Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận án tiến sĩ ngành kĩ thuật xây dựng với đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi thi công đường hầm đến kết cấu đường hầm lân cận, cho các bạn làm luận văn tham khảo

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
ĐẶNG VĂN KIÊN
ĐẶNG VĂN KIÊN
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤN ĐỘNG NỔ MÌN
KHI THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM
ĐẾN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM LÂN CẬN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI– 2018

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
ĐẶNG VĂN KIÊN
ĐẶNG VĂN KIÊN
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤN ĐỘNG NỔ MÌN
KHI THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM ĐẾN
KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM LÂN CẬN
Ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình ngầm
Mã số: 9580204
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TS.NGND.Võ Trọng HùngS.. Võ Trọng
Hùng
Hà Nội - 2018

3. i
MỤC LỤC
Nội dung Trang
Mục lục i
Lời cam đoan iv
Lời cảm ơn v
Danh mục các chữ viết tắt vi
Danh mục các bảng vii
Danh mục các hình vẽ ix
Mở đầu xv
Chương 1. Tổng quan về ảnh hưởng của chấn động nổ mìn thi công
đường hầm đến kết cấu chống các đường hầm lân cận
1
1.1. Tổng quan và định hướng nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ
mìn khi đào hầm đến công trình ngầm lân cận
1
1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu chấn động nổ mìn do đào hầm đến
công trình ngầm lân cận trên thế giới
5
1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu chấn động nổ mìn do đào hầm đến
công trình ngầm lân cận tại Việt Nam
9
1.4. Đánh giá chung về tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước
về hướng nghiên cứu của luận án
14
1.5. Những vấn đề tập trung nghiên cứu của luận án 16
1.6. Kết luận Chương 1 18
Chương 2. Lý thuyết về truyền sóng trong môi trường đất đá và
phương pháp xác định sự ảnh hưởng của sóng nổ lên kết cấu đường
hầm lân cận
19
2.1. Tổng quan về các loại sóng chấn động gây ra do nổ mìn đào đường
hầm và đặc tính của chúng
19
2.2. Phương trình truyền sóng nổ trong môi trường đất đá đàn hồi, đồng
nhất và đẳng hướng
24

4. ii
2.3. Đặc tính tải trọng sinh ra do sóng nổ và đặc điểm làm việc của kết
cấu đường hầm dưới tác dụng của sóng nổ
28
2.4. Các phương pháp mô phỏng áp lực nổ khi nổ mìn tại gương hầm 31
2.5. Các thông số nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của chấn động nổ mìn 39
2.6. Kết luận Chương 2 40
Chương 3. Nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn thi công
đường hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn đến kết cấu đường hầm
lân cận thông qua phương pháp đo đạc thực nghiệm hiện trường
42
3.1. Tổng quan về sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn tới môi trường 42
3.2. Nghiên cứu đo PPV, biến dạng khi thi công đường hầm Croix-Rousse 44
3.3. Các phương pháp đánh giá chấn động nổ mìn đến công trình lân cận 49
3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu đường
hầm lân cận khi nổ mìn tại gương hầm bằng phương pháp đo đạc thực tế
56
3.5. Khảo sát mối quan hệ giữa RMR của khối đá và các thông số K và
α trong công thức của Chapot
68
3.6. Kết luận Chương 3 79
Chương 4. Nghiên cứu các thông số động của khối đá và vỏ chống 81
4.1. Tổng quan về các thông số động của khối đá và vỏ chống 81
4.2. Phương pháp xác định các thông số động của khối đá và kết cấu chống 83
4.3. Xác định các thông số động của khối đá bằng thí nghiệm động SHPB 84
4.4. Kết quả thí nghiệm 90
4.5. Tính toán đặc tính động học của các thanh 94
4.6. Thí nghiệm SHBP trên mẫu đá granit 95
4.7. Phát triển mô hình số ba chiều 3D mô phỏng thí nghiệm SHPB 104
4.8. Kết luận Chương 4 109
Chương 5. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi đào
hầm đến kết cấu chống đường hầm lân cận bằng phương pháp số
110
5.1. Tổng quan 110

5. iii
5.2. Xây dựng mô hình số hai chiều 2D, mô hình ba chiều 3D khảo sát
ảnh hưởng của chấn động nổ mìn
111
5.3. Kiểm tra kích thước lưới và kiểm chứng mô hình số 116
5.4. Nhận xét 122
5.5. Khảo sát các thông số mô hình 123
5.6. Khảo sát sự ảnh hưởng của khoảng cách từ gương đường hầm đến
vị trí quan sát trong vỏ chống cố định của đường hầm cũ lân cận dọc
theo trục đường hầm
136
5.7. Đánh giá độ ổn định của vỏ chống bê tông của đường hầm cũ lân cận 139
5.8. Đánh giá độ ổn định của khối đá xung quanh đường hầm 141
5.9. Xây dựng công thức kinh nghiệm dự báo giá trị PPV trong vỏ chống
bê tông cố định của đường hầm cũ lân cận
142
5.10. Kết luận Chương 5 143
Kết luận và kiến nghị của luận án 144
Danh mục các công trình khoa học của tác giả 148
Tài liệu tham khảo 152
Phụ lục 163

6. iv
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 25 tháng 03 năm 2018
Tác giả luận án
Đặng Văn Kiên

7. v
LỜI CẢM ƠN
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, các nhà khoa học, cán
bộ, chuyên viên Bộ môn Xây dựng Công trình ngầm và Mỏ, Khoa Xây dựng,
Trường Đại học Mỏ-Địa chất; tập thể Ban Lãnh đạo Khoa Xây dựng, Trường
Đại học Mỏ-Địa chất; tập thể Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau Đại học,
Trường Đại học Mỏ-Địa chất, các giảng viên, cán bộ các phòng, ban chức năng
Trường Đại học Đại học Mỏ-Địa chất đã hết sức tạo điều kiện và giúp đỡ tận
tình trong quá trình thực hiện luận án với luận án "Nghiên cứu ảnh hưởng của
chấn động nổ mìn khi thi công đường hầm đến kết cấu công trình ngầm lân cận”.
Chúng tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ đó.
Chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS.NGND. Võ Trọng
Hùng - Người Thày đã dành nhiều tâm huyết trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho
Tôi hoàn thành luận án này.
Chúng tôi cũng xin cảm ơn TS. Đỗ Ngọc Anh đã hướng dẫn, giúp đỡ tôi
hoàn thiện phần nội dung nghiên cứu mô hình số.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã luôn động viên
tôi trong thời gian thực hiện luận án.
Xin cảm ơn Nguyễn Thị Phương, Đặng Gia Bảo, Đặng Gia Hân đã luôn
bên tôi động viên, khích lệ, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực
hiện và hoàn thành luận án này.

8. vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BDI - Chỉ số phá hủy nổ mìn (Blast Damage Index)
BEM - Phương pháp phần tử biên (Boundary Element Method)
CAE - Môi trường đầy đủ của Abaqus (Complete Abaqus Evironment)
DAM - Chuyển vị của phần tử (Displacement or the amount of
movement)
DEM - Phương pháp phần tử riêng rẽ (rời rạc) (Distinct Element Method),
DDA - Phương pháp phân tích biến dạng không liên tục (Discontinuos
Deformation Analysis)
FCPV - Tần số dao động ứng với vận tốc dao động phần tử (Frequency
content of particle velocity)
FDM - Phương pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method)
FE - Phần tử loại hữu hạn (Finite Element)
FEM - Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method)
FEM-DEM - Phương pháp hỗn hợp phương pháp phần tử hữu hạn và
phần tử rời rạc (Finite-Discrete Element Method)
IE - Phần tử loại vô hạn (Infinite Element)
n.n.k - Những người khác
NRBC - Điều kiện biên không phản xạ (Non-Reflecting Boundary Condition)
PFC - Phương pháp dòng hạt (Particle Flow Code)
PPV - Vận tốc dao động phần tử đỉnh (Peak Particle Velocity)
PPA - Gia tốc phần tử lớn nhất (Peak Particle Acceleration)
SF - Tần số dao động riêng của kết cấu (Specific Frequency)
SHPB - Thí nghiệm động (Split Hopkinson Pressure Bar test)

9. vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Nội dung Trang
Bảng 2.1. Các thông số trong phương trình trạng thái của thuốc nổ TNT 38
Bảng 3.1. Trình tự nổ và số lượng các lỗ mìn trên gương 46
Bảng 3.2. Giá trị giới hạn của PPV với tỉ lệ khoảng cách tiêu chuẩn 50
Bảng 3.3. Tiêu chuẩn PPV theo AS 2187 (Tiêu chuẩn Úc) 51
Bảng 3.4. Tiêu chuẩn DIN 4150-3 (CHLB Đức) 52
Bảng 3.5. Tiêu chuẩn của Pháp 52
Bảng 3.6. Tiêu chuẩn của Thụy sĩ đánh giá mức độ chấn động của chấn
động nổ mìn đến các công trình lân cận (SN 640 312:1978)
52
Bảng 3.7. Tiêu chuẩn GB 6722-2003 của Trung Quốc về mức độ an
toàn của kết cấu công trình ngầm trên cơ sở giá trị cho phép của [PPV]
53
Bảng 3.8. Tiêu chuẩn Đức về mức độ an toàn của kết cấu công trình
ngầm trên cơ sở giá trị của [PPV] (DIN4150 1999-02)
53
Bảng 3.9. Hệ số tỉ lệ khoảng cách và [PPV] theo quy phạm 53
Bảng 3.10. Mối quan hệ giữa Dib và mức độ phá hủy trong khối đá bao
quanh và kết cấu chống giữ đường hầm (vỏ chống bê tông cũ)
56
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)
64
Bảng 3.12. Thông số cơ học của khối đá khảo sát 66
Bảng 3.13. Kết quả tính toán giá trị [PPV], mm/s 66
Bảng 3.14. Dự báo lượng thuốc lớn nhất cho một lần nổ, kg 67
Bảng 3.15. Vị trí của các khu vực nghiên cứu trong đường hầm 70
Bảng 3.16. Quan hệ giữa Ln(K),  và RMR của cảm biến P với H>0 71
Bảng 3.17. Quan hệ giữa Ln(K),  và RMR của cảm biến P với H<0 72
Bảng 3.18. Quan hệ giữa Ln(K),  và RMR của cảm biến P với 0<H<45 m 73
Bảng 3.19. Quan hệ giữa Ln(K), K, α và giá trị RMR của cảm biến T 75

10. viii
Bảng 3.20. Quan hệ giữa Ln(K), K, α với RMR của cảm biến T khi H>0 75
Bảng 3.21. Quan hệ giữa Ln(K), α và RMR của cảm biến T với H<0 75
Bảng 4.1. Tổng hợp kích thước và các thông số cơ học của mẫu đá 92
Bảng 4.2. Các đặc tính cấu tạo của các thanh trong thí nghiệm SHPB 93
Bảng 4.3. Các mẫu đã tiến hành thí nghiệm 93
Bảng 4.4. Kết quả thí nghiệm trên mẫu N°
38 95
Bảng 4.5. Số lượng phần tử cho mô hình nghiên cứu 108
Bảng 5.1. Các thông số động của khối đá, vỏ chống bê tông 115
Bảng 5.2. So sánh kết quả mô hình số và dữ liệu đo tại điểm A 122
Bảng 5.3. Sự ảnh hưởng của hệ số giảm chấn  đến giá trị PPV trong vỏ
chống bê tông
126
Bảng 5.4. Sự ảnh hưởng của mô đun đàn hồi động Ed đến giá trị PPV 129
Bảng 5.5. Giá trị PPV (mm/s) đạt được trong phương pháp mô hình số
với các mô hình phá hủy vật liệu khác nhau và phương pháp đo đạc thực tế
131
Bảng 5.6. Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của vị trí gương đường
hầm đến chấn động đối với vỏ chống bê tông cũ của đường hầm lân cận
138
Bảng 5.7. Giá trị (Dib) tại một số điểm quan sát trên biên đường hầm
mới và đường hầm cũ
141

11. ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Nội dung Trang
Hình 1.1. Sự cố, phá hủy xảy ra trong một số đường hầm ở Việt Nam và
trên thế giới
2
Hình 1.2. Nổ mìn đào đường hầm gây nứt nhà dân tại dự án xây dựng
đường hầm cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi
3
Hình 1.3. Điều kiện khu vực xung quanh đường hầm 4
Hình 1.4. Sóng ứng suất truyền trong khối đá 4
Hình 1.5. Ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu công trình lân
cận: a - Kết cấu đường hầm lân cận; b - Kết cấu công trình bề mặt
5
Hình 1.6. Mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của nổ mìn trong môi trường
san hô
13
Hình 2.1. Sơ đồ mô tả sự tác động của các loại sóng nổ gây ra bởi vụ nổ
đến kết cấu đường hầm lân cận
21
Hình 2.2. Sơ đồ tính toán tương đương kết cấu đường hầm do sự lan
truyền của sóng nổ gây ra
22
Hình 2.3. Sự hình thành các vùng xung quanh vụ nổ 23
Hình 2.4. Sơ đồ tính xung riêng tác dụng lên kết cấu đường hầm 30
Hình 2.5. Biểu đồ mô phỏng áp lực nổ mìn 30
Hình 2.6. Quá trình nổ của một khối thuốc nổ trong lỗ khoan 32
Hình 2.7. Biểu đồ áp lực nổ khối thuốc tác dụng lên thành lỗ khoan 34
Hình 2.8. Hình dạng xung áp lực nổ ứng với hai loại thuốc nổ khác nhau 35
Hình 2.9. Sơ đồ mô tả áp lực nổ mìn 37
Hình 2.10. Mô hình tải trọng tác dụng theo thời gian khi nổ nhiều đợt lỗ
mìn trên gương
37
Hình 2.11. Hàm áp lực nổ theo thời gian của loại nổ dạng 1 39
Hình 3.1. Mặt cắt dọc địa chất tuyến đường hầm 45
Hình 3.2. Mặt bằng vị trí tuyến hầm 45
Hình 3.3. Mặt cắt địa chất điển hình 45

12. x
Hình 3.4. Một mặt cắt địa chất gương hầm 45
Hình 3.5. Giá trị RMR của khối đá dọc tuyến đường hầm 45
Hình 3.6. Sơ đồ bố trí các lỗ mìn trên gương và trình tự nổ các lỗ mìn 46
Hình 3.7. Cấu tạo cảm biến Géophone 47
Hình 3.8. Vị trí các cảm biến trong vỏ chống bê tông của đường hầm cũ 48
Hình 3.9. Kết quả đo PPV, phổ vận tốc của cảm biến C100 tại PM100 48
Hình 3.10. Kết quả đo PPV và chuyển vị tại một vị trí của cảm biến
điển hình tại dự án hầm Croix-Rousse
49
Hình 3.11. Đồ thị mức độ an toàn chấn động nổ mìn 51
Hình 3.12. Biểu đồ quy định [PPV] cực trị ở dải tần số thấp theo 54
Hình 3.13. Kết quả quan hệ giữa ln(PPV) và tỉ lệ khoảng cách (D/ Q )
theo ba phương dựa trên dữ liệu đo của cảm biến T tại dự án hầm Croix-
Rousse
59
Hình 3.14. Kết quả quan hệ giữa ln(PPV) và tỉ lệ khoảng cách (D/ Q )
theo ba phương dựa trên dữ liệu đo của cảm biến A theo ba phương
59
Hình 3.15. Kết quả quan hệ giữa ln(PPV) thẳng đứng (V) và tỉ lệ
khoảng cách (D/ Q ) dựa trên dữ liệu đo của cảm biến P tại vị trí PM
220÷PM340
59
Hình 3.16. Kết quả quan hệ giữa ln(PPV) theo phương nằm ngang (H)
và tỉ lệ (D/ Q ) dựa trên dữ liệu đo của cảm biến P tại vị trí PM
220÷PM340
60
Hình 3.17. Kết quả quan hệ giữa ln(PPV) theo phương dọc trục hầm (L)
và (D/ Q ) dựa trên dữ liệu đo của cảm biến P tại vị trí PM
220÷PM340
60
Hình 3.18. Kết quả quan hệ giữa ln(PPV) theo phương dọc trục hầm và
(D/ Q ) dựa trên dữ liệu đo của cảm biến P tại vị trí PM 220÷PM340
theo ba phương
60
Hình 3.19. Quan hệ giữa ln(PPV) theo ba phương (V, H, L) và tỉ lệ
khoảng cách (D / Q ) theo kết quả ghi được của cảm biến T tại vị trí
PM1400
61

13. xi
Hình 3.20. Sơ đồ xác định khoảng cách giữa vị trí nổ mìn và điểm quan sát 62
Hình 3.21. Mối quan hệ giữa PPV và tỉ lệ lượng nạp SC 65
Hình 3.22. Giá trị RMR trong vùng nghiên cứu 1 70
Hình 3.23. Sơ đồ thể hiện khoảng cách tương đối H của vị trí đặt cảm
biến trong đường hầm
71
Hình 3.24. Quan hệ giữa RMR và ln(K) khi H>0 71
Hình 3.25. Quan hệ giữa RMR và K khi H>0 71
Hình 3.26. Quan hệ giữa RMR và α khi H>0 72
Hình 3.27. Quan hệ giữa RMR và ln(K) khi H<0 72
Hình 3.28. Quan hệ giữa RMR và K khi H<0 72
Hình 3.29. Quan hệ giữa RMR và α khi H<0 72
Hình 3.30. Quan hệ giữa RMR và ln(K) khi 0<H<45m 73
Hình 3.31. Quan hệ giữa RMR và K khi 0<H<45 m 73
Hình 3.32. Quan hệ giữa RMR và α khi 0<H<45 m 74
Hình 3.33. Các mối quan hệ giữa ln(K), RMR và RMR tại cảm biến P 74
Hình 3.34. Giá trị RMR trong vùng nghiên cứu thứ 2 75
Hình 3.35. Mối quan hệ giữa Ln(K), α và RMR ở vùng 2 75
Hình 3.36. Quan hệ giữa ln (K) và α theo RMR khi H<0 và H>0 m 76
Hình 3.37. Quan hệ giữa RMRvà ln(K) 76
Hình 3.38. Quan hệ giữa RMR và K 76
Hình 3.39. Quan hệ giữa RMR và  76
Hình 3.40. Quan hệ giữa RMR và ln(K) 76
Hình 3.41. Quan hệ giữa RMR và K 77
Hình 3.42. Quan hệ giữa RMR và  77
Hình 3.43. Quan hệ giữa RMR và ln(K) 77
Hình 3.44. Quan hệ giữa RMR và K 77
Hình 3.45. Quan hệ giữa RMR và α 77
Hình 3.46. So sánh quan hệ giữa ln(K),  và RMR ở các vùng 1, vùng 2 77

14. xii
Hình 4.1. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng đến độ bền nén của bê tông 82
Hình 4.2. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng đến độ bền kéo của bê tông 82
Hình 4.3. Tần số, biên độ cho các tải trọng động khác nhau 83
Hình 4.4. Hệ thống thí nghiệm SHPB 85
Hình 4.5. Biến dạng trong thanh tới và thanh truyền 86
Hình 4.6. Đồ thị truyền sóng ứng suất trong thí nghiệm SHPB điển hình 86
Hình 4.7. Sơ đồ của một cầu Wheatstone 88
Hình 4.8. Sơ đồ tính toán mẫu hình trụ 89
Hình 4.9. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm SHBP tại phòng thí nghiệm thuộc
INSA Lyon, Cộng hòa Pháp
91
Hình 4.10. Hệ thống khởi động của thanh chuyển động và vị trí mẫu
giữa hai thanh tới và thanh truyền
92
Hình 4.11. Vị trí cảm biến trên thanh 92
Hình 4.12. Các mẫu thí nghiệm đường kính 45,0 mm chiều cao 100,0 mm 92
Hình 4.13. Các tín hiệu trong thanh tới 94
Hình 4.14. Tín hiệu cảm biến vận tốc 96
Hình 4.15. Biến dạng trên thanh tới (cảm biến 5) và thanh truyền (cảm
biến 7) theo thời gian
96
Hình 4.16. Thời gian bổ sung: a - Hình tổng quan; b - Hình phóng to 98
Hình 4.17. Ứng suất trong thanh tới khi áp lực tác dụng lên thanh đánh
bằng 0,3 MPa
99
Hình 4.18. Ứng suất trong thanh truyền khi áp lực tác dụng lên thanh
đánh bằng 0,3 MPa
99
Hình 4.19. Vận tốc thanh tới tại khi áp lực tác dụng lên thanh đánh 0,3 MPa 100
Hình 4.20. Tốc độ biến dạng mẫu khi áp lực tác dụng lên thanh đánh
0,3 MPa
100
Hình 4.21. Ứng suất trong mẫu N0
38 (khi áp lực tác dụng lên thanh
đánh bằng 0,3 MPa)
100
Hình 4.22. Sơ đồ mô tả tín hiệu điện áp 101

15. xiii
Hình 4.23. Biến dạng trên thanh tới (cảm biến 5) và thanh truyền (cảm
biến 7) theo thời gian
101
Hình 4.24. Ứng suất trong thanh tới theo thời gian khi áp lực tác dụng
lên thanh đánh bằng 0,35 MPa
102
Hình 4.25. Ứng suất trong thanh truyền theo thời gian khi áp lực tác
dụng lên thanh đánh bằng 0,35 MPa
102
Hình 4.26. Vận tốc thanh tới theo thời gian 102
Hình 4.27. Ứng suất theo thời gian trong mẫu số N0
38 áp lực tác dụng
lên thanh đánh 0,35 MPa (tại thời điểm t14,0 ms)
102
Hình 4.28. Tốc độ biến dạng theo thời gian của mẫu đá với áp lực tác
dụng lên thanh đánh có giá trị khác nhau (0,30 MPa và 0,35 MPa)
103
Hình 4.29. Trình tự mô phỏng thí nghiệm SHPB 105
Hình 4.30. Kích thước mô hình thí nghiệm SHPB 105
Hình 4.31. Mô hình áp lực tác dụng lên thanh tới do thanh đánh tác dụng 105
Hình 4.32. Ứng suất trong mẫu với kích thước phần tử khác nhau 107
Hình 4.33. Sự thay đổi ứng suất trong mẫu theo kích thước phần tử của mẫu 108
Hình 4.34. Ứng suất trong mẫu trường hợp 2 108
Hình 4.35. Ứng suất trong mẫu trường hợp 3 108
Hình 5.1. Kích thước mô hình hai chiều 2D 113
Hình 5.2. Kích thước mô hình ba chiều (3D) 113
Hình 5.3. Mô hình áp lực nổ lên biên đường hầm 117
Hình 5.4. Các loại phần tử vô hạn được sử dụng trong mô phỏng 118
Hình 5.5. Sơ đồ xác định chiều dài phần tử vô hạn trong mô hình số 119
Hình 5.6. Kích thước mô hình số khảo sát 120
Hình 5.7. Sơ đồ đặt lực kiểm tra kích thước lưới 120
Hình 5.8. Cường độ của lực Tác dụng theo thời gian 120
Hình 5.9. Sự khác nhau về thời gian giữa hai điểm B và C 121
Hình 5.10. Các điểm quan sát khảo sát trong mô hình số 124
Hình 5.11. Ảnh hưởng của hệ số giảm chấn đến giá trị PPV tại điểm A 125

16. xiv
Hình 5.12. Ảnh hưởng của hệ số giảm chấn đến giá trị PPV tại điểm B 126
Hình 5.13. Tổng hợp sự ảnh hưởng của hệ số giảm chấn  đến giá trị
PPV xuất hiện trong vỏ chống bê tông liền khối của đường hầm cũ tại B
127
Hình 5.14. Sơ đồ lựa chọn hệ số giảm chấn  cho mô hình số B 128
Hình 5.15. Quan hệ giữa mô đun đàn hồi động Ed và PPV theo phương
thẳng đứng tại B
128
Hình 5.16. Quan hệ giữa mô đun đàn hồi động Ed và PPV theo phương
nằm ngang tại B
130
Hình 5.17. Tổng hợp sự ảnh hưởng của mô đun đàn hồi động Ed đến giá
trị PPV trong vỏ chống bê tông cố định của đường hầm cũ
131
Hình 5.18. Ảnh hưởng của mô hình phá hủy vật liệu đến PPV 133
Hình 5.19. Sự ảnh hưởng của chiều dài mô hình số đến chấn động nổ
mìn trong vỏ chống bê tông liền khối của đường hầm cũ
133
Hình 5.20. So sánh các PPV theo phương thẳng đứng (PPV1) trong vỏ
chống bê tông của đường hầm cũ khi chiều dài mô hình số thay đổi tại
điểm B
134
Hình 5.21. So sánh các giá trị PPV theo phương nằm ngang PPV2 trong
vỏ chống bê tông của đường hầm cũ khi chiều dài mô hình số thay đổi
tại điểm B
134
Hình 5.22. So sánh biên độ thay đổi của PPV tại điểm quan sát 136
Hình 5.23. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai đường hầm đến giá trị
PPV trong vỏ chống bê tông cố định của đường hầm cũ
137
Hình 5.24. Sơ đồ nghiên cứu sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn tại
gương hầm mới đến vỏ chống bê tông của đường hầm cũ lân cận theo
phương dọc trục hầm
138
Hình 5.25. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách D- từ vị trí
quan sát trong vỏ chống đường hầm cũ tới mặt phẳng trùng với mặt
phẳng gương hầm mới đến giá trị PPV
140
Hình 5.26. Vùng phá hủy trong vỏ chống bê tông của hầm cũ lân cận 142
Hình 5.27. Vùng phá hủy của khối đá 143

17. xv
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án nghiên cứu
Trong thời gian qua, cùng với sự phát triển kinh tế, cơ sở hạ tầng của Việt
Nam được từng bước được đầu tư xây dựng hoàn thiện, trong đó xuất hiện các
dự án hầm được đào mới, đào mở rộng ngay cạnh các dự án hầm đã được xây
dựng nhiều năm trước đó như dự án hầm Cổ Mã, hầm Hải Vân,…Do khoảng
cách giữa hai hầm thường có giá trị nhỏ (30,0 m), cho nên khi tại khi mở rộng
hầm lánh nạn bằng phương pháp khoan nổ mìn sẽ gây nên những ảnh hưởng xấu
của sóng nổ đến kết cấu vỏ chống chống giữ hầm chính. Do đó, việc nghiên cứu
sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của đường hầm lân
cận khi thi công đường hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn ở Việt Nam hiện
nay là hết sức cần thiết. Kết quả giải quyết vấn đề trên sẽ góp phần làm cơ sở cho
việc đánh giá chấn động nổ mìn đường hầm dân dụng, phục vụ công tác thiết kế
và thi công đường hầm nhằm hạn chế chấn động kết cấu đường hầm lân cận. Đây
là vấn đề còn hết sức mới mẻ ở Việt Nam. Do đó, các vấn đề tác giả đã lựa chọn
trong luận án nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi thi công đường
hầm đến kết cấu đường hầm lân cận để tiến hành nghiên cứu có tính thời sự và
mang tính cấp thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Mục tiêu nghiên cứu của luận án như sau:
➢ Xây dựng các mô hình số 2D, 3D cho phép phân tích, dự báo ảnh
hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của đường hầm lân cận khi
thi công đường hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn;
➢ Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ
của đường hầm lân cận trên các mô hình số 2D, 3D;
➢ Đánh giá được mức độ ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu
chống giữ của đường hầm lân cận dựa trên các số liệu đo đạc thực tế tại một số

18. xvi
dự án và kết quả nghiên cứu trên mô hình số 2D, 3D;
➢ Tìm ra một số quy luật thực nghiệm đánh giá mức độ ảnh hưởng của
chấn động nổ mìn đến kết cấu chống giữ của đường hầm
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án
Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án như sau:
➢ Kết cấu chống giữ bê tong của đường hầm lân cận với đường hầm được
thi công bằng phương pháp khoan nổ mìn;
➢ Môi trường đất đá là đàn hồi tuyến tính và đồng nhất, chưa xét đến sự
ảnh hưởng của khe nứt và mặt phân cách trong khối đá đến sự truyền sóng;
➢ Mối liên kết giữa vỏ chống bê tông liền khối của đường hầm cũ với
khối đá là liên kết cứng liên tục. Lớp vỏ chống bê tông liền khối thỏa mãn được
coi là lớp lát hàn bám chặt vào đất đá và cùng dao động với đất đá.
4. Phương pháp tiếp cận nghiên cứu
Luận án tiếp cận các vấn đề nghiên cứu từ các góc độ sau đây:
➢ Phương pháp tiếp cận lý thuyết: tiếp cận các kết quả của các bài toán
động truyền sóng nổ trong môi trường đất đá đồng nhất, đẳng hướng;
➢ Phương pháp tiếp cận thực tế: tiếp cận các kết quả đo đạc chấn động
thực tế tại hầm Croix-Rousse, Lyon, Pháp;
➢ Phương pháp tiếp cận bằng cách sử dụng các thành tựu khoa học tiên
tiến của thế giới và trong nước: để lựa chọn các phương pháp đánh giá ảnh
hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu đường hầm lân cận thông qua các công
trình khoa học đã được công bố trên các tạp chí, các báo cáo tại các hội thảo,
kinh nghiệm của các nhà khoa học nhà quản lý tại các cơ sở nghiên cứu trong
lĩnh vực nghiên cứu của luận án trong nước và ngoài nước.
5. Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu như sau:
➢ Phương pháp nghiên cứu phân tích tổng hợp: tiến hành thu thập các số

19. xvii
liệu đo đạc thực tế tại các dự án hầm thuộc phạm vi nghiên cứu của luận án;
➢ Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: thí nghiệm trên các mẫu đá thu
được tại hiện trường tại phòng thí nghiệm;
➢ Phương pháp số: xây dựng các mô hình số đánh giá ảnh hưởng của
chấn động nổ mìn đến kết cấu đường hầm lân cận khi thi công đường hầm bằng
phương pháp khoan nổ mìn trên mặt phẳng đi qua gương hầm (2D) và dọc trục
đường hầm (3D).
6. Phạm vi nghiên cứu của luận án
Phạm vi nghiên cứu của luận án như sau:
➢ Môi trường đất đá là đàn hồi tuyến tính và đồng nhất, chưa xét đến sự
ảnh hưởng của khe nứt trong khối đá đến sự truyền sóng;
➢ Liên kết giữa vỏ chống bê tông liền khối của đường hầm cũ với khối đá
là liên kết cứng liên tục. Lớp vỏ chống bê tông liền khối thỏa mãn được coi là
lớp lát hàn bám chặt vào đất đá và cùng dao động với đất đá.
7. Đối tượng nghiên cứu của luận án
Đối tượng nghiên cứu của luận án là vỏ chống bê tông liền khối của
đường hầm cũ được xây dựng trước đó theo công nghệ truyền thống đổ tại chỗ
bằng ván khuôn di động hoặc ván khuôn lắp ghép có lớp bê tông lấp đầy và bám
chặt vào lớp đất đá (lớp lát hàn), do đó lớp vỏ chỉ được tính toán cho sóng nổ,
không tính cho áp lực đất đá.
8. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án
➢ Ý nghĩa khoa học của luận án: các kết quả nghiên cứu của luận án sẽ
góp phần làm cơ sở lý luận cho việc đánh giá chấn động nổ mìn khi thi công các
đường hầm dân dụng và công nghiệp;
➢ Ý nghĩa thực tiễn của luận án: các kết quả nghiên cứu của luận án sẽ
phục vụ cho các công tác thiết kế, công tác thi công đường hầm nhằm hạn chế sự

20. xviii
chấn động có hại của sóng nổ mìn đến kết cấu của các đường hầm lân cận ở Việt
Nam.
9. Những điểm mới của luận án
Luận án đạt được một số điểm mới như sau:
➢ Thực hiện thí nghiệm động SHPB và mô phỏng số để xác định các
thông số động của môi trường đất đá, kết cấu chống giữ; tìm ra các mối quan hệ
giữa ứng suất, biến dạng, tốc độ biến dạng theo thời gian của kết cấu chống giữ
dưới tác dụng của tải trọng động giống như áp lực nổ mìn trên thực tế;
➢ Xây dựng các công thức kinh nghiệm xác định giá trị PPV và lượng
thuốc nổ nạp lớn nhất khi nổ mìn thi công đường hầm; chỉ ra mối quan hệ giữa
RMR của khối đá, mức độ chấn động đến vỏ chống bê tông đường hầm lân cận
tại dự án hầm Croix-Rousse; xây dựng các công thức thực nghiệm xác định giá
trị PPV phụ thuộc vào RMR;
➢ Xây dựng, kiểm chứng mô hình số hai chiều 2D, ba chiều 3D; khảo sát
các thông số của các mô hình và tìm ra giá trị hệ số giảm chấn phù hợp bằng 5,0
%; xác định giá trị PPV tỉ lệ nghịch với hệ số giảm chấn của khối đá; xác định
chiều dài mô hình hợp lý; chỉ ra các vùng phá hủy của vỏ chống đường hầm cũ;
tìm ra các công thức thực nghiệm dự báo giá trị PPV cho các vị trí trong vỏ
chống đường hầm cũ; đề xuất phương pháp xem xét mức độ chấn động của nổ
mìn thi công đường hầm mới đến trạng thái của khối đá và kết cấu chống giữ bê
tông của đường hầm cũ lân cận.
10. Cấu trúc luận án
Luận án có kết cấu gồm 5 chương như sau:
➢ Chương 1. Tổng quan về ảnh hưởng của chấn động nổ mìn thi công
đường hầm đến kết cấu chống các đường hầm lân cận
➢ Chương 2. Lý thuyết về truyền sóng trong môi trường đất đá và
phương pháp xác định sự ảnh hưởng của sóng nổ lên kết cấu đường hầm lân cận

21. xix
➢ Chương 3. Nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn thi công
đường hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn đến kết cấu đường hầm lân
cậnthông qua phương pháp đo đạc thực nghiệm hiện trường
➢ Chương 4. Nghiên cứu các thông số động của khối đá và vỏ chống
➢ Chương 5. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi đào
hầm đến kết cấu chống đường hầm lân cận bằng phương pháp số

22. 1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤN ĐỘNG NỔ MÌN THI CÔNG
ĐƯỜNG HẦM ĐẾN KẾT CẤU CHỐNG CÔNG TRÌNH NGẦM LÂN CẬN
1.1. Tổng quan về ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi đào hầm đến công
trình ngầm lân cận và hướng nghiên cứu của luận án
Tại nước ta trong thời gian qua xuất hiện các dự án đường hầm được đào mới
ngay cạnh các dự án đường hầm đã được xây dựng trước đó nhiều năm như dự án
đường hầm Cổ Mã, dự án mở rộng hầm lánh nạn thuộc dự án hầm Hải Vân. Tại
đường hầm Cổ Mã thuộc dự án hầm đường bộ Đèo Cả, đường hầm chính đào gần
song song với đường hầm đường sắt số 24 (vị trí gần nhất 47,0 m, vỏ bê tông đường
hầm được Pháp thi công khoảng 100 năm trước đây) (Phụ lục 1). Công tác đảm bảo
an toàn cho kết cấu đường hầm đường sắt được yêu cầu nghiêm ngặt thông qua
công tác giám sát nổ mìn bằng cách đo thực nghiệm giá trị PPV nhằm điều chỉnh
lượng thuốc nổ lớn nhất cho một lần nổ để đảm bảo an toàn cho vỏ chống bê tông.
Đối với dự án hầm đường bộ qua đèo Hải Vân, khoảng cách giữa đường hầm
chính của Dự án đường hầm Hải Vân và đường hầm lánh nạn chỉ khoảng 30,0 m
(Phụ lục 1). Tuy nhiên, khi mở rộng đường hầm lánh nạn bằng phương pháp khoan
nổ mìn, vấn đề đánh giá dự báo ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đào hầm đến kết
cấu vỏ chống của hầm chính vẫn chưa được quan tâm đúng mức để có thể dự báo
chính xác sự ảnh hưởng nhằm đưa ra các giải pháp phù hợp khi thi công mở rộng
đường hầm lánh nạn. Ngoài ra, quá trình thi công mở rộng đường hầm lánh nạn còn
phải xét đến những nứt nẻ, phá hủy xuất hiện trong vỏ chống bê tông tại đường hầm
chính xuất hiện trước đó để có giải pháp xử lý phù hợp (Hình 1.1.a) [1]. Khi nổ mìn
thi công đường hầm, ngoài tác dụng phá vỡ khối đá trên gương đường hầm, năng
lượng sinh ra khi nổ mìn còn ảnh hưởng đến vùng khối đá xung quanh trong một
phạm vi nhất định. Các đường hầm ở trong phạm vi đó cần được đánh giá mức độ
tác động gây ra do nổ mìn khi đào đường hầm.

23. 2
a) b)
Hình 1.1. Sự cố, phá hủy xảy ra trong một số đường hầm ở Việt Nam và trên thế
giới: a - Các vết nứt xuất hiện trong vỏ hầm chính của hầm Hải Vân [1], [23]; b - Vụ
nổ trong đường hầm lấy nước Port Huron tại Mỹ vào năm 1971 [2], [4]
Trong quá khứ, nhiều sự cố phá hủy các công trình do nổ mìn trong khu vực
lân cận đã được ghi nhận trên thế giới. Năm 1971, một vụ nổ đã xảy ra tại một đường
hầm được xây dựng 220 feet dưới bờ biển gần hồ Huron, Mỹ làm chết 21 người và
khiến 9 người bị thương [4]. Toàn bộ kết cấu trong đường hầm đã hoàn toàn bị phá
hủy sau vụ nổ (Hình 1.1.b). Sức công phá của vụ nổ mạnh đến mức làm cấu trúc
đường hầm bị hư hỏng nghiêm trọng. Năm 1980, đường hầm đường sắt Jiuguaidao,
Trung Quốc đã bị phá hủy nghiêm trọng do chấn động nổ mìn từ việc đào mái dốc
gần đó: 123,0 m đường hầm đã bị phá hủy 3000,0 m3
đất đá bên trong đường hầm bị
sạt lở. Chi phí khắc phục sự cố lên đến hàng tỉ đôla [67].
Trên thế giới hiện có rất nhiều dự án đường hầm đào bằng khoan nổ mìn cần
được giám sát chấn động nổ mìn cho các kết cấu công trình ngầm lân cận như dự án
đường hầm Croix-Rousse ở Lyon, Cộng hòa Pháp. Đường hầm Croix-Rousse là
một công trình đường hầm giao thông đô thị giữa sông Rhône và sông Saône. Chiều
dài của đường hầm là 1757,5 m; diện tích mặt cắt ngang bằng 84,10 m2
(Hình 1.2).
Vị trí đường hầm nằm ở khu vực rất đông dân cư, có nhiều tòa nhà gần đó [54].
Ngoài ra, có một đường hầm cũ có dạng vòm tường thẳng (bán kính vòm là 8,05 m,
chiều cao tường 1,0 m) nằm song song với đường hầm mới. Đường hầm đào mới
có dạng hình vòm móng ngựa, bán kính của vòm là 5,55 m. Khoảng cách giữa hai
trục đường hầm bằng 42,6 m. Do đường hầm đào hoàn toàn trong đất đá rắn cứng
với độ bền nén trên 120 MPa, cho nên nhà thầu (Công ty EGIS, Pháp) đã chọn
phương pháp khoan nổ mìn để thi công đường hầm. Khi thi công đường hầm, Công

24. 3
ty EGIS đã sử dụng phương pháp đo đạc hiện trường kết hợp với tiêu chuẩn đánh
giá chấn động cho kết cấu vỏ chống đường hầm của Pháp để đánh giá mức độ chấn
động. Từ đây, lượng thuốc nổ lớn nhất được điều chỉnh cho mỗi lần nổ và cho cả
gương hầm để đảm bảo an toàn cho kết cấu vỏ chống của đường hầm cũ lân cận.
Các dự án đường hầm cao tốc Damaoshan, đường hầm đường sắt ở Xinjiang (Trung
Quốc),… cũng được tiến hành tương tự.
a) b)
Hình 1.2. Điều kiện khu vực xung quanh đường hầm: a - Mặt cắt ngang
và khoảng cách hai đường hầm; b - Vị trí mặt bằng cửa đường hầm [54]
Vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đào hầm đã được các
nhà khoa học trên thế giới quan tâm, nhiều công trình khoa học được công bố trong
thời gian gần đây. Tại Việt Nam do hạn chế về phương tiện đo đạc thực nghiệm,
thiếu các phần mềm chuyên dụng để mô phỏng trong tính toán thiết kế đối với các
công trình ngầm dân sự nên kết quả nghiên cứu vẫn còn nhiều hạn chế. Nhiều tác
giả đã quan tâm nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đối với các công trình
ngầm quân sự, tuy nhiên, tải trọng được xem xét trong các nghiên cứu chủ yếu do
áp lực nổ của bom đạn trên mặt đất hoặc lượng thuốc nổ đơn độc nằm nông so với
mặt đất. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số cơ học của đất đá, tính không
đồng nhất của môi trường, đặc tính áp lực nổ mìn, khoảng cách giữa hai đường
hầm, loại liên kết giữa đất đá và vỏ chống đường hầm đến mức độ chấn động của
kết cấu công trình ngầm cũng ít được chú ý.
Hiện nay, việc nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu
công trình ngầm lân cận được tiến hành theo các hướng chủ yếu sau: nghiên cứu sự
ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi nổ một lượng thuốc nổ đơn độc (đánh bom

25. 4
khủng bố trong tàu điện ngầm, nổ do bom đạn...); khi nổ vi sai trong trong giai đoạn
thi công do nổ mìn tại gương hầm đến kết cấu công trình ngầm phía sau và xung
quanh gương hầm với kết cấu là bê tông phun, bê tông liền khối cùng với tuổi khác
nhau [7], [8], [9], [33], [40] (Hình 1.3).
Hình 1.3. Sóng ứng suất truyền trong khối đá: a - Mặt cắt ngang hầm;
b - Mặt bằng đường hầm [7], [8], [9], [33], [40]
a) b)
Hình 1.4. Ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu công trình lân cận:
a - Kết cấu đường hầm lân cận; b - Kết cấu công trình bề mặt [42], [62], [63]
Hướng nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi đào
đường hầm bằng phương pháp nổ mìn đến kết cấu chống đường hầm lân cận đã
được đẩy mạnh nghiên cứu trong thời gian gần đây do số lượng các dự án đào
đường hầm mới, đào mở rộng bên cạnh tuyến đường hầm tăng nhanh nhằm đáp ứng

26. 5
các yêu cầu về giao thông (Hình 1.4.a). Với các dự án đường hầm mới được đào
ngay dưới lòng thành phố (ví dụ đường hầm Croix-Rousse, Lyon) việc nghiên cứu
ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến các công trình bề mặt cũng rất được quan tâm
(Hình 1.4.b). Luận án tiến hành xây dựng các mô hình số cho phép nghiên cứu
đánh giá ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến sự ổn định của vỏ chống bê tông của
đường hầm lân cận dựa trên các số liệu đo đạc hiện trường tại dự án Croix-Rousse
(Pháp). Việc nghiên cứu khảo sát các thông số của mô hình sẽ cho phép rút ra được
những kết quả cần thiết để có thể điều chỉnh các thông số khoan nổ mìn nhằm giảm
thiểu chấn động nổ mìn đến vỏ chống bê tông của đường hầm lân cận trong những
điều kiện xây dựng tương tự.
1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu chấn động nổ mìn đến kết cấu công trình
ngầm lân cận khi thi công đường hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn
Vấn đề nghiên cứu sự ảnh hưởng của chấn động do nổ mìn khi thi công
đường hầm đến kết cấu chống giữ của đường hầm lân cận đã được nhiều tác giả trên
thế giới quan tâm và đã có nhiều kết quả được công bố. Các phương pháp nghiên
cứu đã được sử dụng trong các nghiên cứu bao gồm: phương pháp giải tích; phương
pháp nghiên cứu trên mô hình tương đương; phương pháp đo thực nghiệm hiện
trường; phương pháp nghiên cứu trên mô hình số.
1.2.1. Các phương pháp giải tích
Các phương pháp giải tích tương đối hiếm, chủ yếu thông qua phương pháp
tích phân và lý thuyết tia của Pao Y.H. (1983) [80]. Ngoài ra, Wersall C. (2008)
[92] sử dụng một giải pháp chuyển dạng kín cho trường hợp đường hầm hình tròn
chịu áp lực nổ. Tại đây, áp lực nổ được mô phỏng như một nguồn hữu hạn tác động.
Giải pháp đạt được bằng cách sử dụng toán tử Laplace cùng với mối quan hệ với
thời gian và toán tử Fourier cùng mối quan hệ với tọa độ. Các nghiên cứu của Li và
n.n.k [66] đã thể hiện một phương pháp giải tích đánh giá ứng xử của vỏ chống
đường hầm thông qua việc đánh giá giá trị của PPV và ứng suất phân bố. Sự ảnh
hưởng của sóng nổ lên đường hầm cũ lân cận đã được xem xét để đánh giá độ ổn

27. 6
định của đường hầm. Thông thường, bài toán truyền sóng nổ trong môi trường khối
đất đá rất phức tạp. Vì vậy, hầu hết các phương pháp giải tích mới chỉ dừng lại ở
việc giải các bài toán đơn giản như biên đường hầm có dạng hình tròn, môi trường
khối đá là đàn hồi, đồng nhất và đẳng hướng. Khả năng ứng dụng của phương pháp
này bị hạn chế khi đường hầm có tiết diện ngang không phải hình tròn, môi trường
khối đất đá phân lớp, nứt nẻ,…
1.2.2. Các phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý tương đương
Một số tác giả (Khosrow B., 1997 [52]; Smith P.D., 1998 [84]), đã sử dụng
mô hình vật lý tương đương để nghiên cứu chấn động nổ mìn lên một đường hầm
cũ. Smith và n.n.k [84] giới thiệu kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình
đường hầm nhỏ khi sóng nổ truyền thẳng dọc theo đường hầm nhám được tạo ra
bằng các tấm lá thép có kích thước khác nhau, đặt dọc theo hai bên sườn đường
hầm. Mô hình đường hầm được chế tạo từ thép tấm với chiều dày bằng 3,0 mm.
Các kích thước chiều rộng, chiều cao, chiều dài của đường hầm bằng 150100500
mm. Tác giả đã sử dụng mô hình này để xác định giá trị áp lực nổ tác dụng lên
đường hầm khi thay đổi vị trí đặt khối thuốc nổ. Khosrow B. (1997) [52] đã nghiên
cứu sự ảnh hưởng của vi khe nứt và khe nứt nên sự phản ứng của đường hầm sử
dụng mô hình vật lý 1-G. Kết quả nghiên cứu cho thấy tồn tại sự phù hợp rất lớn
giữa nổ mìn đào đường hầm thực tế và việc giảm tỉ lệ thí nghiệm của mô hình. Từ
đây cho phép chỉ ra các ứng dụng của mô hình vật lý vào việc nghiên cứu tương tác
giữa thuốc nổ và công trình. Mặc dù phương pháp mô hình vật lý tương đương cho
phép mô phỏng các điều kiện phức tạp của môi trường truyền sóng và công trình,
tương tác giữa công trình với môi trường xung quanh khá giống so với điều kiện
thực tế, nhưng phương pháp có nhược điểm lớn là việc chế tạo mô hình phức tạp,
chi phí cao. Ngoài ra, do kích thước mô hình nhỏ cho nên không thể mô phỏng hết
các yếu tố ảnh hưởng. Điều này có ảnh hưởng không tốt đến kết quả bài toán nghiên
cứu.

28. 7
1.2.3. Các phương pháp nghiên cứu đo đạc thực nghiệm tại hiện trường
Phương pháp đo đạc thực nghiệm cho phép thu được kết quả đo phản ảnh
gần nhất với thực tế. Chúng khắc phục những nhược điểm của các phương pháp giải
tích, thí nghiệm mô hình vật lý. Các thiết bị đo hiện trường sẽ xác định PPV và biến
dạng của các phần tử đất đá, vỏ chống đường hầm do tác động của sóng nổ mìn tại
gương đường hầm. Các dữ liệu đo cho phép tìm ra các quy luật, các công thức kinh
nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa các thông số của vụ nổ, môi trường truyền nổ,
các biểu hiện của công trình chịu tác dụng của sóng nổ cho các loại môi trường địa
chất khác nhau. Chúng cho phép dự báo sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến
công trình. Theo hướng này đã có nhiều tác giả tiến hành nghiên cứu tại nhiều dự án
khác nhau (Ansell, 2004; Ahmed, A., 2011; Lin, D., 2011) [40], [42], [68]. Ví dụ,
Lin D. [68] đã tiến hành đo đạc chấn động tại 46 vụ nổ, kết hợp với 96 dữ liệu đo
đạc khác để rút ra công thức thực nghiệm tính khối lượng thuốc nổ cho phép lớn
nhất khi đào đường hầm không gây ảnh hưởng đến đường hầm cũ và các công trình
bề mặt nằm gần đó.
Phương pháp đo đạc thực nghiệm đơn giản nhưng đòi hỏi phải đầu tư các
thiết bị đo hiện đại có chi phí lớn, phải tiến hành nổ thử nghiệm tại hiện trường.
Ngoài ra, độ chính xác của kết quả đo đạc thực nghiệm sẽ giảm đi rất nhiều nếu
không có đầy đủ thông tin về môi trường khối địa chất sóng nổ truyền qua. Việc áp
dụng các kết quả đo đạc thực nghiệm thu được từ một công trình trước đó cho một
công trình khác đòi hỏi phải có nghiên cứu so sánh tỉ mỉ, cẩn thận.
1.2.4. Các phương pháp mô hình số
Cùng với sự phát triển của máy tính điện tử, phương pháp sử dụng mô hình số
đã, đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới trong lĩnh vực nghiên cứu bài toán truyền
sóng nổ trong môi trường đất đá. Quá trình truyền sóng nổ trong đất đá là bài toán
không gian 3 chiều (3D). Tuy nhiên, do tính chất phức tạp của các mô hình 3D, thời
gian thực hiện các tính toán trên mô hình 3D kéo dài, cho nên các nghiên cứu ảnh
hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu đường hầm lân cận được tiến hành trên mô

29. 8
hình 3 chiều (3D) chưa có nhiều. Các nghiên cứu theo hướng này có các tác giả [16],
[25], [29], [49], [70], [82], [88], [90], [93], [96],...
Liang và n.n.k [67] đã đánh giá ảnh hưởng của nổ mìn đào đường hầm đến
khối đá và kết cấu chống giữ của đường hầm cũ liền kề tại dự án đường hầm
Daomaoshan (Trung Quốc). Sự phá hủy của khối đá và hệ thống vỏ chống dưới các
tải trọng khác nhau sinh ra do nổ mìn đã được phân tích bằng dữ liệu đo thực
nghiệm và mô phỏng số. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: mức độ phá hủy khối đá
xung quanh đường hầm tăng tuyến tính với sự gia tăng của giá trị PPV. Tác giả
cũng chỉ ra giá trị giới hạn của PPV đối với đường hầm cũ lân cận là 0,22 m/s. Xia
và n.n.k [93] đã nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn từ một đường hầm
đang đào tới đường hầm đường sắt cũ ở Xinjiang (Trung Quốc) bằng việc sử dụng
số liệu đo tại phòng thí nghiệm, hiện trường và mô hình số. Trong đó, các số liệu đo
từ các thí nghiệm và tại hiện trường đã được sử dụng để xác định các thông số động
cần thiết cho mô hình và làm cơ sở để so sánh với kết quả thu được từ mô hình số.
Trên cơ sở các kết quả đo đạc thực nghiệm và mô hình số, các tác giả đã chỉ ra giá
trị giới hạn của PPV. Tại đây, sự ảnh hưởng của ứng suất tĩnh trước khi nổ mìn và
ứng suất động hình thành do nổ mìn lên giá trị ứng suất tổng trong đường hầm cũ đã
được giới thiệu. Ahmed và Ansell [40] đã tiến hành nghiên cứu sự ảnh hưởng của
một khối thuốc nổ tập trung ở các vị trí khác nhau gần một đường hầm đến lớp vỏ
chống bê tông phun bên trong đường hầm đó. Các tác giả đã xây dựng được công
thức kinh nghiệm để tính các thông số động của bê tông phun; phát triển mô hình liên
kết giữa bê tông phun và khối đá là liên kết kiểu dầm-lò xo. Jong-Ho Shin và n.n.k
[49] đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến đường hầm cũ trong khu
vực thành phố và đưa ra đánh giá về vùng bảo vệ chịu sự tác dụng của chấn động nổ
mìn. Mô hình số 2D được sử dụng để mô hình đường hầm trong đá yếu. Áp lực nổ
mìn được mô phỏng trên cơ sở điều chỉnh công thức tính áp lực nổ dựa vào kết quả
đo. Sự ảnh hưởng tới vỏ đường hầm do chấn động khi nổ mìn được khảo sát theo giá
trị PPV, chuyển vị và ứng suất trong vỏ chống. Tại đây, tác giả cũng đưa ra một
hướng dẫn xác định vùng bảo vệ chấn động nổ mìn trên cơ sở các thông số như vị trí

30. 9
nổ mìn, độ sâu đường hầm, khối lượng thuốc nổ. Zhao và n.n.k [96] đã tiến hành
nghiên cứu sự ảnh hưởng tới vỏ chống đường hầm cũ ở mức trên khi tiến hành đào hệ
thống đường hầm tàu điện ngầm ở mức dưới. Mô hình số phát triển dựa trên phần
mềm LS-DYNA. Kết quả đạt được bằng phương pháp số có thể so sánh với dữ liệu
đo đạc hiện trường theo giá trị biên độ, trạng thái của hàm PPV hoặc hàm biến dạng
hoặc so sánh giá trị biên độ của hai hàm trên. Cách so sánh kết quả đạt được của hai
phương pháp theo cả biên độ và trạng thái thường chỉ áp dụng cho việc nghiên cứu
các vụ nổ đơn độc như nổ mìn do khủng bố hoặc nổ mìn để thực nghiệm đơn thuần
(Lu, Y., et al, 2005 [70]; Saharan and Mitri, 2008 [85]; Wu, Ch., 2004 [92]). Việc so
sánh giá trị biên độ thường áp dụng cho vụ nổ với nhiều đợt khác nhau trong điều
kiện địa chất phức tạp (nổ mìn bãi lộ thiên, nổ mìn trên gương hầm,…). Các kết quả
nghiên cứu theo hướng này được nhiều tác giả đề cập (Jong-Ho Shin et al, 2011 [49];
Liang Q., 2013 [67]; Lua W. et al. [71], Saharan và Mitri, 2008 [85]; Yang J., 2012
[94]; Xia et al., 2013 [93]). Việc nghiên cứu chấn động nổ mìn bằng phương pháp
mô hình số được sử dụng nhiều do những ưu điểm sau: khả năng dễ dàng sử dụng;
cho phép thu được kết quả đáng tin cậy. Tuy nhiên, đây là một bài toán động học
phức tạp. Việc xây dựng mô hình số cần chú ý đến các thông số động đưa vào của
bài toán, kích thước mô hình phải đủ lớn hoặc sử dụng biên loại không phản xạ để
tránh hiện tượng sóng phản xạ lại tại biên mô hình làm ảnh hưởng đến kết quả khảo
sát trên mô hình. Ngoài ra, đến nay các kết quả nghiên cứu trên cũng chưa chú ý
nhiều đến ảnh hưởng của chủng loại liên kết giữa kết cấu chống trong công trình và
khối đất đá xung quanh, chưa chú ý nhiều đến tính phân lớp của đất đá, loại phần tử
biên sử dụng,… Những thông số trên có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả nghiên cứu
của mô hình truyền sóng nổ trong môi trường đất đá và tác dụng của sóng nổ lên kết
cấu công trình. Do đó cần thiết phải có những nghiên cứu, đánh giá cụ thể thêm.
1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu chấn động nổ mìn do đào hầm đến công
trình ngầm lân cận tại Việt Nam

31. 10
Tại Việt Nam, hướng nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn khi thi
công các đường hầm theo phương pháp thi công hở hoặc khai thác mỏ lộ thiên bằng
khoan nổ mìn đến các công trình lân cận trên bề mặt (nhà, các công trình công
nghiệp,…) đã được chú ý. Khoảng cách từ vị trí nổ mìn và khối lượng thuốc nổ
được quy định rất rõ theo Quy phạm [30]. Tuy nhiên, việc nghiên cứu ảnh hưởng
của chấn động nổ mìn đối với các kết cấu đường hầm ít được thực hiện. Các kết quả
nghiên cứu về PPV, khối lượng thuốc nổ lớn nhất cho phép chưa được xác định rõ
ràng. Số lượng các công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đào
đường hầm đến các đường hầm lân cận rất hạn chế. Vấn đề này đã được một số tác
giả nghiên cứu và công bố kết quả.
Tác giả Hoàng Thị Hồng [6] đã sử dụng phương pháp giải tích để nghiên cứu
trường ứng suất, biến dạng xung quanh vị trí nổ với quan điểm coi đất đá là môi
trường có tính chất cơ lý phù hợp với mô hình lưu biến Kelvin, buồng nổ hình cầu,
mô hình lưu biến Poynting-Thomson, buồng nổ hình trụ (Phụ lục 2). Tác giả [6]
cũng nghiên cứu sự lan truyền sóng ứng suất và biến dạng xung quanh vị trí nổ mìn
với buồng nổ hình trụ. Kết quả nghiên cứu tìm ra giá trị ứng suất, biến dạng của
khối đá xung quanh buồng nổ bằng phương pháp giải tích, đồng thời giải thích được
sự lan truyền ứng suất, biến dạng trong đất đá xung quanh vị trí nổ có dạng sóng.
Kết quả tìm ra đã được so sánh với kết quả đo đạc thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu
cũng xác định được ranh giới giữa ba vùng phá hoại xung quanh vị trí nổ mìn. Tuy
nhiên, kết quả nghiên cứu còn tồn tại một số điểm hạn chế như: môi trường đất đá
xung quanh buồng nổ được giả thiết là liên tục, đồng nhất, đẳng hướng, cho nên kết
quả chỉ đúng khi đất đá nguyên khối hoặc mức độ nứt nẻ không lớn, độ mở của các
khe nứt nhỏ.
Tác giả Nguyễn Xuân Mãn [27] đã tiến hành nghiên cứu bằng phương pháp
giải tích xác định bán kính phá hủy khi nổ một lượng thuốc nổ đơn độc với lời giải
gần đúng cho bài toán có dạng hình tròn. Bài toán được lập trên cơ sở xác định
trường ứng suất do sóng nổ phân bố trong môi trường. Nghiệm của bài toán được
xác định bằng việc giải phương trình phân bố sóng ứng suất trong môi trường đất đá

32. 11
có giới hạn bền chịu kéo đã biết. Kết quả thực nghiệm cho thấy vùng phá hủy hình
xuất hiện xung quanh lượng thuốc nổ như phân tích lý thuyết.
Tác giả Lê Đình Tân [34] đã tiến hành khảo sát đường hầm đặt trong môi
trường đất đá chịu tác dụng của áp lực sóng nổ có xét đến: sự phân lớp của môi
trường, vật liệu đàn hồi tuyến tính, hệ kết cấu-môi trường làm việc theo mô hình
biến dạng phẳng, mặt sóng nén phẳng, song song với trục công trình và tác dụng lên
toàn bộ kết cấu một cách đồng thời. Tác giả đã xây dựng mô hình, phương pháp
tính động lực học đường hầm chịu tác dụng của tải trọng động do nổ mìn có kể đến
tính không đồng nhất của môi trường, hình dạng tùy ý của kết cấu và sự tương tác
sóng nổ-môi trường-kết cấu. Bài toán được giải theo phương pháp phần tử hữu hạn.
Tại đây, tác giả Lê Đình Tân [34] sử dụng thuật toán của phương pháp lặp không
gian con để giải bài toán dao động riêng và phương pháp tích phân trực tiếp
Newmark để giải bài toán dao động cưỡng bức của hệ. Tác giả cũng nghiên cứu sự
ảnh hưởng các đặc tính cơ học của môi trường và tải trọng đến trạng thái chịu lực
của đường hầm. Phương pháp mô hình tương đương được tiến hành trong [34] với
kết cấu đường hầm có dạng vòm tường thẳng được lắp ghép từ các thanh thép bản
chiều dày 2 mm, chiều rộng 2 cm, môi trường đất đá là san hô với kích thước
100100100 cm đặt trong một hộp kín bằng gỗ. Tải trọng động được tạo ra bởi lực
va chạm vào bề mặt môi trường bởi vật nặng 5 kG. Tác giả tiến hành đo biến dạng
và gia tốc tại các điểm đo trong mô hình.
Phương pháp đo đạc thực nghiệm được một số tác giả thực hiện. Tuy nhiên,
do điều kiện thực nghiệm nổ mìn phức tạp nên số lượng các công trình nghiên cứu
chưa nhiều [15], [34], [35]. Tác giả [15] tiến hành phân tích dữ liệu đo đạc với 54
vụ nổ khác nhau tại đường hầm Croix-Rousse, Lyon, Pháp. Kết quả rút ra các công
thức thực nghiệm dự báo khối lượng thuốc nổ lớn nhất cho một lần nổ nhằm giảm
thiểu ảnh hưởng đến đường hầm lân cận. Tác giả Lê Đình Tân [34] tiến hành đo đạc
thực nghiệm tại đường hầm Truông Khấp (Đô Lương, Nghệ An). Tác giả Nguyễn
Hữu Thế [35] tiến hành thí nghiệm nổ mìn trong môi trường đá san hô tại phía
Đông-Nam của đảo Sơn Ca thuộc quần đảo Trường Sa. Do những khó khăn của

33. 12
phương pháp đo đạc thực nghiệm nên phương pháp sổ được sử dụng phổ biến hơn
trên thực tế [13], [15], [30], [32], [34], [35]. Nhìn chung các công trình chủ yếu
nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ bom, mìn trên bề mặt hay nằm gần mặt đất
đến kết cấu đường hầm quân sự (dạng công sự). Ví dụ, trong [34] đã nghiên cứu
ảnh hưởng của đường hầm quân sự dưới tác động của sóng nổ do bom mìn phía trên
bề mặt. Kết quả mô hình tính toán chưa chú ý nhiều đến ảnh hưởng của điều kiện
biên, loại phần tử biên được sử dụng. Các thông số động phục vụ cho việc tính toán
mô hình chưa được thí nghiệm để xác định; chưa xem xét bài toán trong trường hợp
nổ khối lượng thuốc nổ với nhiều đợt nổ khác nhau. Ngoài ra, các phần mềm được
viết dựa trên những thuật toán cụ thể nên chưa xem xét nhiều yếu tố ảnh hưởng cần
thiết.
Trong [13], tác giả Nguyễn Hải Hưng đã giới thiệu phương pháp giải bài
toán động lực học của kết cấu đường hầm quân sự với môi trường chịu tác dụng tải
trọng sóng nổ của bom đạn (cường độ mạnh, thời gian tác dụng ngắn) và đưa ra kết
quả tính toán ảnh hưởng thời gian tác dụng của sóng nổ đến trạng thái ứng suất-biến
dạng của kết cấu công trình. Vật liệu kết cấu giả thiết là đàn hồi tuyến tính, đồng
nhất đẳng hướng. Hệ kết cấu-môi trường làm việc theo sơ đồ biến dạng phẳng trong
điều kiện chuyển vị bé và biến dạng bé. Trong quá trình chất tải coi liên kết trên bề
mặt tiếp xúc giữa kết cấu và môi trường dạng liên tục, không có hiện tượng trượt
hay tách cục bộ. Bài toán được giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn, hệ kết cấu-
môi trường được rời rạc hóa. Thuật toán để giải bài toán động là phương pháp tích
phân trực tiếp Newmark. Kết quả tính toán chỉ ra rằng khi kết cấu công trình chịu
tác dụng của tải trọng sóng xung kích lan truyền trên mặt đất thì chúng không chịu
sự ảnh hưởng nhiều như so với trường hợp chịu tải trọng do bom đạn nổ cục bộ lên
công trình. Tại đây, tác giả chỉ đề cập đến trạng thái ứng suất-biến dạng của kết cấu
mà chưa đề cập đến vận tốc sóng nổ lan truyền trong môi trường và kết cấu. Biên
được sử dụng là loại liên kết gối tựa nên có sự phản xạ của sóng nổ tại biên vào mô
hình gây ảnh hưởng đến kết quả mô hình. Với việc sử dụng phần mềm SAP2000,
tại đây các thông số của môi trường và vật liệu kết cấu chưa đề cập nhiều.

34. 13
Tác giả [16] đã sử dụng mô hình số để nghiên cứu sự ảnh hưởng của chấn
động nổ mìn đến kết cấu vỏ chống bê tông của đường hầm lân cận trong hai trường
hợp: biên loại cố định; biên loại không phản xạ (được tạo ra bằng cách sử dụng loại
phần tử vô hạn). Kết quả so sánh với số liệu đo thực tế cho thấy: biên loại không
phản xạ cho kết quả tốt hơn. Tác giả kiến nghị sử dụng loại biên này để nghiên cứu
bài toán truyền sóng nổ trong môi trường đất đá. Tác giả [15] đã phát triển mô hình
2D để nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đào đường hầm đến vỏ chống
bê tông của đường hầm liền kề tại dự án Croix-Rousse, Lyon, Pháp. Từ mô hình
2D, tác giả đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số giảm chấn của môi trường
đất đá và kết cấu đến kết quả mô hình.
Hình 1.5. Mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của nổ mìn trong môi trường san hô [35]
Gần đây, tác giả Nguyễn Hữu Thế [35] đã nghiên cứu ảnh hưởng của sóng
nổ lên kết cấu công trình công sự đặt trong môi trường san hô. Phần thực nghiệm
được tiến hành tại đảo Sơn Ca thuộc quần đảo Trường Sa. Mô hình số hai chiều
(2D) được tiến hành mô phỏng thông qua phần mềm Plaxis và chương trình
MineBlast (Hình 1.5) của phần mềm Autodyn. Tác giả đã so sánh kết quả mô hình
khi xây dựng trên hai phần mềm khác nhau đồng thời so sánh kết quả thí nghiệm.
Tuy nhiên, trong nghiên cứu này các thông số của khối đá và vỏ chống đưa vào mô
hình số là các thông số tĩnh trong khi vỏ đường hầm làm việc ở trạng thái động nên
phần nào ảnh hưởng đến kết quả mô hình.

35. 14
1.4. Kết luận chung về tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước về
hướng nghiên cứu của luận án
Từ kết quả nghiên cứu trên đây, có thể rút ra một số nhận xét sau:
➢ Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết có rất nhiều hạn chế, khó áp dụng
để nghiên cứu sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn cho các đường hầm có tiết diện
không phải hình tròn. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý tương đương đòi
hỏi thời gian chế tạo mô hình dài, phải có các trang thiết bị chuyên dụng nên cũng
khó sử dụng trong điều kiện Việt Nam;
➢ Phương pháp mô hình số và phương pháp đo đạc hiện trường đang được
sử dụng rất phổ biến và cho kết quả tin cậy. Do đó, luận án chọn sử dụng kết hợp
hai phương pháp trên để nghiên cứu. Trong đó, các dữ liệu đo đạc hiên trường lấy
từ dự án đường hầm Croix-Rousse, Cộng hòa Pháp được sử dụng để khẳng định
tính đứng đắn của mô hình số được xây dựng. Trên cơ sở đó, mô hình số sẽ được sử
dụng để nghiên cứu các thông số, từ đó đưa ra những đánh giá về sự ổn định của kết
cấu đường hầm do ảnh hưởng của chấn động nổ mìn;
➢ Việc nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu đường hầm
lân cận khi đào đường hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn ở Việt Nam chưa được
chú ý nhiều do cho đến nay mới chỉ bắt đầu có những dự án thi công đường hầm
song song hay được đào mở rộng gần đường hầm cũ;
➢ Các nghiên cứu chủ yếu mới chỉ chú ý xem xét sự ảnh hưởng đối với các
đường hầm quốc phòng đặt trên mặt đất hoặc gần mặt đất hay đặt ngầm trong môi
trường nước, san hô. Tại đây, tải trọng được đề cập chủ yếu là do áp lực nổ của bom
đạn trên mặt đất hoặc bom đạn nổ trong môi trường đất đá gần đường hầm quân sự
nằm gần mặt đất và kích nổ một lần;
➢ Trong các mô hình số đã xây dựng, nhiều tác giả vẫn sử dụng các thông số
tĩnh của khối đá, kết cấu chống giữ đường hầm để mô phỏng trong khi đây là những
thông số động phải xử lý cho bài toán động. Sự không phù hợp trên dẫn đến những
ảnh hưởng không tốt đến kết quả của mô hình số. Việc xem xét sự ảnh hưởng của

36. 15
dao động riêng, dao động tắt dần (thể hiện qua hệ số giảm chấn) cũng chưa được
chú ý làm ảnh hưởng xấu đến kết quả, độ tin cậy của mô hình;
➢ Việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của đặc tính không đồng nhất của môi
trường đất đá, đặc tính áp lực nổ mìn, phương pháp mô phỏng áp lực nổ, khoảng cách
giữa hai đường hầm, loại liên kết giữa đất đá và kết cấu chống giữ đến kết quả mô
hình ít được chú ý. Đa số các khảo sát mô hình số hiện nay mới chỉ thực hiện thông
qua các mô hình số hai chiều 2D. Tuy nhiên, mô hình 2D thường không thể hiện
được điều kiện thực tế do khi nổ mìn tại gương đường hầm một phần năng lượng nổ
được hấp thụ bởi khối đá và vỏ chống của đường hầm. Tại mô hình 2D năng lượng
nổ khi hấp thụ không đáng kể trên mặt phẳng. Vì vậy, mô hình 3D nên nghiên cứu sử
dụng cho phù hợp với điều kiện thực tế;
➢ Trong thời gian qua, một số ít các tác giả đã phát triển mô hình 3 chiều 3D
bằng các phương pháp khác nhau (phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp
phần tử biên, phương pháp phần tử rời rạc,...). Tuy vậy, các kết quả hầu hết mới chỉ
dừng lại ở việc xem xét sự ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến phần vỏ chống bê
tông liền khối của đường hầm lân cận trong phạm vi mặt cắt ngang trùng với mặt
cắt đi qua gương đường hầm mới;
➢ Kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy chấn động mạnh nhất xuất hiện tại
mặt bên gần nhất với tâm khối thuốc được giả định đặt tại trung tâm gương hầm, chịu
sự ảnh hưởng bởi lượng thuốc lớn nhất khi nổ một lần nổ (thường trong khoảng 8,0
ms) lớn hơn sự ảnh hưởng của tổng lượng thuốc trên gương đường hầm [87]. Trong
khối đá rắn cứng có ít khe nứt thường xảy ra chấn động mạnh hơn so với trong khối
đá mềm chứa nhiều khe nứt. Kết quả này cho thấy, trong khối đá có chất lượng cao
thì các rủi ro gây ra do chấn động nổ mìn sẽ cao hơn;
➢ Các kết quả nghiên cứu đến nay chủ yếu mô phỏng trên mô hình số 2D
mới dừng lại ở việc đánh giá ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến phần vỏ chống
đường hầm lận cận nằm trong cùng mặt phẳng với gương đường hầm mới; chưa có
những nghiên cứu đánh giá cụ thể trong miền vỏ chống bê tông phía trước, phía sau

37. 16
mặt phẳng chứa gương đường hầm mới và đường hầm cũ lân cận. Đây là cơ sở để
luận án tập trung nghiên cứu đưa ra những kết quả mới.
1.5. Những vấn đề tập trung nghiên cứu của luận án
Từ các tổng hợp, phân tích và đánh giá ở trên, vấn đề nghiên cứu sự ảnh
hưởng của chấn động nổ mìn đến vỏ chống bê tông của đường hầm cũ lân cận khi
đào đường hầm mới bằng phương pháp khoan nổ mìn dọc trục đường hầm tập trung
vào một số hướng nghiên cứu chính như sau (Hình 1.6 và Hình 1.7):
Hình 1.6. Ảnh hưởng chấn động nổ mìn đào đường hầm đến các công trình lân cận
➢ Nghiên cứu ảnh hưởng của chấn động nổ mìn đến kết cấu đường hầm lân
cận bằng phương pháp đo đạc hiện trường tại dự án đường hầm Croix-Rousse,
Lyon: xây dựng mối quan hệ giữa PPV và tỉ lệ nạp thuốc, tỉ lệ khoảng cách cũng
như các thông số cơ lý của khối đá đường hầm đào qua (ví dụ như như RMR); xây
dựng các công thức thực nghiệm dự báo khối lượng thuốc nổ lớn nhất cho phép cho
một lần nổ trong đá granit để áp dụng cho các dự án thi công đường hầm trong
những điều kiện tương tự;

38. 17
Hình 1.7. Sơ đồ thể hiện các bước nghiên cứu của luận án
➢ Nghiên cứu các thông số động học của khối đá bằng thí nghiệm động học
SHPB trên các mẫu đá làm dữ liệu đầu vào cho việc lập các mô hình số;

39. 18
➢ Xây dựng, kiểm chứng và khảo sát thông số mô hình số bằng mô hình số
hai chiều 2D và ba chiều 3D theo trình tự sau đây:
 Xây dựng các mô hình số hai chiều 2D và ba chiều 3D bằng phương pháp
phần tử hữu hạn thông qua sử dụng phần mềm Abaqus. Trong đó, biên mô hình là
loại điều kiện không phản xạ NRBC bằng cách sử dụng phần tử loại vô hạn IE dựa
trên dữ liệu đo đạc tại dự án đường hầm Croix-Rousse;
 Khảo sát sự ảnh hưởng của tính chất cơ lý của khối đá và vỏ chống (mô
đun đàn hồi động, hệ số giảm chấn, mô hình phá hủy vật liệu,…) đến quá trình hoạt
động của mô hình;
 Khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách, vị trí đường hầm để tìm khoảng cách
tối thiểu cho phép đảm bảo an toàn cho vỏ chống cố định của đường hầm cũ;
 Khảo sát sự ảnh hưởng của mô hình áp lực nổ, đánh giá sự ảnh hưởng vỏ
đường hầm cố định dưới tác dụng của áp lực nổ mìn;
➢ Sử dụng chỉ số phá hủy nổ mìn BDI (Blast Damage Index) để dự báo mức
độ phá hủy của khối đá và kết cấu đường hầm lân cận thông qua việc sử dụng kết
quả của mô hình số đã xây dựng và đã được kiểm chứng.
1.6. Kết luận Chương 1
Chương 1 đã tiến hành nghiên cứu tổng quan tình hình nghiên cứu trong
nước và trên thế giới về sự ảnh hưởng của chấn động gây ra do nổ mìn khi thi công
đường hầm đến kết cấu chống giữ của đường hầm lân cận. Trong đó, đặc biệt nhấn
mạnh về vai trò quan trọng của các phương pháp đo thực nghiệm tại hiện trường và
các phương pháp nghiên cứu trên mô hình số cho quá trình nghiên cứu bài toán.
Chương 1 đã đưa ra những nhận xét về tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài
nước về hướng nghiên cứu, những điểm còn tồn tại của vấn đề nghiên cứu, từ đó đề
xuất những vấn đề nghiên cứu chính của luận án.

40. 19
CHƯƠNG 2
CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN SÓNG TRONG MÔI TRƯỜNG
ĐẤT ĐÁ VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG
NỔ LÊN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NGẦM LÂN CẬN
2.1. Tổng quan về các loại sóng chấn động gây ra do nổ mìn đào đường hầm và
đặc tính của chúng
Khi nổ mìn đào đường hầm, khối thuốc trong các lỗ mìn được kích nổ sẽ giải
phóng năng lượng dưới dạng các sóng ứng suất truyền trong đất đá. Sóng chấn động
sinh ra do nổ mìn trong khối đất đá là một loại sóng địa chấn. Sóng địa chấn là
những dạng sóng năng lượng hình thành và lan truyền bởi sự va chạm của các phần
tử đất đá trong các lớp địa tầng khi xảy ra động đất hoặc nổ mìn. Sóng địa chấn có
nhiều dạng với nhiều cách lan truyền khác nhau. Trong đó, có thể phân ra hai nhóm
lớn: nhóm sóng khối (body wave); nhóm sóng bề mặt (surface wave). Sóng khối có
thể lan truyền trong các tầng đất phía sâu. Còn sóng bề mặt chỉ có thể lan truyền ở
lớp đất phía trên của vỏ quả đất.
2.1.1. Sóng khối
Khi nổ khối thuốc nổ, năng lượng được giải phóng dưới dạng các sóng, sóng
khối di chuyển xuyên qua các lớp đất và truyền lên mặt đất. Sóng khối có tần số cao
hơn và vận tốc lan truyền từ tâm chấn nhanh hơn sóng bề mặt. Có hai dạng sóng
khối chính: sóng sơ cấp P (sóng nén P); sóng thứ cấp (sóng S).
a. Sóng sơ cấp P (sóng nén P)
Sóng sơ cấp P là sóng địa chấn có vận tốc nhanh nhất và được ghi nhận sớm
nhất khi động đất xảy ra. Sóng P có thể di chuyển qua các lớp đá rắn và các lớp vật
chất lỏng trong vỏ quả đất, như lớp mắc ma, nước biển hay nước ngầm. Sóng P
truyền theo phương dọc, tương tự như sóng âm thanh. Sóng P còn được gọi là sóng
nén vì tác dụng đẩy và kéo lên lớp đất đá. Hướng chuyển động của các phần tử sóng
sóng với hướng truyền sóng.

41. 20
b. Sóng thứ cấp (sóng S)
Vận tốc lan truyền của sóng S nhỏ hơn sóng P. Do đó, sóng S được ghi nhận
sau sóng P. Vì thế, chúng được gọi là sóng thứ cấp. Sóng S chỉ có thể lan truyền
trong lớp đá rắn mà không thể di chuyển qua các lớp vật chất lỏng. Dưới sự lan
truyền sóng S, các hạt vật chất chuyển động vuông góc với phương truyền sóng
(cũng là phương của sóng P).
2.1.2. Sóng bề mặt
Dạng sóng này có tần số thấp hơn so với sóng khối. Chúng chỉ di chuyển
trong lớp đất phía trên sát mặt đất. Mặc dù dạng sóng này đến sau sóng khối, nhưng
hầu như sóng bề mặt mới là nguyên nhân chính gây ra phá hoại nhà cửa trong các
trận động đất. Khi tâm chấn ở độ sâu lớn, thì cường độ sóng cũng như nguy cơ phá
hoại do sóng này gây ra mới giảm bớt.
a. Sóng Love
Sóng Love là dạng sóng đầu tiên của sóng bề mặt, được đặt tên theo nhà toán
học người Anh A.E.H. Love - Người đầu tiên đề xuất mô hình toán học cho kiểu
sóng này vào năm 1911. Dưới sự lan truyền của sóng Love, các hạt vật chất chuyển
động theo phương ngang và có tốc độ lan truyền nhanh nhất trong các sóng bề mặt.
Sóng Love là nguyên nhân chủ yếu gây nên chuyển động ngang của bề mặt vỏ quả
đất [5].
b. Sóng Rayleigh
Sóng Rayleigh là dạng thứ hai của sóng bề mặt, được đặt theo tên của Lord
Rayleigh - Người đã dùng công thức toán học tiên đoán sự tồn tại của dạng sóng
này vào năm 1885. Sóng Rayleigh cuộn tròn dọc theo mặt đất tương tự như sóng
nước cuộn trên mặt biển, cho nên mặt đất bị di chuyển lên xuống, qua lại theo
phương truyền của sóng này. Phần lớn sự rung lắc cảm nhận được trong các trận
động đất là từ sóng Rayleigh, với cường độ lớn hơn tất cả các dạng sóng địa chấn
khác. Khi nổ mìn, ngoài các sóng đàn hồi địa chấn kể trên, ở gần vùng nổ còn xuất
hiện các sóng va đập. Các sóng này khác với các sóng đàn hồi ở chỗ: biến dạng và

42. 21
ứng suất do chúng gây ra vượt quá giới hạn đàn hồi và đạt đến độ bền của đá, kết
quả làm đá bị phá vỡ. Vận tốc lan truyền của sóng va đập cao hơn vận tốc của sóng
đàn hồi dọc.
Kết quả khảo sát cho thấy, khi nổ khối thuốc nổ các sóng sinh ra tác dụng lên
đường hầm lân cận gồm: sóng nén P, sóng cắt S, trong khi công trình bề mặt chịu
thêm sóng bề mặt Rayleigh (Hình 2.1). Trong một số trường hợp, khi tính toán kết
cấu đường hầm có kể đến ảnh hưởng của sóng địa chấn thường sử dụng phương
pháp tải trọng tĩnh tương đương khi xem xét sóng có bước sóng lớn. Đây là phương
pháp tính gần đúng cho phép tính toán kết cấu công trình chịu tải trọng ngắn hạn do
nổ gây ra thường áp dụng cho các công trình có kết cấu đơn giản, tính chất công
trình không đặc biệt quan trọng (Hình 2.2). Phương pháp này có những ưu điểm: có
khả năng đơn giản hóa việc tính toán; việc xác định tải trọng tác dụng lên công trình
không đòi hỏi độ chính xác cao. Tuy nhiên, tại đây kết quả tính toán thường lớn hơn
giá trị thực của tải trọng tác dụng lên công trình, cho nên chúng sẽ gây lãng phí vật
liệu chống giữ.
Hình 2.1. Sơ đồ mô tả sự tác động của các loại sóng nổ
gây ra bởi vụ nổ đến kết cấu đường hầm lân cận [77]
Với sự tác động của hai loại sóng chính ở trên, trong vỏ chống đường hầm
(bê tông phun, bê tông liền khối,...) sẽ xuất hiện cả ứng suất nén và ứng suất kéo.
Tuy nhiên, ứng suất gây phá hủy vỏ chống bê tông cốt thép liền khối chủ yếu là
thành phần ứng suất kéo. Đối với các công trình bề mặt: sóng nén P và sóng bề mặt
Rayleigh là hai loại sóng tác động chính đến công trình bề mặt. Thực tế cho thấy:
sóng gây ra phá hủy các công trình bề mặt là sóng bề mặt Rayleigh.

43. 22
Hình 2.2. Sơ đồ tính toán tương đương kết cấu đường hầm
do sự lan truyền của sóng nổ gây ra [31]
2.1.3. Sự lan truyền sóng nổ trong môi trường đất đá khi nổ mìn đào hầm
Xét lượng nổ hình cầu trong môi trường đất đá vô hạn. Sau quá trình gây nổ,
sản phẩm nổ được nén ép với áp lực cao va chạm mạnh với các phần tử đất đá xung
quanh và tạo nên sóng xung kích trong đất đá. Khi vụ nổ xảy ra bên trong nền đất
đá, từ tâm nổ hình thành sóng chấn tâm lan truyền trong khối đá. Sản phẩm nổ được
hình thành có áp suất rất lớn tạo ra sóng xung kích trên bề mặt phân cách môi
trường và lượng nổ. Sóng xung kích là một nhiễu động mạnh, tức thời của môi
trường. Sự lan truyền của sóng xung kích gắn liền với sự tổn thất năng lượng. Đối
với lượng nổ thông thường vùng lan truyền của sóng xung chỉ xảy ra trong phạm vi
57 lần bán kính vùng nổ [77]. Trong trường hợp tổng quát, tại một điểm cách tâm
nổ một khoảng cách r nào đó, một phân tố môi trường chịu tác dụng nén của ứng
suất nén n, chịu tác dụng kéo của ứng suất kéo k. Trong vùng tác dụng của sóng
xung kính, ứng suất trên mặt sóng lớn, do đó môi trường rắn ở gần lượng nổ bị vỡ
vụn và chuyển sang trạng thái chảy, hình thành vùng biến dạng dẻo trong phạm vi
3÷7 lần bán kính nổ.

44. 23
Trong quá trình lan truyền ở một cự ly nào đó tính từ tâm nổ, sóng xung kích
trong môi trường có tính dẻo sẽ chuyển thành sóng nén với thời gian tăng tải và
giảm tải của sóng. Sóng nén là nhiễu động không đàn hồi của môi trường. Các tham
số của chúng biến thiên một cách từ từ. Tốc độ lan truyền của sóng bằng tốc độ
sóng âm truyền trong môi trường. Trong vùng lan truyền của sóng nén, môi trường
có tính chất không đàn hồi, nó phát sinh biến dạng dư dẫn đến sự phá hoại liên kết
giữa các phần tử của môi trường. Kết quả sẽ hình thành hệ thống các vết nứt hướng
tâm và hình tròn. Vùng lan truyền biến dạng này có phạm vi khoảng 120÷150 lần
bán kính lượng nổ [77]. Hình ảnh vụ nổ trong môi trường rắn thể hiện trên Hình
2.3. Môi trường xung quanh lượng nổ hình thành bốn vùng rõ rệt: vùng nén ép;
vùng vỡ vụn; vùng long rời; vùng chấn động (Hình 2.3). Vùng nén ép chịu áp lực
lớn nhất của sóng xung kích. Tại vùng vỡ vụn: môi trường đất đá bị phá vỡ thành
từng mảng, nếu gần bề mặt đất đá sẽ bị văng đi. Trong vùng long rời: đất đá phá vỡ
thành từng mảng lớn, không văng được. Trong vùng chấn động đất đá chỉ bị chấn
động mà không bị phá vỡ.
Hình 2.3. Sự hình thành các vùng xung quanh vụ nổ [77]
Trong vùng nén ép, dưới tác dụng của áp suất, nhiệt độ rất lớn của sản phẩm
nổ, các lớp đá granit bị đập vụn, chuyển động mạnh theo hướng bán kính đồng thời
cũng đẩy các lớp đất đá sau tiếp theo. Do vậy, đất đá gần tâm nổ bị sản phẩm nổ đẩy
ra ngoài tạo thành lỗ rỗng. Trong phạm vi vùng vỡ trong, đá granit trong vùng này bị
phá hoại một phần dưới dạng các vết nứt xuyên tâm và tiếp tuyến [77]. Vùng chấn

45. 24
động hay vùng biến dạng đàn hồi, trong đó đất đá không bị phá hoại về kết cấu nhưng
bị dao động do tác dụng của sóng nổ tạo thành chấn động trong đá granit. Do đặc
điểm cấu tạo của môi trường đất đá, sóng xung kích tồn tại duy trì một khoảng cách
thời gian và khoảng cách rất ngắn rồi nhanh chóng biến thành sóng nén. Các đặc
trưng cơ bản của sóng nén như sau: mặt sóng nén không thay đổi đột ngột và dốc
đứng như mặt sóng xung kích mà biến đổi từ từ, áp lực tăng từ 0 đến giá trị cực đại rồi
giảm từ giá trị cực đại về giá trị 0; thời gian tác dụng của tải trọng do sóng nén gây ra
lớn hơn nhiều so với thời gian lan truyền của sóng xung kích; trị số áp lực cực đại
khác nhau tại các khoảng cách khác nhau.
2.1.4. Các tham số sóng nén gây ra do nổ mìn
Khi nổ lượng thuốc nổ nằm trong môi trường đất đá, từ tâm nổ sẽ hình thành
sóng nổ lan truyền từ tâm nổ ra xung quanh gọi là sóng chấn tâm. Ở cự ly gần tâm
nổ sẽ là sóng xung kích, ở cự ly xa là sóng nén lan truyền trong môi trường. Các
tham số của sóng chấn tâm phụ thuộc vào các yếu tố sau: vị trí đặt lượng nổ; điều
kiện địa chất tại khu vực xây dựng công trình; tính chất cơ lý của đất đá; khoảng
cách từ tâm nổ đến vị trí khảo sát và công suất vụ nổ.
Áp suất, xung riêng của sóng nén truyền trong đá: khi nổ trong đất đá, sóng
xung kích được hình thành và lan truyền trên một khoảng cách ngắn so với tâm nổ
khoảng 37 lần bán kính nổ r0, sau đó chuyển nhanh thành sóng nén. Sóng nén khác
với sóng xung kích ở chỗ trên mặt sóng không có bước nhảy đột ngột, mà áp suất
tăng dần trong một khoảng thời gian nào đó, sau đó giảm dần. Các tham số của sóng
nổ bao gồm trị số áp lực cực đại, thời gian duy trì tải trọng, quy luật biến đổi theo
thời gian thường xác định bằng thực nghiệm.
2.2. Phương trình truyền sóng nổ trong môi trường đất đá đàn hồi, đồng nhất
và đẳng hướng
Khi nổ lượng thuốc nổ nhiệt độ môi trường đột ngột tăng lên dẫn tới thể tích
khí thải ra tăng; áp lực nổ tăng lên. Những hiệu ứng trên gây nên sóng ứng suất lan

46. 25
truyền trong môi trường và gây ra hiện tượng va đập của các phần tử do đó nổ mìn
thường có tác dụng phá huỷ môi trường.
Nếu đặt vào khối đá giới hạn một tải trọng gây nên các ứng suất không vượt
quá giới hạn đàn hồi thì khối đá này sẽ di chuyển được một khoảng cách u theo
phương của các lực tác dụng. Bởi vì các phần tử đá liên kết chặt chẽ với nhau nên
biến dạng của một phần tử sẽ gây ra sự dịch chuyển của các phần tử khác ở xa hơn.
Như vậy là có sự truyền biến dạng đàn hồi (với một vận tốc xác định). Nếu không
có sự mất mát năng lượng do sự ma sát giữa các phần tử kề nhau, sự kích động đàn
hồi sẽ truyền đi trong khối đá.
Theo định luật thứ hai của Niutơn, tích khối lượng m của một thể tích phân
bố và gia tốc thì bằng tổng tất cả các lực F tác dụng vào thể tích đó [5]:
2
2
d u
m. dF.
dt
 
=   
 
(2.1)
Trong đó: u - Biên độ dao động, là trị số độ chuyển dời tức thời của phần tử dao
động kể từ vị trí cân bằng; t - Thời gian.
Có thể biểu diễn tổng tất cả các lực dọc theo một trục tọa độ bất kì như tổng
của tất cả các ứng suất phân tố nhân với diện tích tương ứng và với các ứng suất đó.
Nếu thừa nhận lực thẳng góc (lực pháp tuyến) chỉ tác dụng dọc theo trục x, còn mẫu
đá là một thanh dài mảnh đến nỗi không có ứng suất tiếp thì [31]:
( )xdF / x . x. y. z . =        (2.2)
Vì m=(.x.y.z) và =(/g) là khối lượng thể tích (mật độ) của đá, cho nên:
2
x
2
u
.
xt
 
 =

(2.3)
Đây là phương trình chuyển động của một thể tích đá bất kỳ dọc theo trục x
khi không có các lực khác tác dụng vào phần đất đá trên. Để chuyển sang biến dạng
cần phải sử dụng phương trình của định luật Hook: x=(x.E). Thay thế biến dạng tỉ
đối x bằng độ dịch chuyển tương ứng dọc theo trục x [31]:
x=(u/x) (2.4)

47. 26
chúng ta có phương trình sóng đơn giản (khi không có sự mất mát năng lượng):
2 2
2 2
u E u
.g. .
t x
 
=
 
(2.5)
Phương trình (2.9) đặc trưng sự truyền sóng dọc phẳng theo trục x. Ngoài ra,
vận tốc lan truyền của sóng nén đàn hồi trong thanh đá được tính [31]:
( )tr E/ .g. =  (2.6)
Trong đá có kích thước lớn (trong khối nguyên) có các sóng khối lan truyền.
Chúng được đặc trưng bằng hệ thống phương trình vi phân sau [31]:
( )
( )
( )
2
2
2
2
2
2
2
2
2
u
. ' G . G u;
xt
. ' G . G ;
yt
w
. ' G . G w;
zt
 
 =  + + 

  
 =  + +  

 
 =  + + 

(2.7)
Trong đó: u, v, w - Các giá trị chuyển dời ứng với các trục tọa độ x, y, z;  - Mức độ
dãn nở thể tích;  - Toán tử Laplace; ’ - Hằng số Lame;
u u u
x y z
   
 = + + 
   
;
x y z
   
 = + + 
   
;
2. .G
'
1 2
 
 =  
−  
. (2.8)
Có thể biểu diễn sự lan truyền của các biến dạng đàn hồi (bất kỳ kiểu nào)
trong đá bằng nghiệm của hệ thống phương trình vi phân (2.11).
Lý thuyết truyền sóng trong môi trường vật rắn đồng nhất, đẳng hướng được
các nhà khoa học như Stocks, Poisson, Rayleigh đề cập. Trong môi trường đàn hồi,
đồng nhất, đẳng hướng, phương trình mô tả sự truyền sóng có dạng [31]:
G.2
u+(+G)GradDivu+X=u (2.9)
Trong đó: G,  - Các hằng số Lamê; u - Chuyển vị;  - Trọng lượng riêng của vật
chất trong môi trường truyền sóng (chẳng hạn là đá).
Trong môi trường đàn hồi-dẻo và thoả mãn điều kiện dẻo thì sóng biểu diễn
bởi phương trình [31]:

48. 27
2 2
t
2 2 2 2
p
u u u 1 u
2 2 2 .
r r rr r c t
  
+ − =  +
 
(2.10)
Khi kể đến hiện tượng giảm bền của vật liệu (đá) thì các thành phần ứng suất
nén và ứng suất tiếp sẽ tuân theo quy luật [31]:
*
r t i. . .
k

 
 
 − =   +  − 
 
(2.11)
Có thể viết (2.14) dưới dạng [31]:
( )
2
r
r 2
2 u
. .
r r t

 
+  − = 
 
. (2.12)
Trong các công thức trên: , r - Lần lượt là ứng suất vòng (ứng suất tiếp) và ứng
suất hướng tâm trong hệ toạ độ phẳng cực (r, ); ε - Biến dạng tương đối; χ - Hệ số
kể đến thay đổi dấu (khi kéo: χ=1; khi nén: χ=-1); i* - Hàm tái bền của vật liệu.
Khi tuyến tính hóa hàm tái bền, có thể viết phương trình sóng cầu trongđất đá đàn
hồi-dẻo bằng phương trình [31]:
2 2
t1
2 2 2 2
1 p
u u u 1 E 1 u
2 2 . 1 . .
r r r E 3K Er r c t
   
+ − = − + 
 +  
(2.13
Trong đó: c - Tốc độ truyền sóng, xác định theo công thức:
1
1
K(1 E / E)
c .
(1 E / 9K)
+
=
 −
(2.14)
Tại đây: K - Mô đun nén thể tích; E - Mô đun tái bền của vật liệu theo hàm tái bền
được tuyến tính hóa.
Các phương trình truyền sóng trong môi trường đàn hồi, đồng nhất, đẳng
hướng trên đây là hướng đơn giản hóa để giải quyết vấn đề. Việc giải bài toán
truyền sóng nổ là bài toán động rất phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.
Ngoài ra, môi trường đá thực tế không phải là môi trường đàn hồi, đồng nhất, đẳng
hướng. Cho nên, để giải quyết bài toán truyền sóng trong môi trường đàn hồi nên sử
dụng phương pháp thực nghiệm hoặc xây dựng các mô hình số.

49. 28
2.3. Đặc tính tải trọng sinh ra do sóng nổ và đặc điểm làm việc của kết cấu
đường hầm dưới tác dụng của sóng nổ
Đặc tính làm việc của phần kết cấu chịu sóng nổ phụ thuộc vào các yếu tố:
tính chất của môi trường đất đá xung quanh; phương pháp thi công; đặc điểm của kết
cấu [36]. Đối với kết cấu nguyên khối đường hầm chịu sóng nổ, trong tính toán có thể
xem như kết cấu nằm trong môi trường đàn hồi. Tại đây, có thể vận dụng các phương
pháp của lý thuyết đàn hồi để tính [36]. Kết cấu được chia ra các trường hợp tính toán
sau đây: trường hợp lớp lát hàn; trường hợp lớp lát lồng.
2.3.1. Trường hợp lớp lát hàn
Trong trường hợp này kết cấu được xem như hàn chặt vào đất đá và cùng
dao động. Lớp lát hàn phải thỏa mãn các điều kiện sau đây [36]:
➢ Thứ nhất: E0>E. Tại đây: E0 và E - Mô đun đàn hồi của đất đá và vật liệu
kết cấu. Điều kiện này cũng có nghĩa: đất đá xung quanh đường hầmcứng hơn vật
liệu kết cấu;
➢ Thứ hai: ()<[R]. Tại đây thỏa mãn điều kiện ổn định của khoảng trống
đường hầm không chống;
➢ Thứ ba: ()<[Rtr].
Trong đó: [R] - Giới hạn bền của đất đá; Rtr - Cường độ chống trượt; Rtr=(2Rk); Rk -
Cường độ chịu kéo của vật liệu kết cấu (thường là bê tông).
Lớp lát hàn phù hợp trong những trường hợp thi công vỏ chống đường hầm
bằng phương pháp đổ bê tông nguyên khối tại chỗ (công nghệ truyền thống), khe hở
còn lại giữa đất đá và vỏ chống được nhồi đầy bằng vữa bê tông hay thi công vỏ
đường hầm bằng neo kết hợp với lưới thép và vữa. Đối với lớp lát hàn chỉ tính toán
cho sóng nổ, không tính cho áp lực đất đá.
2.3.2. Trường hợp lớp lát lồng