Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi thi công đường hầm đến kết cấu công trình ngầm lân cận

rí nổ và điểm quan sát (vị trí đặt cảm biến) được xác định theo sơ đồ trên Hình 3.20. Từ tam giác vuông ở sơ đồ Hình 3.20, khoảng cách (D) từ gương hầm đến vị trí nổ mìn có thể tính theo công thức (3.22): 2 2 2 avD L (PMC PM )= + − , m. (3.21) Trong đó: L - Khoảng cách giữa hai đường hầm, m; PMC - Khoảng cách từ cửa đường hầm đến vị trí đặt cảm biến, m; PMav - Khoảng cách trung bình của gương đường hầm (vị trí nổ mìn), m. Hình 3.20. Sơ đồ xác định khoảng cách giữa vị trí nổ mìn và điểm quan sát [15] Giá trị PPV có thể tính theo công thức [46], [58], [65]: 2 2 2 V H LPPV = PPV + PPV + PPV , m/s. (3.22) Trong đó: PPVV, PPVH, PPVL - Các thành phần PPV theo phương thẳng đứng (V), phương dọc trục (H) và phương vuông góc nằm ngang (L) so với trục đường hầm. Từ công thức của Chapot (1980) về mối quan hệ giữa PPV, lượng nạp và khoảng cách từ vị trí nạp đến vị trí nổ mìn [58]: - n D PPV = K× Q        hay ( ) n C Q PPV = K× K× S . D    =    (3.23) 63 Tại đây: SC=(Qn/D) - Gọi là tỉ lệ lượng nạp; n,  - Các hệ số phụ thuộc vào điều kiện địa chất và đặc tính thuốc nổ. Giá trị của PPV được dự báo trong nhiều tài liệu tham khảo của các nhà nghiên cứu. Công thức (3.24) là phương trình kinh nghiệm thường được sử dụng để phân tích chấn động gây ra bởi nổ mìn [58]: ( )αCPPV K.S= . (3.24) Trong đó: K - Hệ số liên quan đến địa chất, các thông số nổ mìn, và các yếu tố khác; α - Hệ số suy giảm; SC - Tỉ lệ lượng nạp được xác định bởi khối lượng nạp tối đa cho mỗi lần nổ Q (kg) và khoảng cách từ các điểm quan sát đến vị trí nổ mìn D (m). Các dữ liệu chấn động bởi nổ mìn được phân tích bởi các giá trị SC theo các tiêu chuẩn khác nhau tại các nước khác nhau [58]: ➢ Theo công thức kinh nghiệm của Sodev (Nga): ( )3C1S = Q /D . (3.25) ➢ Theo công thức tính PPV trong tiêu chuẩn của Nhật bản: ( )34C2S = Q /D . (3.26) ➢ Theo công thức tính PPV trong tiêu chuẩn của Ấn Độ: ( )3 2C3S = Q/ D . (3.27) ➢ Theo công thức tính PPV của Chapot (1980): ( )C4S = Q /D . (3.28) Các công thức trên sẽ được sử dụng để khảo sát mối quan hệ giữa PPV và SC. Để thuận lợi phân tích, lấy logarit cơ số 10 hai vế công thức (3.24): lg(PPV)=lgK+.lg(SC). (3.29) Trong đó: SC có thể xác định theo công thức (3.26)÷(3.29) với 52 dữ liệu đo chấn động nổ mìn đo bởi cảm biến P thu được tại hầm Croix-Rousse thể hiện trên Bảng 3.11. 64 Bảng 3.11. Kết quả đo chấn động gây ra bởi quá trình nổ mìn đường hầm bởi cảm biến P với dải tần số thấp (f=130 Hz) [89] Q, kg H, m PPV, mm/s Q, kg H, m PPV, mm/s Q, kg H, m PPV, mm/s 422 75,18 7,24 571 44,70 7,76 581 36,67 52,43 363 72,13 7,24 619 47,18 7,89 621 38,81 51,36 438 66,99 10,53 622 49,86 8,83 706 40,36 50,68 465 61,61 12,83 422 75,18 9,25 571 42,32 64,62 465 59,00 12,91 363 72,13 6,56 571 44,70 47,16 501 56,08 16,87 438 66,99 8,13 619 47,18 97,07 406 51,27 39,80 465 61,61 10,34 622 49,86 53,27 425 48,84 24,34 465 59,00 12,27 654 52,53 49,09 430 46,54 36,34 422 75,18 7,24 629 55,51 31,69 430 44,70 39,73 501 56,08 14,57 589 58,02 24,14 611 42,72 51,88 406 51,27 24,32 650 61,21 33,93 556 40,82 22,84 425 48,84 26,74 648 64,48 22,87 628 39,40 27,48 430 46,54 23,26 637 67,84 18,90 259 36,10 13,44 430 44,70 24,20 493 71,26 13,51 581 36,67 13,78 611 42,72 37,51 462 74,74 10,54 621 38,81 13,15 556 40,82 30,64 547 78,05 9,99 706 40,36 8,79 628 39,40 41,22 501 56,08 14,57 571 42,32 10,38 259 36,10 39,11 406 51,27 24,32 Các dữ liệu được phân tích bằng phần mềm Excel. Kết quả mối quan hệ giữa PPV và tỉ lệ lượng nạp SC được thể hiện trên Hình 3.21. Từ mối quan hệ giữa PPV cho phép và tỉ lệ nạp thuốc (SC) tác giả có thể xác định giá trị PPV theo biểu đồ thể hiện trên Hình 3.21 [58]: ( ) 1,5261 3PPV = 344,349× Q / D , R²=0,300; (3.30) ( ) 1,2267 34PPV = 8,214× Q / D , R²=0,287; (3.31) ( ) 1,0186 3 2PPV =1681,899× Q/ D , R²=0,293; (3.32) ( ) 1,4172 PPV = 64,92 Q / D , R²=0,300. (3.33) 65 Kết quả cho thấy rằng bốn phương trình kinh nghiệm sử dụng để dự báo PPV gây ra bởi nổ mìn đào hầm có hệ số tương quan R2 khác nhau. Trong trường hợp này, phương trình kinh nghiệm với hệ số tương quan lớn nhất tại công thức (3.33) được lựa chọn để tính toán. a) b) c) d) Hình 3.21. Mối quan hệ giữa PPV và tỉ lệ lượng nạp SC: a - Theo công thức Sodev; b - Theo công thức của Nhật Bản; c - Theo công thức của Ấn Độ; d - Theo công thức Chapot (Châu Âu) [58] b. Xác định chi phí thuốc nổ lớn nhất cho mỗi lần chậm nổ Phương trình thực nghiệm (3.34) cho thấy sự phụ thuộc của giá trị PPV vào tỉ lệ lượng nạp tại đường hầm Croix-Rousse. Sau khi biến đổi tương đương, phương trình (3.34) có thể chuyển sang dạng dưới đây [15]: ( ) 1,4172 PPV = 64,92 Q /D . (3.34) 66 Sử dụng phương pháp Ln hai vế và biến đổi ta đưa ra công thức xác định lượng thuốc nổ lớn nhất phụ thuộc vào giá trị ngưỡng [PPV] và khoảng cách D từ vị trí nổ mìn đến vị trí quan sát: 2 1,4112 maxQ = 0,002768×D ×[PPV] , m/s. (3.35) Trong đó: [PPV] - Giá trị ngưỡng của PPV. Sau khi biết ngưỡng [PPV] có thể xác định được lượng thuốc nạp lớn nhất cho mỗi lần chậm nổ theo công thức (3.36). Giới hạn giá trị ngưỡng [PPV] có thể được xác định theo các tiêu chuẩn dựa trên các điều kiện cụ thể của vị trí công trình, bao gồm cả cấu trúc địa chất và tính chất tự nhiên của đá. c. Xác định giá trị PPV dựa trên chỉ số phá hủy nổ mìn BDI Do đường hầm mới đào bằng khoan nổ mìn gần với đường hầm cũ nên cần giảm thiểu những ảnh hưởng tiêu cực của chấn động nổ mìn đến vỏ chống của đường hầm cũ. Chỉ số phá hủy nổ mìn BDI được sử dụng trong nghiên cứu này để đánh giá mức độ nguy hiểm đến đường hầm hiện có do chấn động gây ra bởi nổ mìn được tính theo công thức (3.1) [95]. Căn cứ vào công thức (3.1), tác giả có thể xác định giá trị ngưỡng [PPV]. Giá trị [PPV] trên tường của đường hầm cũ tương ứng với ngưỡng giới hạn của Dib. Các thông số cơ học của khối đá khảo sát thể hiện trên Bảng 3.12. Kết quả khảo sát thể hiện trong Bảng 3.13 tương ứng với giá trị R: Dib=0,125; Dib=0,25. Bảng 3.12. Thông số cơ học của khối đá khảo sát [15] Loại đá Mật độ, kg/m3 C, m/s σk, MPa Kr Granit 2700 3500 15 0,96 Bảng 3.13. Kết quả tính toán giá trị [PPV], mm/s [15] Loại đá Dib=0,125 Dib=0,25 Granit 12,698 mm/s 25,396 mm/s d. Khối lượng nạp thuốc cho mỗi lần chậm nổ khi đào đường hầm Tổng khối lượng nạp của mỗi lần chậm nổ và số lượng lần chậm nổ có thể 67 xác định dựa trên tổng lượng nạp trên gương và lượng nạp tối đa cho mỗi lần chậm nổ. Để giảm thiểu thiệt hại nên tăng số lượng lần chậm nổ, giảm khối lượng thuốc nổ tức thời và làm giảm các tác động tiêu cực của chấn động nổ mìn. Theo phương pháp tính Qmax theo ngưỡng giá trị giới hạn [PPV]=15,0 mm/s [69] và theo tiêu chuẩn của Pháp, từ công thức (3.35), ta có [15]: Qmax1=0,126D2. (3.36) Trong đó: D - Khoảng cách nhỏ nhất từ vị trí quan sát đến vị trí nổ mìn, m. Theo phương pháp tính Qmax theo ngưỡng giới hạn DBI’’ và khoảng cách từ gương đường hầm đến đường hầm đang tồn tại (L). Khối lượng nạp cho mỗi lần chậm nổ có thể tính theo công thức (3.1) dựa trên công thức (3.35) [15]: 1,4112 5 2s t max 2 k σ Q 286,63 10 L ρ.C   =       . (3.37) Trong đó L - Khoảng cách giữa hai đường hầm, m. Theo kết quả trên, tác giả có thể xác định khối lượng nạp tối đa cho mỗi lần chậm nổ khi đào đường hầm theo hai lựa chọn từ công thức [15]: Qmax=Min(Qmax1; Q max2). (3.38) Từ khoảng cách giữa hai đường hầm, khoảng cách từ gương đường hầm đến vị trí quan sát, đặc tính cơ lý của các lớp đất đá đường hầm đào qua, lượng nạp lớn nhất Qmax cho mỗi lần chậm nổ được tính toán và đưa ra trên Bảng 3.14 theo các công thức (3.36)÷(3.38). Bảng 3.14. Dự báo lượng thuốc lớn nhất cho một lần nổ, kg [15] Giá trị thuốc nổ giới hạn, kg Khoảng cách giữa hai đường hầm L, m 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 Qmax1, kg 201,6 315 453,6 617,4 806,4 Qmax2, kg 283,4 442,8 637,6 867,9 1133,6 Qmax, kg 201,6 315 453,6 617,4 806,4 Từ những kết quả nghiên cứu trên đây có thể rút ra một số nhận xét sau: 68 ➢ Khi sử dụng phương pháp khoan nổ mìn để đào đường hầm Croix-Rousse trong đất đá rắn cứng, các tác động tiêu cực của chấn động nổ mìn đến các tòa nhà, đường hầm đang tồn tại, nằm gần đường hầm mới phải đảm bảo nhỏ hơn giá trị ngưỡng quy định; ➢ Kết quả đo đạc thực địa, phân tích thống kê sự phân bố của các tần số chấn động và phương trình kinh nghiệm của chấn động nổ mìn gây ra với đường hầm cũ cho thấy: hầu hết các chấn động nguy hiểm có tần số dưới 30,0 Hz; ➢ Theo đặc tính tần số của chấn động nổ mìn, kết hợp với tình hình thực tế của đường hầm và các tòa nhà gần đó, chấn động gây ra bởi nổ mìn được xem xét [PPV]=15,0 mm/s và ngưỡng giới hạn thiệt hại Dib=0,125 lần lượt được lựa chọn tính toán để tránh những tác động tiêu cực chấn động nổ mìn đến sự ổn định của đường hầm đang tồn tại lân cận; ➢ Khối lượng nạp thuốc nổ tối đa Qmax cho mỗi lần chậm nổ được xác định từ các thông số: khoảng cách D từ điểm quan sát đến gương đường hầm; khoảng cách L từ gương đường hầm đến đường hầm đang tồn tại; tính chất cơ lý của các loại đá đường hầm đào qua. Khi đào đường hầm mới có thể điều chỉnh giá trị Qmax cho mỗi lần chậm nổ theo phương pháp trên đây để có thể giảm thiểu các tác động tiêu cực của chấn động nổ mìn đến đường hầm đang tồn tại gần đó. 3.5. Khảo sát mối quan hệ giữa RMR của khối đá và các thông số K và α trong công thức của Chapot Việc đánh giá ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu đường hầm lân cận đã được nghiên cứu theo hướng khối thuốc nổ đặt cùng mức với trục đường hầm cũ lân cận theo các phương án: khối thuốc nổ đặt bên sườn đường hầm; khối thuốc nổ đặt phía trước gương đường hầm. Ngoài ra, một số tác giả còn nghiên cứu sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn trong các trường hợp sau: ảnh hưởng của vụ nổ khối thuốc nổ đặt ngay trong đường hầm (các vụ nổ do khủng bố,); ảnh hưởng của vụ nổ khối thuốc nổ đặt trên mặt đất đến các đường hầm; ảnh hưởng của vụ nổ bom đạn tại bề mặt đến các công sự. Phần tiếp theo của luận án sử dụng kết quả đo 69 đạc chấn động tại dự án hầm Croix-Rousse, thành phố Lyon, Pháp để nghiên cứu. Đặc điểm về dự án hầm Croix-Rousse đã được giới thiệu trong các bài báo [16], [17], [18], [19]. Khi nghiên cứu sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn, việc sử dụng các chỉ số chất lượng khối đá để đánh giá mức độ ảnh hưởng của chấn động nổ mìn là hướng nghiên cứu mới chưa được nhiều nhà khoa học chú ý nghiên cứu. Một vài tác giả trên thế giới đã chú ý đến việc nghiên cứu ảnh hưởng của chỉ số RQD theo Cilsal Murat (2006) [8], chỉ số GSI để đánh giá mức độ chấn động của kết cấu chống giữ công trình ngầm chịu tác dụng của sóng nổ thông qua tốc độ PPV [8]. Công thức Chapot (1980) trong bộ tiêu chuẩn của Pháp thường được sử dụng để đánh giá chấn động nổ mìn trên thế giới có dạng như công thức (3.14) [69], khi n=0,5, công thức (3.14) có dạng như sau [69]: ( ) α PPV = K. D / Q - (3.39) Ở đây: D/Q1/2 - Tỉ lệ khoảng cách. Để tạo thuận lợi phân tích, sau khi lấy logatit cơ số e cho hai vế công thức (3.39), chúng ta có công thức tương đương: ( )Ln(PPV) = Ln(K) Ln D / Q .- . (3.40) Phương trình (3.41) có dạng hàm bậc nhất tuyến tính: y=ax+b. (3.41) Tại đây: y= ln(PPV); a=(-); x=ln(D/Q1/2) và b=ln(K). Giá trị các thông số K và  có thể tìm ra sau khi khảo sát mối quan hệ giữa logarit cơ số e của PPV Ln(PPV) và tỉ lệ khoảng cách D/Q1/2 dựa trên dữ liệu đo đạc hiện trường từ các cảm biến. Để xét đến chỉ tiêu RMR của khối đá bổ sung vào công thức Chapot (3.39), chúng tôi đã sử dụng các dữ liệu đo tại hầm Croix-Rousse [15], [24], [28]. Khu vực nghiên cứu được chia thành ba vùng tương ứng theo chiều dài dọc trục đường hầm như Bảng 3.15. Giá trị chỉ tiêu chất lượng RMR của khối đá tại các đoạn được thể hiện trên Hình 3.22. Các dữ liệu địa cơ học trong vùng 1 (khối đá 70 granit), vùng 2 (khối đá gơnai), các thông số đường hầm đào qua được sử dụng làm các số liệu đầu vào để nghiên cứu. Bảng 3.15. Vị trí của các khu vực nghiên cứu trong đường hầm [59] Khu vực nghiên cứu Từ PM Tới PM Chiều dài vùng nghiên cứu, m Loại đá 1 200 600 400 Granit 2 640 750 110 Gơnai 3 750 1430 680 Granit Hình 3.22. Giá trị RMR trong vùng nghiên cứu 1 [59] 3.5.1. Nghiên cứu cảm biến P trong vùng 1 (PM200PM600) Công tác khảo sát bắt đầu ở khu vực 1. Các giá trị kết quả đo không phù hợp của các cảm biến sẽ được loại bỏ trước khi tìm kiếm mối quan hệ giữa các thông số K,  (trong công thức của Chapot) và giá trị RMR của khối đá. Tại mỗi lần nổ mìn ở gương đường hầm, chấn động sinh ra do nổ mìn sẽ được đo bằng cảm biến đặt phía trước và phía sau của gương đường hầm với khoảng cách tương đối là H. Ta quy định: các cảm biến đặt phía trước gương đường hầm mới có H>0; các cảm biến đặt phía sau gương đường hầm mới có H<0 (Hình 3.23). Các mối quan hệ giữa ln(K),  và giá trị RMR của cảm biến P thể hiện trong các Bảng 3.16, Bảng 3.17, Bảng 3.18, Bảng 3.19 và các hình từ Hình 3.24 đến Hình 3.32 [12]. 71 Hình 3.23. Sơ đồ thể hiện khoảng cách tương đối H của vị trí đặt cảm biến trong đường hầm [12], [23], [58], [59] Bảng 3.16. Quan hệ giữa ln(K),  và RMR của cảm biến P với H>0 [12] Các hệ số Chỉ số chất lượng khối đá RMR 67 72 77 80 ln(K) 8,837 8,195 7,187 6,652 K 6883 3622 1322 774  1,901 1,578 1,256 1,843 Hình 3.24. Quan hệ giữa RMR và ln(K) (Bảng 3.16) khi H>0 [12] Hình 3.25. Quan hệ giữa RMR và K (Bảng 3.16) khi H>0 [12] Từ Hình 3.24 ta có mối quan hệ (khi H>0) [12]: ln(K)=(3958.e-0,022.RMR); R2=0,9846. (3.42) Từ Hình 3.25 ta có mối quan hệ (khi H>0) [12]: K=(7.108.e-0,171.RMR); R2=0,9909. (3.43) 72 Hình 3.26. Quan hệ giữa RMR và  (Bảng 3.16) khi H>0 [12] Hình 3.27. Quan hệ giữa RMR và ln(K) (Bảng 3.17) khi H<0 [12] Bảng 3.17. Quan hệ giữa ln(K),  và RMR của cảm biến P với H<0 [12] Các hệ số Chỉ số chất lượng khối đá RMR 67 72 77 80 ln(K) 16,889 1,073 9,134 12,820 K  4,919 0,739 1,728 3,106 Hình 3.28. Quan hệ giữa RMR và K (Bảng 3.17) khi H<0 [12] Hình 3.29. Quan hệ giữa RMR và  (Bảng 3.17) khi H<0 [12] Từ Hình 3.26 ta có mối quan hệ (khi H>0) [12]: =(2,4991.RMR3-539,79.RMR2+38736.RMR-921961). R2=1,0. (3.44) Từ Hình 3.27 ta có mối quan hệ (khi H<0) [12]: ln(K)=(-81,511.RMR3+18084.RMR2-106.RMR+3.107); R2=1,0. (3.45) 73 Từ Hình 3.28 ta có mối quan hệ (khi H<0) [12]: K=[-107.ln(RMR)+4.107]; R2=0,5543. (3.46) Từ Hình 3.29 ta có mối quan hệ (khi H<0) [12]: =(92,43.RMR2-13686.RMR+506799); R2=0,9221. (3.47) Bảng 3.18. Quan hệ giữa ln(K),  và RMR của cảm biến P với 0<H<45 m [12] Các hệ số Chỉ số chất lượng khối đá RMR 67 72 77 80 ln(K) 9,143 8,215 6,707 13,869 K 9347 3694 818 1054946  1,932 1,595 1,080 3,292 Hình 3.30. Quan hệ giữa RMR và ln(K) (Bảng 3.18) khi 0<H<45m [12] Hình 3.31. Quan hệ giữa RMR và K (Bảng 3.18) khi 0<H<45 m [12] Từ Hình 3.30 ta có mối quan hệ (khi 0<H<45 m) [12]: ln(K)=(-0,0404.RMR3+9,2086.RMR2-697,17.RMR+17547); R2=1,0. (3.48) Từ Hình 3.31 ta có mối quan hệ (khi 0<H<45 m) [12]: K= (-108.ln(RMR)+5.108); R2=0,6766. (3.49) Từ Hình 3.32 ta có mối quan hệ (khi 0<H<45 m) [12]: =(-0,0054.RMR3+1,2779.RMR2-99,635.RMR+2579,4); R2=1,0. (3.50) 74 Hình 3.32. Quan hệ giữa RMR và  (Bảng 3.18) khi 0<H<45 m [12] Hình 3.33. Các mối quan hệ giữa ln(K),  và RMR tại cảm biến P [12] Từ đây, chúng tôi tổng hợp sự phụ thuộc của các thông số Ln(K),  trong công thức Chapot vào chỉ số RMR tại cảm biến P trên Hình 3.33. Từ các kết quả trên, chúng tôi rút ra các công thức thực nghiệm dự báo giá trị PPV xuất hiện trong khối đá khi đường hầm đào trong khối đá granit như sau [12]: ➢ Khi H>0: ( ) ( ) 2,4991.RMR -539,79. 8 -0,171. RMR RMR +- +38736.RMR-9219617.10 .PPV = . D Qe /       3 2 ; (3.51) ➢ Khi H<0: ( ) ( ) ( )- 92,43.RMR -13686.RMR+57 7 06799P 10 .ln RMR + 4PV = - /. Q10 . D    2 ; (3.52) ➢ Khi 0<H<45 m: ( ) ( ) -0,0054.RMR +1,2779.RMR -- -99,635.RMR+2579,48 810 .ln RMR +5.10PPV = - . D/ Q          3 2 . (3.53) 3.5.2. Nghiên cứu cảm biến T trong vùng 2 (PM 640PM750) Giá trị RMR của khối đá tại vùng 2 thể hiện ở Hình 3.34. Mối quan hệ giữa RMR và thông số K qua (ln(K)), α ở công thức Chapot thông qua dữ liệu đo đạc của cảm biến T thể hiện trên Bảng 3.19, Bảng 3.20, Bảng 3.21 và Hình 3.35, Hình 3.36. 75 Hình 3.34. Giá trị RMR trong vùng nghiên cứu thứ 2 [12] Hình 3.35. Mối quan hệ giữa ln(K), α và RMR ở vùng 2 [12] Bảng 3.19. Quan hệ giữa ln(K), K, α và giá trị RMR của cảm biến T [12] Các hệ số Chỉ số chất lượng khối đá RMR 4050 5055 5560 6065 6575 ln K 6,234 7,635 6,706 8,461 7,713 K 510 2070 818 4726 2237 α 1,189 1,578 1,302 2,002 1,722 Bảng 3.20. Quan hệ giữa ln(K), K, α với RMR của cảm biến T khi H>0 [12] Các hệ số Chỉ số chất lượng khối đá RMR 4050 5055 5560 6065 6575 ln K 6,287 10,368 6,706 9,092 8,998 K 537 31825 817 8880 8084 α 1,157 2,527 1,311 2,203 2,163 Bảng 3.21. Quan hệ giữa ln(K), α và RMR của cảm biến T với H<0 [12] Các hệ số Chỉ số chất lượng khối đá RMR 4050 5055 5560 6065 6575 ln K 7,933 9,714 0,467 7,022 8,802 K 2788 16549 2 1120 6644 α 1,857 2,465 0,844 1,531 2,247 76 Hình 3.36. Quan hệ giữa ln(K) và α theo RMR khi H0 m [12] Từ các số liệu tại các Bảng 3.19, Bảng 3.20, Bảng 3.21, chúng tôi đã xây dựng các mối quan hệ phụ thuộc giữa ln(K), K,  và chỉ số RMR (từ Hình 3.37 đến Hình 3.45) cho cảm biến T: cho trường hợp chung (Bảng 3.19); cho trường hợp khi H>0 (Bảng 3.20); cho trường hợp khi H<0 (Bảng 3.21). Hình 3.37. Quan hệ giữa RMR và ln(K) (Bảng 3.19) [12] Hình 3.38. Quan hệ giữa RMR và K (Bảng 3.19) [12] Hình 3.39. Quan hệ giữa RMR và  (Bảng 3.19) [12] Hình 3.40. Quan hệ giữa RMR và ln(K) (Bảng 3.20) [12] 77 Từ Hình 3.37, Hình 3.38, Hình 3.39 (theo Bảng 3.19) tìm ra các mối quan hệ giữa ln(K), K, α và giá trị RMR bởi cảm biến T như sau [12]: ln(K)= 0,9315.RMR0,5098 ; R2=0,4999; (3.54) K=0,0007.RMR3,6295; R²=0,481; (3.55) =0,0367.RMR0,9236; R²=0,547. (3.56) Hình 3.41. Quan hệ giữa RMR và K (Bảng 3.20) [12] Hình 3.42. Quan hệ giữa RMR và  (Bảng 3.20) [12] Hình 3.43. Quan hệ giữa RMR và ln(K) (Bảng 3.21) [12] Hình 3.44. Quan hệ giữa RMR và K (Bảng 3.21) [12] Hình 3.45. Quan hệ giữa RMR và  (Bảng 3.21) [12] Hình 3.46. So sánh quan hệ giữa ln(K),  và RMR ở các vùng 1, vùng 2 [12] 78 Từ Hình 3.40, Hình 3.41, Hình 3.42 (theo Bảng 3.20) tìm ra các mối quan hệ giữa ln(K), K, α với RMR của cảm biến T khi H>0 như sau [12]: l(K)=0,6659.RMR0,6196; R²=0,2352; (3.57) K=5E-05xRMR4,4823; R²=0,19; (3.58) =0,0173.RMR1,1472; R²=0,3075. (3.59) Từ Hình 3.43, Hình 3.44, Hình 3.45 (theo Bảng 3.21) tìm ra các mối quan hệ giữa ln(K), K, α với RMR của cảm biến T khi H>0 như sau [12]: ln(K)=-1,157.ln(RMR)+11,463; R²=0,0028; (3.60) K=-4278.ln(RMR)+22705; R²=0,0115; (3.61) =2,4002RMR-0,089; R²=0,0012. (3.62) Từ đây, chúng tôi rút ra các công thức thực nghiệm dự báo giá trị PPV xuất hiện trong khối đá khi đường hầm đào trong khối đá gơnai ở khu vực 2 [12]: ➢ Trong trường hợp chung (Bảng 3.19): ( )( ) 0,0367.RMR3,6295PPV = 0,0007.RMR . D/ Q    0,9236 ; (3.63) ➢ Trong trường hợp H>0 (Bảng 3.20): ( )( ) 0,0173.RMR4,4823PPV = 0,00005.RMR . D/ Q    1,11472 ; (3.64) ➢ Trong trường hợp H<0 (Bảng 3.21): ( ) ( ) ( ) - 2,4002.RMR .ln RMR + 227PPV = -4278 5 . D/ Q0   -0,089 . (3.65) 3.5.3. So sánh kết quả khảo sát vùng 1 và vùng 2 So sánh sự phụ thuộc của các thông số Ln(K),  trong công thức Chapot vào chỉ số RMR của vùng nghiên cứu 1 và vùng nghiên cứu 2 được thể hiện trên Hình 3.46 cho thấy: các mối quan hệ phụ thuộc này mang đặc tính phi tuyến rất phức tạp; quy luật biến đổi của chúng có đặc tính tương tự nhau cho các khu vực đất đá khác nhau ở những đoạn đường hầm khác nhau. Tổ hợp các công thức (3.51)÷(3.53) và (3.63)÷(3.65) cho phép dự báo giá trị của PPV xuất hiện trong các loại đá granit và đá gơnai, kết cấu chống giữ trong những điều kiện xây dựng đường hầm tương tự 79 dự án đường hầm Croix-Rousse (Lyon, Pháp) dựa trên khối lượng thuốc nổ Q và khoảng cách D từ gương đường hầm đến vị trí quan sát. Các công thức (3.51)÷(3.53) và (3.65)÷(3.67) đã xét tới một số tính chất của khối đá thông qua chỉ số chất lượng khối đá RMR. Tuy nhiên, những kết quả nghiên cứu này mới chỉ là bước đầu, thể hiện những quy luật định lượng sơ bộ. Những kết quả nghiên cứu này vẫn phải hoàn thiện thêm trong tương lai [12]. Từ kết quả nghiên cứu tổng hợp, chúng tôi rút ra công thức thực nghiệm chung để dự báo giá trị PPV xuất hiện trong khối đá ở dự án đường hầm Croix-Rousse (Lyon, Pháp) như sau: ➢ Trong vùng nghiên cứu số 1 đường hầm đào trong đá granit, các hệ số thực nghiệm trong công thức Chapot được xác định là: α=1,601 và K=1846; ( ) 1,601 PPV 1846 D/ Q . − =  (3.66) ➢ Trong vùng nghiên cứu 2 đường hầm đào trong đá gơnai, các hệ số thực nghiệm xác định được là α=2,263 và K=8084: ( ) 2,263 PPV 8084 D/ Q . − =  (3.67) Các công thức (3.66), (3.67) cho phép xác định, dự báo giá trị của PPV cho hai loại đá granit và gơnai trong các điều kiện tương tự dựa trên khối lượng thuốc và khoảng cách từ vị trí gương hầm đến vị trí quan sát. Kết quả nghiên cứu trên đây cho phép rút ra một số nhận xét sau: ➢ Việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của chỉ số chất lượng khối đá RMR đến PPV làm cơ sở cho việc đánh giá mức độ ổn định của kết cấu chống công trình ngầm lân cận, là hướng đi rất mới; ➢ Kết quả cho phép đưa ra các mối quan hệ giữa chỉ số RMR và các thông số Ln(K),K,  trong công thức tính PPV của Chapot; ➢ Nghiên cứu đã phát triển, đề xuất một số dạng mới của công thức Chapot có xét đến sự ảnh hưởng của chỉ số chất lượng khối đá RMR đến tốc độ PPV. 3.6. Kết luận Chương 3 Hiên nay, việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của tính chất cơ lý của khối đá xung quanh đường hầm đến PPV chưa được chú ý. Số lượng các công trình công bố chưa 80 nhiều, kết quả còn hạn chế, do đó việc tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các chỉ số phân loại khối đá đến PPV là một hướng đi mới khi số lượng các đường hầm đào mới, đào mở rộng cạnh các đường hầm cũ sẽ tăng nhanh. Chương 3 đã phân tích ngược các số liệu đo đạc tại dự án đường hầm Croix-Rousse, Lyon, Pháp. Kết quả phân tích cho phép đưa ra mối quan hệ giữa PPV với tỉ lệ khoảng cách và tỉ lệ lượng nạp, đồng thời tìm ra các công thức thực nghiệm cho phép xác định giá trị PPV tại một số loại đá như granit và gơnai. Từ ngưỡng giá trị PPV, tác giả tìm ra công thức thực nghiệm cho phép xác định khối lượng thuốc nổ lớn nhất cho một lần nổ để đảm bảo an toàn cho vỏ chống bê tông của đường hầm cũ lân cận trong hai loại đá granit và gơnai. Các công thức này cho phép áp dụng cho các dự án có điều kiện địa chất tương tự để dự báo sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến vỏ chống của đường hầm lân cận mà không phải tiến hành đo đạc hiện trường,... trong những điều kiện tương tự. Các kết quả nghiên cứu trong Chương 3 cũng cho thấy những kết quả bước đầu về sự ảnh hưởng của đặc tính khối đá (thông qua RMR) đến PPV do chấn động nổ mìn đào hầm. Thông qua việc khảo sát chỉ số RMR của đá với các thành phần ln(K) và  trong công thức thực nghiệm của Chapot có thể cho phép đưa ra được công thức gần đúng xác định giá trị của PPV cho đá granit và gơnai có thể áp dụng cho các đường hầm khác trong điều kiện tương tự. Kết quả phương pháp đo đạc đã được xử lý và chọn lọc sử dụng các giá trị phù hợp nhất sẽ làm cơ sở để kiểm chứng với các mô hình số ở phần sau của luận án. 81 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CỦA KHỐI ĐÁ VÀ VỎ CHỐNG BẰNG THÍ NGHIỆM ĐỘNG HỌC 4.1. Đặt vấn đề Khi nổ mìn đào hầm, thuốc nổ được giải phóng dưới dạng các sóng tác dụng lên phần đất đá trên gương hầm và khối đá xung quanh đường hầm. Thông thường, trên gương các lỗ mìn được bố trí thành các nhóm nên thuốc nổ được nổ thành nhiều đợt. Do đó, biên độ và thời gian tác dụng của áp lực thay đổi theo thời gian. Trong các mô hình tính toán, các thông số cơ lý của đất đá và vỏ chống phải là thông số động nhằm đảm bảo sự làm việc của đất đá và vỏ chống giống như trong điều kiện chịu tải trọng động của nổ mìn trên thực tế. Khi nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu chịu tác động của tải trọng động, một số công trình nghiên cứu tại Việt Nam vẫn sử dụng các thông số tĩnh của vật liệu kết cấu để đưa vào mô hình khảo sát [13], [27], [34], [35], [37]. Do đó, mô hình thường không phù hợp với thực tế hoặc không phản ảnh đúng bản chất thực tế làm việc của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng động. Việc sử dụng các t