kỳ đào. Biện pháp đào vòm ng-ợc tạm phần vòm cũng nh- đào phần nền hay phần vòm ng-ợc sớm là giải pháp cơ bản để hạn chế độ lún kết cấu phần vịm. Nói cách khác, chiều dài đoạn a = a1 +a2 càng nhỏ càng tốt. Cụ thể, chiều dài đoạn a1 cần đủ để đảm bảo hoạt động của thiết bị thi cơng phần vịm. Nếu phần vòm và nền đào đồng thời, khi đó đoạn đ-ờng dốc nghiêng (cho thiết bị di chuyển từ phần nền lên phần vòm và ng-ợc lại) cũng phải đ-ợc thi công và di chuyển liên tục. Đoạn đ-ờng dốc nghiêng cũng có thể khơng cần đặt tại tâm của đ-ờng hầm (Hỡnh 3- ) mà có thể đặt tại một phía hơng đ-ờng hầm. Khi đó, phía hơng hầm cịn lại có thể đào tiến tr-ớc một khoảng nào đó.
Hỡnh 3- 9. Đào chia bậc với đoạn dốc nghiêng ở hông
Trong đá cứng ổn định, khoảng cách từ g-ơng đào phần nền đến g-ơng đào phần vòm phụ thuộc chủ yếu vào yêu cầu tổ chức thi công thuận lợi đồng thời cả 2 g-ơng. Khoảng cách này dao động trong khoảng 15m 150m.
Khi đào phần nền, yêu cầu chống giữ hơng đ-ờng hầm nói chung khơng cao ngoại trừ tr-ờng hợp đào trong đá nén ép. Kết cấu chống phần nền vì vậy th-ờng chỉ cần có khả năng mang tải thấp. Tuy nhiên, trong một số tr-ờng hợp, nếu yêu cầu phải đón đỡ kết cấu phần vịm tốt thì việc thi cơng kết cấu phần nền cũng đóng vai trị rất quan trọng.
3.5. Thi cụng hầm bằng phương phỏp khoan nổ mỡn 3.5.1. Khái quát chung
Khái niệm khoan đ-ợc hiểu theo nghĩa thông th-ờng là tạo ra lỗ (không gian trống) trong đối t-ợng công tác (khối đá) bằng công cụ khoan. Công tác này có thể gặp trong nhiều lĩnh vực của ngành xây dựng, song ở đây chỉ giới hạn trong lĩnh vực xây dựng cơng trình ngầm, nghĩa là khoan tạo lỗ vào trong khối đất/đá. Khái niệm nổ đ-ợc hiểu là một phản ứng tỏa nhiệt của chất nổ (thuốc nổ), gây ra nhờ truyền năng l-ợng từ bên ngoài vào, thể hiện bằng sự phát sinh tức thời một khối l-ợng khí lớn tạo ra áp lực tác dụng lên thành lỗ khoan và lan truyền vào trong mơi tr-ờng khối đá d-ới dạng sóng ứng suất.
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-2
Bố trí vào lỗ khoan một l-ợng thuốc nổ và gây nổ sẽ tạo nên hiệu ứng phá vỡ khối đá. Công tác phá vỡ khối đất/đá bằng ph-ơng thức này đ-ợc gọi là công tác khoan - nổ mìn.
Sự phát triển của cơng tác xây dựng cơng trình ngầm bằng ph-ơng pháp khoan-nổ mìn đ-ợc phản ánh qua lịch sử hình thành của cả hai yếu tố quan trọng nhất đó. Sự phát minh và phát triển liên tục các loại thuốc nổ và ph-ơng tiện nổ cùng với tác dụng phá nổ của chúng, cũng nh- sự cải tiến liên tục các trang, thiết bị khoan đã làm cho cơng nghệ khoan - nổ mìn có vị trí quan trọng trọng lĩnh vực xây dựng cơng trình ngầm. Thực chất khoan và nổ mìn chỉ là hai cơng tác của một quá trình khai phá hay khai đào đất/đá, song do tính chất quan trọng của cơng tác này, nên khái niệm khoan - nổ mìn đã đ-ợc sử dụng nh- ph-ơng pháp thi cơng xây dựng cơng trình ngầm.
Mặc dù thuốc nổ đã đ-ợc phát hiện và sử dụng trong lĩnh vực khai thác mỏ và xây dựng cơng trình ngầm từ rất lâu, song có thể nói rằng chỉ sau khi Alfred Nobel phát minh ra thuốc nổ đinamít vào năm 1867 cơng tác phá vỡ đá bằng nổ mìn mới thực sự có những b-ớc tiến đáng kể. Ngày nay, tuy công tác đào, phá vỡ đất/đá có thể thực hiện bằng nhiều ph-ơng thức khác nhau, đặc biệt là bằng các ph-ơng pháp cơ giới (nh- máy đào hầm, máy khoan hầm), song do tính linh hoạt và kinh tế mà ph-ơng pháp khoan nổ mìn vẫn còn đ-ợc sử dụng phổ biến nhất và đ-ợc xếp vào nhóm các “ph-ơng pháp khai đào thơng th-ờng hay truyền thống”. Q trình thi cơng xây dựng các cơng trình ngầm bằng ph-ơng pháp khoan nổ mìn bao gồm các cơng việc chính sau:
Khoan các lỗ mìn (có chiều sâu đến 5m),
Nạp thuốc nổ và điều khiển nổ mìn phá vỡ đá,
Thơng gió sau khi nổ và đ-a g-ơng vào trạng thái an toàn,
Chống tạm hay bảo vệ,
Xúc chuyển đá,
Chống cố định hay xây dựng kết cấu cố định cho cơng trình ngầm.
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-3
Các công việc nêu trên đ-ợc lặp lại mang tính chu kỳ. Trên Hỡnh 3 - 110 thể hiện một chu kỳ đào, chống tạm (hay lắp dựng kết cấu bảo vệ) bằng ph-ơng pháp khoan nổ mìn. Đ-ơng nhiên, tùy thuộc vào điều kiện địa chất, địa cơ học, tùy thuộc vào điều kiện thi công, các cơng tác chống tạm, xúc bốc có thể đ-ợc thực hiện theo trình tự nhất định.
So với nổ mìn trong mỏ hầm lị, nổ mìn đào CTN dân dụng cơng nghiệp có một số đặc điểm khác biệt sau:
- Do CTN dân dụng và cơng nghiệp chủ yếu đào trong đá ít có nguy cơ về khí và bụi nổ nên không nhất thiết phải sử dụng các loại thuốc nổ an tồn có sức cơng phá yếu nh- AH1, có thể sử dụng các loại thuốc nổ có sức cơng phá mạnh P113, P3151, theo đó có thể dùng các loại thuốc có đ-ờng kính nhỏ
- Cho phép sử dụng dây nổ để truyền nổ cho kíp, truyền nổ giữa các thỏi thuốc (khi nạp phân đoạn) và trong lỗ mìn biên (nổ tạo biên bằng dây nổ)
- Cho phép sử dụng kíp vi sai phi điện (trong mỏ hầm lò chỉ đ-ợc phép dùng kíp điện)
- Tiết diện ngang CTN lớn nên tính dễ nổ của g-ơng hầm cao hơn kéo theo sự thay đổi các thông số khoan nổ mìn nh- chỉ tiêu thuốc nổ đơn vị, mật độ lỗ khoan, chiều sâu lỗ khoan.
- Với CTN có tiết diện lớn có thể phải tiến hành chia g-ơng đào trên mặt cắt ngang thành nhiều phần (vòm - nền), ph-ơng pháp nổ và cách thức tính tốn các thơng số khoan nổ ở các phần g-ơng này cũng có những sự khác biệt nhất định
- Do diện tích mặt cắt ngang lớn, khối l-ợng đá nổ ra trong một chu kỳ lớn nên chi phí thuốc nổ trong một g-ơng nổ cũng rất lớn (có thể tới hàng trăm kg) vì vậy việc tính tốn chính xác chi phí thuốc nổ cần thiết, mạng l-ới lỗ khoan hợp lý sẽ góp phần đem lại hiệu quả kinh tế đáng kể.
- Với g-ơng hầm tiết diện lớn sử dụng các trang thiết bị gầu xúc có dung tích gầu lớn cho phép xúc đá nổ ra có cỡ hạt lớn dẫn tới mạng l-ới lỗ khoan trên g-ơng có thể th-a hơn (l-ợng thuốc nạp trong lỗ tăng lên) để giảm chi phí khoan.
3.5.2. Các chỉ tiêu cần đạt đ-ợc khi thi cơng CTN bằng khoan nổ mìn
Tạo ra hình dạng kích th-ớc khoảng trống phù hợp với thiết kế, thơng qua hệ số thừa, thiếu tiết diện;
Giảm thiểu mức độ hủy hoại khối đá vây quanh, thông qua quan sát, khảo sát các vết nứt trên biên khoảng trống đào ra;
Nâng cao tiến độ nổ thực tế, thông qua hệ số sử dụng lỗ mìn;
Hình dạng và phân bố của đống đá, phân bố cỡ hạt của đống đá nổ ra hợp lý, th-ờng theo mức độ văng xa, l-ợng đá quá cỡ theo yêu cầu và mức độ khó khăn khi xúc bốc.
Nh- vậy hiệu quả cơ bản cần đạt đ-ợc của cơng tác này là có đ-ợc biên đào gần
đúng với biên thiết kế và khối đá ít bị phá hoại nhất, nh- trên (a) (b)
Hỡnh 3 - a. Những hậu quả cần giảm thiểu là thừa tiết diện và vùng phá hoại có kích th-ớc lớn nh- trên (a) (b)
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-4
(a) (b)
Hỡnh 3 - 11. Kết quả khoan nổ mìn tốt (a) và không tốt (b)
Để đánh giá định l-ợng cụ thể hiệu quả của cơng tác khoan nổ mìn trong thực tế sử dụng một loạt các chỉ tiêu khác nhau nh-: hệ số sử dụng lỗ mìn, hệ số thừa tiết diện, độ văng xa và độ đập vỡ của đá sau khi nổ mìn, v.v… Thực tế thi cơng xây dựng các cơng trình ngầm tại các mỏ hầm lị, trong xây dựng các cơng trình ngầm dân dụng ở n-ớc ta cho thấy, hiệu quả của cơng tác khoan nổ mìn cịn khá thấp so với thế giới, tốc độ đào lò tại các mỏ hầm lò cũng còn quá thấp. Những tồn tại này tiềm ẩn trong khá nhiều nguyên nhân chủ quan và khách quan khác nhau.
3.5.3. Phân tích lựa chọn các chỉ tiêu thành lập sơ đồ (hộ chiếu) khoan nổ mìn hợp lý
Để thi cơng bằng ph-ơng pháp khoan nổ mìn thì việc thành lập hộ chiếu khoan nổ mìn có ý nghĩa quan trọng, ngồi các u cầu về cơng tác khoan, công tác tổ chức, v.v... Xây dựng hộ chiếu khoan nổ mìn với các thơng số hợp lý là tiền đề đảm bảo hiệu quả khoan nổ. Các thông số cơ bản của hộ chiếu khoan nổ mìn bao gồm:
Ph-ơng thức đột phá
L-ợng thuốc nổ đơn vị
Tiến độ nổ cũng nh- chiều sâu lỗ khoan
Đ-ờng kính lỗ khoan, đ-ờng kính thỏi thuốc
Sơ đồ bố trí lỗ mìn và số l-ợng lỗ mìn
Thứ tự kích nổ các lỗ mìn
Nói chung các thơng số cơ bản này đều phụ thuộc vào một loạt các yếu tố khác nhau, có thể chia thành hai nhóm:
o Nhóm thứ nhất bao gồm các yếu tố liên quan với đối t-ợng nổ mìn là khối đá và
hình dạng, kích th-ớc của khoảng trống cần đào, các yếu tố xuất phát từ yêu cầu hay mục tiêu của cơng tác nổ mìn.
o Nhóm thứ hai gồm các yếu tố liên quan với các khả năng của kỹ thuật thi công, kỹ
thuật nổ mìn, nổ bao hàm các ph-ơng tiện nổ và ph-ơng pháp nổ.
Với quan điểm trên, một hộ chiếu khoan nổ đ-ợc coi là tối -u cần đ-ợc xem xét, xây dựng và điều chỉnh theo trình tự nh- trên sơ đồ hình 3-12.
Ph-ơng pháp nổ th-ờng hay nổ tạo biên đ-ợc xác định trên cơ sở mục đích, yêu cầu đối
với cơng tác nổ mìn liên quan với loại cơng trình và kết cấu chống sử dụng. Nói chung với các đ-ờng lị cơ bản, các hầm trạm có tuổi thọ lâu dài, kết cấu chống cố định là bê tông
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-5
hoặc bê tơng cốt thép thì cần thiết phải áp dụng ph-ơng pháp nổ mìn tạo biên; nh-ng nếu sử dụng các loại kết cấu chống khác nh- neo, bê tông phun, khung thép không nhất thiết phải nổ tạo biên. Với các đ-ờng lò chuẩn bị, thời gian sử dụng ngắn có thể chỉ nên áp dụng ph-ơng pháp nổ mìn th-ờng.
Khi xây dựng biện pháp thi công th-ờng hay đề cập tới việc lựa chọn ph-ơng tiện thi công. Trong thực tế, các ph-ơng tiện thi công nh- máy khoan, xúc bốc, vận tải, v.v... tại một mỏ hầm lò cần đ-ợc xem xét đầu t- theo tiến bộ kỹ thuật để đảm bảo năng lực thi công, nâng cao năng suất và cải thiện điều kiện lao động, phù hợp với điều kiện và loại mỏ. Hộ chiếu khoan nổ mìn th-ờng đ-ợc thành lập trên cơ sở các trang thiết bị hiện có, chứ khơng thể tùy tiện lựa chọn.
Hỡnh 3-12. Thành lập và điều chỉnh hợp lý hộ chiếu khoan nổ mìn
Sự thành cơng của hộ chiếu khoan nổ là phải điều chỉnh các thông số cơ bản của hộ chiếu khoan nổ, t-ơng ứng với loại thuốc nổ và ph-ơng tiện nổ một cách hài hòa với những biến động của khối đá trong điều kiện kỹ thuật xác định. Đ-ơng nhiên để có thể điều chỉnh các thông số khoan nổ hợp lý, nhất thiết phải theo dõi, phân tích hiệu quả nổ mìn từ hộ chiếu khoan nổ đã thành lập.
3.5.4. Phân tích ảnh h-ởng của điều kiện khối đá đến chất l-ợng khoan nổ mìn
Có nhiều yếu tố liên quan với khối đá, đối t-ợng của cơng tác khoan nổ mìn, ảnh h-ởng đến kết quả khoan nổ (Hỡnh ). Đ ố i t- ợ n g nổ m ìn H ìn h dạ n g , k íc h t h - ớ c ti ết d iệ n k h o an n ổ ; Mụ c đ íc h , y êu cầu Khối đ á Đ ặc đ iể m cấ u trú c Lo ại đá các đ ặc đ iể m, tí n h ch ất Lựa chọn sơ đồ đào: đào toàn g-ơng hay chia g-ơng Lựa chọn sơ đồ thi công Lựa chọn ph-ơng pháp đột phá Xác định các chỉ tiêu cơ bản: l-ợng thuốc nổ đơn vị, tiến độ nổ/chiều sâu lỗ