TIỂU LUẬN: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ KHOAN HẦM TBM

I. KHÁI QUÁT CHUNG 4 1. Phương pháp thi công lộ thiên 4 2. Phương pháp thi công ngầm 5 II. TÌM HIỂU VỀ PHƯƠNG PHÁP TBM 7 1. Giới thiệu 7 2. Cấu tạo chung và sự hoạt động của máy khoan hầm TBM 8 3. Phân loại 10 3.1. Máy đào mui trần 10 3.2. Máy đào có khiên 10 3.2.1. Máy đào có khiên đơn 10 3.2.2. Máy đào có khiên đôi 11 4. Ưu và nhược điểm của phương pháp 11 4.1. Ưu điểm 11 4.2. Nhược điểm 12 III. TRÌNH TỰ THI CÔNG 12 1. Công tác chuẩn bị 12 2. Đào, cắt đất đá 13 2.1. Bê tông phun 14 2.2. Neo đá 16 3. Bốc xúc và vận chuyển đất đá 17 4. Lắp dựng, hoàn thành vỏ chống 19 IV. CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 20

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH



TỔ CHỨC VÀ ĐIỀU HÀNH SẢN XUẤT TRONG XÂY DỰNG GIAO THÔNG

ĐỂ TÀI: PHƯƠNG PHÁP KHOAN HẦM TBM

NHÓM : NHÓM 7 LỚP : KX11B GVHD : Th.s Phạm Quang Vũ

MỤC LỤC

I KHÁI QUÁT CHUNG 4

1 Phương pháp thi công lộ thiên 4

2 Phương pháp thi công ngầm 5

II TÌM HIỂU VỀ PHƯƠNG PHÁP TBM 7

1 Giới thiệu 7

2 Cấu tạo chung và sự hoạt động của máy khoan hầm TBM 8

3 Phân loại 10

3.1 Máy đào mui trần 10

3.2 Máy đào có khiên 10

3.2.1 Máy đào có khiên đơn 10

3.2.2 Máy đào có khiên đôi 11

4 Ưu và nhược điểm của phương pháp 11

4.1 Ưu điểm 11

4.2 Nhược điểm 12

III TRÌNH TỰ THI CÔNG 12

1 Công tác chuẩn bị 12

2 Đào, cắt đất đá 13

2.1 Bê tông phun 14

2.2 Neo đá 16

3 Bốc xúc và vận chuyển đất đá 17

4 Lắp dựng, hoàn thành vỏ chống 19

IV.CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 20

NHÓM 7_KX11B 3

I KHÁI QUÁT CHUNG:

ới nhu cầu xây dựng công trình ngầm nói chung và công trình ngầmthành phố nói riêng ngày càng nhiều, đặc biệt là ở các nước công nghiệpphát triển Hàng loạt các giải pháp kỹ thuật đã được hình thành và hoànthiện tùy theo các điều kiện, yêu cầu thi công và theo trình độ phát triển khoa học kỹthuật Với những tiến bộ khoa học kỹ thuật và trình độ công nghệ hiện nay cho phép cóthể thi công xây dựng các công trình ngầm hầu như trong mọi điều kiện địa chất và môitrường khác nhau

V

Nói chung, các công nghệ thi công công trình ngầm rất phong phú và đa dạng, chúng

là tổ hợp khá linh hoạt của nhiều giải pháp kỹ thuật và sơ đồ công nghệ khác nhau Têngọi của các phương pháp công nghệ thi công công trình ngầm cũng có nhiều xuất xứkhác nhau, có thể theo nơi đã phát triển công nghệ hay phương pháp, theo giải pháp kỹthuật phổbiến và nhiều khi còn là do thói quen Vì vậy, người thiết kế và thi công có thểlinh hoạt lựa chọn các phương pháp thi công, các giải pháp kỹ thuật xử lý các tình huống

có thể xảy ra, trên cơ sở hiểu biết rõ ràng, đầy đủ về các yếu tố, các khâu kỹ thuật quantrọng của công nghệ thi công

Theo vị trí của không gian thi công các kết cấu công trình ngầm có thể phân cácphương pháp thi công vào hai nhóm là phương pháp thi công lộ thiên và phương phápthi công ngầm Đặc điểm các phương pháp thi công lộ thiên là một phần hay toàn bộ kếtcấu của công trình ngầm được thi công xây dựng hay lắp dựng lộ thiên (lộ trên mặt đất).Trong khi đó kết cấu của công trình ngầm, được thi công bằng phương pháp thi côngngầm, được lắp dựng ngầm trong lòng khối đất/đá

1 Phương pháp thi công lộ thiên.

Có thể nói rằng, các phương pháp thi công lộ thiên đã được phát triển mạnh và kháhoàn chỉnh về công nghệ, mặc dù ra đời sau các phương pháp thi công ngầm Cácphương pháp thi công lộ thiên khác nhau ở phương thức, tiến trình công việc và có thểphân ra các nhóm khác nhau tùy theo tiêu chí phân nhóm

Chẳng hạn, theo đặc điểm của công nghệ thi công các phương pháp thi công lộ thiênđược phân thành ba nhóm là:

 Phương pháp thi công hở

 Phương pháp hạ dần

 Phương pháp hạ chìm

2 Phương pháp thi công ngầm

Để xây dựng các công trình ngầm bằng các phương pháp thi công ngầm đã có hàngloạt các phương thức khác nhau được phát triển, được phân loại, xếp nhóm theo các tiêuchí khác nhau

Có thể nói rằng, mỗi công nghệ thi công là tổ hợp của các yếu tố, các giải pháp kỹthuật cơ bản sau:

 Phương pháp và kỹ thuật đào hay tách bóc đất đá

 Phương pháp và kỹ thuật bảo vệ (chống tạm) trong khi thi công

 Sơ đồ đào hay sơ đồ thi công trên gương

Đào hay tách bóc đất đá là một khâu công tác quan trọng, nhằm tách phần đất đá nhấtđịnh ra khỏi khối nguyên hay vỏ trái đất để có được khoảng không gian ngầm theo yêucầu Cho đến nay đã có nhiều phương pháp tách, phá đất/đá được phát triển, áp dụng vàngày càng hoàn thiện, với nhưng phạm vi áp dụng khác nhau Không kể các phươngpháp thủ công, có thể tập hợp và phân nhóm các phương pháp tách phá đất/đá theo loạikhối đất/đá

Các phương pháp thi công đào hầm (tách bóc đất/đá):

Độ bền

cao

Độ bền trung bình

Độ bền thấp

Khoan-nổ mìn

Máy khoan đào toàn gương (máy khoan hầm TBM)

NHÓM 7_KX11B 5

Máy đào từng phần gương, máy cắttừng phần (Roadheader-RH), máy xới

Đào bằng các máy đào xúc, xúc bốc

Máy khiên đào (Shild Machine-SM)

Đào bằng rửa lũa (sức nước, khí nén)

Trong các phương pháp đó, phá tách đá bằng khoan-nổ mìn và đào bằng các máy đàotừng phần gương, máy cắt từng phần hay máy đào lò (Roadheader-RH), là các giải phápđược sử dụng rộng rãi, do vậy cũng được gọi là các phương pháp đào, phá thông thường.Tuy nhiên, ngày nay nhờ các tiến bộ trong lĩnh vực phát triển vật liệu mới, tiến bộ trong

kỹ thuật cơ khí và các kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực cơ học đá, nên đã ra đời cáccông cụ và phương tiện phá vỡ đá tốt hơn, cho phép có thể mở rộng các phạm vi ứngdụng của các phương pháp đào, phá đá Cũng đã có nhiều dự án nhằm phối hợp phá đábằng các nguyên lí cơ, nhiệt và hóa học

II TÌM HIỂU VỀ PHƯƠNG PHÁP TBM.

Các phương pháp thi công ngầm

Phương pháp thi công thông

Có khiên

toàn gương

Đào từng phần gương

Kích ép ống, đào hầm nhỏ

Máy khiên đào SM

Máy khoan hầm TBM

Máy đào xúc, máy xới

Máy đào

lò RH Khoan-

nổ mìn

Ngày nay, TBM là phương pháp đào hầm phổ biến nhất, là thiết bị chuyên dùng, cóthể cơ giới hóa được toàn bộ các khâu: đào, chống dỡ, thi công áo hầm và vận chuyểnđất thải, đã được công nhận là một trong những đột phá quan trọng về công nghệ thicông hầm.

NHÓM 7_KX11B 7

Thiết bị TBM loại nhỏ có đường kính 5m có tổng trọng lượng lên tới

720 tấn và có tổng chiều dài 140m

Máy khoan TBM lớn nhất được

chế tạo năm 2005 có đường

kính lên đến 15m được sử dụng

cho dự án ngầm ở Marid ( Tây

Ban Nha).

2 Cấu tạo chung và sự hoạt động của máy khoan hầm TBM:

- TBM là một tổ hợp thiết bị phức tạp được lắp ráp dùng để đào hầm, bao gồm:

+ Bộ phận đầu cắt với các công cụ phay cắt và các gầu ngoạm phá (muckingbucket)

+ Các hệ thống dùng vào các việc: cung cấp điện năng (power), làm quay đầu cắt

và tạo lực đẩy, một hệ thống bao chắn cho TBM trong quá trình đào

- Các bộ phận chủ yếu:

+ Đầu cắt : là một đĩa tròn trên đó gắn các hộp dao cắt và gầu đào, tốc độ quay củađầu cắt thường khoảng 6-10 vòng/phút Khi đĩa tròn quay, các hộp dao sẽ tiếnhành cắt vụn đất đá, sau đó gầu đào sẽ múc đất đá vụn đổ vào máng trượt saumáy 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 từmáng trượt đổ vào băng tải rồi chuyển lên các xe goòng để đưa ra khỏi đườnghầm

+ 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 dichuyển, các chân đỡ máy co vào, xi lanh thuỷ lực tỳ vào thành vỏ hầm phía sauđẩy toàn bộ máy tiến về phía trước

+ Nguồn động lực : bao gồm nhiều động cơ điện có công suất lớn cung cấp nănglượng 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 cảcác chức năng bao gồm cả tốc độ và hướng đào Các camera sẽ cung cấp đầy đủcho người lái tình hình hoạt động của máy

+ Thiết bị phụ : Cung cấp nước, khí nén, chiếu sáng … cho tổ hợp máy TB.

Khi TB có thêm vỏ thép thì chức năng của TB giống như khiên đào cơ giới TB làmột hệ thống đảm nhiệm các chức năng: đẩy, quay xoắn, giữ ổn định khi luân chuyển,vận chuyển đất đào, lái, thông gió và chống đỡ nền quanh hang đào Trong hầu hết cáctrường hợp, những chức năng này có thể được thực hiện liên tục trong mỗi chu trìnhkhai đào

Ngoài ra, do điều kiện địa chất thường thay đổi đột ngột nên phía trước đầu cắtthường có một thiết bị khoan dò tiến hành khoan trước để người điều khiển có đầy đủthông tin về điều kiện địa chất trước khi điều khiển máy khoan TBM làm việc

NHÓM 7_KX11B 9

Hình 2.1 Khiên thủy lực/

Khiên hỗn hợp với hệ thống buồng đôi.

3 Phân loại:

- Máy đào mui trần

- Máy đào có khiên: khiên đơn và khiên đôi

3.1 Máy đào mui trần: dựa vào phản lực chống của thiết bị vào vách đá để tiến lên.

3.2 Máy đào TBM có khiên:

3.2.1 Máy đào TBM có khiên đơn

Cơ cấu làm việc của loại TBM mui trần

Cấu tạo của loại TBM khiên đơn

Trong khi đào tiến lên, máy dựa vào kích đằng sau tựa vào các phiến vỏ hầm đã lắptrước đó đẩy cho mũi khiên tiến lên Khi kết thúc một chu trình tiến lên của mũi đào cáckích đẩy phía sau sẽ co lại, máy khoan đào tạm thời ngừng các hoạt động để lắp cácphiến bê tông tiếp theo và tiếp tục một chu trình mới.

3.2.2 Máy đào TBM có khiên đôi:

Với việc sử dụng vỏ khiên đôi đã hạn chế được nhược điểm phải dừng tạm tời tiến trìnhkhoan đào để lắp các tấm bê tông của loại máy khiên đơn

4 Ưu và nhược điểm của phương pháp:

4.1 Ưu điểm:

- Tốc độ đào cao hơn; Vận hành liên tục;

- Mức độ huỷ hoại khối nền đá ít hơn;

- Biên đào nhẵn, giảm thiểu diện tích đào thừa.Yêu cầu chống đỡ ít hơn;

- Vụn đất đào thải có tính chất đồng đều;

- An toàn nhân lực và bảo vệ môi trường cao hơn;

9 Máy khoan vượt (tạo ô)

10 Máy nâng (tấm BT và các cấu

kiện)

11 Tấm BT đang lắp

12. Ống vận chuyển đất đá Cấu tạo của loại TBM khiên đôi

- Có khả năng cơ giới hoá toàn bộ quá trình xây dựng;

- Có thể áp dụng tối đa các cấu kiện đúc sẵn;

- Có thể điều khiển tự động hoá từ xa

4.2 Nhược điểm:

- Dạng hình học thường cố định là tròn;

- Công trình ngầm thường đào qua nhiều loại địa chất và địa chất thuỷ văn khác nhau,khi đào bằng TBM mức độ rủi ro cao đòi hỏi phải có các biện pháp gia cố, xử lý phụtrợ, tính linh hoạt bị hạn chế đối với các điều kiện địa chất phức tạp,

- Chi phí đầu tư cao Khó có thể khấu hao hết cho một dự án xây dựng

- Công tác lắp đạt các hệ thống chống giữ ở gương rất khó khăn phức tạp khi thi côngbằng TBM gặp phải đất yếu, chảy lỏng

- TBM đòi hỏi vật tư, phụ tùng thay thế rất đặc chủng, đắt và trong nước chưa sản xuấtđược

III TRÌNH TỰ THI CÔNG

1 Công tác chuẩn bị:

- Công tác chuẩn bị thi công

Công tác chuẩn bị tho công chủ yếu gồm có công tác xây dựng giếng đứng để đưa máykhoan TBM xuống, công tác kiểm tra lắp ráp…

- Xây dựng giếng đứng (ở đồng bằng), mở cửa hầm (vùng núi)

Do máy khoan làm việc dưới mặt đất vì thế tại vị trí mở đầu cần xây dựng một giếngđứng dùng để tiến hành lắp ráp Còn tại điểm cuối lại cần xây dựng một giếng đứng nữa

để tháo dỡ và cẩu lên mặt đất Ngoài ra, vào giữa tuyến đường hầm hoặc tại vị trí đườngcong có bán kính nhỏ cần xây dựng giếng đứng trung gian để kiểm tra sửa chữa vàchuyển hướng

Mặt bằng công trường để lắp đặt và vận hành máy TBM yêu cầu phải có đủ diện tíchlớn, các đường dẫn vào công trường đủ rộng để lưu hành thiết bị và vận chuyển vật liệuđào

Trong giếng đứng lắp ráp bố trí sàn lắp ráp Sàn lắp ráp khiên bình thường bằng kếtcấu thép và kết cấu bê tông cốt thép Trên sàn được đặt đường ray để chịu trọng lượngkhiên và các tải trọng khác khi khiên di chuyển Hai thanh ray đỡ khiên phải lắp ráp kiên

cố, phương hướng chuẩn xác bảo đảm cho khiên không phát sinh lúc lắc đong đưa khikích được đẩy lên và dễ dàng khi đẩy lên Khoảng cách giữa hai ray lớn hay nhỏ dođường kính khiên quyết định, mặt ray cao bao nhiêu do thiết kế đường hầm và yêu cầuthi công quyết định.

2 Đào/cắt đất đá (bao gồm cả phương pháp chống đỡ)

Công tác chống đỡ được thực hiện theo trình tự phù hợp, có chú ý đến điều kiện đất

đá, ngay sau khi khai đào để sớm phát huy khả năng chống đỡ của đất đá xung quanh.Khi dùng bê tông phun cùng với hệ thống chống đỡ bằng thép làm hệ thống chống đỡban đầu phải phun bê tông cẩn thận để cho mặt sau của hệ thống chống đỡ bằng thépkhông có chỗ hở Nếu có lỗ hở trên hệ thống chống đỡ bằng thép thì phải trám lại bằng

xi măng nhão, v v… Khi xây dựng các hệ thống chống đỡ cần xác định trình tự xâydựng để cho chức năng của mỗi bộ phận thể hiện đầy đủ trong sử dụng thực tế nhằm đạthiệu quả của toàn thể hệ thống chống đỡ với sự quan tâm đúng mức đến các điều kiệnđất đá

Trong điều kiện đất đá yếu thì phải phun bê tông ngay sau khi khai đào để giảm đếntối thiểu sự sập gương và làm xáo động vùng xung quanh

Trong khi thực hiện công việc chống đỡ, gặp những trường hợp có các điều kiệnchống đỡ không bình thường thì phải gia cố ngay Chỗ nào dự đoán có nhu cầu gia cốhoặc một việc tương tự như vậy được dự đoán thì phải dành máy móc và vật tư để ứngphó ngay với việc đó Khi có yêu cầu thay thế các hệ thống chống đỡ thì phải áp dụng

NHÓM 7_KX11B 13

các biện pháp cần thiết sau khi xem xét độ an toàn của công việc và sự dịch chuyển cóthể có sau đó do sự thay thế này gây ra.

2.1 Bê tông phun:

Có hai loại bê tông phun: phương pháp trộn khô và phương pháp trộn ướt Sự khác nhaugiữa hai phương pháp là sản xuất loại bê tông trộn và bê tông trát Phương pháp đượcchọn sẽ phụ thuộc vào ưu điểm và nhược điểm, quy mô xây dựng, các điều kiện, khốilượng bê tông phun, v v

Để cải thiện cường độ của bê tông phun chống lại sự hư hỏng cục bộ và ngăn ngừa

bê tông bong ra, nên dùng bê tông có cốt là sợi thép trộn với sợi Cũng nên dùng nhữngphương pháp ít tạo bụi và ít bắn tung toé, rơi vãi bằng cách kiểm soát lượng nước thíchhợp trên bề mặt của cốt liệu và xi măng trộn, v v…

Máy phun bê tông được lựa chọn trên cơ sở áp suất bơm, lưu lượng bơm phù hợp vớilượng bê tông phun một lần và các điều kiện của đất đá

Mục Phương pháp phun bê tông khô Phương pháp phun bê tông ướtQuản lý bê Điều chỉnh tỉ số nước/xi măng khi Quản lý tương tự như bê tông

Sơ đồ hệ thống các phương pháp phun bê tông

tông hàm lượng nước trong cốt liệu ảnh

hưởng đến trộn

thường Phải chú ý đến độ sụt, thể tích bê tông phun và áp suất phun bê tông

Khoảng cách

vận chuyển

Có thể đến 300m, nhưng tốt nhất nêngiới hạn ở 150-200 m

Khoảng vận chuyển bằng máy bơm thường có thể đến 100 m

Bụi, Bong ra Thường là khối lượng lớn, nhiều Thường là khối lượng nhỏ, ít

Dễ dàng lau chùi thiết bị Phù hợp đểchia mặt cắt có diện tích nhỏ thành nhiều phần và phun bê tông từng phần

Tầm quan trọng của việc quản lý độ sệt Giữa trộn và phun bê tông có một khoảng thời gian giới hạn

Cần phải lau chùi máy móc khi phun

bê tông xong hoặc bị gián đoạn.Cần phải thải nước rửa đã dùng tại xưởng trộn và phun bê tông

 Những công việc phun bê tông:

Phun bê tông cần được thực hiện càng sớm càng tốt, sau khi khai đào và dọn hết đất

đá vỡ vụn, v v Trường hợp dùng lưới thép thì phải bắt chặt lưới lên bề mặt đất đá Khiphun bê tông phải giữ vòi phun thẳng góc với bề mặt, đầu dây phun cách bề mặt mộtkhoảng phù hợp, bê tông phun với vận tốc va chạm hợp lý để cho lượng bê tông rơi vãi

ít nhất có thể Phải điều khiển thao tác để ngăn ngừa bê tông bị tắc Phun bê tông phảilàm cho bề mặt khai đào gồ ghề trở thành bằng phẳng, khi dùng hệ thống chống đỡ bằngthép thì phải phun bê tông cẩn thận để cho bê tông và hệ thống chống đỡ bằng thép hòanhập với nhau Nơi nào cần thiết thì phải áp dụng các biện pháp khử bụi và công nhânphải có trang phục bảo hộ lao động tại nơi phun bê tông Ở những nơi có dòng nướcchảy vào hầm thì phải áp dụng những biện pháp phù hợp khi phun bê tông

NHÓM 7_KX11B 15

2.2 Neo đá:

Công tác khoan lỗ đặt neo đá chiếm một tỉ lệ lớn trong chu kỳ khai đào, do đó máykhoan phải làm việc hiệu quả và được lựa chon phù hợp với các điều kiện đất đá, kíchthước và hình dạng mặt cắt đường hầm, phương pháp khai đào, loại, chiều dài và sốlượng neo đá Để lắp neo đá vào lỗ khoan thường dùng các máy khoan đặt trên cột cócác bộ gá hoặc búa kiểu cuốc chim với mũi choòng Khi phải dùng vữa xi măng để làmchất dính kết hoàn toàn thì trên giàn máy khoan có lắp máy bơm và máy trộn vữa Cácmáy bơm thủy lực hoặc máy khác được sử dụng vào việc kéo dài neo đá nhằm tạo ra sựliên kết ma sát

Khoan lỗ để neo đá bằng cần và mũi khoan phù hợp được xác định trước theo vị trí,hướng, chiều sâu và đường kính Để bảo đảm đường kính lỗ khoan đã xác định trước đòihỏi phải chọn cần khoan và mũi khoan phù hợp Đặc biệt đối với đá mềm hoặc đất phảicảnh báo rằng đường kính lỗ khoan thực tế có xu hướng rộng quá mức buộc phải dùng

Phương pháp phun bê tông ở nơi dòng nước chảy vào hầm.