Giáo trình Thi công công trình ngầm bằng phương pháp đặc biệt: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 2 của giáo trình "Thi công công trình ngầm bằng phương pháp đặc biệt" tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: thi công công trình ngầm trong đất đá có hiện tượng phụt nổ khí và nổ đá; xây dựng công trình ngầm qua sông, biển; trình tự thi công công trình ngầm qua sông - biển bằng phương pháp hạ chìm;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Thi công công trình ngầm bằng phương pháp đặc biệt: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh Chƣơng 5 THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG ĐẤT ĐÁ CÓ HIỆN TƢỢNG PHỤT NỔ KHÍVÀ NỔ ĐÁ 5.1. Tổng quan 5.1.1. Hiện tƣợng phụt nổ khí Làhiện tượng khí động học phức tạp, xảy ra do giải phóng ứng suất đàn hồi ch tụ ở trạng thái giới hạn kèm theo hiện tượng đất đá, khí, bụi bắn ra với tốc độ tí lớn kèm theo âm thanh nổ. Người ta giải thích hiện tượng đó bằng các giả thuyết sau: - Do có vùng khícó áp suất lớn với năng lượng tí ch tụ. Khi có đường hầm đào tới gần, lớp đá bảo vệ không đủ độ bền để bảo vệ vùng khícó áp lực quálớn. Khi độ dày tới giátrị giới hạn, sự phát sinh sự “bục” đột ngột làm đất đá, khí, bụi văng ra như một vụ nổ. - Hiện tượng trên cũng được giải thí nh lý hóa như sau: Một ch bằng quátrì a làkhícó áp lực cao, được tương tác và trương nở thể tí phí ch trong vùng tí ch tụ, một phía là đất đá bị tăng ứng suất làm giảm ổn định vàbền vững. Trạng thái nổ xảy ra khi thế cân bằng bị phávỡ. 5.1.2. Hiện tƣợng nổ đá (xung đập) Khối đá xung quanh công trình trong điều kiện trường ứng suất cao màxảy ra hiện tượng các phiến đá bắn ra, cùng với hông đường hầm cóhiện tượng đá bong tróc gọi lànổ đá. Trong khối đá màkhai đào công trình ngầm (xưởng ngầm, đường hầm, đường lò khai thác ngầm, khu vực khai thác…) làm phân bố lại ứng suất và hiện tượng ứng suất tập trung trong khối đá xung quanh nó. Sau khi ứng suất tập trung đạt đến một giátrị nhất định thìcóthể xảy ra nổ đá. Trong quá trình khai đào công trình ngầm, nổ đá là một hiện tượng phản ánh mất ổn định của khối đá xung quanh mạnh nhất. Nólàmột tai họa địa chất lớn của thi công công trình ngầm. Do tính phát sinh đột ngột, uy hiếp nghiêm trọng nhất đối với người và thiết bị thi công trong công trình ngầm. Nếu như xử lý không thỏa 79 đáng, thì sẽ làm cho an toàn thi công vàgiữ ổn định của khối đá hoặc công trì nh trở nên rất khó khăn, thậm chísẽ tạo thành sự cố công trình đặc biệt nghiêm trọng. Do nổ đá là hiện tượng động lực cực kỳ phức tạp, đến nay điều kiện hì nh thành vànguyên lýnổ đá trong công trình ngầm vẫn chưa có nhận biết thống nhất. Cóhọc giả cho rằng nổ đá là do bị pháhủy cắt; cũng có học giả căn cứ vào kết quả thínghiệm vàquan sát của mình đưa ra kết luận làdo pháhoại kéo giãn căng; còn cómột quan điểm quátrình pháhoại khối đá phát sinh nổ đá phân làm 3 giai đoạn pháhủy: bóc tách hình thành tấm, bẻ cắt thành cục, bắn bật các cục mảng ra. * Điều kiện xảy ra nổ đá: (1) Khi đào công trình ngầm hì nh thành không gian ngầm là điều kiện hì nh học gây ra nổ đá. (2) Sự tập trung vàphân bố lại ứng suất xung quanh khối đá đã tạo ra sự tí ch lũy một lượng lớn năng lượng biến dạng đàn hồi ở khối đá xung quanh công trình ngầm, đây là một điều kiện động lực gây ra nổ đá. (3) Sau khi khối đá tiếp nhận ứng suất giới hạn sinh ra khe nứt ban đầu, tập trung giải phóng lượng năng lượng biến dạng đàn hồi dư tức quyết định mức độ bắn ra của nổ đá. (4) Thông qua hình thức nào của nổ đá xuất hiện, nó được quyết định bởi nh chất của đá xung quanh công trình, đặc trưng kết cấu khối đá, thời gian tích lũy tí vàgiải phóng năng lượng biến dạng đàn hồi dài hay ngắn. * Căn cứ dự đoán nổ đá Từ quy định vàthành quả nghiên cứu của một số quốc gia đã nhận thấy, căn cứ sinh ra nổ đá na ná như nhau, vấn đề này đối với giai đoạn thiết kế đo đạc công nh ngầm, căn cứ vào điều kiện địa chất vạch ra để phán đoán phát sinh nổ đá có trì giátrị tham khảo hay không. Dựa vào tiêu chuẩn phân loại khối đá công trình của Trung Quốc cóthể đưa ra dự đoán nổ đá như sau: (1) Khi Rc/max>7 không xảy ra nổ đá; (2) Khi Rc/max=4-7 có thể sẽ phát sinh nổ đá nhẹ hoặc nổ đá mức độ trung bì nh; (3) Khi Rc/maxTrong đó: Rc- Cường độ kháng nén đơn trục của đá; max- Ứng suất nguyên sinh lớn nhất. Chỉ tiêu cường độ của đá có thể thông qua các dạng thínghiệm để xác định, ứng suất lớn nhất thông thường là thông qua phương pháp đo đạc thực địa để xác định, nhưng không phải làtất cả các công trình đều cóthể tiến hành đo ứng suất. Vì vậy không thể không nhờ vào những số liệu kinh nghiệm hoặc trực tiếp sử dụng đại lượng ứng suất thẳng đứng trong trường ứng suất trọng lực của khối đá làm giá trị ứng suất lớn nhất. 5.2. Các giải pháp ngăn ngừa và hạn chế 5.2.1. Giải pháp ngăn ngừa vàhạn chế nổ đá Thông qua tích lũy kinh nghiệm vàthực tiến một loạt công trì nh, hiện nay đã cónhiều phương pháp phòng ngừa nổ đá có hiệu quả, quy kết lại đã có: gia cố khối đá xung quanh, biện pháp phòng hộ thêm, hoàn thiện phương pháp thi công, cải thiện điều kiện ứng suất xung quanh cùng với thay đổi tí nh chất cơ lý của khối đá xung quanh… (1) Biện pháp gia cố khối đá xung quanh Phương pháp này là chỉ gia cố khối đá xung quanh biên công trình ngầm sau khi khai đào cùng với gia cố chống đỡ vượt trước đối với mặt chống đỡ, những biện pháp này một làcó thể cải thiện bản thân mặt gương cùng với trạng thái ứng suất của khối đá xung quanh trong phạm vi 1-2 lần đường kí nh hầm; hai làtác dụng bảo vệ khả năng chịu ...