Nghiên cứu sự hình thành vòm áp lực do nổ mìn và biện pháp chỗng đỡ áp dụng cho hầm dẫn nước thủy điện sông côn 2 tỉnh quảng nam

LỜI CẢM ƠN
Trong khuôn khổ hạn chế của luận văn, với những kết quả còn rất khiêm tốn
trong việc nghiên cứu sự hình thành vịm áp lực do nổ mìn và biện pháp chống đỡ,
tác giả của luận văn hy vọng đóng góp một phần nhỏ bé phục vụ thực tế cho lĩnh
vực nghiên cứu, thiết kế và xây dựng các cơng trình Thủy lợi - Thủy điện đang phát
triển mạnh mẽ ở nước ta.
Bằng kinh nghiệm thực tế khi tham gia thiết kế và giám sát tại hiện trường
công trình thủy điện Sơng Cơn 2, đã giúp tác giả có thêm nhiều kiến thức thực tế để
viết luận văn này. Tác giả đặc biệt xin được bày tỏ lòng cảm ơn tới Thầy giáo - GS.
TS. Vũ Trọng Hồng đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo trong quá trình học tập và
hồn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong Bộ môn thủy cơng, thi
cơng, Khoa Cơng trình - Trường Đại học Thủy lợi, Viện thuỷ điện và Năng lượng
tái tạo - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả về các
tài liệu, thông tin khoa học kỹ thuật và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho bài luận
văn.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, đồng
nghiệp đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hồn thành luận văn.
Do trình độ và thời gian có hạn nên luận văn khơng thể tránh khỏi những tồn
tại, hạn chế, tác giả rất mong nhận được mọi ý kiến đóng góp và trao đổi chân
thành. Tác giả rất mong muốn những vấn đề còn tồn tại sẽ được tác giả phát triển ở
mức độ nghiên cứu sâu hơn góp phần đưa những kiến thức khoa học vào phục vụ
sản xuất.

Tác giả

Nguyễn Tiến Dũng


BẢN CAM KẾT VỀ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

Kính gửi:

Ban Giám hiệu trường Đại học Thuỷ Lợi.
Khoa Cơng Trình.
Phịng Đào tạo ĐH&SĐH.
Bộ môn Công nghệ & Quản lý Xây dựng.

Tên tôi là: Nguyễn Tiến Dũng.
Ngày tháng năm sinh: 16/09/1980.
Học viên cao học lớp: CH18C11, niên khoá: 2010 - 2013, trường Đại học
Thuỷ lợi.
Tôi viết bản cam kết này xin cam kết rằng đề tài luận văn “Nghiên cứu sự
hình thành vịm áp lực do nổ mìn và biện pháp chống đỡ, áp dụng cho hầm dẫn
nước thủy điện Sông Côn 2 – tỉnh Quảng Nam” là cơng trình nghiên cứu của cá
nhân mình. Tơi đã nghiêm túc đầu tư thời gian và công sức dưới sự hướng dẫn của
GS.TS.Vũ Trọng Hồng để hoàn thành đề tài theo đúng quy định của nhà trường.
Nếu những điều cam kết của Tơi có bất kỳ điểm nào khơng đúng, Tơi xin chịu hồn
tồn trách nhiệm và cam kết chịu những hình thức kỷ luật của nhà trường.
Hà nội, ngày ….. tháng ….. năm 2013
Cá nhân cam kết

Nguyễn Tiến Dũng


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................3
ĐẶC ĐIỂM THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN. .........3
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

1.1. Tổng quan phương pháp thi công đường hầm. ................................... 3
1.2. Đặc điểm đào đường hầm bằng phương pháp nổ mìn. ..................... 11
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

Phương pháp đào tồn mặt cắt. ...........................................................11
Phương pháp mở một phần mặt cắt rồi hạ bậc. ..................................11
Phương pháp đào phân đoạn – NATM ...............................................12
Trình tự đào. ........................................................................................13

1.2.1.
1.2.2.
1.2.3.
1.2.4.
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

1.3. Ảnh hưởng của nổ mìn đến chất lượng khối đá xung quanh. ........... 14
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

Lý luận cơ bản về nổ phá. ...................................................................14
Tác dụng của mặt thoáng đối với nổ phá – sự hình thành phễu nổ. ...15

1.3.1.
1.3.2.
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

1.4. Kết luận. ............................................................................................ 18
T
7
2

T

7
2

T
7
2

T
7
2

CHƯƠNG 2 ..............................................................................................................19
SỰ HÌNH THÀNH VỊM ĐÁ NỨT NẺ DO NỔ MÌN GÂY RA. ...........................19
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

2.1. Nguyên lý cơ bản về nổ mìn. ............................................................ 19

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

Lý thuyết về sóng nổ. ..........................................................................19
Sóng nổ xung kích theo quan điểm thủy khí động học .......................19
Sự hình thành sóng nổ địa chấn theo quan điểm lý thuyết đàn hồi. ...22

2.1.1.
2.1.2.
2.1.3.
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T

7
2

T
7
2

T
7
2

2.2. Sóng xung kích và sóng phản xạ do nổ mìn gây ra. .......................... 23
2.3. Tác dụng phá hoại của sóng xung kích đến mơi trường đá xung
quanh. .......................................................................................................... 24
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

Phân loại sóng: ....................................................................................25
Phá vỡ đất đá. ......................................................................................30

2.3.1.
2.3.2.
T
7
2

T
7
2

T

7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

2.4. Kết luận. ............................................................................................ 38
T
7
2

T
7

2

T
7
2

T
7
2

CHƯƠNG 3 ..............................................................................................................39
XÁC ĐỊNH VÒM ÁP LỰC DO NỔ MÌN LÊN KẾT CẤU CHỐNG ĐỠ VÀ
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN. ...............................................................................39
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

3.1. Sự hình thành vịm áp lực trong quá trình đào đường hầm............... 39

3.2. Các biện pháp gia cố trong quá trình đào. ......................................... 40
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T

7
2

3.2.1.
3.2.2.
T
7
2

T
7
2

T
7
2

Treo (neo, phun bê tông) .....................................................................43
Khung chống (bằng gỗ hoặc bê tông cốt thép). ..................................43
T
7
2

T
7
2

3.3. Đặc điểm gia cố kết cấu khung. ........................................................ 43
T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

3.3.1.
3.3.2.

Kết cấu kiểu khung gỗ hình đa giác. ...................................................43
Kết cấu khung kiểu vòm thép. ............................................................44

T
7
2

T
7
2

T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

3.4. Xác định áp lực do đất đá tác dụng lên khung chống đỡ. ................. 45
T
7
2

T
7
2

T
7
2

3.4.1.

T
7
2

T
7
2

T
7
2

Khi chưa xét đến tác dụng nổ mìn. .....................................................45
T
7
2

T
7
2


Khi chỉ xét đến tác dụng nổ mìn. ........................................................48

Sơ đồ tính tốn. ...................................................................................51

3.4.2.
3.4.3.
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7

2

T
7
2

3.5. Sử dụng phần mềm để giải bài tốn. ................................................. 52
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

Khái niệm. ...........................................................................................52
Các mơ hình tính. ................................................................................53
Các dạng phần tử.................................................................................53

3.5.1.
3.5.2.
3.5.3.

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

3.6. Kết luận. ............................................................................................ 59
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

CHƯƠNG 4 ..............................................................................................................60
ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN VÀ BIỆN PHÁP CHỐNG ĐỠ CHO
ĐƯỜNG HẦM THỦY ĐIỆN SƠNG CƠN 2 ...........................................................60
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

4.1. Giới thiệu cơng trình. ........................................................................ 60
T
7
2

T

7
2

T
7
2

T
7
2

4.1.1.
4.1.2.
4.1.3.
4.1.4.

Vị trí cơng trình. ..................................................................................60
Nhiệm vụ của cơng trình. ....................................................................60
Thơng số của cơng trình. .....................................................................61
Bố trí tuyến năng lượng cơng trình thuỷ điện Sơng Cơn 2. ................64

T
7
2

T
7
2

T

7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

4.2. Kết quả tính tốn. .............................................................................. 65
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

4.2.1.
4.2.2.

Các tài liệu đầu vào. ............................................................................65
Tính tốn. ............................................................................................67

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

4.3. Tính tốn kết cấu chống đỡ bằng phần mềm SAP2000. ................... 74
4.4. Kết luận. ............................................................................................ 84
4.5. Một số nhận xét thực tế tại công trường Thủy điện Sông Côn 2, tỉnh
Quảng Nam. ................................................................................................. 84
T
7
2

T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

4.5.1. Chọn tuyến hầm: .................................................................................84
4.5.2. Thiết kế thủy công hầm.......................................................................84
4.5.3. Tổ chức thi công hầm..........................................................................85
4.5.4. Mô tả sự cố sụt nóc ngách hầm số 2. ..................................................85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................89
TÀI LIỆU THAM KHẢO. ........................................................................................90
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1: Hệ số K N , K P trong công thức (2-8), (2-9). .............................................29
Bảng 3-1 – Trị số Ka .................................................................................................47
Bảng 3-2. Trị số của ε. ..............................................................................................49
Bảng 3-4. Trị số của Kđ. ...........................................................................................50
Bảng 3-5. Hệ số lệch tải. ...........................................................................................51
Bảng 4.1: Thơng số kỹ thuật cơng trình ....................................................................61
Bảng 4.2: Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất đá ........................................................67
Bảng 4.3. Chỉ tiêu cơ lý 2 mặt cắt đại diện tính tốn ................................................68
Bảng 4.4. Kết quả tính áp lực phân bố đều tác dụng lên 1m hầm ............................75
Bảng 4.5. Bảng tính tốn thép khung chống: ............................................................83
T
7
2

T
7
2

T
7

2

R

R

R

R

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Đường hầm thuỷ điện Bn Kuốp – tỉnh Đăk Lắc .....................................7
Hình 1.2: Đường hầm thuỷ điện Đại Ninh – tỉnh Lâm Đồng .....................................8
Hình 1.3: Đường hầm giao thơng qua đèo Hải Vân – tỉnh Thừa Thiên Huế ..............8
Hình 1.4: Đường hầm thuỷ điện A Vương – tỉnh Quảng Nam. ..................................9
Hình 1.5: Đường hầm thuỷ điện Bản Vẽ – tỉnh Nghệ An...........................................9
Hình 1.6: Đường hầm thuỷ điện A Lưới – tỉnh Thừa Thiên Huế. ............................10
Hình 1.7: Đường hầm thuỷ điện Hủa Na – tỉnh Nghệ An. .......................................10
Hinh 1.8. Đào đường hầm trên toàn bộ mặt cắt. .......................................................11
Hinh 1.9. Đào mở một phần mặt cắt rồi hạ bậc. .......................................................12
Hình 1.10: Sơ đồ tác dụng của nổ phá ......................................................................14
Hình 1.11. Sơ đồ các vùng phá hoại của đất đá khi nổ có một mặt thống. .............16

Hình 1.12. Sơ đồ phễu nổ. .........................................................................................17
Hình 2.1: Sơ đồ nổ trên khơng và các mặt gián đoạn. ..............................................20
Hình 2.2: Sự thay đổi của áp lực phía sau đầu sóng xung kích ................................21
Hình 2.3. Áp lực của sóng nổ theo thời gian.............................................................22
Hình 2.4a: Sự yếu dần của sóng khi lan truyền ra xa................................................23
Hình 2.4b: Sự yếu dần của sóng khi lan truyền ra xa. ..............................................23
Hình 2.5. Minh họa sóng cầu và sóng phẳng. ...........................................................26
Hình 2.6. Đồ thị biên độ của sóng nổ theo thời gian. ...............................................28
Hình 2.7. Các vùng ảnh hưởng khi nổ mìn. ..............................................................29
Hình 2.8. Sơ đồ phá vỡ đất đá đồng chất xung quanh lượng thuốc nổ. ....................30
Hình 2.9. Sơ đồ tạo thành sóng phản xạ ở mặt thống. ............................................33
Hình 2.10: Sơ đồ xác định các thơng số của sóng ứng suất ......................................34
trong đất đá khi nổ lượng thuốc. ...............................................................................34
Hình 2.11: Sơ đồ trị số ứng suất khi nổ lượng thuốc trong đất đá nứt nẻ. ................35
Hình 2.12. Sơ đồ phản xạ của sóng chấn động từ mặt thống ..................................36
Hình 3.1: Thanh neo phổ thơng dính kết bằng vữa xi măng cát. ..............................41
T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2


Hình 3.2. Hình ảnh sau khi phun bê tơng tại hầm dẫn nước Sơng Cơn 2 .................43
Hình 3.3: Dây chuyền cơng nghệ phun khơ, phun ẩm. .............................................43
Hình 3.4: Kết cấu kiểu khung gỗ hình đa giác ..........................................................44
Hình 3.5: Kết cấu khung kiểu vịm thép ...................................................................45
Hình 3.6. Khung chống kiểu vịm thép tại hầm dẫn thủy điện Nậm Mu. .................45
Hình 3.7: Sơ đồ tính tốn áp lực đất đá do hình thành vịm cân bằng. .....................46
Hình 3.8: Sơ đồ tính tốn áp lực đất đá của riêng nổ mìn.........................................48

Hình 3.9a: Sơ đồ tính tốn áp lực đất đá tác dụng lên kết cấu chống đỡ sau khi nổ
mìn. ............................................................................................................................51
- Nếu coi gần đúng các lực tác dụng lên kết cấu chống đỡ là áp lực đều thì ta có sơ
đồ: ..............................................................................................................................52
Hình 3.9b: Sơ đồ lực phân bố đều tác dụng lên kết cấu chống đỡ sau khi nổ mìn. ..52
Hình 3.10a: Phần tử thanh 2 nút
Hình 3.10b: Phần tử thanh 3 nút ..........54
Hình 3.11a: Phần tử dầm 2 nút
Hình 3.11b: Phần tử dầm 3 nút ............54
Hình 3.12 - Sơ đồ chịu lực tổng quát của phần tử. ..................................................56
Hình 3.13 - Sơ đồ giải bài tốn theo phương pháp PTHH. ......................................58
Hình 4.1- Sơ đồ áp lực lên kết cấu chống đỡ. ...........................................................68
Hình 4.3- Sơ đồ áp lực đều lên kết cấu chống đỡ. ....................................................71
Hình 4.4- Sơ đồ áp lực lên kết cấu chống đỡ. ...........................................................72
Hình 4.5- Sơ đồ áp lực đều lên kết cấu chống đỡ. ....................................................73
Hình 4.6 – Mơ phỏng tổ hợp tải trọng lên khung chống Mặt cắt 1: .........................75
Mặt cắt 1: ...................................................................................................................76
Hình 4.7. Chuyển vị khung chống ............................................................................76
Hình 4.8. Mơ men M33 .............................................................................................77
Hình 4.9. Lực dọc N ..................................................................................................78
HÌnh 4.10. Chuyển vị khung chống ..........................................................................79
Hình 4.11. Mơ men M33 ...........................................................................................80
Hình 4.12. Lực dọc N ................................................................................................81
Hình 4.13. Tác giả (bên trái) cùng đồng nghiệp khi tham gia giám sát ....................86
thi công đường hầm dẫn nước Sơng Cơn 2. ..............................................................86
Hình 4.14. Hàn khung thép tại cơng trường ..............................................................87
Hình 4.15. Đào và gia cố tạm bằng thép I16.............................................................87
Hình 4.16. Một đoạn hầm sau khi đã gia cố tạm. .....................................................88
T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7

2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7
2

T
7

2

T
7
2


1
MỞ ĐẦU

1.

Tính cấp thiết của Đề tài:

Do có tính ưu việt hơn hẳn là tiết kiệm diện tích chiếm đất, ít tác động đến
môi trường, rút ngắn chiều dài tuyến cơng trình so với việc đào kênh dẫn, làm
đường ống hay làm đường nên ở nước ta hiện nay, việc nghiên cứu đường hầm
đang rất được quan tâm. Với đặc điểm địa chất thường không đồng nhất nên để đảm
bảo an tồn khi thi cơng qua các vùng địa chất khác nhau là cực kỳ quan trọng.
Trong luận văn này, học viên ứng dụng phần mềm, mơ phỏng sự hình thành vịm áp
lực do nổ mìn, từ đó đưa ra biện pháp chống đỡ cho phù hợp để an toàn và giảm chi
phí cho cơng tác thi cơng. Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, phù hợp để áp
dụng vào cơng trình thực tế là Thuỷ điện Sơng Cơn 2 – Tỉnh Quảng Nam, và các
cơng trình tương tự khác.

2.

Mục đích của Đề tài:

- Nghiên cứu sự hình thành vịm áp lực do nổ mìn.

- Mơ hình hóa và giải quyết bài tốn mơ hình bằng phần mềm.
- Các tính tốn được cụ thể hố tại đường hầm dẫn nước của cơng trình thuỷ
điện Sơng Cơn 2, tỉnh Quảng Nam.

3.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Tổng hợp tài liệu nghiên cứu đã có trong và ngồi nước về vấn đề thi công
đường hầm.
Nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn để mơ tả vịm áp lực do nổ mìn.
Sử dụng phần mềm SAP 2000 để tính toán.
4.

Kết quả dự kiến đạt được:

Xác định được giới hạn sự hình thành vịm áp lực do nổ mìn, từ đó đưa ra kết
cấu chống đỡ.
5.

Nội dung của luận văn:


2
CHƯƠNG 1
Đặc điểm thi công đường hầm bằng phương pháp nổ mìn.
1.1. Tổng quan phương pháp thi cơng đường hầm
1.2. Đặc điểm đào đường hầm bằng phương pháp nổ mìn
1.3. Ảnh hưởng của nổ mìn đến chất lượng khối đá xung quanh.
1.4. Kết luận.

CHƯƠNG 2
Sự hình thành vịm đá nứt nẻ do nổ mìn gây ra.
2.1. Nguyên lý cơ bản về nổ mìn.
2.2. Sóng xung kích và sóng phản xạ do nổ mìn gây ra.
2.3. Tác dụng phá hoại của sóng xung kích đến mơi trường đá xung quanh.
2.4. Kết luận.
CHƯƠNG 3
Xác định vịm áp lực do nổ mìn lên kết cấu chống đỡ và phương pháp tính tốn.
3.1 Sự hình thành vịm áp lực trong q trình đào đường hầm
3.2 Các biện pháp gia cố trong quá trình đào.
3.3 Đặc điểm gia cố kết cấu khung.
3.4 Xác định áp lực do đất đá tác dụng lên khung chống đỡ.
3.5 Sử dụng phần mềm để giải bài toán.
3.6 Kết luận.
CHƯƠNG 4
Áp dụng phương pháp tính tốn và biện pháp chống đỡ cho đường hầm Thủy
điện Sông Côn 2
4.1 Giới thiệu cơng trình.
4.2 Kết quả tính tốn.
4.3 Tính tốn kết cấu chống đỡ bằng phần mềm.
4.4 Kết luận.


3
CHƯƠNG 1
ĐẶC ĐIỂM THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN.
1.1.

Tổng quan phương pháp thi cơng đường hầm.

Đường hầm là một loại cơng trình ngầm (những loại khác thuộc cơng trình
ngầm như nhà máy ngầm, thành phố ngầm, bãi chứa xe, thư viện, hầm trú ẩn, kho
nước, kho xử lý chất phóng xạ ...). Bản thân đường hầm chỉ là một không gian dài,
nằm ngang hoặc gần ngằm ngang, tiếp xúc với mặt đất ở hai đầu hầm. Quá trình đào
hầm phải mở thêm cửa hầm phụ để đào thêm gương hầm, các giếng đứng tiếp xúc
với mặt đất chỉ ở trên đỉnh để vận chuyển người vào lò, các giếng nghiêng tiếp xúc
với mặt đất chỉ một đầu nhằm vận chuyển một số kết cấu, vật liệu phục vụ chống
đỡ, hoặc lị mù, khơng tiếp xúc với mặt đất với mục đích chính là thăm dị khối đá
trên nóc hầm. Ngồi ra có trường hợp phải đào thêm những khoang, buồng, những
hầm phụ để tháo lắp các bộ phận của máy đào hầm TBM, chỗ chuyển tuyến cho xe
vận chuyển bằng đường ray v.v..
Với đặc thù trên, phương pháp thi cơng đường hầm có những u cầu cá biệt
so với thi công trên mặt đất:
- Công nghệ thi cơng hầm:
+Kiểm tra địa hình:
Kiểm tra sự phù hợp tuyến đường hầm với tọa độ trên mặt đất phải sử dụng
máy đo kinh vĩ, định vị bằng vệ tinh Global Positional System (GPS), thiết bị đo
cao độ, vẽ bằng máy tính, hệ thống thơng tin địa lý Geographic Information System
(GIS), thiết bị kiểm tra dạng Robot.
Hình dạng của mặt cắt hầm cũng như tuyến hầm phải kiểm tra để đảm bảo
trùng với tuyến đường, hình dạng vỏ hầm phải đảm bảo độ dày.
Cơng tác trắc địa trong q trình đào theo phương pháp đào khác nhau có
quy trình và thiết bị khác nhau như đào từ cửa vào, đào hầm từ một giếng lò bao
gồm chuyển tuyến và cao độ từ mặt đất xuống dưới hầm...
+Phương pháp thi công:


4
Những cơng đoạn khoan, nổ, thơng gió, xúc, chuyển, chống đỡ tạm, thi công
vỏ hầm .v.vv.. đều phải tiến hành theo phương pháp tuần tự, hậu quả là thời gian thi

cơng dài. Thí dụ thủy điện Hịa Bình, cơng trình ngầm dài 14.200m, khối lượng đào
đất đá ngầm 1.177.000m3, thi cơng trên 10 năm (1981-1994).
P

P

Địi hỏi thiết bị chun dùng riêng: máy khoan có nhiều mũi, có thể thay đổi
cần khoan theo chiều cao, dài, góc, các loại máy đào tùy theo yêu cầu như máy đào
dạng khiên khi qua lớp trầm tích dưới đáy sơng, máy đào tự cắt và xúc (TBM), máy
đào giếng đứng kiểu Robin...
- Tổ chức thi công hầm:
Việc liên hệ giữa đường hầm với các đơn vị trên mặt đất chỉ qua 2 cửa hầm,
rất khó cho việc tăng thêm thiết bị, tăng thêm người, tăng thêm vật tư vì khơng gian
chật hẹp. Muốn tăng tiến độ thi cơng chỉ có cách mở thêm cửa hầm phụ. Ví dụ thủy
điện Hịa Bình có đoạn hầm phải mở tới 9 cửa phụ.
Hạn chế hoạt động trong hầm do yêu cầu hạn chế khí độc thải ra (số lượng
xe máy, số công nhân trong một ca), tránh ảnh hưởng đến kết cấu cơng trình đã thi
cơng phần trước hoặc kề bên (khống chế lượng thuốc nổ mìn của quy mô một vụ nổ).
- Ảnh hưởng của điều kiện địa chất, địa chất thủy văn.
+Những thách thức về địa chất trong thi công:
Trong thi công hở, các hố khoan thăm dị được tiến hành trực tiếp trên móng
cơng trình, cịn thi cơng ngầm các hố khoan khơng trực tiếp vào gương đào mà chỉ
nằm trên nóc hầm. Mọi chỉ tiêu tính tốn đều suy từ các nõn khoan trên, nên rất dễ
dẫn đến sai lầm.
+Kiểm tra địa chất, địa chất thủy văn:
Yêu cầu kiểm tra phải tiến hành trước khi đào, trong khi đào, sau khi xây
dựng vỏ hầm.


5

Luôn đối chiếu sự phân lớp phân tầng địa chất, những điểm xuất hiện nước
ngầm và những điều thực tế gặp phải trong quá trình đào với các số liệu dự báo của
đơn vị địa kỹ thuật để điều chỉnh về thiết kế, về phương pháp thi công.
- Khối lượng đào trong thi cơng cơng trình ngầm rất lớn: đào thân hầm, hầm
giao thơng, hầm thơng gió, sử lý tiếp cận cửa vào, các giếng thăm dò, sử lý các đứt
gãy, khoan phụt gia cố.
- Yêu cầu an toàn lao động, vệ sinh mơi trường:
Xử lý khi gặp khí độc tự nhiên, khí độc do nổ mìn, do xe máy thi công thải
ra, bụi khi khoan nổ, đá long rời rơi ra...
Ở thời kỳ đầu đường hầm chưa được làm vỏ và chủ yếu là các đường hầm
ngắn. Các đường hầm dài được xây dựng vào nửa cuối thế kỷ XVII khi thuốc nổ ra
đời. Nhưng cũng phải đến thế kỷ XIX khi khoa học đã phát triển hơn rất nhiều thì
xây dựng đường hầm mới phát triển nhanh đặc biệt là ở các nước Châu Âu, trên dãy
núi Alps từ Pháp đến Ý có đường hầm Mont Cenis dài 12.849 m. Hầm Sinplon dài
19803m. Hầm Sin Gotthord nối Thuỵ Sĩ và Italia dài 14.984m. Vào thời kỳ này việc
gia cố vỏ hầm cũng đã được chú ý đến bằng việc dùng đá xây cho lớp áo đường hầm.
Song song với việc phát triển của công nghệ đào hầm từ lao động bằng sức
người đến đến nổ phá, khoan nổ, từ hầm mặt cắt nhỏ chiều dài ngắn đến đường hầm
dài, mặt cắt lớn thì việc gia cố hầm cũng chuyển từ không vỏ sang vỏ đá xây rồi vỏ
bê tông cốt thép. Việc dùng kết cấu bê tông cốt thép thay thế đá xây làm vỏ hầm có
ý nghĩa rất lớn trong việc phát triển công nghệ xây dựng đường hầm phục vụ
phát triển kinh tế xã hội.
Ở Việt Nam trong những năm gần đây hàng loạt các nhà máy thuỷ điện đã và
đang được xây dựng. Trong các cơng trình thuỷ lợi - thuỷ điện thì việc sử dụng các
đường hầm thuỷ công để dẫn nước và tháo nước được sử dụng rất rộng rãi, đặc biệt
là với các cơng trình thuỷ điện..
Ngồi thuỷ điện, thuỷ lợi, cơng trình ngầm cịn được dùng trong một số ngành
như giao thơng, quốc phịng, cơng nghiệp…

6
Sau đây là các trạm thuỷ điện đã và đang xây dựng có sử dụng hệ thống đường
hầm thuỷ cơng tương đối lớn là:
Thuỷ điện Hồ Bình trên sơng Đà – tỉnh Hồ Bình.
Đây là cơng trình thuỷ điện lớn thứ hai Việt Nam (sau cơng trình thuỷ điện
Sơn La vừa phát điện), hệ thống cơng trình ngầm bao gồm:
- Nhà máy thuỷ điện ngầm có kích thước lớn, có vỏ bọc bê tông cốt thép
(chiều cao 53m ; chiều rộng 22m ; chiều dài 280m).
Đường hầm dẫn nước vào tua bin có đường kính D=8m, đoạn đầu có kết cấu
là vỏ bê tông cốt thép, đoạn vào tua bin có kết cấu bê tơng cốt thép bọc vỏ thép.
- Hầm xả mặt cắt hình chữ U ngược có đỉnh hầm là nửa đường tròn; R=4,5m;
rộng B=9m ; cao H=9,75m ; có lớp áo lót bằng bê tơng cốt thép.
- Hầm thi cơng mặt cắt hình chữ nhật có đỉnh hầm là nửa đường trịn R=6m;
B=12m ; cao H=11m có lớp áo lót bằng bê tơng cốt thép.
Cơng trình thuỷ điện Hồ Bình là cơng trình thuỷ điện ngầm lớn nhất Đông Nam Á.
Thuỷ điện Yali – tỉnh Gia Lai.
Đây là cơng trình thuỷ điện lớn thứ ba ở Việt Nam. Hệ thống cơng trình ngầm
bao gồm:
- Gian máy ngầm kể cả sàn lắp ráp có chiều dài 118,5m; cao 55,08m; chiều
rộng gian máy là 22m;
- Các đường hầm dẫn nước số 1 và số 2 chạy song song với đường kính thơng
thuỷ là 7m; tổng chiều dài là 7,6km; Các đường hầm đều có chống đỡ bằng vỏ bê
tơng cốt thép (chiều dày chống đỡ là 40cm; và 50cm).
- Bể điều áp ngầm: kích thước trên mặt bằng là 55x13m, diện tích mặt cắt
đứng là 248,3m2 phần trên của tiết diện là nửa hình trịn, bán kính 6,5m; phần dưới
là hình chữ nhật kích thước 13x14m. Tồn bộ hệ thống điều áp có chống đỡ bằng bê
tơng cốt thép, chiều dày vỏ buồng trên là 50cm; vỏ buồng dưới và giếng nối là 65cm.


7

Thuỷ điện Đại Ninh – tỉnh Lâm Đồng và Bình Thuận:

Đường hầm dẫn nước có đường kính D =4,5m; dài 11.254m
Thuỷ điện Bản Vẽ – tỉnh Nghệ An:

Sử dụng 2 đường hầm dẫn nước có đường kính D = 6,5m, tổng chiều dài
1.290m (mỗi hầm dài 645m).
Thuỷ điện A Vương – tỉnh Quảng Nam:
Đường hầm dẫn nước có đường kính D = 6,2m, tổng chiều dài là 4851m trong
đó đường hầm dẫn nước dài 4365m, đường hầm ngách thi công dài 486m.
Thuỷ điện Xêkaman 3
Đường hầm dẫn nước có đường kính 4m, tổng chiều dài 7360m.
Thủy điện Hủa Na – tỉnh Nghệ An (đang xây dựng):
Công suất 180MW, đường hầm dẫn nước có đường kính 7,3m, chiều dài 3.826m.
Dưới đây là một số hình ảnh về cơng trình ngầm đã và đang được xây dựng ở
Việt Nam:

Hình 1.1: Đường hầm thuỷ điện Buôn Kuốp – tỉnh Đăk Lắc


8

Hình 1.2: Đường hầm thuỷ điện Đại Ninh – tỉnh Lâm Đồng

Hình 1.3: Đường hầm giao thơng qua đèo Hải Vân – tỉnh Thừa Thiên Huế


9

Hình 1.4: Đường hầm thuỷ điện A Vương – tỉnh Quảng Nam.

Hình 1.5: Đường hầm thuỷ điện Bản Vẽ – tỉnh Nghệ An.


10

Hình 1.6: Đường hầm thuỷ điện A Lưới – tỉnh Thừa Thiên Huế.

Hình 1.7: Đường hầm thuỷ điện Hủa Na – tỉnh Nghệ An.


11
1.2.

Đặc điểm đào đường hầm bằng phương pháp nổ mìn.

Thi cơng đường hầm bằng phương pháp nổ mìn là phương pháp truyền thống.
Các phần đào theo một trình tự rất chặt chẽ, đào đến đâu tiến hành chống đỡ ngay
bằng hệ thống thanh, tấm (gỗ hoặc thép), áp lực đất đá sẽ truyền lên vật chống đỡ,
sau đó sẽ thi công vỏ hầm. Tùy theo chất lượng đá xung quanh hầm mà tiến hành
đào toàn mặt cắt hay đào từng phần rồi mở rộng dần.
1.2.1.

Phương pháp đào toàn mặt cắt.

Toàn mặt cắt ngang của đường hầm cùng tiến hành đào một lần. Phương pháp
này có thể tăng nhanh tốc độ thi cơng, thích hợp với những điều kiện sau:
- Đường hầm có kích thước mặt cắt khơng lớn, trong trường hợp địa chất xấu
(nhỏ hơn 16m2).
- Đối với đường hầm có kích thước tương đối lớn thì điều kiện địa cht phi tt.

- Cú th s dng mỏy o.
I-I

1
1

2

3

Khoang đào

Mặt cắt ngang
I

Khoang đào
I

Hinh 1.8. o ng hm trờn ton b mặt cắt.
1.2.2.

Phương pháp mở một phần mặt cắt rồi hạ bậc.

Khi kích thước khoang đào lớn (đường kính lớn hơn 11m), dù chất lượng đá
cho phép đào toàn bộ mặt cắt một lần, cũng nên đào từng phần, 2 hoặc 3 phần. Phần
đỉnh đào trước tiên, sau đó mở rộng toàn bộ mặt cắt gương hầm. Việc gia cố đá ở
phần đỉnh hiện khơng có vấn đề gì đặc biệt. Tuy nhiên, khi sử dụng khung thép thì
khi vịm được đỡ bằng khung thép đủ cường độ sẽ nảy sinh vấn đề cho trụ chống.
Vịm phải có móng tạm thời trong khi bậc đang cần đào. Một giải pháp là tăng độ
rộng của vịm và đặt chân đỡ vịm ngồi đường biên của tường cần cần đào. Để thực

12
hiện giải pháp này những đoạn ngắn của trụ đỡ khung thép phải được hàn vào vòm
nhằm đơn giản việc nối tiếp trụ đỡ - vòm sau này.

2.4

2.3

2.2

2.1

1

Hinh 1.9. Đào mở một phần mặt cắt rồi hạ bậc.
1.2.3.

Phương pháp đào phân đoạn – NATM

Phương pháp đào hầm mới của Áo (New Austrian Tunneling Method –
NATM) hiện nay được dùng nhiều trong thi công hầm ở Việt Nam, đặc biệt trong
những vùng xen lẫn địa chất xấu. NATM có một quy trình quan sát địa chất chặt
chẽ trong quá trình đào, dường như đó là trung tâm của cơng nghệ này, nhằm đảm
bảo kết cấu chống đỡ được dựng lắp là tin tưởng. Nhận xét này thường bị bỏ qua.
Phương pháp này được phát triển cho việc khai thác mỏ tại dãy núi Alpine, ở những
độ sâu khi chi phí khảo sát địa chất từ mặt đất không cho phép và điều kiện đất
thường là loại khó đào và khác nhau. Kinh nghiệm trước đây đã được đánh giá tốt
nhất là kết hợp lựa chọn kích thước hầm dẫn ban đầu và sự tuân thủ một hệ thống

chống đỡ để giữ cho hầm ổn định. Sau đó quan sát (đo) để xác định những chuyển
vị của đất đá để cần thiết phải bổ sung thêm chống đỡ. Nhờ kinh nghiệm và sự tin
tưởng ngày càng tăng lên, phương pháp này được áp dụng vào những vùng đất có
mức độ khó tăng dần.
NATM nhìn chung là phương pháp đào hầm dẫn. Hầm dẫn được đào từng
đoạn nói chung là ngắn để kịp lắp kết cấu chống đỡ phục vụ cho quá trình mở rộng
dần mặt cắt gương hầm. Bê tông phun thường được dùng để làm ổn định gương
hầm ứng với một lần tiến của chu kỳ đào, và khi cần thiết có thể sử dụng kết cấu
tạm thời.


13
Những dầm sắt đan thành lưới thường là một bộ phận kết cấu của NATM.
Những dầm này gồm 3 hoặc 4 thanh sắt được phủ bê tông cốt thép xếp thành hình
tam giác hoặc hình 4 cạnh, phù hợp với hình dáng của chu vi khối đào, và liên kết
với nhau thành một bộ phận chế tạo sẵn nhờ những lưới thép đan chéo đường kính
nhỏ đặt liên tục. Sau khi dựng kết cấu lên những dầm thép này, tiến hành phun bê
tông và trở thành một bộ phận tăng cường cho màng chắn ban đầu.
Giống như các khung thép, những dầm sắt đan lưới thường được dựng theo
từng đoạn theo sự dịch chuyển của khối đào và được neo lại với nhau. Do đã được
gia cố nên tất cả những ứng suất sinh ra ban đầu không tiếp tục phát triển, điều này
càng phù hợp thực tế để đào trong đáy hầm tường bên và tiếp tục đào lên.
Những nguyên tắc gia cố đá trong NATM đã có sự tiến bộ về nhận thức trong
nghệ thuật thi công hầm.
Barton và cộng sự (1980) cung cấp thêm những thông tin về chiều dài neo,
khoảng cách tối đa không cần chống và lực chống đỡ nóc hầm nhằm bổ sung vào
những kiến nghị chống đỡ được in trong báo cáo đầu tiên 1974.
Cơng thức ước tính chiều dài neo:
L = 2 + 0,15B/ESR
L – chiều dài neo, m.

B – Chiều rộng hầm, m.
ESR – chỉ số chống đỡ, với hầm thủy điện, ESR = 1,6.
Cơng thức ước tính bề rộng nóc hầm tối đa không cần chống: B max =2ESR.Q0,4
R

R

P

Công thức tính áp lực chống đỡ nóc hầm cố định P n =2J n 1/2Q-1/3/3J r .
R

1.2.4.

Trình tự đào.

+ Khoan lỗ mìn.
+ Cơng tác nổ phá.
+ Thơng gió.
+ Dọn và vận chuyển đá trong đường hầm.
+ Chống đỡ và thi công vỏ bê tông.

R

R

RP

P

P

P

R

R


14
1.3.

Ảnh hưởng của nổ mìn đến chất lượng khối đá xung quanh.

1.3.1.

Lý luận cơ bản về nổ phá.

Hiện tượng nổ phá là do thuốc nổ bị kích thích (bị đập, gặp tia lửa, nhiệt độ
cao) lập tức phát sinh ra phản ứng hóa học, thuốc biến thành khí, đồng thời sinh ra
nhiệt độ rất cao 1663 ÷ 42730K (1500 ÷ 40000C), thể tích khí tăng lên rất lớn, do đó
P

P

P

P

áp suất tăng rất cao (6000 ÷ 8000at). Áp lực lớn đó sinh ra sóng xung kích rất mạnh,

phá hoại mơi trường xung quanh.
Như trên đã nói, hiệu quả nổ mìn chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố, nên việc
nghiên cứu tác dụng phá hoại của thuốc nổ trong môi trường là một vấn đề hết sức
phức tạp. Vì vậy để nghiên cứu dễ dàng ta giả thiết:
Môi trường là đồng đều tức là tác dụng nổ phá gây ra trong môi trường trên
mọi phương đều như nhau:
- Môi trường đất đá là vơ hạn.
- Bao thuốc có dạng hình cầu
Trên cơ sở những giả thiết đó, ta có thể tạm thời phân chia phạm vi môi trường
chịu tác dụng của nổ phá ra làm 4 vùng giới hạn bởi 4 mặt cầu có cùng tâm là tâm
nổ. Dùng mặt cắt đi qua tâm nổ ta có thể biểu thị tác dụng của nổ phá như hình sau:

1
2
3
4

Hình 1.10: Sơ đồ tác dụng của nổ phá
1. Vùng nén ép hay nát vụn (vùng gần tâm nổ);
2. Vùng văng đi (vùng trung gian);
3. Vùng long rời (vùng xa tâm nổ);
4. Vùng chấn động.


15
- Trong vùng nén ép (hay nát vụn) đất đá chịu áp lực là nhiệt độ rất cao nên tạo
thành lỗ hổng hình cầu có thành vách vững chắc, tất cả các khe nứt riêng biệt đều
mất đi. Nếu là đá thì sẽ bị nát vụn.
- Trong vùng văng đi, năng lượng nổ không những làm cho môi trường bị phá
vỡ mà cịn có thể bị văng đi một khoảng cách nhất định nếu gần mặt thoáng (mặt

đất tự nhiên, thành vách hố đào. v.vv…).
- Trong vùng long rời, năng lượng nổ chỉ có thể tạo thành các hệ thống khe
nứt, phá hoại kết cấu của môi trường.
Trong vùng chấn động, năng lượng nổ chỉ có thể làm cho các phần tử đất đá bị
dịch chuyển mà không phá vỡ được liên kết của chúng.
Trong thực tế người ta tổng hợp 3 vùng đầu tiên thành một vùng gọi là vùng
phá hoại. Bán kính ứng với vùng này gọi là bán kính phá hoại hay bán kính tác
dụng nổ phá và được kí hiệu là R. Vùng phá hoại hay R là một chỉ tiêu để đánh giá
hiệu quả nổ phá. Vùng chấn động có ý nghĩa trong việc đánh giá tác dụng của địa
chấn do nổ mìn gây ra đối với khối đất đá hoặc các cơng trình xung quanh. Mặt
khác cũng nên hiểu rằng sự phân chia ở trên chỉ là khái niệm để giải thích tác dụng
của nổ phá, giữa các vùng đó khơng có một ranh giới rõ rệt.
1.3.2.

Tác dụng của mặt thoáng đối với nổ phá – sự hình thành phễu nổ.

1.3.2.1.

Tác dụng của mặt thống đối với nổ phá.

Trong trường hợp mơi trường là bán vơ hạn (có nghĩa là gần nguồn nổ có một
mặt thống nào đó) thì hiện tượng phá hoại đất đá có khác với những điều đã trình
bày ở trên. Sóng nén đi đến mặt thống được phản xạ lại. Thực chất của sóng phản
xạ là sự giãn nở của đất đá được lan truyền từ mặt thoáng trở lại. Ứng suất kéo do
sóng phản xạ gây ra có trị số tuyệt đối nhỏ hơn ứng suất nén do sóng nén gây ra một
ít. Sức chịu kéo của đất đá so với sức chịu nén lại nhỏ hơn nhiều. Vì vậy sóng phản
xạ có tác dụng phá vỡ đất đá mạnh hơn nhiều so với sóng nén. Qua đây ta thấy mặt
thống có tác dụng nâng cao hiệu quả đập vỡ đất đá của nổ mìn lên rất nhiều thơng
qua tác dụng của sóng phản xạ và chính vì vậy mà người ta hết sức chú ý tạo được
nhiều mặt thống khi bố trí nổ mìn. Sự phá hoại của đất đá khi nổ mìn có một mặt

thống được mơ tả như hình sau:


16

1

Hình 1.11. Sơ đồ các vùng phá hoại của đất đá khi nổ có một mặt thống.
1. Các khe nứt do sóng phản xạ gây ra;
2. Vùng phá hoại ở gần mặt thống dưới tác dụng của sóng phản xạ.
1.3.2.2.

Sự hình thành phễu nổ.

Khi khoảng cách từ tâm nổ đến mặt thống nhỏ hơn bán kính phá hoại R, một
phần đất đá bị phá hoại do sự hình thành các khe nứt đã nói ở trên sẽ được chuyển
động về phía mặt thống. Phương vận tốc chuyển động của đất đá tại một điểm nào
đó trùng với bán kính R đi qua điểm đó. Năng lượng mà các chất khí nổ tàng trữ lại
thường vào khoảng 50% tổng năng lượng của nổ phá và một phần được biến thành
động năng của đất đá. Trường hợp đất đá có vận tốc chuyển động lớn thì chúng sẽ
văng đi xa và hình thành phễu nổ.
Phễu nổ là một khái niệm quan trọng để xem xét tác dụng của nổ phá. Các đặc
trưng của phễu nổ gồm:
-

Đường cản ngắn nhất W: là khoảng cách ngắn nhất từ tâm khối thuốc nổ
đến mặt thoáng.

-

Bán kính phá hoại R: là khoảng cách từ tâm khối thuốc nổ đến mép phễu
nổ mìn.

-

Bán kính phễu nổ r.

-

Độ sâu nhìn thấy h: là độ sâu thực tế của phễu sau khi đất đá đã nổ ra rơi
trở lại và lấp một phần.


17
Khi tính tốn lượng thuốc nổ người ta coi như đất đá chỉ bị phá hoại trong
phạm vi của hình nón lật ngược có đỉnh là tâm khối thuốc nổ.

1

2

Hình 1.12. Sơ đồ phễu nổ.
W – đường cản lớn nhất; R – bán kính phá hoại;
r – bán kính phễu nổ; h – độ sâu nhìn thấy;
1. Đất đá rơi trở lại sau khi nổ;
2. Phạm vi phá hoại theo giả thiết.
Ngoài ra từ r và W người ta đưa ra một thơng số rất quan trọng trong tính tốn,
đó là tỉ số r/W. Tỉ số này được gọi là chỉ số tác dụng nổ phá và ký hiệu là n:
n=

r
W

(1.1)

Khi n > 1 người ta gọi là nổ mìn văng mạnh. Phễu nổ trong trường hợp này gọi
là phễu nổ văng mạnh và khối thuốc nổ tương ứng được gọi là bao thuốc nổ mạnh.
Khi n = 1 có nổ mìn văng tiêu chuẩn. Phễu nổ lúc này được gọi là phễu nổ tiêu
chuẩn và khối thuốc nổ là bao thuốc tiêu chuẩn.
Khi 0,75 < n < 1 là nổ mìn văng yếu. Phễu nổ là phễu phễu nổ văng yếu và
khối thuốc là bao thuốc văng yếu.
Khi n ≤ 0,75, tuy đất đá được đập vỡ nhưng không bị văng đi, mặt đất chỉ bị
lồi lên chứ không hình thành phễu nổ. Khối thuốc lúc này gọi là bao thuốc nổ om.
Về phương pháp nổ mìn cịn chia ra:


18
-

Nổ mìn lỗ nơng.

-

Nổ mìn lỗ sâu.

-

Nổ mìn bầu.

-

Nổ mìn hầm.

Đối với thi công đường hầm người ta thường dùng phương pháp nổ mìn lỗ
nơng. Việc bố trí nổ mìn đào hầm thường sử dụng 3 loại lỗ mìn.
-

Lỗ mìn rãnh: để tạo mặt thống.

-

Lỗ mìn phá: để phá đá.

-

Lỗ mìn sửa hay viền: để tạo gương hầm có đường viền theo yêu cầu thiết
kế.

Khi thiết kế nổ mìn để tạo ra gương hầm phải chú ý đến tác động của khối
thuốc nổ Q đến sự phá hoại các hạt đá ở xung quanh gương hầm. Để ngăn cản sóng
nổ phá hoại đất đá, trong thi công đào hầm đã áp dụng kỹ thuật vi sai và nổ mìn
viền – mục đích của lớp mìn viền nhằm tạo ra khe nứt dọc theo chu vi gương hầm,
tạo sự phân cách giữa khối đào với môi trường đất đá xung quanh trước khi sóng nổ
của khối đào xuất hiện – lý do khi đi qua khoảng không của đường viền, tốc độ của
sóng nổ giảm, dẫn đến sức phá hoại nhỏ đi. Ngoài ra để bảo đảm an toàn các vật ở
cách xa tâm nổ, người ta cịn tính tốn lượng thuốc nổ cho phép ở một quy mô vụ nổ.
1.4.

Kết luận.

Trong chương này tác giả đã trình bày tổng quan về thi cơng đường hầm bằng
phương pháp nổ mìn. Bên cạnh rất nhiều ưu điểm như rút ngắn thời gian thi công,
giảm bớt khối lượng công việc nặng nhọc cho người và máy móc ..., thì nhược điểm
là gây biến dạng cho đất đá ở xung quanh, sóng do nổ mìn có thể sẽ gây ra ảnh
hưởng phá hoại tới mơi trường và các cơng trình lân cận. Để tìm hiểu sâu hơn khi
thi cơng cơng trình ngầm bằng phương pháp nổ mìn, sẽ được giới thiệu ở chương sau.


19
CHƯƠNG 2
SỰ HÌNH THÀNH VỊM ĐÁ NỨT NẺ DO NỔ MÌN GÂY RA.
2.1.

Ngun lý cơ bản về nổ mìn.

2.1.1.

Lý thuyết về sóng nổ.

Sóng lan truyền trong mơi trường được hình thành do năng lượng của thuốc nổ
gây ra gọi là sóng nổ. Sóng nổ lan truyền trong khơng khí gọi là sóng xung kích
(hay sóng tới). Sóng nổ lan truyền gây dao động trong môi trường đất đá gọi là sóng
chấn động hay cịn gọi là sóng địa chấn. Sự giãn nở của đất đá được lan truyền từ
mặt thoáng trở lại tâm nổ gọi là sóng phản xạ.
2.1.2.

Sóng nổ xung kích theo quan điểm thủy khí động học

Nổ là một phản ứng hóa học, có kết quả trong một khoảng thời gian rất ngắn,
tạo ra một năng lượng lớn và hình thành một vùng áp lực nhiệt độ cao. Trong

trường hợp tổng quát thì sự phân bố áp lực và nhiệt độ trên mặt giới hạn những
thành phẩm nổ và môi trường bao quanh ở thời điểm ban đầu là hồn tồn bất kỳ, vì
đặc điểm của phản ứng nổ khơng phụ thuộc vào các tính chất của mơi trường bao
quanh. Khi năng lượng nổ truyền ra môi trường bao quanh sẽ xuất hiện những mặt,
trên những mặt này có có các yếu tố thủy động (áp lực, mật độ, vận tốc) hoặc đạo
hàm của chúng theo thời gian và không gian bị gián đoạn. Nếu bản thân các yếu tố
này bị gián đoạn thì ta có những mặt gián đoạn mạnh. Còn nếu đạo hàm của chúng
gián đoạn thì ta có những mặt gián đoạn yếu. Nếu áp lực và thành phần pháp tuyến
véc tơ vận tốc bị gián đoạn thì gián đoạn mạnh gọi là khơng dừng hay gọi là đầu
sóng xung kích. Nếu chỉ có mật độ và nhiệt độ bị gián đoạn thì mặt gián đoạn này
gọi là sóng dừng. Nhiệm vụ chủ yếu của lý thuyết nổ là nghiên cứu chuyển động
không dừng của chất lỏng (theo nghĩa rộng) ở khoảng giữa hai mặt biên là mặt đầu
sóng và mặt gián đoạn mạnh. Hình 2.1 trình bày sơ đồ nổ trên khơng và chuyển
động của các mặt gián đoạn.
Khu vực bao quanh A và nằm trong mặt α là vùng các thành phẩm nổ (khu
vực 1). Trong khu vực 1 này môi trường thường ở trạng thái bị phá hủy hoàn toàn,
áp lực lớn và nhiệt độ cao. Khu vực 2 là vùng môi trường đã bị kích động và các hạt