Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy lợi và thủy điện, công nghệ nổ mìn phá đá hỗ trợ đào móng công trình ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhằm tăng tốc độ thi công, giảm sức lao động và tiết kiệm chi phí thiết bị. Theo báo cáo của ngành, các công trình như thủy điện Bảo Lộc (Lâm Đồng, 2006), nhà máy nhiệt điện Nông Sơn (Quảng Nam, 2007) và công trình tại xã Hưng Đạo (Nghệ An, 2009) đã áp dụng công nghệ nổ mìn nhưng gặp phải các vấn đề về ảnh hưởng sóng nổ đến kết cấu công trình lân cận, gây nứt tường, hư hại kết cấu và thiệt hại tài sản.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định tác động của sóng nổ khi nổ mìn đào móng nhà máy thủy điện Nam Gié đến sự ổn định của tòa nhà 5 tầng thuộc Khu quản lý di tích Sơn Động, Lai Châu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào phân tích cơ sở lý thuyết về sóng nổ, đánh giá ảnh hưởng sóng nổ địa chấn và sóng xung kích, từ đó đề xuất giải pháp nổ mìn phù hợp nhằm đảm bảo an toàn kết cấu công trình trong khu vực và vùng lân cận.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả thi công, giảm thiểu rủi ro và thiệt hại do sóng nổ gây ra, đồng thời góp phần hoàn thiện các tiêu chuẩn kỹ thuật và phương pháp tính toán tác động sóng nổ trong xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về sóng nổ trong môi trường đất đá, bao gồm:

  • Lý thuyết sóng nổ xung kích và sóng địa chấn: Sóng nổ xung kích lan truyền trong không khí với áp lực cao, tạo ra vùng nén và vùng nở, trong khi sóng địa chấn lan truyền trong đất đá gây dao động và ứng suất phá hoại kết cấu. Các đặc trưng như vận tốc lan truyền, chu kỳ, tần số và biên độ sóng được phân tích chi tiết.

  • Mô hình tác động của sóng nổ đến kết cấu công trình: Xác định áp lực sóng xung kích tại điểm khảo sát, vận tốc hạt môi trường, và các hệ số khúc xạ, phản xạ sóng tại mặt thoáng. Công thức tính toán áp lực và vận tốc dựa trên khối lượng thuốc nổ, khoảng cách đến tâm nổ và điều kiện địa chất.

  • Khái niệm về các vùng ảnh hưởng của vụ nổ: Vùng gần tâm nổ (phân vùng nén và phá hoại), vùng trung gian (biến dạng đàn hồi dẻo), vùng xa tâm nổ (biến dạng đàn hồi thuần túy) và vùng tĩnh (chưa bị kích động).

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: sóng xung kích, sóng địa chấn, áp lực thặng dư, vận tốc dao động hạt môi trường, hệ số khúc xạ áp lực, và các phương pháp nổ mìn vi sai, nổ mìn tạo viền, nổ mìn phân đoạn.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ tổng hợp các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, báo cáo khoa học, tài liệu kỹ thuật về công nghệ nổ mìn và tác động sóng nổ đến công trình. Kinh nghiệm thực tế từ các công trình thủy điện lớn tại Việt Nam cũng được phân tích để làm cơ sở thực tiễn.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân tích lý thuyết sóng nổ và mô hình toán học tính toán áp lực, vận tốc sóng nổ tại các điểm trong không gian.

  • Tính toán xác định tác động của sóng nổ đến độ bền kết cấu tòa nhà 5 tầng tại Khu quản lý di tích Sơn Động, Lai Châu dựa trên các thông số nổ mìn và điều kiện địa chất cụ thể.

  • Đánh giá các phương án nổ mìn khác nhau (nổ mìn vi sai, nổ mìn tạo viền, nổ mìn phân đoạn) để lựa chọn giải pháp tối ưu đảm bảo an toàn công trình.

Cỡ mẫu nghiên cứu là các trường hợp nổ mìn thực tế tại công trình thủy điện Nam Gié và các công trình tương tự, phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện về điều kiện địa chất và quy mô công trình. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2010, tập trung vào giai đoạn thi công đào móng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của sóng nổ đến kết cấu công trình: Tính toán cho thấy áp lực sóng xung kích tại tòa nhà 5 tầng có thể đạt mức từ vài chục đến hàng trăm kPa tùy vào khối lượng thuốc nổ và khoảng cách đến tâm nổ. Vận tốc dao động hạt môi trường tại mặt thoáng dao động trong khoảng 0,5 - 2 m/s, đủ để gây ra các vết nứt và hư hại kết cấu nếu không có biện pháp giảm chấn.

  2. Hiệu quả của phương pháp nổ mìn vi sai: So với nổ mìn tức thời, nổ mìn vi sai giảm được 15-20% đá quá cỡ, tăng độ đồng đều của khối đá phá vỡ, đồng thời giảm sóng xung kích và rung chấn truyền đến công trình lân cận.

  3. Tác dụng của nổ mìn tạo viền: Phương pháp này giúp tạo biên giới khe nứt theo ý muốn, ngăn chặn sóng địa chấn lan truyền trực tiếp đến công trình, giảm áp lực sóng nổ tại các vị trí nhạy cảm khoảng 10-15%.

  4. Khoảng cách an toàn và các hệ số điều chỉnh: Khoảng cách an toàn tối thiểu được xác định là 100-150 m đối với khối lượng thuốc nổ khoảng 50-100 kg/lần nổ, với hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào loại đất đá và độ sâu đặt thuốc.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các tác động tiêu cực đến công trình là do sóng nổ xung kích và sóng địa chấn truyền qua môi trường đất đá với biên độ lớn, gây ra ứng suất vượt quá giới hạn chịu lực của vật liệu xây dựng. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với các công trình thủy điện tại Nga và Mỹ, nơi áp dụng các phương pháp nổ mìn vi sai và tạo viền để giảm thiểu rung chấn.

Việc lựa chọn phương pháp nổ mìn phù hợp không chỉ dựa trên hiệu quả phá đá mà còn phải tính đến tác động sóng nổ đến các công trình lân cận, đặc biệt là các công trình di tích lịch sử và nhà dân. Các biểu đồ áp lực sóng nổ theo thời gian và khoảng cách, cùng bảng so sánh vận tốc dao động hạt môi trường giữa các phương án nổ mìn, sẽ minh họa rõ ràng hiệu quả của từng giải pháp.

Kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện các tiêu chuẩn kỹ thuật về nổ mìn trong xây dựng thủy lợi, thủy điện tại Việt Nam, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc lập kế hoạch thi công an toàn và hiệu quả.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp nổ mìn vi sai trong thi công đào móng: Giảm rung chấn và đá quá cỡ, tăng độ đồng đều khối đá phá vỡ. Thời gian thực hiện: ngay trong giai đoạn thi công đào móng. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và tư vấn kỹ thuật.

  2. Sử dụng nổ mìn tạo viền để ngăn chặn sóng địa chấn: Thiết kế các lỗ khoan tạo viền theo biên dạng móng, giảm áp lực sóng nổ truyền đến công trình. Thời gian: song song với công tác nổ mìn chính. Chủ thể: kỹ sư thiết kế và thi công.

  3. Xác định khoảng cách an toàn tối thiểu và kiểm soát khối lượng thuốc nổ: Đảm bảo khoảng cách từ điểm nổ đến công trình không nhỏ hơn 100 m, điều chỉnh khối lượng thuốc nổ phù hợp với điều kiện địa chất. Thời gian: trong giai đoạn lập kế hoạch thi công. Chủ thể: chủ đầu tư và tư vấn giám sát.

  4. Lắp đặt hệ thống giám sát rung chấn và áp lực sóng nổ tại công trình lân cận: Theo dõi liên tục để kịp thời điều chỉnh phương án nổ mìn khi có dấu hiệu vượt ngưỡng an toàn. Thời gian: trong suốt quá trình thi công. Chủ thể: đơn vị giám sát và nhà thầu.

  5. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho công nhân và kỹ sư về tác động sóng nổ: Tăng cường kiến thức về an toàn nổ mìn và các biện pháp phòng ngừa. Thời gian: trước và trong quá trình thi công. Chủ thể: chủ đầu tư và các tổ chức đào tạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Chủ đầu tư và nhà thầu thi công công trình thủy lợi, thủy điện: Nắm bắt các giải pháp nổ mìn an toàn, hiệu quả, giảm thiểu rủi ro cho công trình và dân cư lân cận.

  2. Kỹ sư thiết kế và tư vấn giám sát xây dựng: Áp dụng các mô hình tính toán tác động sóng nổ để thiết kế phương án thi công phù hợp, đảm bảo an toàn kết cấu.

  3. Cơ quan quản lý nhà nước về xây dựng và an toàn lao động: Sử dụng kết quả nghiên cứu để hoàn thiện quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật về nổ mìn trong xây dựng.

  4. Nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện: Tham khảo cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực nổ mìn và tác động sóng nổ.

Câu hỏi thường gặp

  1. Sóng nổ có ảnh hưởng như thế nào đến công trình lân cận?
    Sóng nổ tạo ra áp lực xung kích và dao động địa chấn trong đất đá, có thể gây nứt, hư hại kết cấu nếu áp lực vượt quá giới hạn chịu lực. Ví dụ, tại thủy điện Bảo Lộc, sóng nổ làm nứt tường nhà dân gần công trường.

  2. Phương pháp nổ mìn vi sai là gì và ưu điểm ra sao?
    Nổ mìn vi sai là nổ lần lượt các lượng thuốc trong lỗ khoan với thời gian giãn cách nhỏ, giúp sóng nổ giao thoa, tăng hiệu quả phá vỡ đá, giảm đá quá cỡ và rung chấn. Phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi tại nhiều công trình lớn.

  3. Làm thế nào để xác định khoảng cách an toàn khi nổ mìn?
    Khoảng cách an toàn được tính dựa trên khối lượng thuốc nổ, loại đất đá và độ sâu đặt thuốc, thường từ 100-150 m đối với các công trình dân dụng để đảm bảo rung chấn không gây hư hại.

  4. Nổ mìn tạo viền có tác dụng gì trong thi công?
    Phương pháp này tạo ra các khe nứt theo biên dạng mong muốn, ngăn chặn sóng địa chấn lan truyền trực tiếp đến công trình, giảm áp lực sóng nổ và bảo vệ kết cấu.

  5. Có thể giám sát tác động sóng nổ trong quá trình thi công không?
    Có, việc lắp đặt hệ thống cảm biến rung chấn và áp lực sóng nổ giúp theo dõi liên tục, kịp thời điều chỉnh phương án nổ mìn để đảm bảo an toàn cho công trình và dân cư.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xác định được tác động của sóng nổ khi nổ mìn đào móng nhà máy thủy điện Nam Gié đến sự ổn định của tòa nhà 5 tầng tại Khu quản lý di tích Sơn Động, Lai Châu.
  • Phương pháp nổ mìn vi sai và nổ mìn tạo viền được đánh giá cao về hiệu quả giảm rung chấn và bảo vệ công trình lân cận.
  • Khoảng cách an toàn và khối lượng thuốc nổ cần được kiểm soát chặt chẽ để hạn chế thiệt hại.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và biện pháp giám sát nhằm đảm bảo an toàn thi công và bảo vệ kết cấu công trình.
  • Tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng và hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật về nổ mìn trong xây dựng thủy lợi, thủy điện tại Việt Nam.

Hành động tiếp theo: Áp dụng các giải pháp nổ mìn đã đề xuất vào thực tế thi công, đồng thời triển khai hệ thống giám sát rung chấn để đảm bảo an toàn tối đa. Đề nghị các đơn vị liên quan phối hợp chặt chẽ trong quá trình thi công và giám sát.