Công nghệ máy và thiết bị thi công công trình ngầm dạng tuyến phần 2

NATM kết hợp dùng các bulông neo đá và bê tông phun - chủ yếu dùng để làm kếl cấu chống đỡ trong thi công vỏ hầm sơ cấp và sau này là một bộ phận cấu thành của vỏ chịu lực trong khai thá

Chương 5 CÔNG NGHỆ - MÁY VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG

TUYÊN NGẦM ĐÀO KÍN VÓI KHIÊN VÀ T ổ HỢP KHIÊN

5.1 C Ô N G N G H Ệ Đ À O K ÍN

Công nghệ thi công đào kín chia làm ba nhóm chính: Thi công bằng phưoìig pháp mỏ; thi công bằng phương pháp khiên, tổ hợp khiên và thi công bằng phương pháp áo mới - New Austrian Metod (NAM)

Công nghệ thi công thường gặp các tuyến ngầm vùng núi được gọi là phương pháp

mỏ, bởi vì phương pháp này được ứng dụng sớm nhất vào việc đào hầm lò khai thác mỏ Trong phương pháp mỏ, phần lớn các trường hợp đều dùng khoan lỗ mìn nổ phá đất đá nên cũng gọi là phương pháp khoan nổ Từ xu thế phát triển công trình đường hầm mà xét, phương pháp khoan nổ vẫn là phương pháp thường dùng đế đào hầm trên núi từ trước đến nay cũng như từ nay về sau

Trong phương pháp mỏ, phương pháp che chống sau khai đào hầm hào, đại thể phân làm hai loại: che chống bằng kết cấu thép gỗ, che chống bằng neo phun bê tông

Về công nghệ Ihi công, người ta quen gọi công nghệ thi công dùng khoan nổ để đào kết hợp với che chống bằng cấu kiện thép gỗ là “phương pháp mỏ truyền thống” và nếu dùng công nghệ thi công khoan nổ để đào kết hợp với che chống bằng neo phun thì gọi là

“Phương pháp áo mới”

5.1.1 C ác công nghệ đào kín mỏ truyền thống

Phương pháp mỏ truyền thống là phương pháp phát triển lên trong thực tiễn thi công lâu dài của con người Phưofng pháp này dùng cấu kiện gỗ hay thép làm che chắn tạm thời, đợi đến khi đường hầm đã hình thành xong thì thay dần hệ che chắn tạm thời bằng

vỏ xây dày toàn khối có tính vĩnh cửu

Che chống bằng kết cấu gỗ không bền, thay đổi phức tạp lại không an toàn, hiện nay

ít dùng Che chống bằng kết cấu thép có ưu điểm bền lâu và chính xác với hình dạng hầm lò, ít phải thay đổi, rất an toàn Giới xây dựng Nhật Bản có thói quen gọi phương pháp mỏ dùng cấu kiện thép làm hệ che chống là “Phương pháp bản lưng”

Đào tuyến ngầm với phương pháp mỏ truyền thống có 3 sơ đồ công nghệ

1 M ỏ truyền thông kết hợp với ináy đào liên họp com bai

Đất được đào bởi máy đào liên hợp, dùng cấu kiện gỗ hay thép làm che chắn tạm thời sau đó xây vỏ tunnel vĩnh cửu

• Í - L r " ■

Hình 5.1 Sơ đồ bô'trí thiết bi công nghệ IIĨỎ kết hợp với máy dào liên hợp cotnhai:

1 - đầu phá đất combai; 2 - bộ phận cào vơ combai;

3 - cấu kiện gỗ hay thép làm che chán tạm thời; 4 - xích tải gạt combai; 5 - máy vận tải hầm lò

2 M ỏ truyền thống kết hợp khoan - n ổ min

Đất được đưa ra khỏi gương đào nhờ khoan - nổ mìn, dùng cấu kiện gỗ hav Ihép làm che chắn tạm thời sau đó xây vỏ lunnel vĩnh cửu Sơ đố bố Irí Ihiêì bị Ihc hiện trên hình5.2 Phương án này chỉ dùng cho đào tuyến ngầm trên núi, đất có độ cứng trung bình có

ít nước

Hinh 5.2 Sơ dồ bô trí thiểt bị công nghệ mỏ kếí hợp khoan - IIÔ mìn:

1 - gương đào; 2 - cỗ máy khoan; 3 - máy cào vơ; 4 - máy vận tải hầm lò;

5 - cấu kiện gỗ hay thép làm che chắn tạm thời

3 M ỏ truyền thống kết hợp đào thủ công

Đất được đào bởi sức người bằng dụng cụ thủ công, máy khoan cầm tay hoặc búachèn hơi v.v , dùng cấu kiện gỗ hay thép làm che chắn tạm thời, sau đó xây vỏ tunnelvĩnh cửu Phương án này được sử dụng khi đầo tunnel qua vùng có điều kiện địa chất ổn định, khó sạt lở, độ cứng từ nhỏ tới trung bình và ít nước ngầm

Hình 5.3a Sơ dồ công nglỉệ mỏ dào tlìủ công:

1 - đào đut bởi sức người bằng dụng cụ thủ

công, máy khoan cầm tay hoặc búa chèn hơi

v.v 2 - cấu kiện gỗ hay thép làm che chắn

5.1.2 Các công nghệ đào kín kết hợp khièn và tổ hợp khién

K hiên thủ công kết hợp khoan - n ổ m ìn:

Phương án này được sử dụng khi đào tunnel qua vùng có điều kiện địa chất ổn định, ít nước ngầm Bản chcú của công nghệ này là khoan tạo lỗ, nổ mìn, bốc xúc đất đá vận chuycn và cuối cùng là thi công vỏ tunnel liền khối dưới sự che chống của khiên Điểm khác biệt so với công nghệ nổ mìn trong nền đất đá cứng là có cơ cấu khiên thủ công che chống mà không cần khoan neo gia cố vách và nóc lò tạm thời

K hién thủ công kết hợp máy đào liên hợp com bain:

Phương án này được sử dụng khi đào tunnel qua vùng có điều kiện địa chất ổn định, ít nước ngầm Đất được đào bởi máy đào liên hợp, dùng khiên thủ công để giữ vách và nóc

lò và trong lòng khiên này sẽ xây vỏ tunnel vĩnh cửu Sơ đồ bố trí thiết bị giống như trên liình 1.4, điểm khác biệt chính là cấu kiện gỗ hay thép làm che chắn tạm thời số 3 là kết cấu khiên thủ công tự di chuyển về phía trước nhờ kích

K hiên thủ cô n g kết hợp đào thủ công loại thường (non pressure blance):

Phương án này được sử dụng khi đào tunnel qua vùng có điều kiện địa chất ổn định,

ít nước ngầm và chiều dài tunnel nhỏ hơn 750m Dưới sự che chống của khiên thủ còng, đất được đào bởi sức người bằng dụng cụ thủ công, máy khoan cầm tay hoặc búa chèn hơi V V V Ỏ tunnel được lắp từ những mảnh vỏ ch ế tạo sẵn ngay trong khiên, và khiên di chuyển lên phía trước nhờ các kích thuỷ lực đẩy vào chính phần vỏ tunnel vừa thi công xong

K hiên thủ cô n g ứ n g d ụ n g kh í n é n :

Phương án này được áp dụng khi đất yếu, ngậm nước và chiều dài tunnel nhỏ hơn 750m Theo phưofng án này thì dưới sự che chống của khiên thủ công đất đá được đào bởi sức người kết hợp cuốc xẻng, máy khoan cầm tay hoặc búa chèn hơi w trong điều kiện áp suất cao để giữ gương đào không bị sạt lở Trong công nghệ này người thợ phải làm việc trong điều kiện không khí áp suất cao dễ sinh bệnh “giếng chìm” Trên hình 5.4

ta có thể thấy vách ngăn 6 ngăn khoang thi công 2 có áp lực cao với khoang 8 áp lực bình thường Khí nén được cấp bởi máy nén khí 12 qua đường ống dẫn khí nén 9 Toàn

bộ công tác đào đất, lắp ráp được tổ chức trong khoang 2 với điều kiện áp suất cao, khi một đoạn tunnel đủ dài người ta di chuyển vách 6 vào vị trí mới để tiếp tục một chu kỳ tiếp theo

T ổ hợp khiên thường (non p ressu re balance);

Dùng để đào tunnel trong điều kiện địa chất tốt, ít nước ngầm, chiều dài tunnel > 750m Trong công nghệ này tất cả mọi công đoạn đều được cơ giới hoá hoàn toàn, đất được đào ra nhờ mâm dao phía trước tổ hợp khiên Chi tiết sơ đồ công nghệ và bố trí thiết bi xem hình 5.4

Hình 5.4 Sơ đồ thi công Íiíiinel ứng dụng khí nén kết hợp khiên thủ công và báu thủ công:

1 - khiên; 2 - khoang thi công; 3 - máy lắp ráp vỏ tunnel; 4 - camera an toàn; 5 - cầu thoát hiểm;

6 - vách ngăn chịu áp suất; 7 - cabin ra vào; 8 - khoang áp lực không khí bình thường;

9 - ống dẫn khí nén; 10 - cần trục cổng; 11 - giếng đứng; 12 - máy nén khí

T ổ hợp khiên g iữ g ư ơ n g đào bằng đất E P B :

Tổ hợp này được dùng để đào tunnel tại những vùng đất yếu, đất chảy nhưng ít thấm nước dạng đất sét và pha sét Trên thế giới được dùng để thi công các tuyến Metro ngầm trong thành phố, qua đáy sông, đáy biển nơi có điều kiện địa chất như đã nói ở trên Chi tiết sơ đồ công nghệ và bố trí thiết bị xem trong chương sau

T ổ hợp khiên g iư g ư ơ n g đào bằ ng d u n g dịch betonite S P B :

Tổ hợp này được dùng để đào tunnel tại những vùng đất yếu, đất chảy rất nhiều nước ngầm Dung dịch betonite cùng với gối khí nén tạo ra áp lực đủ lớn để khống chế áp lực nước ngầm, đảm bảo cho gưcfng đào không bị sạt lở Trên thế giới được dùng để thi công các tuyến Metro ngầm trong thành phố, qua đáy sông, đáy biển nơi có điều kiện địa chất như đã nói ở trên Chi tiết sơ đồ công nghệ và bô' trí thiết bị xem trong chưcíng sau

T ổ hợp khiên hỗn hợp M ix shield:

Đây là tổ hợp khiên hoạt động trên nguyên tắc giữ gương đào của cả hai loại khiên trên Tổ hợp này được thiết kế theo modul, tức là theo từng cụm có thể thay thế linh hoạt Nhờ phưcfng án trên các cụm của tổ hợp có thể thay đổi tuỳ thuộc vào yêu cầu giữ gưcfng đào tương ứng với từng điều kiện địa chất cụ thể Sơ đồ công nghệ và bố trí thiết

bị theo cả hai tổ hợp SPB và SPB chương 4

5.1.3 Phương pháp áo mới, công nghệ khoan nổ mìn trong đất đá cứng

1 P h ư ơ n g ph áp áo mới

Phưcmg pháp thi công đường hầm mới của áo (New Austrian Tunneling Method - NATM) là do nhà bác học người áo K v Rabcewicz đề xuất ra trước tiên Phưcmg pháp này lấy phun bê tông và neo làm biện pháp che chống chủ yếu, thông qua giám sát đo đạc khống chế biến dạng giới chất, dựa trên cơ sở kỹ thuật phun neo tổng kết lại và đề xuất ra

Hình 5.5 Giản đổ về khái niệm NATM của Rabcewicz

Trong cuốn sách của mình "Gebigtack und Tunnelbau"-1944, L v Rabcewicz đưa ra một hệ thống áp lực của đá và giải thích các hiện tượng đó Nhiều nguyên tắc của NATM đã được đề cập trong cuốn sách này Trong bản quyền sáng chế 1948 của ông,

các nguyên tắc NATM đã được hình thành Các nguyên tắc này được kiểm tra bằng các biện pháp trong các tình huống biến dạng cụ thể.

Phương pháp xây dựng hầm NATM đã được nhiều nước tiên tiến trên thế giới công nhận là phưcíng pháp xây dựng hầm hiện đại và có nhiều ưu điểm nổi trội hơn các pháp thông thưòng Chính vì tính ưu việt của phương pháp nên NATM đã được nhiều nước đưa vào quy trình thi công hầm của mình như Đức, Áo, Nhật Bản ở Việt Nam phương pháp NATM lần đầu tiên được áp dụng để thiết kế và thi công hầm đường bộ xuyên núi Hải Vân (TP Đà Nẵng) và sau đó được áp dụng thành công vào công trình hầm đường

bộ qua đèo Ngang (Tỉnh Hà Tĩnh)

Phương pháp thi công NATM tận dụng năng lực tự chịu tải của đất đá thường được thi công trong nền đất đá có khả năng tự ổn định hình 5.6

Hình 5.6 Trình tự và s ơ dồ công nghệ thi CÔIÌÍ’ tiinneì theo công nghệ áo mới NATM:

1 - máy khoan; 2 - neo; 3 - lưới thép; 4 - lớp bê lông phun (khô hoặc ướl) gia cô' tạm thời;

5 - tổ hợp máy bcím phụt vữ a bê tông; 6 - xe di chuyển có lắp các thiết bị quan trắc;

7 - ván khuôn di động, 8 - vỏ tunnel vĩnh cửuSau khi đào hở vách lò người ta gia cố tạm tời bằng khoan neo, bằng phun bê tông lên

bề mặt nóc và vách lò, đồng thời quan trắc một cách cẩn thận biến dạng hầm lò và khẩn trương thi công vỏ lò vĩnh cửu

Kỹ thuật che chống bằng phun neo so với kỹ thuật che chống bằng cấu kiện thép gỗ, không chỉ khác nhau về biện pháp, nhưng quan trọng hofn là khái niệm về công trình không giống nhau Đó là một bước tiến thêm trong nhận thức và lí giảỉ rõ hơn về vấn đề hầm và công trình ngầm Do việc áp dụng và phát triển kỹ thuật che chống bằng phun neo đã dẫn lý luận hầm và công trình ngầm bước vào lĩnh vực mới của lý luận hiện đại

và cũng khiến cho việc thiết kế và thi công hầm và công trình ngầm càng phù hợp thực

tế công trình dưới đất, tức là việc nhất trì giữa hệ thống lý luận thiết kế - phưcmg pháp thi công - kết cấu và trạng thái công tác (kết quả) Do vậy, phương pháp thi công áo mới

là một loại phương pháp thi công đã được ứng dựng rộng rãi trong phạm vi toàn thế giới

Trên ihế giới công nghệ này đã được ứng dụng cho các tunnel đi qua đất có khả năng

tự ổ:i định và đất có khả nãng tự ổn định kém với công nghệ tạm gọi là công nghệ đào tunr.el bàng phương pháp “chống trước đào sau Trong thực tế tại Việt Nam đã sử dụng công nghệ này từ lâu, cụ thể là đào hầm qua núi đá bằng công nghệ khoan nổ mìn

Tóm lại công nghệ thi công tunnel theo công nghệ áo mới NATM có 3 loại với 3 điều kiệr địa chất hoàn toàn khác nhau đó là: Công nghệ “chống trước đào sau” kết hợp với cônc nghệ áo mới; Công nghệ khoan nổ mìn thi công trong nền đá cứng - NATM; Công nghé thi công tunnel NATM kết hợp máy đào liên hợp combai được trình bày trong các mục 4, 5, 6 dưới đây

Trình tự thi công theo phương pháp áo mới biểu diễn theo sơ đồ sau:

3 N guyên tắc c ơ bản của cô n g n g h ệ áo mới

Nguyên tắc cơ bản của thi công theo công nghệ áo mới gồm;

cường độ, phạm vi và thời gian) lay động liên tục kéo dài Vì thế nên dùng máy đào đâì

đá mà không dùng phương pháp khoan nổ để đào Khi dùng phương pháp khoan nổ để đào, cần phải nghiêm khắc tiến hành khống chế nổ phá dùng cách đào tiết diện lớn; căn

cứ loại đất đá, phương pháp đào, điều kiện che chống lựa chọn hợp lý chiều dài đào sâu một tuần hoàn; đối với đất đá tự ổn định kém chiều dài đào sâu tuần hoàn nên ngắn lại; việc che chống phải khẩn trương theo kịp mặl đào, rút ngắn thời gian để đất đá bị bong rời không che chống

suất đất đá đi vào trạng thái khống chế ổn định Làm như thế, một mặt không để cho đâì

đá biến dạng quá độ mà sinh ra sụt lở mất ổn định; mặt khác làm cho đất đá phát triển biến dạng vừa phải, để phát huy đầy đủ năng lực tự chịu tải của mình Khi cần thiết có thể có biện pháp che chống trước

bảo đảm để đánh giá trạng thái ổn định của đất đá (hoặc đất đá đã được gia cố hoặc phán đoán xu thế phát triển động thái của chúng, nhằm điều chỉnh kịp thời hình thức che chống, phương pháp đào bới, bảo đảm thi công được tiến hành thụận lợi và an toàn Đo đạc trắc địa là một tiêu chí quan trọng của công nghệ, là biện pháp để nắm vững quá trình thay đổi động thái của đất đá và là căn cứ, số liệu để tiến hành thiết kế, thi công công trình

bê tông ngay, tránh cho đất đã bị bóc trần dài ngày bị giảm sút cường độ và tính ổn định, nhất là đối với địa tầng mềm yếu dễ bị phong hoá, mặt khác quan trọng hơn là nếu kịp che chống bịt kín thì không chỉ ngăn không cho đất đá biến dạng mà còn làm cho lớp che chống và tầng đất ở vào trạng thái cộng đồng hợp tác chịu lực tốt với nhau

Phương pháp NATM khi áp dụng luôn luôn đảm bảo các nguyên tắc cơ bản và được tiến sĩ Muller giới thiệu gọi là “22 nguyên íắc NATM" như sau:

(1) Kết cấu hầm là tổ hợp giữa đất đá và vỏ hầm, hầm chủ yếu được chống đỡ bằng khối đá xung quanh

(2) Vì thế, điều quan trọng là phải giữ độ bền vững của khối đá.Cách chống đỡ truyền thống bằng gỗ hoặc bằng vòm thép không thể ngãn ngừa sự biến dạng của khối đá xung quanh hầm Bê tông được phun ngay sau khi đào hầm có thể ngăn sự biến dạng của khối

đá một cách hữu hiệu

(3) Sự phân rã của khối đá (loosening) phải được ngăn chặn vì nó làm cho cường độ của đá giảm đi

(4) Khối đá phải được giữ trong trạng thái ứng suất nén ba trục Cường độ của khối

đá với ứng suất nén đơn trục, hai trục thấp hơn cường độ trong điều kiện ba trục

(5) Biến dạng của khối đá phải được ngãn chặn từ xa Phải thiết lập hệ thống chống đỡ

để ngãn chặn sự phân rã và nguy cơ đổ sập của khối đá Tính kinh tế và chất lượng của việc đào hầm sẽ tãng nếu các hệ thống chống đỡ được thiết lập một cách thích hợp

(6) Hệ thống chống đỡ và vỏ hầm phải được lắp đặt kịp thời Lắp đặt các hệ thống chống đỡ quá sớm hay quá muộn sẽ đem lại kết quả bất lợi Hơn nữa, hệ thống chống đỡ cũng không được quá mềm hay quá cứng Các hộ thống chống đỡ cần có một độ mềm dẻo thích hợp để duy trì cường độ của khối đá

(7) Để xác định thời gian thích hợp lắp đặt hệ thống chống đỡ, cần phải nghiên cứu khảo sát ứng xử của khối đá

(8) Không chỉ là việc thí nghiệm trong phòng mà việc tiến hành quan trắc sự biến dạng của hầm rất quan trọng để xác định thời gian thích hợp chống đỡ vách đào Thời gian tự đứng vững của vách hầm, tốc độ biến dạng và loại đá cũng là những nhân tố quan trọng để xác định thời gian chống đỡ vách đào

(9) Nếu biến dạng hoặc sự phân rã của khối đá được dự đoán là lớn, thì bề mặt hang phải được phun bê tông (shotcrete) che kín Chống đỡ bằng gỗ và thép chỉ tiếp xúc với

bề mật tường hầm ớ các điểm chống, vì vậy trong khoảng giữa các điểm tiếp xúc biến dạng và sự phân rã của khối đá vẫn sẽ phát triển

(10) Vỏ hầm phải mỏng và có độ mềm dẻo thích hợp nhằm triệt tiêu mô men uốn và tránh được phá hoại do ứng suất uốn gây ra Không chỉ lớp vỏ hầm ban đầu (sholcrete) nùi cả lứp vỏ hầm hoàii ihiện cũng cần phải mỏng

(11) Trong trường hợp cần

thiêì phải tăng cường hệ thống

chống đỡ (ban đầu) thì sử dụng

các Ihanh thép, khung chống

thép và neo Tăng chiều dày lớp

bê tòng vỏ hầm sẽ không có lợi

vì giảm diện tích tiết diện hầm

(12) Thời gian và phương

pháp thi công vò hầm được

quyết định dựa trên kết quả

quan trắc của các thiết bị

(14) Cấu tạo vòm ngửa (đáy hầm) tạo nên hầm có dạng ống trụ kín Kết cấu này cho phép tăng khả nãng chịu áp lực của đất đá.

(15) ứng xử của khối đá phụ thuộc vào tiến trình đào hầm và sự lắp đặt hệ thống chống đỡ cho đến khi kết cấu kín của hầm được hình thành M ô men uốn bất lợi xuất hiện tại khu vực tiếp giáp của phần vòm và tường do hiệu ứng hẫng nếu như khoảng cách giữa bề mặt gương đào phần vòm và phần tường xa nhau

(16) Từ quan điểm phân bố lại ứng suất, phương pháp đào toàn tiết diện tốt hơn các phương pháp khác Khi phân mảnh sẽ làm cho chất lượng khối đá xung quanh giảm đi nhanh chóng do phân bố lại ứng suất

(17) Phương pháp đào hầm có ảnh hưởng rất lớn đến khối đá xung quanh, chẳng hạn chu kỳ và sự liên tục của việc đào hầm, thời gian thi công vỏ hầm, thời gian kết thúc các yếu tố này cần được kiểm soát để tạo ra kết cấu liên hợp đảm bảo ổn định của đường hầni.(18) Mỗi bộ phận hầm nên có hình dạng đường tròn nhằm tránh ứng suất tập trung bất lợi.(19) Nếu hầm được thiết kế có vỏ kép thì vỏ hầm bên trong phải mỏng, ứng suất cắt giữa vỏ ngoài và khối đá sẽ không truyền vào vỏ trong Còn lực hướng tâm sẽ truyền cho kết cấu vỏ kép

(20) Kết cấu liên hợp của khối đá và kết cấu chống đỡ ban đầu phải hình thành trước khi thi công lớp bê tông vỏ hầm trong Lớp vỏ hầm bên trong chỉ có tác dụng làm tăng

hệ số an toàn cho hầm Tuy nhiên, độ ổn định của kết cấu hầm cần được tính toán bao gồm cả lớp bê tỏng vỏ hầm bên trong khi hẩm gặp nước thấm có lưư lượng lớn hoặc khi tính đến khả nãng các neo bị ăn mòn

(21) Thiết bị đo quan trắc đóng vai trò quan trọng đối với công tác thiếl kế và thi cống đường hầm V iệc đo ứng suất, chuyển vị của ^ hầm có ý nghĩa đặc biệt quan trọng khi thi công hầm

(22) Áp lực của nước ngầm xuất hiện trong khối địa tầng cần phải giải phóng bằng hệ thống thoát nước

4 C ô n g n g h ệ “c h ố n g trước đào sau ” kết hợp với cô n g n g h ệ áo mói

Khi thi công qua nền đất có khả năng tự ổn định kém, nếu tiếp tục ứng dụng công nghệ áo mớí thì phải gia c ố nền đất yếu dưới sâu xung quanh hoặc xung quanh và toàn

bộ tiết diện tunnel bằng bê tông đất trước khi đào tunnel Gia cố nền đất có khả năng ổn định kém dưới sâu bằng công nghệ trộn sâu tại chỗ M ix in situ mà nổi bật là công nghệ khoan phụt vữa cao áp (K P V C A ) sẽ được đề cập kỹ trong chương 8

Phưcíng án chống trước với hai giải pháp: Chống trước trên mặt đất (khi mật bằng cho phép hình 5.8) và chống trước bằng cách gia cố đất vượt lên phía trước tunnel ngang hoặc nghiêng hình 5.9 kết hợp khiên hoặc NATM

Thứ tự thi công tunnel bằng công nghệ chống trước đào sau là:

- Bước 1: Gia c ố lớp đất yếu dưới sâu;

- Bước 2: Đào lunnel (đào kín hoặc hở); Lắp lưới cốt thép;

- Bước 3: Khoan neo;

- Bước 4: Phun bê tông gia cố tạm thời (có lưới thép hoặc không có lưới thép);

- Bước 5; Đồng thời kiểm soát biến dạng thoả đáng và chính xác để kịp thời sử lý nếu

có sự cố và nhanh chóng thi công tunnel vĩnh cửu

i n r ớ c k h i ( lả o (l ên i n ặ t đ ấ t : vượt lứiì p h í a t r ư ớ c l i t i u i e l l ì ằni l ì ga i i ị ỉ :

1 - Ihiết bị KPVCA; 2 - bè tông 1 - lớp đất yếu cần sử lý; 2 - các trụ xi mãng

đất; 3 - tunnel; 4 - các cọc bê đất được tạo ra bàng cách khoan chéo để tạotỏim đất chống lên nhau lạo một ra lớp đất có khả năng chịu tải và chống thấmlớp địa tầng tốt cho đào tuiinel nước tốt; 3 - khiên thủ công hoặc tổ hợp

khiên; 4 - lớp đất tốt; vỏ lò

5 C ô n g n g h ệ khoan n ổ min thỉ cô n g tro ng n ền đá c ứ n g - N A T M

Đây là công nghệ thi công tunnel theo công nghệ áo mới N A TM trong điều kiện đất clá cứng và rất cứng, khả nãng tự ổn định rất lớn Công nghệ này đã được sử dụng ở Việt Nam từ khá lâu, thưòfng được dùng để thi công các tunnel xuyên núi, dẫn nước cho các nhà máy ihuỷ điện

Dưới đây là sơ đồ khối ihứ tự thi công tunnel bằng công nghệ khoan nổ mìn:

G hi c h ú :

Các công đoạn cơ bản của các phương pháp thi công theo truyền thống và NATM cơ bản là như nhau, sự khác nhau chỉ là vấn đề tận dụng tối đa khả năng mang tải của khối đất đá bao quanh hầm, đây cũng là hạn chế lớn của NATM vì chỉ có đất đá có độ cứng nhất định nào đó mới có khả nãng này Từ đó mà các phương pháp thiết kế kết cấu vỏ hầm có những điểm khác nhau rất cơ bản:

- Trong phương pháp thi công theo truyền thống, kết cấu vỏ hầm chủ yếu được tínli theo tải trọng cho trước, với các mô hình nền phổ thông: Nền biến dạng cục bộ \Vincle, nền biến dạng toàn bộ theo bán không gian đàn hồi với các sơ đồ tính Ihường được đưa về hệ thanh làm việc trong môi trường đàn hồi hay phi đàn hồi

- Trong khi đó trong NATM các đề xuất về các phương pháp thiết kế vỏ hầm chưa thật chặt chẽ, khó kiểm soát

Phương pháp thi công theo truyền thống là phưcmg pháp lâu đời nhất, có lịch sử phát triển cùng với lịch sử phát triển của ngành mỏ và đã đạt được những thành công đáng kê’ trong thế kỉ X X Thành công lớn nhất của phương pháp khoan nổ chính là sự ra đời vù phái triển của phương pháp thi công hầm mới của Áo - NATM , ra đời trong những nãm

60 của thế kỉ X X và nhanh chóng trở thành một trào lưu trong lĩnh vực xây dựng hầm và công trình ngầm của hầu hết các quốc gia trên thế giới và cho đến nay vẫn chưa mất tính thời sự do các lợi ích của nó mang lại

NATM kết hợp dùng các bulông neo đá và bê tông phun - chủ yếu dùng để làm kếl cấu chống đỡ trong thi công (vỏ hầm sơ cấp) và sau này là một bộ phận cấu thành của vỏ chịu lực trong khai thác (vỏ hầm thứ cấp) khi đào hầm trong đá cứng, đang được ứng dụng trong thi công hầm đô thị, sau gần bốn thập niên phát triển liên tực và được đúc kết, đã đạt tới độ hoàn thiện đáng tin cậy Do vậy chỗ đứng của nó được đảm bảo trong giới chuyên môn hầm Phương pháp này có tính ưu việt vì nó có tính kinh tế trội hơn so với công nghệ khiên đào, song với điều kiện là sự chuyển dịch của đất - hậu quả của các biện pháp phòng nước không phải là một nguyên nhân gây quản ngại về mòi trường

Lưới thép Khung thép tổ hợp Thép cừ

Thi còng trong khối đá bở rời, sử dụng ván thép tạo ỏ bảo vẻ

NATM (hlnh 5.10) cùng với hệ thống lý thuyết của nó đã góp phần vào sự hiểu biết

và khả nãng áp dụng to lớn của con người khi xây dựng không gian ngầm với các nguyên lắc cơ bản nhất như sau:

* Khối đất đá xung quanh là thành phần mang tải chính và khả nãng chịu tải của nó phải được duy trì bằng cách không làm xáo trộn khối đá.

* Sức chịu tải của khối đá phải được bảo tồn bằng cách sử dụng các thành phần chống

5.2 CÔ N G N G H Ệ ĐÀO KÍN BẰNG K H IÊ N VÀ T ổ H Ợ P K H IÊ N , T H I Ế T BỊ VÀ PHÂN LO Ạ I

5.2.1 Công nghệ đào kín bằng khiên và tổ hợp khiên

1 C ô n g n gh ệ đào kín bằ ng khiên

Lịch sử công nghệ thi công đào tuyến ngầm toàn tiết diện bằng khiên và tổ hợp khiên (Shield metod) bắt đầu lừ những nãm đầu thế kỷ trước Trước đó khiên đào lò đầu tiên dược chế tạo bởi kỹ sư Brunei (Pháp) là một khiên thủ công hình chữ nhật có kích thước 6,8x 11,4m đã được dùng để thi công tuyến tunnel ngầm qua đáy sông Thames ở London

v à o l h ế k ỷ X Ĩ X

Khièn dào lò (shicld) là một loại kết cấu kim loại di động (nhờ kích), có nhiệm vụ dảin bảo an toàn cho công tác xây dựng đường hầm từ đào đất tới lắp đặt vỏ tunnel tránh sạt lở vách và gương đào

Có thể hiểu sơ bộ công nghệ thi công đào kín bằng khiên như sau:

Người ta đưa vào lòng đất một kết cấu được hàn từ các kết cấu thép, có hình dạng giống hệt hình dạng mặt cắt ngang của tuyến ngầm cần đào, trong lòng kết cấu thép đó các người thợ sẽ tiến hành tất cả các công đoạn thi công từ khâu đào đất, bốc xúc và vận chuyển đất lên trên bề mặt đất, thi công vỏ tunnel và sau đó bằng kích vít hoặc kích thuỷ lực đẩy kết cấu thép mà ta gọi là khiên đó tiến lên một đoạn đúng bằng chiều dài đoạn

vỏ tunnel đã thi công xong để tiếp tục một chu kỳ thi công tuần hoàn tiếp và cứ như vậy lặp lại ta được một tuyến tunnel đi ngầm trong đất với vỏ bê tông cốt thép vĩnh cửu

Trong công nghệ đào hầm dùng khiên thì lớp vỏ hầm được thi công bằng cách lắp ghép các cấu kiện (segments) chế sẵn Một số lượng nào đấy các cấu kiện đúc sẵn trong một công xưởng sẽ được vận chuyển và tập kết tạm thời ở một kho bãi gần công trường Đảm bảo có được một không gian như vậy không phải là dễ dàng, thậm chí trong một giai đoạn tạm thời, ở một khu vực có mật độ công trình dày đặc Đối với các vỏ hầm thi công bằng cấu kiện lắp ghép, những phương pháp thiết kế khác nhau, được đề nghị dùng

cho các điều kiện đất đai và nước ngầm khác nhau, đều đảm bảo được cường độ cơ lý của lớp vỏ ở hầu hết các trường hợp.

Khả năng phòng nước (water-stopping) của vỏ hầm được đảm bảo bằng cách dùns các vật liệu hàn, đệm và trám kín khe nối giữa các mảnh cấu kiện Tuv nhiên việc làm kín nước lâu dài khó khăn hơn; nếu thật cần thiết thì phải dùng đến lớp áo thứ cấp (secondary), đôi khi còn phải được gia cường thêm bằng các lưới cốt thép Một số đánh giá về phương pháp làm vỏ hầm lắp ghép cho rằng giá thành của các tấm cấu kiện là cao, ngoài ra còn có thể phải làm thêm lớp áo thứ cấp, và các chi phí về vận chuyển cấu kiện và thuê sân bãi, nên việc thi công là tốn kém

Thời gian gần đây, giải pháp thay thế vỏ hầm lắp ghép bằng công nghệ đổ bê tông vỏ hầm theo kiểu ép đẩy (extruded concrete lining- E C L ) đã được phát triển ở châu Âu, đặc biệt là ở Đức Đây là kỹ thuật thi công vỏ hầm bằng cách bơm đẩy bê tông thường hoặc

bê tông cốt sợi thép vào khe hổng giữa bề mặt hang đào và ván khuôn bên trong hầm Tuy nhiên nếu xét đến loại đất nền là quá rời lỏng và các tác động có thể về địa chấn, thì việc sử dụng loại thép thanh để làm cốt cho bê tông vỏ hầm được cho là cần thiết, đây chính là một biến thể của phương pháp E C L đang được triển khai ở Nhật Bản

Trong mọi trường hợp, nhờ sự ép đẩy bê tông mà về lý thuyết, việc sử dụng phương pháp E C L có khả năng giảm được lún đất nền, do vậy mà loại bỏ được yêu cầu về các công việc làm thêm chẳng hạn như bơm vữa chèn lấp Thiết nghĩ E C L là một phương pháp triển vọng và cuối cùng là có tính kinh tế, mặc dầu nó đòi hỏi trang bị (instalations) chuyên dùng để đẩy bê tông, cũng như là phải có ván khuôn bên trong mà khó mà dùng lại được

Ngoài ra người ta thấy là không có thiết bị đào hầm vạn năng đối với loại đất mềm yếu Thiết bị và các bộ phận cấu thành (components) của nó phải phù hợp với các điều kiện địa chất cụ thể Mặt khác, chính những phát triển về mặt kỹ thuật của thiết bị hiện có mới cho phép thi công hầm theo cơ giới hoá, thậm chí ở trong các loại đất rất khó đào

2 C ô n g n g h ệ đ à o kín b ằ n g t ổ h ợ p k h iên

Trên đây là giải thích nguyên lý thi công sơ bộ bằng khiên dạng thủ công (sẽ trình bày cụ thể hơn ở phần sau) Cùng với sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị thi công tuyến ngầm, từ những khiên thủ công sơ khai ban đầu nay đã được cải tiến và hoàn thiện hơn nhiều

Ngày nay khi nói đến thi công bằng khiên ta hiểu là công nghệ mà ở đó thiết bị thi công là một tổ hợp xây lắp tuyến ngầm được bảo vệ bởi khiên (shield) có kích thước giống hệt mặt cắt ngoài của tuyến tunnel cần xây dựng, khiên này ngoài nhiệm vụ che chống áp lực địa tầng còn có thể tiến lên phía trước trong địa tầng

Bên trong vỏ khiên này là cả một tổ hợp xâv dựng, đoạn đầu khiên có mâm dao cắt để cắt đất đá (mâm dao tròn phẳng như cái mâm trên bề mặt có các đĩa cắt nên đôi khi còn

được dịch là “máy thông hầm tấm phẳng”), phía sau mâm dao là khoang che chống gưotng đào, đoạn giữa của khiên được lắp các kích đẩv cho mâm dao tiến lên, đuôi của khiên lắp các ống bê tông vỏ hầm đúc sẵn hoặc các vành thép để đổ bê tông vỏ hầm vĩnh cửu.

Mỗi lần khiên tiến lên cự ly một vòng (một đốt), thì sẽ lắp đặt (hoặc đổ tại chỗ) một vòng vỏ hầm dưới sự che chống của khiên, đồng thời người ta sẽ ép vữa xi măng có phụ gia vào khoang hở phía sau lưng vỏ tunnei để giữ ổn định tầng đất sau thi công, tránh cho mặt đất không bị lún xuống

Để đẩy khiên tiến về phía trước các gối tựa đầu mút của các xi lanh thuỷ lực được chống vào đốt vỏ tunnel cuối cùng vừa lắp đặt xong để đẩy khiên tiến lên

Khi thi công trong nền đá cứng người ta dùng các chân chống thuỷ lực (Gripper Shoes) tỳ vào vách lò để đẩy tổ hợp khiên tiến lên Có hai loại tổ hợp đào lò trong đá cứng: Tổ hợp máy đào đá cứng không cần khiên bảo vệ và tổ hợp máy đào đá cứng với khiên bảo vệ (loại đơn và loại đôi)

5.2.2 Phân loại khiên và tổ hợp khiên

Khiên có nhiều loại, song có thể phân loại theo các dấu hiệu sau: theo mức độ cơ giới hoá; theo công dụng của lunnel; theo phương pháp bảo vệ gưcíng đào, theo công nghệ dào lò, gia c ố vách hầm và theo tiết diện mặt cắt ngang của tunnel đào v v

1 T h eo m ức đ ộ c ơ g ió i h o á

Theo mức độ cơ giới hoá đào bốc xúc đất đá, vận chuyển đất đá và xây lắp vỏ tunnel, các tổ hợp khiên đào hầm lò được chia thành những nhóm sau:

+ Khiên dào lò ihủ công;

+ Khiên đào lò bán thủ công;

+ Tổ hợp khiên đào lò cơ giới hoá 100%

Theo công dụng của tunnel các tổ hợp khiên đào lò được chia làm hai nhóm:

+ Nhóm tổ hợp khiên đào lò chuyên dùng để đào tunnel dành cho giao thông như các

tổ hợp đào đường hầm metro, đường hầm ô tô, đường hầm đường sắt v v

+ Nhóm tổ hợp khiên đào lò chuyên dùng để đào tunnel cho hạ tầng cơ sở đô thị như đường ống thoát nước, đường ống lắp đặt các cáp điện, viễn t h ô n g v v

3 T h eo p h ư ơ n g án ch ổ n g sạt lở g ư ơ n g đào

Theo phương án chống sạt lở gương đào các tổ hợp khiên đào lò được chia làm bốn nhóm sau:

+ Nhóm tổ hợp khiên đào lò trong đất có khả năng tự ổn định, không có khoang bảo

vệ gương đào (non Pressure Balance Shields);

+ Nhóm tổ hợp khiên đào lò bảo vệ gương đào bằng khoang chứa đất (Earth Pressure Balance Shields);

+ Nhóm tổ hợp khiên đào lò bảo vệ gưofng đào bằng khoang thuỷ lực (Bentonite- Slurry Supported Shields);

+ Nhóm tổ hợp khiên đào lò bảo vệ gương đào hỗn hợp (Mix Pressure Balance Shields)

4 Theo sô' khiên trong một tổ hợp

Theo số khiên trong một tổ hợp, các tổ hợp khiên đào lò được chia làm các nhóm sau:+ Nhóm tổ hợp khiên đào lò với một khiên bảo vệ - Single Shield T B M ;

+ Nhóm tổ hợp khiên đào lò với hai khiên bảo vệ - Double Shields;

+ Nhóm tổ hợp khiên đào lò với guốc chống vào thành lò - Gripper TBM

5 Theo các dấu hiệu khác

Ngoài ra khiên đào lò còn được phân loại theo các dấu hiệu khác như:

khiên loại trung bình (đường kính nhỏ hơn 5,2m) và loại lớn (đường kính lớn hơn 5,2m)

Tổ hợp khiên đào tunnel lớn nhất hiện nay có đường kính 19m do hãng Herrenknech - CHLB Đức sản xuất bán cho một công ty hạ tầng cơ sở Moskva

- Khiên đào lò dùng để đào tunnel trong đất ngập nước;

- Khiên đào lò dùng để đào tunnel trong đất thể hạt có độ ẩm bình thường;

- Khiên đào lò dùng để đào tunnel trong đất độ ổn định kém có độ ẩm bình thường;

- Khiên đào lò dùng để đào tunnel trong đất có độ cứng lừ 0,5 -5 theo bảng chia của

Trên thực tế có các loại khiẻn và tổ hợp khiên sau:

- Khiên thủ công;

- Khiên bán thủ công;

- Tổ hợp khiên loại thường không có khoang bảo vệ gương đào;

- Tổ hợp khiên với khoang giữ gương đào bằng đất (earth pressure balance shield);

- Tổ hợp khiên với khoang giữ gương đào bằng dung dịch betonite (Slurrypressure balance shield);

- Tổ hợp máy đào hầm lò trong nền đá cứng;

- Ngoài ra còn có các loại khiên và tổ hợp khiên đặc biệt với khoang giữ gương đào bằng khí nén Loại này là sự kết hợp khiên thủ công với khoang khí nén, khiên bán thủ công với khoang khí nén

5.2.3 ưu - nhược điểm của khiên đào

1 ư u điểm

- Dưới sự che chống của khiên có thể đào và xây vỏ một cách an toàn;

- Tốc độ thi công nhanh Toàn bộ quá trình hoạt động của khiên như: đào, đưa đất đá

ra, lắp ráp vỏ hầm v.v có thể cơ giới hoá, tự động hoá để giảm cường độ lao động;

- Quá trình thi công không ảnh hưởng đến giao thông và công trình trên mặt đất cũng như giao thông thuỷ;

- Trong Ihi công không bị ảnh hưởng bởi thời tiết;

- Trong thi công không gây tiếng ồn và chấn động, không gây ô nhiễm môi trưòrng xung quanh;

- Xây dựng trong đường hầm dài trong vùng đất mềm yếu ngậm nước, hoặc ở dưới sâu luôn có tính ưu việt về inật kỹ thuật và kinh tế, vì thế phương pháp thi công bằng khiên thích hợp nhất là xây dựng đường hầm trong địa tầng rời rạc, mềm yếu và có nước ngấm, xây dựng đường hầm dưới đáy sông, trong thành phố (xây dựng metro) và các loại công trình hạ tầng đô thị khác

2 N hư ợc điểm

Phương pháp thi công bằng khiên thích hợp với đường hầm dài (có một số tài liệu cho biết thi công các đường hầm ngắn hơn 750m thì không kinh tế) Bởi vì khiên là một tổ hợp thiết bị cơ giới rất đắt, có tính chuyên dụng rất cao, mỗi loại thích hợp với điều kiện thuỷ văn, địa chất, kích thước mặt kết cấu riêng đã được thiết kế chế tạo đặc biệt, không thể thay đổi sử dụng một cách tuỳ tiện cho các công trình ngầm khác Ngoài ra, nếu đường hầm có bán kính cong quá nhỏ hoặc lớp đất phủ trên hầm quá nông thì gặp rất nhiều khó khãn Đường hầm dưới đáy nước nếu gặp lớp phủ quá nông thi công sẽ không

an toàn Khi ihi công bằng khiên nếu dùng phương pháp giếng chìm để ổn định gương đào, thì người lao động rất dễ bị bệnh “giếng chìm”, và ngoài ra còn rất nhiều bệnh khác liên quan nên yêu cầu bảo hộ đối với lao động phải rất cao Khi thi còng bằng khiên rất

khó tránh lún trong lớp đất phía trên, nhất là chỗ tầng đất mềm yếư lại có nước, khi lắp

vỏ hầm phải chú ý phun vữa \'ào sau lưng vỏ hầm Những khuyết điểm nói trên trong thi công bằng khiên đang được nghiên cứu khắc phục

Với những tuyến ngầm có chiều sâu không lớn lắm nên thi công bằng công nghệ đào

hớ vì với lớp đất phủ nhỏ cùng với điều kiện địa chất không ổn định sẽ dẫn tới hiện tượng sạt lớ đất bề mặt (hình 5.11) Nếu vì lý do đặc biệt bắi buộc phải Ihi công bằng khiên thì phải có giải pháp ổn định địa tầng hợp lý và đặc biệt không được thi công bằng

tổ hợp khiên cân bằng áp lực gương đào bằng khí nén (Air- pressure balance)

Hình 5.11 Hiện tượng sạt lở dứt khi thi công hằng khiéii có dộ sáu khõiìg (lủ lớn:

1 - vỏ khiên; 1’- khoảng không gian phía sau mâm dao cắi; 2 - khoảng không gian phía sau vỏ tunnel sau lấp ráp xong phải dược ép đầy vữa; 3 - vỏ tuiinel sau lắp ráp; 4 - mâm dao cắt; 4 ’ - dấl phía Irước mâm dao bị sạt lở; 5 - kích ihuỷ lực (Kk dầu là kích vít);

6 - Thiết bị lắp ráp các đoạn vỏ lò; 7 - băng tải đất đá; 8 - goòng chở đất bánh sắt; 9 - các

đoạn vỏ tunnel chưa lắp

Tuy nhiên, giá thành một tổ hợp máy T B M là không rẻ, theo tính toán nếu chiều dài của tuyến ngầm nhỏ hơn 7 50 m thì sử dụng tổ hợp khiên đào ngầm không hiệu quả vé mặt kinh tế Mặt khác, mỗi một tổ hợp khiên đào ngầm chỉ có hình dáng và kích thước phù hợp với một tuyến ngầm tunnel nhất định nên việc dùng tổ hợp của tuyến này sang thi công cho tuyến có mặt cắt tiết diện khác là không phù hợp và di chuyến máy giữa các công trình gặp nhiều khó khăn do phải tháo rời và kích thước máy quá lớn

5.2.4 P h ạm vi ứng dụng của khiên và tổ hợp khiên đào

Công nghệ thi công kín bằng khiên đã được ứng dụng trong xây dựng công trình ngầm hạ tầng kỹ thuật ờ các đô thị như; đường ngầm thoát nước, đường cáp điện lực, viễn thông m à không cấn phải đào bới gây cản trở nhịp sống đô thị Công nghệ này được gọi là công nghệ thi công tunnel mặt cắt nhỏ Microtunnelling (hình 5.12)

Công nghệ thi công bằng khiên và tổ hợp khiên dùng để đào các tuyến ngầm đi qua các vùng núi đá thay cho công nghệ khoan nổ mìn để xây dựng tunnel dẫn nước cho các nhà máy thuỷ điện, các luyến ngầm giao thông đường sắt, đường bộ v.v

2 3 4

6 t ^ - 1 2 — ^ 1 5

1- Bể lằng hoặc máy tách đất; 2- Phòng điều khiển; 3- Cầu trục; 4- Các công trình trên mặt đất; 5- Bơm cấp nước; 6- Hệ thống ống dẫn; 7- Giếng khởi động nhìn từ trên xuống;8- Khung ép ống với hệ thống thuỷ lực công suất lớn; 9- Máy trắc đạc Laze; 10- Khiên dào; 11- Các đốt ống bê tông cốt thép; 12- Giếng khởi động; 13- Bơm bùn; 14- Đường ống sau khi lắp; 15- Giếng cuối

Đặc biệt các tổ hợp khiên đào lò với khoang cân bằng áp lực bằng đất và bằng dung dịch bentonite dùng để thi công các tuyến ngầm giao thông ở những nơi có điều khiện địa chất phức tạp Các tổ hợp khiên này đã và đang được sử dụng để xây dựng các tuyến giao ihông đường sắt đô thị (metrô), các tuyến giao thông đường bộ đường sắt xuyên qua sông, eo biển và cả những vùng đất sình lầy

Trong tổng số đường hầm ngầm thi công bằng công nghệ khiên ở các nước khoảng 70% được xây dựng cho dẫn nước, 30% dùng cho Mêtrô và đường ôtỏ Hiện nay đường hầm ngầm dưới đáy sông được xây dựng bằng công nghệ khiên ở trên thế giới đã có hơn

20 tuyến, và sự nghiệp phát triển giao thông đưòìig bộ, đường hầm ngầm ô tô dưới đáy sông được xây dựng bằng công nghệ khiên ở các nước sẽ ngày một tăng lên

Tại Việt Nam (cụ thể là thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội) đã và đang xúc tiến thực hiện hàng loạt các tuyến đường sắt cao tốc đô thị, trong đó có nhiều tuyến bắt buộc phải

đi ngầm trong lòng đất Với đặc điểm địa chất của cả hai thành phố là nền đất yếu có nhiều nước ngầm, nhiều địa điểm tuyến phải đi qua các túi bùn v.v thì việc phải sử dụng các tổ hợp khiên đào lò với khoang cân bằng áp lực hỗn hợp bằng đất và bằng dung dịch bentonite (Mix pressure balance shields) hiện đại là bắt buộc mặc dù giá thành sẽ bị đẩy lên rất cao

5.2.5 Công nghệ thi cồng tunnel m ặt cát nhỏ bằng tổ hợp khién đào

Công nghệ thi công tunnel mặt cắt nhỏ bằng tổ hợp khiên đào lò hay còn gọi là công nghệ kích đẩy ịP ip e ỉơcking) - là công nghệ lắp đặt các hệ thống đường ống ngầm

hạ tầna kỹ thuật đô thị mà không cần thực hiện đào bới lộ thiên như các công nghệ truyền thống

Công nghệ này được sử dụng chủ yếu cho các đường hầm có đường kính nhỏ đặt ở chiều sâu không lớn lắm và xây dựng tại những nơi mà công nghệ đào hở khỏng thích hợp Công nghệ kích đẩy về bản chất, đó là “Công nghệ hạ giếng ngang" Cùng cơ sở như nhau cũng có thể gọi nó là công nghệ “khiên đào mini” Bản chất công nghệ là vì chống lubin kín được lắp đặt vòng nọ tiếp vòng kia trong khoang chuyên dùng cách xa gương hầm Cùng trong khoang đó, người ta thực hiện kích ép vì chống vào gưong hầm theo tiến trình đào đất Để giảm ma sát vì chống với khối đất, không gian phía sau tubin được bơm vữa sét,

Điểm khác biệt giữa của công nghệ này so với công nghệ lắp đặt đường ống bằng công nghệ đào hở là, công nghệ không đòi hỏi phải ngừng các tuyến giao thông, đào bới các vườn hoa và các ảnh hưỏfng khác trong hoạt động của đố thị trên mặt đất

Công nghệ này cũng khác với các công nghệ thi công ngầm hạ tầng kỹ thuật khác ởchỗ, nó không đòi hỏi công tác chuẩn bị quá dài, liên quan tới đào lò đứng Để lắp đặt đường ống tunnel ngầm theo công nghệ này chỉ cần hai giếng đứng: một giếng đầu khởi động và một giếng cuối tiếp nhận, cả hai có độ sâu đúng bằng độ sâu đường ống cần phải lắp đặt

Trong giếng đầu khởi động người ta lắp đặt một trạm tổ hợp kích thuỷ lực công suấi lớn, trên các kích đó bố trí tổ hợp Tchiên đào lò có đường kính bằng đường kính ngoài của đốt ống bê tông tiền chế cần lắp đặt Quy trình công nghệ như sau:

- Các kích thuỷ lực tỳ vào vỏ khiên và đẩy khiên cùng với mâm dao cắt tiến về phía trước để đào lò, khi hết hành trình người ta thu các cần đẩy của kích lại và lắp các đoạn ống thép vào và kích lại đẩy ra đến khi hết hành trình người ta lại lắp các đoạn ống khác

có chiều dài lớn hơn vào và một chu kỳ đẩy mới lại tiếp tục

- Khi chiều dài của các đoạn ống thép và hành trình của cần kích thuỷ lực đã lớn hơn chiều dài của một đoạn ống bê tông cốt thép thì từ trên mặt đất một đoạn ống được đưa xuống một đầu được ghép vào vỏ khiên, đầu còn lại được tỳ vào vành tỳ với các đầu đẩy của các kích thuỷ lực một chu kỳ mới lại bắt đầu Với kết cấu như vậy người ta tiết kiệm được không gian giếng khởi động cũng như giếng tiếp nhận

Đưa đốt bê tông cốt thép xuông giếng khới động để ộp

Hình 5.13 Tổ hợp khiên đào AVN của hãng Herrenknecht AG LB Đức

- Sau khi ép hết một đoạn ống bê tông cốt thép thì một đoạn ống mới được đưa xuống

đế ép tiếp Đoạn tiếp giáp giữa hai đoạn ống bê tông cốt thép lắp gioãng cao su để đảm bảo độ kín khít Đối với những đoạn ống cong tại các mối nối người ta lắp thêm các miếng đệm được làm bằng loại vật liệu phù hợp

Sau đó tổ hợp khiên đào lò được tháo rời đưa lên mặt đất còn đường ống thì ở lại dưới lòng đất để phục vụ cho hạ tầng kỹ thuật đô thị như ống thoát nước, ống cấp nước, các đường ống chứa các thiết bị kỹ thuật khác Độ chính xác của đường ống tunnel được điều khiển bằng hệ thống kiểm soát bằng máy tính với hệ thống dẫn đường khiên đào bằng tia laze

Đường kính của tổ hợp khiên đào quyết định đường kính của các đường ống cần lắp đặt và thường thì có đường kính từ 250mm - 3000mm

Công nghệ thi công tunnel mật cắt nhỏ cho phép chúng ta lắp đặt các ống ngầm trong mọi loại nền đất - từ đất kém ổn định như các loại đất sét, đất cát ngậm nước đến các loại đất bùn chảy Tuỳ thuộc vào chất lượng loại đất nơi sẽ lắp đặt đường ống mà người

ta lựa chọn đầu đĩa dao quay cắt phù hợp, điều này cho phép chúng ta đạt năng suất cũng như các thông số đào lò cao nhất

Hình 5.14 Một s ổ đẩu đĩa trong tổ hợp khiên đào A VN

Hình 5.15 Một s ố thiết bị trong tổ hợp máy thi công tuynel tiết diện nhỏ

Hệ thống điều khiển tổ hợp khiên tiên tiến đảm bảo những yêu cầu cao về độ chính xác đào và cho phép kiểm soát các thông số kỹ thuật, thông số vị chí, thông số chuyển động của khiên, cũng như các thông số làm việc của các cơ cấu ở bất cứ thời điểm nào

trong thời gian thi công Tổ hợp thiết bị đào tunnel mặt cắt nhỏ được chế tạo theo mỏđun (theo từng cụm độc lập), điều này cho phép chúng ta tháo lắp nhanh và giảm thiểu thời gian lắp ráp thiết bị Mỗi tổ hợp máy và thiết bị phục vụ công nghệ thi công tunnel tiết diện nhỏ gồm:

• Công tơ nơ điều khiển;

• Bể lắng - thiết bị tách đất;

• Cầu trục với palăng điện;

• Khung ép;

• Bơm hút đất bùn và bơm cấp nước;

• Tổ hợp khiên đào thi công tunnel mặt cắt nhỏ Microtunnelling;

• Hệ thống đường ống dẫn cấp và thoát nước;

• Máy trắc đạc bằng laze;

• Bơm cấp dung dịch bêtônít

Đất được đào, cắt phá nhờ vào mâm dao cắt ớ phía trước tổ hợp Một thùng lắng đất (máy tách đất ly tâm), được bố trí trên mặt đất, nước theo hệ thống đường ống dưới bơm cấp nước đẩy vào gưcmg đào, nó được trộn với phoi đất tách ra nhờ mâm dao và được bơm về thùng lắng trên mặt đất, ở đây đất được tách ra khỏi nước, sau đó nước được bơm ngược lại gương đào còn đất thì đước vận chuyển tới nơi đổ chất thải Lực đẩy của

tổ hợp kích thuỷ lực trên khung đẩy qua các đoạn ống sau lắp địit làm cho tổ hợp khiên đào chuyến động tịnh tiến về phía trước Các đoạn ống này sau đó nằm trong đất đế làm nhiệm vụ của đường ống

Tổ hợp khiên đào tunncl tiết diện nhỏ có hệ thống điều kliicn đầu màm dao quay, điểu này cho phép thay đổi hướng di chuyển của tổ hợp khiên và cùng với nó là lắp đặt các đường ống dẫn thẳng và cong Việc ứng dụng công nghệ này vào thi công hạ tầng kỹ thuật

đô thị cho phép nâng cao độ tin cậy cho chất lượng lắp đặt các đưòìig ống dẫn, tiết kiệm clii phí thi công, giảm thời gian thi công và một điều không kém phần quan trọng là không gây sáo trộn các hoạt động bình thường của đô thị và không ảnh hưcrtig tới mỏi trường

Độ kín giữa các đoạn ống được đảm bảo bởi hệ thống các gioăng cao su, được bố trí trên các mặt bích của các đoạn ống Một lớp đệm đặc biệt được làm bằng gỗ hoặc bằn«nhựa có nhiệm vụ đệm phụ, cũng như phòng ngừa những mối nối ống khỏi bị hòng trongquá trình ép qua những đốt ống bê tông tiền chế

5.2.6 C ác hãng chê tạo tổ hợp khién đào ngầm nổi tiếng trên thế giói

Các hãng chế tạo tổ hợp khiên đào ngầm nổi tiếng trên thế giới hiện nay được biết đến với những tên tuổi sau đây:

1 Herrenknech và Wirth - CHLB Đức;

2 Lovat - Canada;

3 Robbins - Hoa Kỳ;

4 Palmieri - Italia;

5 Mitsubishi Hevy Industries và Iseki oly Tech - Nhật Bản

Trong đó tổ hợp khiên đào lò của hãng Herrenknecht Liên bang Đức được sử dụngkhá rộng rãi

Một số các hãng ch ế tạo thiết bị công trình ngầm của Liên X ô (cũ), Liên bang Nga ngày nay cũng có những sản phẩm tổ hợp khiên đào tunnel mặt cắt nhỏ tương tự của các hãng lớn trên thế giới nhưng có giá thành thấp hơn nhiều Đày là sản phẩm được điều khiển tự động hoá có sơ đồ công nghệ gần như A VN của Herrenknecht Liên bang Đức

Đó là tổ hợp khiên đào tunnel mặt cắt nhỏ dùng để lắp đật các đường ống bê tông cốtthép hoặc ống bê tòng polime trong các nền đất chảy và yếu

Tổ hợp khiên đào tunnel mặt cắt nhỏ này có đường kính 1550mm có cấu tạo gồm: mâm dao quay cắt đất, rô-to thuỷ lực được bố trí trong khoang kín dẫn động mâm dao cùng với đầu đập đá dạng nón, khung chứa các thiết bị công nghệ khác và phần đuòi tổ hợp Kết cấu của tổ hợp này gần giống với AVN của Herrenknecht Liên bang Đức

Hiện nay trên thế giới người ta thường sử dụng các tổ họp khiên đào tunnel mặt cắt nhỏ có đường kính từ ố00-2000m m dùng để lắp đặt các đường ống thoát nước thải trong các thành phố

Tuy nhiên công nghệ đào tunnel mặt cắt nhỏ bằng các tổ hợp khiên vẫn chưa được sử dụng rộng rãi đặc biệt tại Việt Nam lý do đây là công nghệ mới trong xây dựng ngầm nên chưa được nhiều nhà chuyên môn lưu ý và lý do thứ hai phải kể đến là các thiết bị phục vụ cho công nghệ này còn khá đắt đỏ

Mặc dù vậy, tương lai công nghệ này rất có triển vọng, tại Việt Nam với tốc độ đô thị hoá ngày càng nhanh, công tác quy hoạch cho đến thời điểm này vẫn là một vấn đề nhức nhối cho các đô thị đặc biệt là các đô thị lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, việc đào bới để xây dựng hạ tầng sau khi đã có đô thị thì đâu đâu cũng có Để giải quyết những yếu kém đó và tránh những lô cốt, việc ứng dụng công nghệ thi công mới này sẽ giái quyết được nhiều bài toán đặt ra cho hôm nay và cho cả mai sau nữa

5.3 K H IÊ N Đ À O T H Ủ C Ô N G VÀ BÁN T H Ủ C Ô N G

5.3,1 Khiên đào thủ công

Những khiên đào lò đầu tiên là những khiên đào bằng thủ công, đơn giản chỉ là những kết cấu kim loại di động có mặt cắt khác nhau với nhiệm vụ chính là chống sạt lở vách và gương đào Đất đá được đào bằng xẻng, chòong v.v , sau này người ta dùng các búa chèn để đào và đưa đất ra ngoài qua tunnel đã xây dựng bằng các goòng chạy trên ray hoặc đẩy bằng sức người

Khiên đào bằng thủ công là hình thức cơ bản nhất và đơn giản nhất của khiên, phần lớn chúng được dùng để đào các tuyến ngầm không dài lắm và trong tầng đất cơ bản có thể tự ổn định được Chủ yếu là 5 bộ phận gộp lại gồm: khiên, cơ cấu đẩy, cơ cấu lắp ráp

và các thiết bị phụ thuộc khác (hình 5.16)

-1 - lưỡi dao làm bằng thép cứng chịu được mài klùêiì trụ bán thủ công có vách do

mòn; r - vòng miệng cắt; 2 - Các tấm ngăn đứng; kỹ sư người Anh ỉ H Greathead

3 - sườn gia cô' hình vòng phía trước; 4 - thân khiên; thiêì ké'và mang tên Greatliead shield

5 - đuôi khiên; 6 - gioãng chống thấm (mầu đỏ);

7 - vữa chống co ngót được ép vào sau khi lắp vỏ lò

8 (màu xanh lá cây)’; 8 - tấm ngăn ngang làm sàn

thi công cho thợ làm việc; 9 - kích; 9' - sườn gia cố

c) Đuôi kỉiiên

Đuôi khiên nằm ớ bộ phận sau của khiên, là sự kéo dài của vỏ ngoài của vòng che chống có trang bị gioãng 6 (hình 5.16) ở mặt trong Gioăng này luôn ép chặt vào mặt ngoài của vỏ tunnel 8' Tác dụng của nó là bịt kín chu vi vỏ hầm đề phòng nước ngầm và vật liệu vữa lọt vào trong hầm Đuôi khiên đồng thời cũng là nơi tiến hành lắp ráp vỏ hầm, bơm vữa xử [ý lỗ hổng sau lưng vỏ hầm sau lắp ráp vỏ ngoài của đuôi khiên được chế lạo bằng các thép tấm mỏng cường độ cao, nhằm giảm thiểu khe hở mà khiên để lại sau khi tiến lên phía trước

Đc đáy khiên di chuyển về phía trước người ta dùng các kích vít có chân đế tỳ vào phấn vỏ tunnel mới lắp dựng 8' và đẩy khiên di chuyển về phía trước thông qua sườn gia

cố hình vòng sau 9' Hiện nay người ta sử dụng kích thuỷ lực thay cho kích vít để đạt hiệu quả cao hơn và việc sử dụng kích thuỷ lực trong công nghệ đào hầm bằng khiên đã tạo ra một cú hích đáng kế để tãng nãng suất đào lò Kích thuỷ lực công suất lớn đến nay vẫn là những cụm máy chính trong các tổ hợp khiên đào tunnel hiện đại

5.3.2 Khiên đào bán thủ công

Khiên đào lò bán thủ công được chia làm hai nhóm chính là khiên đào lò bán thủ công loại thường và khiên đào lò bán thủ công dùng để đào tunnel cho vùng đất cát khô chảy ít nước ngầm

I K hiên đào lò bán thủ cô n g loại thường

xẻng, choòng kết hợp với các loại máy khoan cầm tay, các công tác còn lại do máy móc thực hiện (hình 5.18) được gọi là khiên đào lò bán thủ công loại thường

máy xúc lật đổ vào toa goòng đổ đưa ra ngoài Trong dây chuyền có máy lắp ráp vỏ tunnel, ngoài ra còn có các thiết bị phụ trợ khác

2 3 4 5 6

Hình 5.18 T ổ hợp khiên đào lò bán thủ công loại thường:

ỉ - vỏ khiên; 2 - khoảng klĩỏng gian phía sau vỏ tiinnel sau lắp ráp phái được ép đầy Y Ũ a ; 3 - vỏ tuniiel sau lắp ráp; 4 -

gương dào; 5 - kích thiiỷ lực (lúc đầit là kích vít); 6 - thiết bị lắp ráp các đoạn vỏ lò; 7 - hăng tải đất đủ; 8 - toa goỏiìg chở

có cấu tạo từ những tấm đỡ ngang và chéo, nghiêng và thẳng đứng, hưóìig cho cát sạt chảy theo định hướng có kiểm soát Thiết bị loại này được gọi là khiên đào lò bán thủ công loại đào đất cát khô không nước ngầm

Hình 5.19 Khiên dào lờ loại hán cơ giới

d ù n g đ ể d à o ì i ầ m I r o i ì g VÙIÌÍỊ đ ấ t c ú t k h ó

ít nước:

1 - vòng tựa; 2 - vòng miệng cắt; 3 - tấm chấn đứng; 4 - tấm trượt; 5 - tấm chán ngang; 6 - hệ thống thuỷ lực; 7 - xilanh

thuỷ điều khiển giữ gương đào; 8 - tấm

ốp; 9 - vỏ khiên; 10 - xilanh thuỷ lực khiên; 11 - ngõng chống vào vỏ bêtông.Trên hình 5.19 trình bày cấu khiên đào lò loại bán cơ giới dùng để đào tunnel trong vùng cát khô không có nước Cấu tạo và hoạt động của nó như sau; vòng miệng cất 2, vòng tựa gia cường 1, vỏ khiên 9 với tấm ốp 8 tãng khả năng chịu tải được hàn tạo thành một kết cấu thép có dạng hình trụ tròn vững chắc Phía trong kết cấu trụ tròn này người

ta lắp ráp các đoạn vỏ tunnel hình trụ tròn áp sát vào vỏ thép Toàn bộ kết cấu này tiến

về phía trước nhờ các kích thuỷ lực 10 mà ngõng tựa 11 trên cần của nó tỳ vào vòng vỏ

bê tông cuối cùng đã lắp ráp Sau đó cần của các xilanh thuỷ lực 10 được rút lại và người

ta lại Lắp tiếp một đoạn vỏ bê tông lunnel bên trong ống khiên để ngõng tựa 11 tỳ vào để đẩy khiién đi tiếp Các tấm chắn ngang, nghiêng và dọc tạo thành các ô cho cát chảy và được đliều khiển bởi các xilanh thuỷ lực 7.

Trê;n tấm chắn ngang 5 có các tấm trượt 4 thò ra - thụt vào để khống chế cát chảy tuỳ thuộc 'vào góc chảy tự nhiên của đất mà điều chỉnh, các tấm này trượt ra - vào nhờ các xi lanh thuỷ lực

Công tác bốc xúc cát, vận chuyển, thi công lắp ráp vỏ lò phía sau thường là được cơ giới hoá hoàn toàn Khi mặt cắt ngang của tunnel nhỏ thì phải sử dụng các khiên đào lò bán cơ giới loại nhỏ và việc bốc đất cát vào goòng được thực hiện theo cách thủ công

5.4 TỔ HỢP KHIÊN ĐÀO cơ GIỚI HOÁ LOẠI THƯỜNG

Tổ ỉhợp khiên đào lò cơ giới hoá loại thường (không có khoang cân bằng áp lực - Soft

hoàn C:hỉnh tuyến ngầm được cơ giới hoá hoàn toàn, nên được gọi là tổ hợp khiên đào lò

cơ giới cơ giới hoá hoàn toàn

Tổ hợp khiên đào lò cơ giới cơ giới hoá hoàn toàn có rất nhiều loại và mỗi loại phù hợp \ ớfi từng điều kiện địa chất cụ thế Dưới đây đề cập tới loại tổ hợp khiên đào lò loại thường,, lức là nó chỉ dùng cho đất mềm đất có khả năng tự ổn định và không hoặc rất ít nước ngầm

Trêi.i hình 5.20 là sơ đồ cấu tạo và bố trí thiết bị của tổ hợp khiên đào tunnel không có khoang giữ gương đào Mâm dao 1 quay để cắt đất và tiến lên phía Irước Các cơ cấu dẫn động nằm trong khiên 2 Thiết bị bốc xúc đất cát là vít tải 3 đổ vào thiết bị vận tải 5 Một m.áy lắp ráp dùng để lắp ráp vỏ lò Máy lắp ráp và vít tải nằm trong đuôi khiên còn ináy vận tải thì được nối dài trong lòng tuyến tunnel

Hình 5.20 T ổ hợp khiên cỉùo lò cơ giói Ììoá hoàn toàn loại thường:

1 - mârn dao ; 2 - khiên; 3 - băng tải để đưa dất ra khỏi khiên;

4 - thiết bị lát (lắp ráp) vỏ tunnel; 5 - thiết bị vận tải

Trong tổ hợp khiên đào lò cơ giới hoá hoàn toàn loại thường (hình 5.21) phía trướckhiên 1 là mâm dao 4 quay để đào đất, máy bốc xúc đất dạng tải gạt 7 để đưa đất ra khỏi

khiên đổ vào goòng bánh sắt Phía sau của khiên được bố trí máy ráp vỏ tunnel 6 và các thiết bị khác.

Một số tổ hợp khiên đào lò cơ giới hoá hoàn toàn được trang bị các máy cào vơ để cào đất lên máng cào, sau đó đổ vào các toa goòng bánh sắt Trong tổ hợp khiên đào lò

cơ giới hoá hoàn toàn cơ cấu bốc xúc đất đá đôi khi còn được trang bị các cơ cấu phụ đế thực hiện một số các chức năng khác

1 1 ’ 1í

1 - vò khiên; r - khoảng khòng gian phía sau mâm dao cắt; 2 - khoảng không gian phía sau

vỏ tunncl sau lắp ráp phải được ép dầy vữa; 3 - vỏ tunnel sau lắp ráp; 4 - mâm dao cắt;

5 - kích ihuỷ lực (lúc đầu là kích vít); 6 - máy lắp ráp vỏ lunnel; 7 - bãng lải đất đá;

8 - goòng chở đất bánh sắt; 9 - các cấu kiện vỏ tunnel chưa lắp ráp

5.5.1 Cấu tạo chung của tổ hợp khiên đào tunnel E P B

1 1 '5 ' 5 6 2 3 6

Ilin h 5.22 Sơ dó cấu tạo vù bó' trí thiết bị trong tổ hợp khiên dào íuìinel giữ gương đào bâng áp lực đất:

Ị - klỉién; r - khoang cán bằng úp lực

tiiYneii sau lắp ráp phải dược ép dây vữa;

3 - vỏ íuynel sau lắp ráp: 4 - mâm dao cắt;

5 - kích rlìuỷ lực; 5' - ca bin sửa chữa; 6 - máy lắp rúp : 7 - vỉl lải và hăng tải đất đá:

8 - goòng chở đất bánlì sắt; 9 - cúc miểnị>

vỏ íunneỉ chưa lắp

5

llin h 5.23 Ccíii tạo bên lroiií> tổ hợp khiên đào với khoang cán hằng áp lực qươììíị đào

1 - mâm dao; 2 - klioang chứa môtơ thuỷ lực đổng thời là khoang kín áp suất cao cân bằng

áp lực chống sạt gương đào; 3 - vách ngăn kín không đê không khí thấm qua; 4 - xi lanhthuỷ lực đẩy kiiiên; 5 - vít tải; 6 - máy lắp ráp vỏ tunnel; 7 - vỏ tunnel sau lắp ráp

công suất lớn quay quanh đường lâm của tổ hợp, các xilanh (kích) thuỷ lực tựa vào khung máy kích đẩv để thay đổi hướng di chuyển cắt đất của mâm dao tạo thành đường tunncl cong, các xilanh thuỷ lực 5 đẩy mâm dao tì vào gưong dào với một áp lực nhất clịnh dế cắt đất và đấy toàn bộ phần đầu của tổ hợp tiến lẽn

ngưòi ta bố trí phía sau mâm dao một vách ngăn kín, vách ngãn này cùng vứi vỏ khiên

và niâin dao sẽ tạo ihành một khoang kín Đất được đào từ mâm dao sẽ rơi vào khoang kín này và tạo ra sự cân bằng áp lực giữa đất đã đào và đất chưa đào, làm cho gương đào

ổn định không sạt lở và nước bị vách ngăn nên không thể chảy vào tunnel Đất trong khoang kín sẽ được đưa ra ngoài đổ vào phương tiện vận tải bằng vít tải Khoang được tạo thành bởi vách ngãn kín, vỏ khiên và mâm dao có chứa đầy đất gọi là khoang cân bằng áp lực gương đào bằng đất - “Earth Pressure Balance” hay còn được gọi là giải pháp cân bằng áp lực bằng đất

dưa ra khỏi đường hầm Một điều đáng lưu ý là lượng đất mà vít tải lấy đi bao nhiêu thì mâm dao phải bổ sung vào khoang cân bằng áp lực một lượng đất tương đương Một rơle

áp lực được bố trí phía trong khoang cân bằng áp lực r có nhiệm vụ ngắt hoặc điều chỉnh lưu lượng của vít tải

khung máy

Thiết hị di chuyển m áy là hệ thống các xilanh thuỷ lực cỡ lớn Khi máy di chuyên, các chân đỡ máy co vào, xilanh thuỷ lực tì vào đốt vỏ hầm phía sau đẩy toàn bộ máy tiến

về phía trước

cho các bơm dầu thuỷ lực Dầu thuỷ lực áp suất cao đi qua các ống dẫn dầu và van điều khiển trong ca bin tới các mô-tơ và xilanh thuỷ lực để để dẫn động cho các cơ cấu máy

trước, xilanh thuỷ lực co cần lại, tạo ra một khoảng trống bên dưới khiên và máy này sẽ tiến hành lắp vỏ hầm ngay sau đó Khi đoạn vỏ lò mới được hoàn thành thì các xilanh thuỷ lực lại tỳ vào đoạn vỏ này để đẩy máy tiến lên

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

Ngoài ra, do điều kiện địa chất thường thay đổi đột ngột nên phía trước đầu cất thường

có một thiết bị khoan dò tiến hành khoan trước để ngưòi điều khiển có đầy đủ thông tin

vể điều kiện địa chất trước khi điều khiển máy thông hầm mặt phẳng BTM làm việc

5.5.2 Hoạt động của tổ hợp khiên với khoang cân bàng áp lực gưoTig đào bằng đất - E P B

á J Í 4 Â t À á À á ^ / á / • á / Ắ / í t / » * * t A / Ả À / Ậ J Ắ ề / t J A Ậ Ỉ *

4 * 4 » i/ Ẩ t A d Ẩ / / À • i / J t t / / / Ẩ Ẩ Â Á / 4 4 ề / 4 í • M á J t t ^ 4 _ i p / Ạ 4 4 » A J 4 A / * 4 ấ

1 đầu cắt; 2 buồng công tác; 3 vách ngăn áp lực; 4 vít tải;

5 kích đẩy đầu cắt; 6 gioãng chắn nước đuôi khiên; 7 tunnel vĩnh cửu lắp ghép;

8 vữa lấp đầy phía sau vỏ lắp ghép

Trên hình 5.24 là sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tổ hợp khiên với khoang cân bằng áp lực gương đào bằng đất - EPB (hãng Herrenknecht, CHLB Đức) Khi tổ hợp làm việc thì mâm dao 1 quay, đất từ gưcíng đào sau khi được cắt sẽ rơi vào khoang kín 2, từ đây đất chuyển động dọc theo vít tải 4 rồi xả vào băng tải'để đưa ra ngoài Năng suất của vít tải được tính toán sao cho áp lực trong khoang cân bằng ổn định (thường thì mâm dao cắt được

bao nhiêu đất thì vít tải chuyển đi bấy nhiêu) Các xilanh thuỷ lực cỡ lớn 5 chống vào vỏ tunnel 7 để đẩy tổ hợp di chuyển về phía trước Hành trình pistông của các xilanh thuỷ lực này lớn hcĩii chiều dài của một đoạn (một đốt) vỏ tunnel một chút để khi cần của các xilaiứi thuỷ lực này co lại thì tạo ra một khoảng trống bên dưới khiên vừa đủ để lắp một đoạn vỏ lò mới \'à máy lắp vỏ hầm (hình 5.23) sẽ tiến hành lắp ngay sau đó để bắt đầu một chu kỳ tuần lioàn liếp theo Áp lực của đất trong khoang cân bằng được theo dõi bởi các con chíp đặc biệt đặt trực tiếp trong đó Như vậy ta đã đảm bảo giữ cho gương lò bằng lực chống ổn định khi đưa khiên về phía trước cũng như khi nhả các xilanh thuỷ lực để lắp đoạn vỏ tunnel mới (5' hình 5.22), tránh được hiện tượng sạt gương đào một cách mất kiểm soát.

Cabin sửa chữa có nhiệm vụ đưa thợ máy vào khoang cân bằng áp lực để sửa chữa bảo dưỡng khi cần thiết Trong trường hợp này khoang cân bằng áp lực sẽ được hút đất

ra và bơin khí nén vào Ca bin có hai cửa mở ra không đồng thời, tức là khi mở cửa sau thì ihì cửa trước đóng để thợ máy vào ca bin và khi thợ máy đã vào ca bin rồi thì mở cửa ihông với khoang cân bằng (lúc này cửa sau đóng) Khi thợ máy đi ra thì cửa được đóng

- mở theo chiều ngược lại Cabin sửa chữa này cho phép giữ gương đào ổn định không sạt lớ trong suốt quá trình sửa chữa

5.5.3 Phạm vi ứng dụng của tổ hợp khiên với khoang cân bằng áp lực gương đào l)àng đất - E P B

Tổ hợp khiên với khoang cân bằng áp lực gương đào bằng đất - EPB được sử dụng để ihi còng các tuyến ngầm qua những vùng đất có điều kiện địa chất phức tạp Đất mềm, dất sét dính, pha sét dính, cát rời pha lẫn sét hàm lượng cao, đất cát pha bùn và các loại clất có tính ihấm kém là những loại đất rất phù hợp cho các tổ hợp khiên với khoang cân bằng áp lực đất

theo lliàiih phần hạt của đất - Cỡ hạt d (mni)

5.6 TỔ HỢP KHIÊN VỚI KHOANG CÂN BẰNG ÁP L ự c BẰNG DƯNG DỊCH BENTONITE

Tổ hợp khiên với khoang cân bằng áp lực bằng dung dịch bentonite hay còn được gọi

là tổ hợp bảo vệ gương đào bằng thuỷ lực {Sliirry P ressiire B a ìa n c e - SPB) có nhiệm vụ chính khi thi công tunnel ngầm là duy trì độ ổn định đất xung quanh tunnel trong suốt quá trình thi công, đặc biệt là đất trên nóc của tổ hợp khiên đào - tránh đất bị sạt lở dẫn tới lún nứt các công trình trên mặt đất Với mực đích này, trong khoang công tác người

ta phải tạo áp lực dư Áp lực dư có nhiệm vụ ngăn không cho nước ngầm tràn vào tunnel

và giữ cho đất được ổn định trong suốt quá trình đào

5.6.1 Sơ đồ cấu tạo tổ khiên SPB

Trên hình 5.26 và hình 5.27 là sơ đồ cấu tạo của tổ hợp khiên đào lò với khoang cân bằng áp lực bằng dung dịch Phía trước tổ hợp khiên là mâm dao (rô to) 1 quay để cắt đất Phía sau mâm dao là khoang cân bằng áp lực được tạo bởi vách ngãn kín số 3, giữa mâm daò và ngãn kín 3 là vách ngăn chìm vách này có lỗ thông phía dưới thông hoàn toàn với nhau cho phép phoi đất tràn sang Dung dịch bentonite được bơm vào khoan bên phải, khí nén bơm lên phần trên tạo gối áp lực Một ống dẫn bơm bùn được đưa vào đáy của khoang này để bơm nước lẫn đất đi ra lên máy tách đất Lực tỳ mâm dao vào gương đào nhờ các xilanh thuỷ lực màu đỏ và cua sang trái và sang phải cũng nhờ các xilanh thuỷ lực này Mâm dao quay được nhờ ba môtơ thuỷ lực dẫn động một vành răng lớn trên ổ của trục mâm dao Phía trên vách ngăn kín 3 là cabin sửa chữa, các đường ống dẫn khí nén, dung dịch benlonile, và ống dẫn bơm bùn Máy lắp ráp vò lò 8 dược bố trí sau cùng đế lắp ráp vỏ lò từ các mảnh chế tạo sẵn 7 Khiên di chuyển lên phía trước nhờ

32 hoặc 48 xi lanh thuỷ lực chống đẩy vào đốt tunnel đã thi công

Hình 5.26 Sơ đồ ngiiỵêỉì ỉỷ cấu Ịạo ĩổ kìỉiêìỉ đùo lồ với khoang cản bằng úp lực

hằng dung dịclì henloỉìiíe

Hình 5.27 Sơ đồ b ố trí thiết bị bên trong tổ hợp khiên đào lò với khoang cán bằng áp lực gương dào bằng dung dịch betonite cao áp

(gối cân bằng thuỷ lực) của hãng Herreiìkneclư (CHLB Đức)

1- mâm dao; 2 - khoang nhỏ bên trái (khoang chứa nước ngầm + đất); 3 - vách ngăn kín;

4 - ống dẫn cung cấp dung dịch bentonite; 5 - khoang nhỏ bên phải tiếp nhận không khí cao

áp để cân bằng áp lực, 6 - vách ngăn chìm (vách ngăn liên thông áp lực nhưng không cho đất tràn sang khoang bên phải); 7 - vỏ tunnel vĩnh cửu sau lắp ráp; 8 - máy lắp ráp vỏ lunnel

5.6.2 Nguyên !ý giữ gương đào và hoạt động của tổ họp khién SPB

ỉ N guyên lý g iữ g ư ơ n g đào

Nhiệm vụ của khoang cân bằng áp lực là tạo ra áp lực đủ lớn để đẩy vào gương đào sao cho đât và nước chi được đào và đưa ra một cách hợp lý, tức là mâm dao đi đến đâu thì đất được đào đến đó, tránh sạt lở gương đào

Cụ thể tại khoang trước của tổ hợp khiên người ta bõ' trí phía sau mâm dao một vách ngãn kín, vách ngăn này cùng với vỏ khiên và mâm dao tạo thành một khoang kín Dung dịch bentonit có áp suất bình thường được bơm vào khoang này qua một đường ống dẫn Ngoài ra còn có một đường ống khác để dẫn khí nén vào khoang cùng với dung dịch bentonite tạo cho khoang kín một áp suất cao - đủ lớn để cân bằng với áp lực nước ngầm Đôi khi áp lực benlonite trong khoang cân bằng còn lớn hcfn áp lực nước ngầm với mục đích đẩy dung dịch bentonite vào sâu trong tầng đất phía trước để ổn định địa tầng Khoang được tạo thành bởi vách ngăn kín, vỏ khiên và mâm dao có chứa đầy dung dịch bentonite cao áp gọi là khoang cân bằng áp lực gương đào thưỷ lực

Trẽn hình 5.12 mâm dao 1 quay cắt đất trộn với nước trong khoang 2, bùn với nước được bơm ra ngoài bằng bơm công suất lớn lên trên mặt đất để tách đất Đất sau khi tách được đổ vào bãi đất thải, còn nước sau khi lọc được trộn thêm dung dịch bentonite đưa ngược lại khoang cân bằng áp lực Mâm dao quay trên ổ đỡ tựa cỡ lófn và được dẫn động

bời 3 môtơ thuỷ lực công suất cao Mâm dao có thể quay đi một góc nhờ các xi lanh thuỷ lực màu đỏ trên hình Các xilanh thuỷ lực này tựa vào vỏ tunnel vĩnh cửu 7 để đẩy mâm dao vào gương đào tiến lèn.

5.6.3 C ác cơ cấu chính trong tổ hợp SPB

suất lớn dẫn động một vành răng quay quanh đường tâm của tổ hợp, các xilanh thuỷ lực tựa vào khung máy kích đẩy để thay đổi hướng di chuyển cắt đất của mâm dao tạo thành đường tunnel cong, các xilanh thuỷ lực đẩy mâm dao tì vào gương đào với một áp lực nhất định để cắt đất và đẩy toàn bộ phần đầu của tổ hợp tiến lên

cao hút cả nước và đất tơi ra khỏi gương đào đưa lên mặt đất (nếu chiều dài quá lớn thì

bố trí các trạm bơm bùn trung gian) Trên mặt đất người ta bố trí một thiết bị tách đất, đất sau khi tách được vận chuyển đổ ra ngoài bãi thải, còn nước sau khi tách được trộn thêm bentonite để đưa lại gương đào

trên khung máy Trục của mâm dao quay quanh cùng vành rãng trong một ổ bạc cỡ lớn được đỡ bởi khung máy và quay được nhờ 3 môtơ thuỷ iực công suất cao

thì các chân đỡ máy co vào, xilanh thuỷ lực tì vào thành vỏ hầm phía sau đẩy toàn bộ máy tiến về phía trước theo kiểu cơ cấu tự bước

5 j H ệ thống dẫn động bao gồm nhiều động cơ điện có công suát lớn cung cấp cơ năng cho các bơm dầu thuỷ lực Dầu thuỷ lực áp suất cao đi qua các ống dẫn dầu và van điều khiển trong ca bin tới các môtơ và xilanh thuỷ lực để dẫn động cho các cơ cấu công tác của tổ hợp khiên

lên phía trước, xilanh thuỷ lực co cần lại để hở ra một khoảng trống bên dưới khiên và máy này sẽ tiến hành lắp vỏ hầm ngay sau đó Khi đoạn vỏ lò mới được hoàn thành các kích thuỷ lực lại tì vào đoạn vỏ này để đẩy máy tiến lên

các chức năng bao gồm cả tốc độ và hướng đào Các camera sẽ cưng cấp đầy đủ cho người lái tình hình hoạt động của máy

hợp máy TBM Ngoài ra, do điều kiện địa chất có'thể thay đổi đột ngột nên phía trước đầu cắt thường có một thiết bị khoan dò Thiết bị này tiến hành khoan trước đê’ người điều khiển có đầy đủ thông tin về điểu kiện địa chất trước khi điều khiển máy thông hầm mặt phẳng BTM làm việc Một máy khoan phụt vữa cao áp nhiền cần khoan được treo cơ động, dùng để sử lý đất yếu xung quanh tưnnel tương lai

5.6.4 Tổ hợp khiên đào đường kính nhỏ ■ SPB

Công nghệ thi công tunnel mặt cắt nhỏ bằng tổ hợp khiên đào đường kính nhỏ (SPB) -

là công nghệ lắp đặt các hệ thống đường ống ngầm hạ tầng kỹ thuật đô thị mà không cần thực hiện đào bới lộ thiên như các công nghệ truyền thống

Công nghệ này được trình bày tại khoản V thuộc mục 5.6.2 trên đây Mục này giới thiệu cấu tạo tổ hợp khiên mặt cắt nhỏ Slurryschild và Mixschild

Hỉnh 5.28 a) Công nghệ thi công tunnel mặt cắt nhỏ bằng tổ hợp khiên đào;

b) Sơ đồ cấu tạo Slurryschild; c) Sơ đồ cấu tạo Mixschiỉd:

1 - vách khoang cắt; 2 - vách ngăn chịu áp; 3 - khoang hút; 4 - khoang áp lực; 5 - ống dẫn;

6 - ống dẫn bùn; 7 - ống tải vít; 8, 9 - ống cấp bentonite; 10, 11 - thiết bị tự động hiệu chỉnh

áp lực không khí để tránh giảm áp gây sụt vách đào; 13 - khoang bùn đất để hút đi

Tổ hợp khiên gồm vỏ (khiên), mâm dao, cơ cấu công tác với hệ thống dẫn động và vòng bi Phía trong tổ hợp khiên có khoang công tác, trong khoang đó là khoảng không gian sau mâm dao (sau gương đào) và khoang điều khiển

Trong khoang điều khiển có bố trí các van phân phối, cung cấp cho các đường chính, các đường ống dẫn với các van phụ, bia mục tiêu laze, panel điều khiển từ xa

Cơ cấu công tác ở phía đầu của tổ hợp khiên, được ghép với khung chính bằng khớp cầu nên có thể quay tự do (có một số bậc tự do) Có 3 xi lanh thuỷ lực với nhiệm vụ quay và c ố định đầu mâm dao

Trong quá trình làm việc cùng với việc điều khiển hướng quay của mâiĩi dao luôn có thiết bị hiệu chỉnh hướng đào Các thông tin về hướng đào được thể hiện qua các thông

số thể hiện trên bia mục tiêu laze Bản thân thiết bị laze được lắp đặt trong giếng đứng khởi động và điều chỉnh theo vạch đo hầm lò Tín hiệu từ bia mục tiêu laze được truyền tới máy tính trong hộp điều khiển trên mặt đất

Hệ thống dẫn động cơ cấu công tác là hệ thống dẫn động thuỷ lực Tuỳ thuộc vào đặc tính của đất nơi thi công mà lựa chọn thiết bị cắt đất trên mâm dao, thiết bị cắt này có thể là dao cắt hoặc đĩa phay Tốc độ và hướng quay của mâm dao thay đổi nhờ hệ thống điều khiển V iệc thay đổi hướng quay của mâm dao để tháo mâm dao đang bị ép được thực hiện bằng phương pháp sau:

- Lúc đầu cả 3 xi ianh thuỷ lực điều khiển cùng đẩy mâm dao tiến về phía trước như

là hãm mâm dao lại;

- Tiếp theo, kéo mâm dao ra khỏi gưcmg đào và ngắt truyền động tới các rôtor dẫn động.Phía sau của mâm dao người ta chế tạo các vấu, các vấu này có nhiệm vụ đập vỡ cácphoi đất lớn trong khoang đập đất Khoang đập đất là khoảng không gian được tạo bởi

vỏ khiên, mặt sau của mâm dao và vách ngăn - đó cũng chính là khoang công tác

Trong tổ hợp khiên đào đường kính nhỏ sử dụng hệ thống vận tải thuỷ lực để đưa phoi đất sau khi đào ra khỏi khoang công tác Nước được đưa lên một thùng đặt trên mật đất, nhờ bơm ly tâm đẩy nước qua hệ thống đưcmg ống chịu áp tới khoang công tác của khiên Phoi đất sau khi bị mâm dao tách khỏi gưong đào rơi vào khoang đập, ở đó nó được trộn với nước dưới dạng bùn (sau khi bị đập) và được hút vào các đường ống dẫn vận tải thuỷ lực

Một máy bơm bùn được bố trí ở khung ép trong giếng đứng khởi động hút hỗn hợp bùn nước lên trên mặt đất, đổ vào thùng lắng hoặc máy tách đất Lưu lưcmg máy bơm được điều khiển trong một phạm vi khá rộng

Các van phụ có nhiệm vụ ngất khoang công tác khi nước vẫn được bơm tuần hoàn Việc ngắt cung cấp nước vào khoang công tác khi bắt buộc phải dừng tổ hợp khiên, để tránh hiện tượng gương đào bị sói mòn do nước tuần hoàn Khi ấy nếu ta chỉ ngắt bơm nước thì sẽ sảy ra hiện tượng lắng đất làm tắc nghẽn các đường ống dẫn, vì vậy ngay sau khi tổ hợp khiên ngừng hoạt động phải cho máy bơm tiếp tục hoạt động qua các van phụ

để rửa đường ống dẫn

Một đát-trích, cung cấp tín hiệu áp lực trong khoang công tác lên máy tính điểu khiển Trạm điều khiển và hệ thống điều khiển được bố trí trong một công ten nơ đặt trên mặt đất Người điều khiển khiên nhờ máy lính và có nhiệm vụ kiểm soát các thông

số kỹ thuật sau:

- Hướng di chuyển của khiên (các dữ liệu dưới dạng toạ độ của đầu cắt và đuôi khiên trên mạng tọa độ của đầu laze);

- Tốc độ đào cắt đất (theo chỉ báo của máy đo độ cong);

- Áp lực trong khoang công tác;

- Lun lượng bơm vận tải thuỷ lực (Theo chỉ sô' trẽn đát-trích lưu lượng trong các ống dẫn);

Các thông tin khác như áp lực trong hệ thống thuỷ lực đẩy mâm dao cất đất, chỉ số đẩy cần của các xi lanh thuỷ lực, nhiệt độ dầu trong hệ thống thuỷ lực, tình trạng nhiễm bẩn của các phin lọc dầu v.v

Người điều khiển có nhiệm vụ điều chỉnh dựa trên các chỉ số nói trên và liên tục điều khiển tốc độ đẩy cần thuỷ lực, tốc độ quay của mô tơ thuỷ lực và ch ế độ làm việc của các máy bơm vận tải thuỷ lực Điều khiển theo chu kỳ hướng dịch chuyển của khiên bằng cách đẩy - rút cần các xi lanh thuỷ lực một cách hợp lý cũng như tốc độ quay của mâm dao cắt đất của khiên Dung dịch betonite được bơm vào khoang công

tác lừ các ống dẫn có nhiệm vụ giảm lực ma sát, và khiên di chuyển lên phía trước nhẹ nhàng hơn.

5.6.5 Phạm vi ứng dụng của tổ hợp khiên SPB

T ổ hợp khiên SPB là những tổ hợp dùng để đào ngầm các tuyến đi qua các vùng đất

có các lớp địa tầng khác nhau, đặc biệt phù hợp cho đất ngậm nước Hiện nay các hãng chế tạo máy trên thế giới có xu hướng chế tạo các tổ hợp này theo dạng môđun, tức là chia thành các cụm cho phép tổ hợp khiên SPB đào ngầm trong mọi điều kiện địa chất Khoang chống giữ gưcfng đào có thể thay thế các loại khác nhau như từ EPB, SPB, Air

PB (giữ gương đào bằng khí nén) Đây là tin vui đối với những kỹ sư công trình ngầm là điều đáng lưu tâm khi chọn và đặt mua các tổ hợp khiên thi công công trình ngầm

a) Hãng chế tạo tổ hợp khiên đào lò nổi tiếng trên thế giới Herrenknecht AG đưa ra 3 loại tổ hợp khiên đào tunnel ngầm đó là; AVN, A V N -T và AVND

- Tổ hợp khiên đào tunnel AVN được dùng khi điều kiện đất đào bình thưòfng

- Tổ hợp khiên đào tunnel A V N -T được chế tạo cho phép thợ máy có thể tiếp cận khoang công tác trong các trường hợp cần thiết như để lấy ra khỏi đó các cục kim loại hoặc vật bất thường rơi vào khoang công tác và khi thay thế dao cắt

- Tổ hợp khiên đào tunnel AVND dùng để đào tunnel nơi đất đá có điều kiện phức tạp Loại tổ hợp khiên này có đường kính lóín hơn 1600mm với buồng áp lực cho phép công nhân tiếp cận gương đào Khoảng cách đào (khoảng cách từ giếng khởi động tới giếng cuối) tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất và có thể lên tới 200m mà không cần tới giếng trung gian, nhưng trên thực tế thì không vượt quá 70 - lOOm Đây có thể coi là khoang cách đủ lớn để lắp đặt các đoạn đường ống hạ tầng kỹ thuật bên dưới các đường phô' hoặc các toà nhà mà không ảnh hưcmg tới công trình trên mật đất Tổ hợp máy đào tunnel mặt cắt nhỏ là thiết bị duy nhất dùng để lắp đặt các đường ống ở những nơi đất chảy ngậm nước và những nơi nền đất bùn không ổn định

b) Hãng Wirth-Soltau sản xuất tổ hợp đào tunnel mặt cắt nhỏ có đường kính từ 110 - 3000m m với cơ cấu vận chuyển đất kiểu tục vít như: R V S-A , cơ cấu vận chuyển kiểu vít kết hợp bơm bơm bùn như R VS-A S Việc chuyển chế độ vận chuyển dạng vít sang dạng bơm bùn và ngược lại rất dễ dàng, đảm bảo cho máy hoạt động ở những điều kiện địa chất khác nhau

5.6.6 T ổ hợp khiên đoTi và khién đôi

Tổ họp khiên đơn và khiên đôi có cả hai loại là SPB và EPB

Các khiên đơn đã giới thiệu ở trên Khiên đôi khác với khiên đon ở chỗ khiên được cấu thành từ 3 đoạn khiên kiểu ống lồng Toàn bộ máy và thiết bị được bố trí kín trong các đoạn khiên, không gian hoạt động thao tác rộng hơn Dưới đây xin giới thiệu cấu tạo của khiên đôi của hãng Herrenknecht, CH LB Đức

Trên hình 5.29 là cấu tạo ngoài của tổ hợp khiên đào loại khiên đôi cho thấy tổ hỢỊi khiên có hai đoạn khiên trước và khiên sau, nối với nhau bẳng một đoạn ống lồng ở giữa Tổ họp có hai guốc kẹp thuỷ lực tỳ vào vách lò để đẩy khiên trước tiến lên mà không ảnh hưởng tới các công đoạn thi công ở khiên sau Thực chất đây là máy đào có khiên trong đá cứng với 2 khiên bảo vệ (sẽ giới thiệu ở phần sau) Hình 5.30 là sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của tổ hợp khiên đôi.

Hình 5.29 Cấu tạo ngoài của tổ hợp khiên đào lò loại khiên đôi (Robbiiì USA):

1 - mâm dao; 2 - đĩa cắt; 3 - khiên trước; 4 - khiên thụt-thò; 5 - guốc kẹp thuỷ lực ; 6 - cabin

4

Hình 5.30 Sơ đồ b ố trí thiết khiên đào lò loại khiên dôi ịhãng Robbiìì USA):

1- xi lanh thuỷ lực tạo lực tỳ guốc kẹp; 2- xi lanh thuỷ lực tạo lực đẩy mâm dao;

3- máy lắp ráp vỏ tunnel;4- máy khoan; 5- các tấm vỏ tunnel sau lắp ráp; 6- vít tải

Người ta sử dụng loại khiên đào kiểu này để đào tunnel trong nền đá có nhiều đoạn bị phong hoá và đôi khi gặp các đoạn có điều kiện địa tầng xấu thì các chân kẹp thưỷ lực không hoạt động lúc này tổ hợp làm việc như các tổ hợp khiên E P B hoặc SPB

5.7 T Ổ H Ợ P M Á Y ĐÀO T U Y Ế N NGẦM M Ộ T CÀNG DÙNG T H I CÔ N G

T R O N G NỂN ĐÁ CÚNG

5.7.1 C ấu tạo cơ bản của máy đào mui trần

Máy đào mui trần được chế tạo hiện nay trên thế giới cơ bản có hai loại; loại một hệ chống và loại hai hệ chống

Máy đào một hộ chống ngang có cấu tạo như thể hiện trên hình 5.31 Dầm chính và giá đỡ mâm dao lớn là giá kết cấu của máy đào, tất cả các cấu kiện khác đểu được lắp trên giá đó Bộ phận trước của giá đỡ mâm dao được lắp vòng bi chính và vành răng lớn

ớ bên trong, bốn phía vành răng lắp khiên bảo vệ mâm dao, khiên chống có thể điều chỉnh được, khiên bên và hệ chống được ở tư thế chống hờ vào mặt đào của hầm, do đó bảo đảm sự ổn định của mâm dao chính Do dùng một cặp hệ che chống nằm ngang nén việc điều chinh phương hướng trong quá trình đào tiến lên của máy được tiến hành kịp thời và quỹ tích đường đi của máy là hình vòng tròn, vòng bi chính của máy đào kiểu một hệ chống phần lớn là tổ hợp ba vòng bi, thiết bị điều khiển được trực tiếp lắp tại phía sau của mâm dao, cho nên đầu máy khá nặng, khiên bảo vệ mâm dao tưcmg đối dài

Hình 5.31 Sơ đồ máy đáo với một hệ chống nằm ngang:

1 - mâm dao; 2- khiên bảo vệ trên đầu; 3- bộ phận điêu khiển; 4- dầm chính;

5- máỵ đưa đất đá ra; 6- hệ chống dưới phía sau; 7- chân chống; 8- kích đẩy lên;

9- khiên bảo vệ bên; 10- hệ chống phía dưới; 11- hệ chống mâm dao

Hỉnh 5.32 Sơ dồ máy đào hai hệ chống nằm ngang:

1- mâm dao; 2- khiên bảo vệ trên đầu; 3- vỏ ngoài của vòng bi; 4, 5- hệ chống nằm ngang (trước, sau); 6- hộp bánh răng; 7- máy đưa đất đá ra; 8- máy điện khởi động;

9- hộp biến tốc hình sao; 10- hệ chống dưới ở phía sau; 11- ống mô men uốn; 12- kích đẩy;

13- giá ináy chỉnh; 14- tấm treo ở vòm đáy (hệ chống dưới ở phía trước)

Sơ đồ cấu tạo của máy đào với hai hệ chống nằm ngang trình bày trên hình 5.32 ở phía giữa máy chính có hai cặp thanh chống nằm ngang, hệ chống này có thể chuyển

động tịnh tiến trước-sau theo giá máy chính (trên đó có hàn miếng đồng để trượt) Phần đầu của giá máy chính liên kết với mâm dao lớn, ổ bi, vòng rãng trong phần sau liên kết với hệ chống dưới ở đuôi, kích đẩy dựa vào hệ chống nằm ngang đẩy giá máy chính và mâm dao lớn tiến lên phía trước, thiết bị điều khiển được bố trí phía sau hệ chống nằm ngang thông qua trục truyền động truyền mômen xoắn đến mâm dao lớn Trong quátrình đào hầm hai cặp thanh chống tì chặt vào vách hầm, vì thế phương hướng đào đãđược định vị, chỉ có thể đào theo đường thẳng Chỉ khi định vị lại máy mới có thê’ điều chỉnh phưcíng hướng, quỹ tích đào của máy khi đó mới là đường cong.

5.7.2 Quy trình thao tác của máy đào mui trần

hệ chống dưới ở đằng sau lên Khi

đó mâm dao lớn có thể chuyển

động, các kích đẩy thúc mâm dao

đang chuyển động tiến lên một hành

trình, đó là trạng thái đào của máy

2) Khi máy được đẩy lên phía

trước và đạt đến điểm cuối cùng của

hành trình đẩy của kích thì kết thúc

đào, mâm dao lớn ngừng chuyển

động, hệ chống dưới phía sau hạ

xuống, khi đó tấm treo ở vòm đáy sẽ

chống đỡ mâm dao lớn, như vậy

toàn bộ trọng lượng của máy sẽ do ■

hệ chống trước và sau cùng đồng thời chống đỡ

3) Nới lỏng hai cặp chân chống nằm ngang, di chuyển hệ chống nằm ngang đến đoạn trước của giá máy chính Điều chỉnh phương hướng tiến lên của máy bằng cách thông qua hệ chống dưới phía sau để tiến hành điểu chỉnh hướng ngang hay thẳng đứng để đạt yêu cầu mong muốn

4) Sau khi hệ chống ngang đã dời đến vị trí đoạn trước, người ta lại xiết chặt chân chống vào vách hầm Lúc ấy, rút hệ chống dưới phía sau lên, tấm treo trên vòm đáy lại

Hinh 5.33 Sơ đồ tuần hoàn đào