Báo cáo về công nghệ thi công đường

KHÁI NIỆM Máy đào đường hầm dạng khiên Tiếng Anh : Tunnelling shield, là một kết cấu bảo vệ, được sử dụng trong đào đường hầm xuyên qua bùn đất mềm hoặc bùn lỏng, nhằm duy trì ổn định

Trang 1

BÁO CÁO VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM BẰNG MÁY ĐÀO TBM

Trang 2

Nội dung

Khái quát chung về TBM

Cấu tạo và phân loại

Hoạt động máy TBM

Vỏ hầm ứng dụng cho máy TBM

Trang 3

KHÁI QUÁT VỀ TBM

I KHÁI NIỆM

Máy đào đường hầm dạng khiên (Tiếng Anh : Tunnelling shield),

là một kết cấu bảo vệ, được sử dụng trong đào đường hầm xuyên qua bùn đất mềm hoặc bùn lỏng, nhằm duy trì ổn định vách đất đường hầm trong thời gian cần thiết để thi công (đúc) kết cấu vách bê tông cốt thép

đỡ tuyến đường hầm Ban đầu nó có chức năng đơn giản như một tấm

lá chắn giữ thành đất trong đào đất đường hầm bằng thủ công, về sau cùng với việc cơ giới hóa trong thi công đào đường hầm, nó được cải tiến gắn thêm chức năng đào đất đường hầm và trở thành một dạng máy đào chuyên dụng Trong thực tế, khiên đào đường hầm phục vụ như là một cấu trúc hỗ trợ tạm thời cho đường hầm trong khi nó đang được đào.

Trang 4

Tunnel Boring Machine (Ø 15.20m)

KHÁI QUÁT VỀ TBM

Trang 5

Bộ phận trước che kín có đĩa cắt đất đá, bộ phận thân có kích để đẩy

bộ phận đầu lên phía trước, và bộ phận đuôi có thiết bị gắn ráp các tấm

vỏ hầm (segment)

CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY TBM

Trang 6

I.1 Một tổ hợp thiết bị TBM bao gồm:

Đầu cắt : là một đĩa tròn trên đó gắn các hộp dao cắt và gầu đào,

tốc độ quay của đầu cắt thường khoảng 6-10 vòng/phút Khi đĩa tròn quay, các hộp dao sẽ tiến hành cắt vụn đất đá, sau đó gầu đào sẽ múc đất đá vụn đổ vào máng trượt sau máy và đưa ra ngoài bằng thiết bị vận chuyển

Thiết bị vận chuyển : thông thường là hệ băng tải kết hợp xe

goòng Đất đá vụn từ máng trượt đổ vào băng tải rồi chuyển lên các xe goòng để đưa ra khỏi đường hầm

Khung máy : là kết cấu thép chịu lực, các thiết bị đều được lắp đặt

trên khung máy

Thiết bị di chuyển máy : Là hệ thống các xi lanh thuỷ lực cỡ lớn

Khi máy di chuyển, các chân đỡ máy co vào, xi lanh thuỷ lực tỳ vào thành vỏ hầm phía sau đẩy toàn bộ máy tiến về phía trước

Trang 7

Nguồn động lực : bao gồm nhiều động cơ điện có công suất lớn cung

cấp năng lượng cho các cơ cấu khác nhau của máy

Thiết bị nâng : ở phía sau khung máy Sau khi máy tiến lên phía trước,

thiết bị này sẽ tiến hành lắp vỏ hầm ngay sau đó

Thiết bị điều khiển : đặt trong buồng lái ở trung tâm của máy sẽ điều

khiển tất cả các chức năng bao gồm cả tốc độ và hướng đào Các camera

sẽ cung cấp đầy đủ cho người lái tình hình hoạt động của máy

Thiết bị phụ : Cung cấp nước, khí nén, chiếu sáng … cho tổ hợp TBM

Trang 8

Máy đào shield được đưa xuống vị trí đào dưới lòng đất từ một giếng thẳng đứng được đào ở vị trí khởi đầu của đường hầm Máy được vừa đẩy lên phái trước để đào, và đất đào phía trước mặt cắt được đưa vào phía sau máy và chuyển ra ngoài theo giếng thẳng đứng Sau mỗi đoạn đào, những tấm vỏ hầm (segment) được gắn liên kết quanh chu vi tiết diện hầm tạo thành vỏ hầm ( vỏ hầm lớp thứ nhất) Máy đào được đẩy lên phía trước bằng những kích đẩy gắn ở phần thân

I.2 Hoạt động máy TBM

Trang 9

A, Phân loại theo khiên đào

Gồm hai loại :

- Loại mui trần : thích hợp trong đá

- Loại khiên bảo vệ : Khiên đơn (single shield) và khiên đôi (double shield) Thích hợp trong đất và đá mềm

II PHÂN LOẠI

Khiên bảo vệ dạng khiên đơn và khiên đôi.

Trang 10

Sự khác nhau giữa máy đào mui trần và máy đào khiên bảo vệ : máy đào mui trần dựa vào phản lực chống của thiết bị vào vách đá để tiến lên,

vi nham lộ ra tại bốn phía của máy sau khi đào xong Còn máy đào khiên bảo vệ trong khi đào sâu, lợi dụng bộ phận đuôi của máy chống vào các ống bê tông đã lắp sẵn tạo lực đẩy để tiến lên

* Ưu việt máy đào hai khiên bảo vệ :

- Đều có thể dùng thi công trong đá rắn và đá mềm Khi thi công trong các điều kiện địa tầng xấu, đất đá không tự ổn định được thì tính ưu việt của máy càng rõ rệt

- Khi thi công trong đá cứng, lợi dụng hệ chống ngang chống đỡ phán lực do vách hầm truyền lại, cho nên máy có thể lợi dụng lực đấy của kích lắp ở đuôi máy kích vào các ống vỏ hầm đã lắp xong làm đà cho máy tiến lên, cũng có thể lợi dụng hệ chống ngang để tiến hành đào, đồng thời lắp ráp các phiến ống vỏ hầm, vì thế máy đào hai khiên bảo vệ làm cho thời gian dừng máy giữa khâu đào và khâu lắp ràp phiến ống vỏ hầm rút ngắn được rất nhiều.

Trang 11

B, Phân loại máy TBM theo áp lực chủ động trong khi khoan

lực chủ động đã được tạo ra Loại TBM như thế được trang bị thêm ở phần phía sau của khoang chứa đất buồng kín với các thiết bị để tạo ra

áp lực cân bằng với áp lực trước phần đầu TBM

Trang 12

TBM DÙNG ÁP LỰC ĐẤT

Trang 13

Trong TBM cân bằng áp lực đất (EPB TBM), để giữ ổn định gương đào, cần phải tạo được bột đất nhão trong buồng công tác (khoang đào).

Để tạo bột đất nhão, cần dùng phụ gia để xử lý tùy theo loại đất ở hiện trường:

Trang 14

TBM DÙNG ÁP LỰC ĐẤT BÙN

Trang 15

Loại máy này có mục đích mở rộng phạm vi thích ứng của máy TBM dùng áp lực đất Tức là để cải thiện tính lưu động của đất đào thì nước bùn ( hoặc bọt khí ) được bơm vào lớp đất trước mặt đất đào, để cải thiện tính lưu động và tính chống thấm của lớp đất Loại máy này có thể thích nghi cho cả loại đất sỏi cát có độ thấm cao Cũng như máy TBM dùng áp lực đất, loại máy này đưa đất đào vào đầy trong buồng chưa nên dễ dàng xử lý đất đào được và tạo an định cho mặt đất đào phía trước.

* Ưu điểm : + Phạm vi loại đất thích nghi rộng rãi : lớp cát, cát đá, lớp sét bột kết, lớp đất cứng, những lớp đất đặc thù…

+ Không cần thiết bị xử lý đất bùn thải lớn

+ Giảm thiểu độ lún của lớp đất nguyên dạng

+ Giảm thiểu khu vực địa chất cần được gia cường

+ Không cần phương pháp khí nén

Trang 16

- Mặt bằng trên giếng đứng khởi đầu nhỏ gọn :

- Có thể bơm vữa vào khe khe hở giữa vỏ hầm và lớp đất bên ngoài đồng thời với công tác đào

- Xung quanh bên ngoài máy đào được bao bọc bởi lớp đất bùn chống thấm nên vữa bơm vào không bị rò rỉ

ra trước mặt cắt Vì có thể bơm vữa sớm nên giảm thiểu được độ lún của lớp đất nguyên dạng

Trang 17

TBM DÙNG ÁP LỰC NƯỚC BÙN

Trang 18

Là loại máy mà nước bùn được bơm vào phòng chứa và tạo

áp lực lớn hơn áp lực của nước ngầm trước mặt cắt Do tác dụng ép của nước bùn, mặt đất phía trước mặt cắt sẽ được tạo một màn bùn hoặc một lớp đất thấm bùn, tạo an định cho mặt gương lò.

Đất đào được đưa ra theo sự tuần hoàn của nước bùn Do

đó, đất được đưa ra ngoài trong khi đào, và dễ dàng quản lý

sự an định của mặt gương Vì đất trược mặt cắt có pha trộn nước bùn nên dao cắt đào đất cũng ít bị hao mòn Ngoài ra, vì lợi dụng áp lực của nước bùn tạo an định cho mặt gương nên thích hợp cho trường hợp đào dưới lòng biển hoặc dưới lòng song có áp lực nước ngầm cao.

Trang 20

Để làm ổn định vùng đất thi công, thông thường phụ gia được dùng

để phun vào đất là dung dịch bentonit Dung dịch vữa bentonite được hợp thành chủ yếu bởi đất sét bentonite, nó được đặc trưng bởi sự tạo thành lớp màng bùn bảo vệ trên bề mặt của gương lò và tính xúc biến của nó Các hạt sét huyền phù trong dung dịch bentonite tạo nên một màng mỏng theo dạng "vỏ bánh" nên áp suất dung dịch bentonite trong gương đào và

áp lực nước ngầm tạo ra một lực làm ổn định vách hố đào

Trong sét độ dày của "vỏ bánh" rất nhỏ nhưng trong đất không dính kết, lớp vỏ này có thể lớn hơn 1-2m và hoạt động như một màng mỏng không thấm nước

Trang 21

Lớp màng này ngăn nước chảy vào khoang đào và ngăn sự xáo trộn ở bề mặt phân chia Độ ổn định chính của gương đào là do áp suất dư của dung dịch bentonite tạo ra Bentonite được chuyển đến công trường theo dạng rời và được cất giữ vào xi lô hoặc cũng có thể theo dạng bao giống như bao xi măng Người ta sử dụng máy trộn tương tự như máy trộn bê tông trong thời gian khoảng 20 phút với tỷ lệ 30–50 kg bột bentonite cho 1m3 nước tuỳ theo đặc tính kỹ thuật yêu cầu và được chứa vào những xi

lô cao sẵn sàng để cấp cho công trình

Thành phần dung dịch bentonite: nước, bột sét, CMC và tác nhân phân

Trang 22

I TRÌNH TỰ THI CÔNG

 Xây dựng giếng đứng.

 Lắp ráp máy đào shield.

 Đào giai đoạn đầu.

 Chuẩn bị giai đoạn đào chính.

Trang 23

A, Giếng Đứng

Bao gồm :

- Giếng đứng ở điểm khởi đầu : Dùng để đưa máy đào vào, lắp ráp,

khởi đầu đào, đưa các tấm vỏ hầm, vữa bơm phía sau vỏ hầm, đưa đất đào ra ngoài, cấp và thải nước, điện, thông hơi, cửa ra vào…

- Giếng đứng ở điểm cuối : Dùng để tháo gỡ, di dời máy đi sau khi

hoàn thành công việc đào Ngoài ra trong trường hợp của đường hầm cho đường xe điện ngầm, nó có thể là vị trí để máy đào quay đầu đào ngược lại một đường thứ hai song song với đường ban đầu

- Giếng đứng ở điểm giữa : Trong trường hợp đường đào dài, thì

giếng trung gian được coi như là giếng ở điểm khởi đầu của khúc nối tiếp Ngoài ra, nó còn có chức năng làm thông gió hoặc thoát nước sau khi đường hoàn thành, hoặc dùng để thay đổi phương hướng của đường đang thi công.

HOẠT ĐỘNG THI CÔNG CỦA MÁY TBM

Trang 24

XÂY DỰNG GIẾNG ĐỨNG

Trang 29

LẮP RÁP MÁY ĐÀO

Trang 32

B, ĐÀO GIAI ĐOẠN ĐẦU

Sau khi giếng khởi đầu được xây dựng xong, và máy đào được đưa vào và lắp ráp xong thì bắt đầu đào Trong giai đoạn này, cần phải tháo

gỡ vách chắn giữ đất ở vị trí máy đào xuyên qua, mà không để cho đất

ở vùng ấy bị sụp lở Đây là một giai đoạn rất quan trọng trong quá trình đào Khi sử dùng TBM thì phương pháp gia cường địa chất xung quanh

và tháo gỡ vách chắn được áp dụng rộng rãi

Đặc biệt trong trường hợp đào có tiết diện lớn, hoặc ở vị trí sâu dưới lòng đất thì phương pháp gia cường địa chất bằng phương pháp bơm vữa vào lòng đất và trộn với áp lực cao, hoặc phương pháp làm lạnh đông kết (freezing method) thường được sử dụng

Trang 34

•Gia cường địa chất để tạo cho đất ở phía trước cửa máy đào có đủ độ cứng

để không bị sụp lở khi gỡ tường chắn đất

Trang 35

C, CHUẨN BỊ GIAI ĐOẠN ĐÀO CHÍNH

Sau khi hoàn thành giai đoạn đầu, thì tháo gỡ những dụng cụ tạm như tấm vỏ hầm tạm, bộ phần làm điểm tựa tạm cho kích đẩy máy đào, phụ tùng kê lót máy đào v.v sau đó đưa các xe vận chuyển vật tư

trong hầm và các thiết bị cần thiết…

Trang 36

Sau đào giai đoạn đầu, những thiết bị tạm được di dời ra ngoài giếng đứng nên dễ dàng vận chuyển vật tư vào hoặc ra khỏi hầm Cụ thể như sau :

+ Đào, thải đất đào được ra ngoài

Trang 37

Tùy theo mục đích mà bơm vữa vào khe hở giữa vỏ hầm và lớp đất bên ngoài được chia làm bơm vữa lần thứ nhất và bơm vữa lần thứ nhì Bơm vữa lần thứ nhất lại được chia ra như sau :

+ Bơm đồng thời : bơm vữa đồng thời ngay sau khi khe hở (tail void) phát sinh Vữa được bơm từ lỗ bơm của máy đào hoặc từ lỗ bơm của tấm vỏ hầm

+ Bơm tức thì : cứ sau mỗi vòng (ring) của tấm vỏ hầm được lắp đặt xong là vữa được bơm từ lỗ bơm của tấm vỏ hầm

+ Bơm sau : sau khi lắp ráp một số vòng (ring) mới bơm vữa từ lỗ bơm của tấm vỏ hầm

Bơm vữa lần thứ nhì (có mục đích bổ sung những khiếm khuyết của bơm vữa lần thứ nhất) bao gồm :

+ Bơm vào những vị trí mà lần bơm thứ nhất chưa được đầy

+ Bổ xung những khe hở do thoát nước (bleeding) và thoát khí của vữa

+ Phòng chống gia tăng phạm vi dịch chuyển của đất bên ngoài

Trang 38

E, ĐÀO ĐẾN VỊ TRÍ CUỐI

Sau khi máy đào đến vị trí cuối cùng của đường hầm thi công

và tiến vào giếng đứng đã được đào sẵn ở cuối đường hầm, thì hoặc là tháo gỡ tất cả các bộ phận của máy, chỉ để lại lớp vỏ kim loại của máy ở giai đoạn cuối của đường hầm, hoặc là đưa máy vào giếng và kéo toàn bộ máy đào lên khỏi giếng

Về phương pháp đưa máy đào đến vị trí cuối cùng dư định, thì tùy theo thời điểm tháo gỡ vách ngăn chống giữ áp lực đất mà có thể phân loại làm 2 phương thức :

- Sau khi đầu máy đào đến trước giếng thì tháo gỡ tường chắn tạm ra, sau đó tiếp tục đào vào đến vị trí dư định

- Trước khi máy đào đến gần giếng, tháo gỡ cách chắn tạm, sau đó gắn vách ngăn phân cách và đẩy mày vào vị trí dư định

Trang 45

F, THÁO GỠ MÁY ĐÀO

Sau khi công tác đào hoàn thành, máy đào vào được vi trí dư định thì máy được tháo gỡ, một phần hay toàn phần để đưa lên trên băng xe cẩu.

Trang 46

G, VỎ HẦM THỨ NHÌ

Mục đích của thi công vỏ hầm lần thứ nhì là tu sửa những khuyết điểm do thi công như những vị trí mà đường hầm bị lồi lõm hay uốn quẹo, ngoài ra, còn có mục đich phòng chống rò rỉ, rỉ sét, giảm thiểu chấn động làm đẹp bề mặt và còn có tác dụng tăng gia cường độ vỏ hầm

Thông thường thì vỏ hầm thứ nhì được cấu trúc bằng betong không có cốt thép, tuy nhiên nhiều trường hợp cũng có sử dụng cốt sắt

để đối ứng với sự thay đổi của lực tác dụng trong tương lai

Trang 47

Đặc điểm của vỏ hầm thứ nhì như sau :

 Về ván khuôn, thông thường ván khuôn di động được sử dụng rộng rãi.

 Về đổ betong, thông thường đổ từ trên mặt đất bằng bơm, hoặc bê tông được chở vào gần ván khuôn và đổ trực tiếp.

 Để bảo đảm chu kỳ thi công thì thời gian bảo dưỡng phải ngắn.

Trang 48

Chu kỳ thi công vỏ hầm thứ nhì như sau :

 Tô phụ gia chống dính ván khuôn.

Trang 49

Công trường thi công (không gian hẹp trong thành phố)

Trang 50

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TIẾT DIỆN HẦM

Trang 51

+ Thỏa mãn tốt các điều kiện làm việc của vỏ hầm trong đất yếu.

+ Quá trình thi công đơn giản, rút ngắn được thời gian thi công.

+ Về tính kinh tế thì phương án này tiết kiệm hơn do chỉ phải sử dụng 1

hệ thống tổ hợp khiên đào để thi công tuyến hầm đơn

Nhược điểm:

- Tiết diện hầm lớn nên khó khăn về công nghệ do đòi hỏi phải đặt trước một máy TBM có đường kính khá lớn Điều này sẽ làm tăng giá thành công trình.

- Do có đường kính lớn nên khả năng gây trồi lún bề mặt lớn hơn so với hầm có đường kính nhỏ hơn, sự chuyển vị biến dạng trong thi công làm ảnh hưởng đến công trình trên mặt đất lớn hơn.

- Hệ số sử dụng không gian lớn.

Trang 52

Phương án hầm đôi chạy song song

Ưu điểm:

+ Kết cấu chịu lực tốt, do tiết diện cùng có dạng hình tròn.

+ Do kích thước nhỏ hơn phương án hầm đôi nên khả năng gây trồi lún bề mặt là nhỏ hơn.

+ Kích thước nhỏ hơn nên dễ dàng cho công nghệ phù hợp các loại máy TBM có kích thước trung bình.

+ Trong quá trình thi công, nếu một hầm gặp sự cố không thể thi công tiếp được thì hầm còn lại vẫn có thể tiến hành thi công bình thường.

+ Khai thác dễ dàng, trường hợp 1 hầm gặp sự cố ta có thể sử dụng hầm còn lại làm hầm để khai thác và khắc phục sự cố.

- Số lượng máy móc phụ trợ cho quá trình thi công tăng

- Quá trình thi công phức tạp hơn.

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	30,76 MB