Nghiên cứu thiết kế đầu khoan theo công nghệ khoan kích ngầm

Việc sử dụng máy khoan và lắp đặt cống ngầm với điều khiển định vị tự động giảm đáng kể chi phí thi công, đem lại hiệu quả kinh tế lớn, giảm thiểu mặt bằng thi công, giảm thời gian thi c

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Dương Minh Tâm

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 29 tháng 07 năm 2013

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS TS Thái Thị Thu Hà

2 PGS TS Trần Thiên Phúc

3 TS Dương Minh Tâm

4 TS Lưu Thanh Tùng

5 TS Nguyễn Văn Giáp

Xác nhận của Chủ Tịch Hội đồng dánh giá LV và trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được chỉnh sửa (nếu có)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

- -oOo -

Tp HCM, ngày 21 tháng 01 năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Nguyễn Minh Ngọc Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 26/09/1988 Nơi sinh : TX Tây Ninh, Tỉnh Tây Ninh Chuyên ngành : Chế tạo máy

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2011

1- TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên Cứu Thiết Kế Đầu Khoan Theo Công Nghệ Khoan Kích Ngầm

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Nghiên cứu công nghệ Khoan Kích Ngầm – Pipe Jacking

- Tính toán và thiết kế đầu khoan theo công nghệ Khoan Kích Ngầm

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/01/2013

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 21/06/2013

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Dương Minh Tâm

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

LỜI CẢM ƠN

Những kiến thức, những kỹ năng mà chúng ta được trang bị chính là hành trang vững chắc để mỗi chúng ta vững bước trên đường đời Để có được những hành trang ấy, bản thân

em cũng đã phải trải qua biết vô vàng khó khăn trong cuộc sống, cộng với sự hỗ trợ hết mình

từ phía gia đình, thầy cô, bạn bè Chính sự hỗ trợ của ba mẹ, của các thầy cô và bạn bè đã giúp em hoàn thành bài luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn thầy Dương Minh Tâm đã luôn hỗ theo sát và hỗ trợ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn Em cũng xinh chân thành cảm ở thầy Đặng Văn Nghìn đã tạo điều kiện cho em được tiếp cận đề tài và tài liệu về luận văn này

Đồng thời em cũng xin cảm ơn Công Ty TNHH MTV Thoát Nước Đô Thị Thành Phố

Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho em được tiếp cận thiết bị thực tế

Cuối cùng em xin cảm ơn ba, mẹ, anh, chị và những người thân đã tạo điều kiện tốt nhất và là chỗ dựa tinh thần vũng chắc cho em trong suốt thời gian vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 6 năm 2013

Học Viên

hợp cho việc thi công ở độ sâu ngắn, nằm ngay gần mặt đất

Ngoài ra, giải quyết tình trạng ngập lụt tại các thành phố lớn nói chung và đối với Tp HCM nói riêng là một trong những nhiệm vụ trọng tâm cần giải quyết UBND Tp HCM đã khẳng định đây là nhiệm vụ cấp bách cần giải quyết, và giải pháp là xây dựng các hệ thống cống ngầm để thoát nước Hiện nay, Tp.HCM đã thực hiện nhiều dự án về cống ngầm mà

tiêu biểu là dựa án thoát nước lưu vực kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè

Việc thi công lắp đặt cống ngầm ở độ sâu (8-30m) nằm phía dưới những công trình điện - viễn thông, nước sinh hoạt và nước thải bắt buộc phải sử dụng máy khoan cống ngầm dưới mặt đất Việc thi công các cống lớn ở chiều sâu hiện nay gặp nhiều khó khăn và chi phí

rất lớn

Việc sử dụng máy khoan và lắp đặt cống ngầm với điều khiển định vị tự động giảm đáng kể chi phí thi công, đem lại hiệu quả kinh tế lớn, giảm thiểu mặt bằng thi công, giảm thời gian thi công, giảm thiểu yêu cầu di dời các công trình kỹ thuật hạ tầng, đảm bảo an toàn cho các công trình lân cận dọc tuyến cống, giảm thiểu khối lượng tái lập mặt đường, hạn chế

hơn về công nghệ khoan kích ngầm, tạo tiền đề cho việc chế tạo thiết bị trong nước và ứng

dụng thiết bị này vào thực tế

Đề tài “Nghiên cứu thiết kế đầu khoan theo công nghệ khoan kích ngầm” được trình bày

trong 6 chương:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ và thiết bị khoan kích ngầm Chương này giới thiệu tổng quan về các công nghệ và thiết bị thi công cống ngầm đã và đang được sử dụng

trên thế giới, đặc biệt là công nghệ và các thiết bị trong công nghệ Khoan kích ngầm

Chương 2: Các đặc tính cơ lí của đất và đặc điểm địa chất Tp.HCM

Chương 3: Cơ sở lí thuyết của tính toán thiết bị

Chương 4: Tính toán cụ thể các thông số làm việc

Chương 5: Thiết kế đầu khoan theo công nghệ khoan kích ngầm

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Các mục tiêu của luận văn được thể hiện rõ thông qua nội dung của luận văn Luận văn đã xây dựng được đường lối thiết kế đầu khoan theo công nghệ khoan kích ngầm, từ đó

ABSTRACT

In big cities like Ho Chi Minh City, development of support systems for urban life such as water pipelines, sewer lines, gas pipelines, power pipelines and media information is being focused on The projects are mostly constructed by trenching method so even simplest form, low-cost but difficult to manage Meanwhile, construction is prolonged, causing urban landscape, resulting patchwork way However, the biggest drawback of trench method is only suitable construction in the short depth, is located near the ground

Also, solving flood status in large cities in general and for Ho Chi Minh city in particular is one of the key tasks to be solved Ho Chi Minh City People’s Committee has confirmed that this is an urgent task to solve, and the solution is to build the sewer system to drain At present, HCMC has performed many of the sewer project, typically project of drainage basin Nhieu Loc - Thi Nghe

Construction of a tunnel’s installation at depth (8-30m) is located below projects of power - telecommunications, water and waste water required to use underground drill sewer machines Construction of the large drain in current deep that have difficulties and great expense

Using of drilling machine and installation of sewers with automatic positioning control reduce construction costs significantly, provide greater economic efficiency, minimize work site, reduce construction time and minimize required relocation of infrastructure projects, ensure safety of the neighboring buildings along the drain, reducing the volume of re-establishing the road, limiting congestion

Problem of construction sewer by underground drilling machines, especially cutter head of pipe jacking technology has many research and application widely in the world, but

in Vietnam this problem is new Therefore, thesis "Research design cutter head is based on pipe jacking technology" is done with the purpose to find out more details about pipe

jacking technology, set the stage for fabrication of domestic devices and application this device in practice

Project "Research design cutter head is based on pipe jacking technology" is

presented in six chapters:

Chapter 1: Overview of technology and pipe jacking equipments This chapter introduces overview of technology and sewer construction equipment has been used around the world especially in Pipe Jacking Technology

Chapter 2: Mechanical - Physical characteristics of soil and geological characteristics of Ho Chi Minh City

Chapter 3: Theoretical basis of computing devices

Chapter 4: Calculate specific working parameters

Chapter 5: Design cutter head is based on pipe jacking technology

Chapter 6: Conclusions and recommendations

The aim of thesis is clearly demonstrated through the contents of the thesis Thesis has built the designing way cutter head based on pipe jacking technology, since then provides the basis for future research

LỜI CAM KẾT

Tôi tên: NGUYỄN MINH NGỌC

Học viên lớp: Cao học công nghệ chế tạo máy K2011

Mã số học viên: 11040394

Theo quyết định giao đề tài luận văn cao học của Phòng đào tạo Sau đại học, Đại học

Bách khoa Tp.HCM, tôi đã thực hiện luận văn cao học với đề tài “Nghiên cứu thiết kế đầu

khoan theo công nghệ khoan kích ngầm” dưới sự hướng dẫn của TS Dương Minh Tâm từ

ngày 05/01/2013 đến ngày 21/06/2013

Tôi cam kết đây là luận văn cao học do tôi thực hiện Tôi đã thực hiện luận văn theo đúng quy định của Phòng đào tạo Sau đại học, Đại học Bách Khoa Tp.HCM và theo sự

hướng dẫn của TS Dương Minh Tâm

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam kết trên đây Nếu có sai phạm trong quá trình thực hiện luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Tp Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 06 năm 2013

Học Viên

Nguyễn Minh Ngọc

MỤC LỤC

Trang

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ KHOAN KÍCH NGẦM 1

A TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG CỐNG NGẦM 1

1.1 Các công nghệ thi công cống ngầm trên thế giới 1

1.2 Đặc điểm của công nghệ và thiết bị thi công ngầm 4

1.3 Quy trình lựa chọn và chỉ tiêu đánh giá tính hiệu quả của thiết bị 5

1.4 Phân loại và đặc điểm của các thiết bị thi công toàn tiết diện đường hầm 7

B CÔNG NGHỆ VÀ HỆ THỐNG THI CÔNG CỐNG NGẦM THEO CÔNG NGHỆ KHOAN KÍCH NGẦM – PIPE JACKING LỰA CHỌN ĐẦU KHOAN THIẾT KẾ 18

1.5 Mô tả hệ thống thi công cống ngầm theo công nghệ Khoan Kích Ngầm 18

1.6 Nguyên lý làm việc của hệ thống 20

1.7 Phân tích và lựa chọn cấu tạo đầu khoan chính của thiết bị 21

1.8 Lựa chọn cấu tạo đầu khoan chính của thiết bị 29

CHƯƠNG 2: CÁC ĐẶC TÍNH CƠ LÝ CỦA ĐẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT Ở TP HỒ CHÍ MINH 31

2.1 Các đặc tính cơ lý chính của đất 31

2.1.1 Thành phần hạt 31

2.1.2 Cấu tạo ba thể của đất 31

2.1.3 Trọng lượng riêng 31

2.1.4 Độ ẩm 31

2.1.5 Độ bết dính của đất 31

2.1.6 Độ tơi của đất 32

2.1.7 Ma sát đất và đất, sức chống cắt cực đại 32

2.1.8 Lực ma sát giữa đất và thép (ma sát ngoài) 33

2.1.9 Ứng suất và biến dạng của đất 33

2.2 Đặc điểm địa chất ở khu vực TP Hồ Chí Minh 33

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỦA THIẾT BỊ 36

3.1 Cơ sở lý thuyết cắt phá đất đá 36

3.1.1 Một số lý thuyết tính toán quá trình phá vỡ đất đá bằng lưỡi cắt 36

3.1.2 Một số lý thuyết tính toán quá trình phá vỡ đất đá bằng đĩa cắt 38

3.2 Cơ sở lý thuyết tính toán áp lực đất tác dụng lên đầu khoan 40

3.2.1 Phương pháp xác định áp lực thủy tĩnh của đất lên đầu khoan 40

3.2.2 Tính toán áp lực của đất theo lý thuyết áp lực đất của C.A.Coulomb 40

3.2.3 Tính toán áp lực của đất theo lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố 41

3.2.4 Tính toán áp lực đất tác dụng lên đầu khoan theo nghiên cứu của George Milligan & Paul Norris [14] 41

3.2.5 Tính toán áp lực của đất theo lý thuyết V.V.Xoclovski 42

3.3 Cơ sở lý thuyết tính toán tốc độ thi công của đầu khoan 42

3.3.1 Lý thuyết tính toán của S Kahraman, N Bilgin, C Feridunoglu [16] 42

3.3.2 Lý thuyết tính toán của T Ramamurthy 43

3.4 Cơ sở lý thuyết tính toán bước tiến của đầu khoan 44

3.5 Cơ sở lý thuyết nghiền đất đá 45

3.6 Cơ sở lý thuyết tính toán lực đẩy ống và ứng suất trong ống 47

3.6.1 Cơ sở lý thuyết tính toán lực đẩy ống 47

3.6.2 Cơ sở lý thuyết về áp lực tác dụng lên ống 50

3.7 Cơ sở lý thuyết tính toán hệ thống vận chuyển bùn loãng [4] 55

3.8 Cơ sở lý thuyết tính toán các thông số khác của đầu khoan 56

3.8.1 Tính toán khoảng cách giữa các lưỡi cắt- [15] 56

3.8.2 Tính toán số lượng lưỡi cắt 56

3.8.3 Tính toán tốc độ quay của đầu khoan 57

3.8.4 Tính toán momoen xoắn của cụm đĩa khoan 57

3.8.5 Tính toán công suất dẫn động cụm đĩa cắt 57

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA ĐẦU KHOAN 58

4.1 Sơ đồ khối quy trình tính toán và thiết kế đầu khoan 58

4.2 Tính toán các thông số chính 58

4.2.1 Điều kiện bài toán 58

4.2.2 Các thông số của cụm đĩa khoan 59

4.2.3 Lựa chọn lưỡi cắt 59

4.2.4 Các thành phần lực cắt đất 60

4.2.5 Bước tiến của đầu khoan (mm/vòng) 60

4.2.6 Tốc độ thi công 61

4.2.7 Tốc độ quay của đầu khoan (vòng/phút): 62

4.2.8 Công suất cắt đất 62

4.2.9 Công suất nghiền vật liệu 63

4.2.10 Công suất động cơ: 65

4.2.11 Áp lực tác dụng lên đầu khoan 65

5.1.1 Cụm đĩa cắt: 67

5.1.2 Cụm nghiền: 68

5.2 Vỏ thân trước: (bản vẽ PJH – 004) 68

5.3 Vỏ thân sau: (bản vẽ PJH – 005) 69

5.4 Cụm dẫn hướng: 69

5.5 Bộ truyền động (bản vẽ PJH – 006 đến PJH – 013) 69

5.6 Tổng thể đầu khoan (bản vẽ PJH – 000) 70

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

6.1 Kết luận 72

6.2 Kiến nghị 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

PHỤ LỤC 1: CÁC LOẠI BẢNG TRA 77

PHỤ LỤC 2: DANH MỤC CÁC BẢN VẼ THIẾT KẾ 84

PHỤ LỤC 3 85

(Tổng hợp các kết quả khoan khảo sát địa chất công trình trên địa bàn Tp HCM) 85

PHỤ LỤC 4 90

(Hình ảnh thiết bị khoan kích ngầm thực tế tại công ty TNHHMTV Thoát Nước Đô Thị Tp.HCM) 90

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1.1 Phân loại công nghệ thi công cống ngầm 1

Sơ đồ 1.2 Phân loại các công nghệ trong công nghệ đào kín 3

Sơ đồ 1.3 Quy trình lựa chọn công nghệ thi công 6

Sơ đồ 1.4 Phân loại các phương pháp thi công toàn tiết diện 7

Sơ đồ 1.5 Phân loại các máy đào Shield 7

Sơ đồ 1.6 Phân loại máy đào TBM 11

Sơ đồ 1.7 Phân loại máy đào MTBM 15

Sơ đồ 1.8 Thành phần chính của hê thống thiết bị 19

Sơ đồ 1.9 Thành phần cụm đầu khoan 19

Sơ đồ 1.10 Các trạm kích thủy lực 20

Sơ đồ 1.11 Các thành phần hỗ trợ thi công 20

Sơ đồ 1.12 Các thành phần trong hệ thống định vị 20

Sơ đồ 1.13 Các thành phần trong trạm điều khiển 20

Sơ đồ 4.1 Quy trình tính toán đầu khoan 58

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Thi công đường cống ngầm bằng công nghệ đào hở tại Tp Hồ Chí Minh 1

Hình 1.2 Thi công đường cống ngầm bằng công nghệ đào hở tại tp Hồ Chí Minh dọc theo các tuyến phố 2

Hình 1.3 Ùn tắt giao thông do thi công bằng phương pháp đào hở 2

Hình 1.4 Đường hầm Thủ Thiêm vượt sông Sài Gòn 3

Hình 1.5 Phương pháp NATM 4

Hình 1.6 Máy bánh xích 4

Hình 1.7 Máy đào RH 4

Hình 1.8 Khiên đào RH 5

Hình 1.9 MáyKhoan hầm TBM 5

Hình 1.10 Hệ thống thiết bị máy đào MTBM 5

Hình 1.11 Mô hình shield đào bằng tay 8

Hình 1.12 Mô hình shield đào một phần bằng máy 8

Hình 1.13 Mô hình shield đào bằng máy 8

Hình 1.14 Mô hình shield đào điều chỉnh độ đóng mở 9

Hình 1.15 Mô hình shield đào dùng áp lực đất 9

Hình 1.16: Mô hình shield đào dùng áp lực đất bùn 10

Hình 1.17 Mô hình shield đào dùng áp lực nước bùn 10

Hình 1.18 Máy Gippers TBM 12

Hình 1.19 Cấu tạo máy slurry TBM 12

Hình 1.20 Máy Mix shield TBM 12

Hình 1.21 Cấu tạo máy khoan hầm cân bằng 13

Hình 1.22 Cấu tạo máy khoan hầm khiên đơn 13

Hình 1.23 Cấu tạo máy khoan hầm khiên đôi 13

Hình 1.24 Thi công hầm bằng phương pháp ghép tấm 14

Hình 1.25 Thi công hầm bằng phương pháp phun bêtông 14

Hình 1.26 Máy khoan HDD 15

Hình 1.27 Máy khoan loại Direct pipe 16

Hình 1.28 Máy khoan theo phương pháp Pipe jacking 16

Hình 1.29 Cấu trúc các thành phần trong hệ thống thi công theo phương pháp Pipe Jacking 18 Hình 1.30 Cấu tạo đầu khoan loại A 21

Hình 1.31 Cấu tạo đầu khoan loại B 22

Hình 1.32 Cấu tạo đầu khoan loại C 24

Hình 1.33 Cấu tạo đầu khoan loại D 25

Hình 1.34 Cấu tạo đầu khoan loại E 26

Hình 1.35 Cấu tạo đầu khoan loại F 28

Hình 1.36 Lựa chọn đầu cắt ứng với các khu vực địa chất khác nhau 29

Hình 3.1: Sự tạo thành phoi cắt và khối lăn do lưỡi cắt ứng với các loại đất 36

Hình 3.2 Thông số hình học của lưỡi cắt và lực cản cắt 36

Hình 3.3: Ứng suất tạo ra trong quá trình làm việc của đĩa cắt 38

Hình 3.4 Thành phần lực tác dụng lên đĩa cắt 39

Hình 3.5 Áp lực tác dụng lên đầu khoan 41

Hình 3.6 Mô hình tính toán áp lực tác dụng lên ống 48

Hình 3.7 Quá trình mất ổn định trong quá trình đẩy ống 49

Hình 3.8 Phân tích quá trình mất ổn định khi đẩy ống 49

Hình 3.9 Lực tác dụng lên ống trong quá trình thi công 50

Hình 3.10 Phân tích lực tại giao tuyến giữa 2 ống 50

Hình 3.11 Phân tích lực tác dụng lên đoạn ống đầu 52

Hình 3.12 Phân tích lực tác dụng lên đoạn ống theo mặt cắt ngang 53

Hình 3.13 Phân tích lực tác dụng lên đoạn ống trung gian 53

Hình 3.14 Phân tích lực tác dụng lên đoạn ống cuối 53

Hình 4.1 Lưỡi cắt 009.274.00 của hãng Palmieri 59

Hình 4.2 64

Hình 5.1 Cấu tạo cụm đĩa cắt 67

Hình 5.2 Lưỡi cắt 67

Hình 5.3 Thân đĩa cắt 68

Hình 5.4 Má nghiền 68

Hình 5.5 Vỏ thân trước 69

Hình 5.6 Vỏ thân sau 69

Hình 5.7 Động cơ và hộp giảm tốc 70

Hình 5.8 Trục ghép vành răng 70

Hình 5.9 Bộ truyền động 70

Hình 5.10 Bộ truyền động được lắp vào thân máy 70

70

Hình 5.11: Hình dạng tổng thể đầu khoan 70

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 1.1 Quan hệ giữa chi phí và chiều dài giữa các công nghệ thi công 6

Biểu đồ 3.1 Quan hệ giữa PR và c 42

Biểu đồ 3.2 Quan hệ giữa PR và t 43

Biểu đồ 3.3 Quan hệ giữa PR và E 43

Biểu đồ 4.4 Quan hệ giữa DRI và các nhóm đất đá 44

Biểu đồ 4.1 Tính toán lực Fcx theo K1 60

Biểu đồ 4.2 Bước tiến đầu khoan i 61

Biểu đồ 4.3 Tốc độ thi công theo c 61

Biểu đồ 4.4 Quan hệ giữa cvà RPM 62

Biểu đồ 4.5 Công suất dẫn động cụm đĩa cắt 63

Biểu đồ 4.6 Công suất nghiền 65

FC – Lực cắt ngang thành phần phụ thuộc vào hướng chuyển động của dụng cụ cắt

FN – Lực cắt đứng thành phần tác động tới bề mặt đất đá theo độ xuyên sâu

F – Lực cắt tạo bởi dụng cụ cắt lên khối đá

– Góc cắt của lưỡi dao

– Áp lực thủy tĩnh trong khu vực cắt

- Khoảng cách từ tâm đến khối lượng trung bình của đĩa cắt

- Công suất cần cung cấp

rd - Tốc độ quay của đĩa cắt

- Áp lực hướng đứng do tải tập trung gây ra

Tq – Momen đầu khoan

RPM – Tốc độ quay của đầu khoan

Vmax – Tốc độ cho phép của đĩa cắt

i – Tốc độ đào cơ bản

PR – Tốc độ thi công

M – Lực đẩy trung bình của lưỡi cắt

Kc – Hệ số cắt

in – Mức phân chia vật liệu

Dvl – Kích thước ban đầu của cục vật liệu

dvl – Kích thước sau khi nghiền

A – Công riêng tiêu tốn cho việc nghiền

k – Hệ số không đổi

ktl – Hệ số tỉ lệ

ΔV – Thể tích biến hình của cục vật liệu bị phá

Δl – Biến dạng của vật

σ - Ứng suất xuất hiện khi biến dạng

l – Chiều dài ban đầu của vật liệu biến dạng

F – Diện tích mặt cắt của vật liệu

Phead - Lực cần thiết để di chuyển đầu cắt

Pfriction – Lực đẩy hệ thống ống di chuyển

– Lực đẩy cần thiết của ống thứ 1

– Lực đẩy cần thiết trên ống thứ 2

- Lực ma sát giữa thành ống với dung dịch bôi trơn

– Hệ số tại do lực đẩy lệch tâm

– Áp lực tĩnh bên trên thàng ống

- Áp lực tĩnh bên dưới thành ống

- Áp lực ngang ở 2 bên thành ống

– Tải trọng đất

– Diện tích tiếp xúc giữa phần đệm và bề mặt ống

– Hệ số tải trong quá trình đẩy ống

– Chiều rộng lớn nhất của hầm khoan

- Khối lượng trên một đơn vị đất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ KHOAN KÍCH NGẦM

A TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG CỐNG NGẦM

1.1 Các công nghệ thi công cống ngầm trên thế giới

Cho đến nay có rất nhiều công nghệ thi công cống ngầm khác nhau đã được áp dụng, song có thể phân thành hai công nghệ xây dựng chính là : công nghệ đào hở, còn gọi là đào

lộ thiên/đào và lấp (Trench Technique) và công nghệ đào kín (Trenchless Technique/No-dig)

Mỗi công nghệ đều có những phạm vi áp dụng thay đổi tuỳ theo rất nhiều yếu tố

Ngoài ra, ngày nay để đáp ứng nhu cầu xây dựng các công trình ngầm, người ta còn áp dụng công nghệ hầm dìm (đánh chìm hầm) để thi công các công trình ngầm dưới nước

Sơ đồ 1.1 Phân loại công nghệ thi công cống ngầm

1.1.1 Công nghệ đào hở

Công nghệ đào hở là một thuật ngữ chỉ các công nghệ xây dựng cống ngầm mà người ta xây dựng cống ngầm bằng cách đào từ mặt đất tự nhiên đến cao độ đáy công trình ngầm, thi công rồi lấp phủ công trình ngầm Công nghệ này có những nhược điểm :

Công nghệ đào hở đòi hỏi khối lượng đào đắp rất lớn, phá vỡ cảnh quan khu vực xây dựng, đặc biệt là khi công trình đặt khá sâu so với mặt đất;

Chiếm đất nhiều, ồn và dễ gây ách tắc giao thông (thực tế đã chứng minh có rất nhiều vấn đề nảy sinh khi thi công hầm chui nút Kim Liên và hầm bộ hành ở nút Ngã Tư Sở: vấn

đề ách tắc giao thông, nhà dân sát với công trình thi công bị nghiêng, nứt…);

Công nghệ thi công cống ngầm

Công nghệ đào

hở (đào và lấp )

Công nghệ đào kín

Công nghệ hầm dìm

Sự hạn chế trong khi vạch tuyến : phải bám theo các tuyến phố hiện hữu, đặc biệt bán kính cong nhỏ khi xây dựng tuyến tàu điện ngầm, nếu công trình thi công sát với móng công trình hiện có thì phải tiến hành gia cố chống đỡ những công trình này gây tốn kém;

Hình 1.2 Thi công đường cống ngầm bằng công nghệ đào hở tại tp Hồ Chí Minh dọc

theo các tuyến phố

Vấn đề giải phóng mặt bằng dành chỗ cho công trường xây dựng, tổ chức lại các tuyến giao thông, ồn, chấn động…là những vấn đề kinh tế-xã hội khó giải quyết nhanh gọn để công trình khởi công đúng thời hạn

Hình 1.3 Ùn tắt giao thông do thi công bằng phương pháp đào hở

1.1.2 Công nghệ hầm dìm

Công nghệ hầm dìm là một thuật ngữ dùng để chỉ công nghệ thi công các công trình ngầm dưới nước bằng cách đánh chìm các đoạn đường hầm - đã được thi công sẵn trên bờ - tại vị trí cần thi công

Đây là một kỹ thuật khá phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao, hiện công nghệ này đang được áp dụng rộng rãi trên thế giới trong việc xây dựng các đường hầm vượt sông và vượt biển Công nghệ này cũng đã được áp dụng để thi công đường hầm Thủ Thiêm vượt sông Sài Gòn

Hình 1.4 Đường hầm Thủ Thiêm vượt sông Sài Gòn

1.1.3 Công nghệ đào kín (công nghệ thi công ngầm )

Khác với công nghệ đào hở, công nghệ đào kín không đào từ trên mặt đất xuống mà đào ngầm trong lòng đất để tạo ra các hang đào, sau đó cống ngầm sẽ được xây dựng ở trong các hang đào này

Công nghệ này tỏ ra rất hiệu quả khi xây dựng các cống ngầm đô thị đặt sâu, đặc biệt là khi xây dựng các cống ngầm có mặt cắt ngang tròn hoặc hình chữ nhật Tùy theo dạng công trình là loại trọng lực hay loại áp lực mà lựa chọn công nghệ cho phù hợp

Sơ đồ 1.2 Phân loại các công nghệ trong công nghệ đào kín

Máy khoan hầm TBM

Máy đào

RH

Máy khiên đào SM tunneling Micro

1.2 Đặc điểm của công nghệ và thiết bị thi công ngầm

nổ mìn thì phương pháp này thi công chủ yếu bằng khoan, đào, móc từng phần sau đó gia cố lại bằng lớp bê tông cốt thép

là máy đào liên hợp chuyên dùng cho thi công đường hầm

Máy khiên đào

Shield

- SM là một thiết bị vừa thi công vừa chống đỡ vừa gia cố, có thể đào bằng sức người hoặc tổ

- Sự khác biệt lớn giữa phương pháp này so với các phương pháp

Machine (SM) hợp máy RH hoặc sử dụng đầu khoan

Hình 1.8 Khiên đào RH

trên là thi công toàn tiết diện, vừa thi công vừa chống đỡ

Hình 1.9 MáyKhoan hầm TBM

- Tương tự như phương pháp dùng máy SM, TBM là thiết

bị thi công toàn tiết diện, được điều khiển

và cơ giới hóa hoàn toàn, có khả năng thi công các đường hầm lớn

1.3 Quy trình lựa chọn và chỉ tiêu đánh giá tính hiệu quả của thiết bị

Sơ đồ 1.3 Quy trình lựa chọn công nghệ thi công

- Mục đích sử dụng là công dụng của đường hầm sau khi thi công: đường hầm giao thông, đường ống dẫn nước, đường dây điện ngầm…

- Các yếu tố ảnh hưởng: ở đây ta chia thành 3 nhóm yếu tố chính:

+ Kích thước đường hầm bao gồm: đường kính, chiều dài, hình dạng…

Biểu đồ 1.1 Quan hệ giữa chi phí và chiều dài giữa các công nghệ thi công

+ Đặc điểm của đường hầm bao gồm: chiều sâu hầm, độ cong hầm…

+ Yếu tố xung quanh bao gồm: các công trình xung quanh, môi trường, tiếng ồn…

- Điều kiện thi công: ở đây ta nói đến điều kiện địa chất khu vực được thi công bao gồm: thi công qua đồi núi, thi công hầm dưới vùng nước, thi công trong đô thị…

Các chỉ tiêu đánh giá tính hiệu quả của công nghệ:

- Để chọn được công nghệ thi công hợp lý, thì việc đánh giá tính hiệu quả cũng rất quan trọng Ở đây, ta có 5 chỉ tiêu chính:

+ Vốn đầu tư thiết bị

+ Chi phí thi công

Mục đích sử dụng

Các yếu tố ảnh hưởng

Điều kiện thi công

Phương pháp thi công

+ Năng suất thi công

+ Tính an toàn

+ Phù hợp điều kiện địa chất phức tạp

1.4 Phân loại và đặc điểm của các thiết bị thi công toàn tiết diện đường hầm

Sơ đồ 1.4 Phân loại các phương pháp thi công toàn tiết diện

1.4.1 Máy khoan đào Shield Machine

+ Đào hầm theo phương pháp SHIELD là phương pháp đào và gia cố hầm trong lòng đất từ cứng đến mềm Đây là một hệ thống máy đào gồm các kích ngầm để vừa đào và vừa tiến về phía trước, phía sau là hệ thống lắp ráp các tấm vỏ hầm

+ Phương pháp đào này được kỹ sư người pháp M.I.Brunel phát minh năm 1818 và được áp dụng để đào hầm xuyên qua sông Thames ở Luân Đôn Sau nhiều cải tiến để hoản thiện hơn và được áp dụng rộng rãi ở Châu Âu từ cuối thế kỷ XIX

+ Phân loại máy Shield Machine (SM):

Sơ đồ 1.5 Phân loại các máy đào Shield

+ Đặc điểm các loại máy Shield Machine (SM):

Là loại máy có chi phí đầu tư nhỏ nhất, thích hợp cho địa

PP thi công toàn tiết diện

Máy khoan hầm TBM

Máy khiên đào

Máy đào SHIELD Shield mở

Mở một phần

Đào bằng máy

Điều chỉnh

độ mở

Shield đóng

Dùng áp lực đất

Dùng áp lực đất Dùng áp lực đất bùn

Dùng áp lực nước bùn

Đào hoàn toàn bằng tay

Hình 1.12 Mô hình shield đào một phần bằng máy

Đào bằng máy

Đây cũng là phương pháp thích hợp cho loại đất cứng tốt và

có chiều dài hầm lớn Vì máy đào hoàn toàn cơ giới hóa, máy vừa đào vừa được đẩy về phía trước và có hệ thống băng tải đưa đất đá ra ngoài nên tốc độ thi công nhanh, nhưng chi phí đầu tư cao và khả năng bảo trì phức tạp hơn

Hình 1.13 Mô hình shield đào bằng máy

Đào bằng máy có điều

Hình 1.14 Mô hình shield đào điều chỉnh độ đóng mở

Hình 1.15 Mô hình shield đào dùng áp lực đất

Đào bằng máy dùng áp

lực đất bùn

Để cải thiện tính lưu động của đất đào thì nước bùn được bơm vào lớp đất trước mặt đất đào để cải thiện tính lưu động và tính chống thấm của lớp đất Loại này có thể thích nghi cho cả loại đất sỏi, cát có độ thấm cao

Hình 1.16: Mô hình shield đào dùng áp lực đất bùn

Đào bằng máy dùng áp

lực nước bùn

Là lọai máy shield mà nước bùn được bơm vào khoang chứa

và tạo áp lực lớn hơn áp lực đất trước mặt cắt Do tác dụng ép của nước bùn, mặt đất phía trước mặt cắt sẽ được tạo một màn bùn hoặc một lớp đất thấm bùn nên tạo tính an định cho mặt cắt Đất đào được đưa ra theo sự tuần hoàn của nước bùn Vì đất trước mặt có pha trộn nước bùn nên dao cắt cũng ít mòn hơn

Hình 1.17 Mô hình shield đào dùng áp lực nước bùn + Phương pháp đào shield có thể áp dụng cho những công trình sau:

Hầm cấp thoát nước:

Hầm dây điện và các loại cáp thông tin

Ống gas

Hầm đường sắt, đường bộ…

+ Thích hợp với các loại điều kiện địa chất sau:

Đất sét yếu có tính lưu động cao

Lớp cát hoặc lớp đất đá dễ sụp lỡ

Lớp cát hoặc đất đá có nước ngầm hoặc nước chịu áp lực cao

Lớp đất phức tạp gồm cả đất mềm yếu và đất cứng…

+ Ưu điểm:

Trong quá trình thi công ít ảnh hường đến các kết cấu bên trên

Có thể thi công trong lòng đất sâu

Không gây ra tiếng ồn, chấn động

Thời gian thi công nhanh và có nhiều lợi ích về kinh tế

Thích hợp với các loại đường kính trung bình và nhỏ

+ Nhược điểm:

Đòi hỏi kỹ thuật chế tao và thi công cao

Phải nghiên cứu khảo sát địa chất tốt

Độ lớn công trình thi công hạn chế

1.4.2 Máy khoan hầm TBM (Tunnel Boring Machine)

+ Về cơ bản thiết bị TBM và SM tương đối giống nhau Sự khác nhau ở chổ TBM tập trung vào cấu tạo bộ phận công tác phá đá và khoan đào Còn SM tập trung vào cấu tạo vỏ bảo vệ chống đỡ

+ Lĩnh vực khoan hầm đã có một lịch sử phát triển lâu đời và vào cuối thế kỷ 20 công nghệ thi công hầm đã có một bước phát triển nhảy vọt khi máy khoan hầm TBM ra đời

+ TBM không còn là một thiết bị đơn lẻ mà nó là cả một tổ hợp các thiết bị Thiết bị TBM loại nhỏ có D<4.2m có tổng trọng lượng lên đến 700 tấn và chiều dài khoảng 140m Máy TBM lớn nhất hiện nay được chế tạo vào năm 2005 có đường kính lên đến 15.1m và tổng trọng lượng khoảng 4000 tấn và có tổng chiều dài 160m được sử dụng cho dự án ngầm

ở Madrid

+ Phân loại máy Tunnel Boring Machine (TBM):

Sơ đồ 1.6 Phân loại máy đào TBM

Earth pressure balance machine

Theo kết cấu

Single shield TBM

Double shield TBM

Theo phương pháp gia cố bê tông

Ghép các tấm bê tông đúc sẵn

Ghép khung thép và phun bê tông

+ Đặc điểm các loại máy TBM:

trong đất bùn

(Slurry TBM)

Trong máy khoan hầm loại này, việc khoan và vận chuyển đất đá

ra ngoài được thực hiện một cách liên tục Hệ thống vận chuyển này bao gồm một đường bơm và một đường xả Chu trình vận chuyển và cấp nước là 1 chu trình khép kín Thiết bị có thể thi công trong điều

kiện địa chất yếu

Hình 1.19 Cấu tạo máy slurry TBM

Máy là sự kết hợp máy khiên đơn và thiết bị kẹp

Hình 1.23 Cấu tạo máy khoan hầm khiên đôi Ghép các tấm bê Gia cố hầm bằng các tấm ốp đƣợc đúc sẵn

Hình 1.24 Thi công hầm bằng phương pháp ghép tấm

Ghép khung thép

và phun bê tông

Gia cố bê tông tại chổ bằng khối lượng bê tông được cung cấp sẵn

Hình 1.25 Thi công hầm bằng phương pháp phun bêtông

+ Đòi hỏi kỹ năng vận hành tốt

+ Do kết cấu máy phức tạp nên khả năng duy tu bảo dưỡng cũng khó

+ Bên cạnh đó năng suất làm việc cũng tương đối thấp ứng với đường kính 15m thì năng suất khoảng 50m/ 1 tháng

1.4.3 Máy khoan hầm cỡ nhỏ Microtunneling (MT or MTBM)

- Máy khoan hầm cỡ nhỏ Microtunneling được sử dụng để xây dựng những đường hầm nhỏ (đường hầm có đường kính nhỏ) Nó hoạt động tương tự như máy khoan hầm toàn tiết diện TBM nhưng để đào những đường hầm nhỏ thường có đường kính từ 250mm tới 3000mm

- Hoạt động của máy MTBM được điều khiển từ xa qua hệ thống máy tính và camera giám sát, điều chỉnh quỹ đạo thông qua hệ cảm biến, camera Đất đá được cắt bởi đầu khoan

trên có gắn những dụng cụ cắt, thiết bị nghiền và vận chuyển ra ngoài bởi bằng vít tải hay bơm áp lực cao Ống được đẩy từ phía sau máy bằng hệ thống kích đẩy

- Khi máy khoan hầm MTBM và ống được đẩy vào càng sâu thì ma sát càng tăng Vì vậy để giảm ma sát người ta thường thiết kế đường kính đầu cắt của máy lớn hơn đường kính hầm và hệ thống bơm dung dịch giảm ma sát vào khe hở giữa ống và đất đá Tùy thuộc vào địa chất, điều kiện hiện trường, đường kính hầm chiều sâu khoan và khoảng cách giữa các hố chờ mà lựa chọn máy khoan hầm MTBM phù hợp

Sơ đồ 1.7 Phân loại máy đào MTBM

- Đặc điểm các loại máy MT (MTBM):

Hình 1.26 Máy khoan HDD

- Kết cấu hệ thống đơn giản

- Năng suất cao

- Khoảng cách thi công lớn

-Đường kính thi công nhỏ: D<1.5m

Direct pipe

Phương pháp này đầu khoan đặt trước ống, đầu khoan vừa cắt vừa được đẩy đi cũng với ống

- Kết cấu hệ thống đơn giản

- Năng suất thi công cao

- Đường kính thi công nhỏ: D<2m

- Khoảng cách thi công ngắn

Máy đào MTBM

Horizontal directional

Hình 1.27 Máy khoan loại Direct pipe

Pipe jacking

Công nghệ kích ngầm là một hệ thống gồm nhiều đốt ống được lắp đặt trực tiếp ở phía sau một khiên đào, được đẩy đi bằng hệ kích thủy lực, từ một giếng kích ngầm (drive shaft/ pit) đến một giếng nhận (receiving shaft/

pit) để tạo thành một công trình ngầm trong lòng đất

Hình 1.28 Máy khoan theo phương

pháp Pipe jacking

-Đường kính thi công:

0,5<D<3m

- Tốc độ thi công tương đối nhanh

- Phù hợp nhiều điều kiện địa chất khác nhau

- Khoảng cách thi công không giới hạn

Khoảng cách giữa 2 giếng lớn 150m – 1000m

- Quỹ đạo thi công điều khiển được

- Kết cấu hệ thông tương đối phức tạp

- Vốn đầu tư ban đầu cao

1.4.4 Phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp thi công ngầm toàn tiết diện:

- Có thể thi công trong lòng đất sâu

Hiện nay loại máy này ít được ứng dụng

và có phần giống như máy TBM

- Thích hợp với vùng địa chất cứng

- Chiều dài thi công không hạn chế

- Tốc độ thi công tương đối chậm với D=15m thì tốc độ thi công khảong 50m/

Microtunne - Tốc độ thi công nhanh - Kích thước công

trình hạn chế, cho đến Thích hợp áp dụng cho các công trình

ling-MT - Vốn đầu tư hợp lý

- Ít rủi ro về sụp lún

- Kỹ thuật chế tạo, vận hành và duy tu bảo dượng cũng không quá phực tạp

- Thích hợp với điều kiện địa chất phức tạp

hiện nay D<4m

- Chiều dài thi công hạn chế

cấp thoát nước, đường dây điện ngầm, các ống vận chuyển khí ga…

* Kết luận A:

Khoan Kích Ngầm - Pipe Jacking là công nghệ phù hợp để thi công các công trình cấp thoát nước, đường dây điện ngầm với kích thước đường kính nhỏ hơn 3m trong khu vực đô thị vì những lý do sau:

- Áp dụng công nghệ đào kín nên không gây ra các vấn đề về môi trường và kinh tế xã hội (ùn tắt giao thông, ô nhiễm môi trường, sụt lún do đào lấp…)

- Vốn đầu tư hợp lý, tốc độ thi công nhanh, dễ vận hành và bảo dưỡng

Với mục đích thi công các đường ống thoát nước (có đường kính ống từ 1 đến 2m) ở

Tp Hồ Chí Minh thì công nghệ và thiết bị thi công cống ngầm cỡ nhỏ - Microtunnelling theo phương pháp Khoan Kích Ngầm - Pipe Jacking là hợp lý và kinh tế nhất

B CÔNG NGHỆ VÀ HỆ THỐNG THI CÔNG CỐNG NGẦM THEO CÔNG NGHỆ KHOAN KÍCH NGẦM – PIPE JACKING LỰA CHỌN ĐẦU KHOAN THIẾT KẾ 1.5 Mô tả hệ thống thi công cống ngầm theo công nghệ Khoan Kích Ngầm

Phương pháp kích ngầm là một kĩ thuật đào ngầm được sử dụng cho các công trình ngầm chủ yếu là các loại đường ống kỹ thuật, quá trình thi công được thực hiện bằng cách đẩy các đoạn ống có chiều dài nhất định với đường kính giới hạn Phương pháp này được sử dụng chủ yếu cho các đường hầm có đường kính nhỏ (D<3m) đặt ở chiều sâu không lớn lắm (khoảng 6-10m dưới mặt đất) và xây dựng tại những nơi mà phương pháp đào hở không thích hợp

Phương pháp kích ngầm- về bản chất, đó là “phương pháp hạ giếng ngang” Cùng cơ sở như nhau cũng có thể gọi nó là phương pháp “khiên đào mini” Bản chất phương pháp là quá trình dịch chuyển của đầu khoan được thực hiện cùng với hệ thống các đường ống được đẩy

đi trong khi đầu khoan hoạt động nhờ xy lanh thủy lực và hệ thống cảm biến định vị

Có thể thấy được các đặc điểm chính cuả kích ngầm là giá thành tương đối rẻ hơn so với khiên đào hay TBM, không làm gián đoạn giao thông, không gây lún bề mặt và vận tốc đào lớn

Hình 1.29 Cấu trúc các thành phần trong hệ thống thi công theo phương pháp Pipe Jacking

4-Thùng chứa bùn: là nới chứa bùn loãng sau khi lọc đất đá để cung cấp lại cho bơm (3) trong quá trinh thi công

5-Thiết bị lọc: là nơi sàng lọc đất đá để cung cấp lại cho thùng chưa bùn

6-Giếng ban đầu: là nơi được gia cố để chứa thiết bị đẩy hệ thống đầu khoan và ống trong quá trình thi công

7-Nguồn phát lazer: là nơi thu phát tín hiệu để truyền dữ liệu về trạm điều khiển với mục đích điểu khiển quỹ đạo hoạt động của đầu cắt

8-Trạm kích chính: được đặt bên dưới giếng ban đầu với mục đích đẩy hệ thống đầu khoan di chuyển trong quá trình thi công

9-Bơm xả liệu (hỗn hợp đất đá và nước): dùng để hút hỗn hợp đất đá sau quá trình khoan và nghiền nhỏ cùng với nước để đưa ra ngoài

10-Trạm kích trung gian: trong quá trình đẩy ống, lực tăng dần theo chiều dài công trình thi công, khi đến giới hạn nhất định thì trạm kích trung gian được đưa vào nhằm giảm lực đẩy của trạm kích chính với mục đích tăng chiều dài đoạn thi công

11-Đầu lái (cũng là thiết bị khoan chính): sau khi nhận tín hiệu từ hệ thống cảm biến lazer truyền về, trạm xử lý sẽ điều khiển đầu lái hoạt động theo đúng quỹ đạo thi công

12-Đầu phụ chứa nguồn cung cấp dẫn động đầu lái:

13-Giếng nhận: nơi kết thúc của 1 hành trình đào

14-Đồng hồ đo lưu lượng: để điều phối giữa lượng nước bơm vào và lượng bùn có lẫn đất đá được hút ra

15-Bơm bùn: có tác dụng bơm lớp bùn loãng vào xung quanh bên ngoài đầu khoan

để giảm ma sát trong quá trình di chuyển

16-Máy phát điện: cung cấp năng lượng cho cả hệ thống hoạt động

Cấu tạo:

+ Sơ đồ cấu tạo sơ bộ các bộ phận chính:

Sơ đồ 1.8 Thành phần chính của hê thống thiết bị

+ Các thành phần chính trong cụm đầu khoan:

+ Các trạm kích thủy lực:

Sơ đồ 1.10 Các trạm kích thủy lực

+ Các thành phần trong hệ thống hỗ trợ thi công:

Sơ đồ 1.11 Các thành phần hỗ trợ thi công

+ Các thành trong hệ thống định vị:

Sơ đồ 1.12 Các thành phần trong hệ thống định vị

+ Các thành phần trong trạm điều khiển:

Sơ đồ 1.13 Các thành phần trong trạm điều khiển

1.6 Nguyên lý làm việc của hệ thống

Theo hình 1.29 Nguyên lý làm việc của hệ thống được chia thành 3 giai đoạn chính:

+ Giai đoạn chuẩn bị: Các giếng (6) và (13) được định vị và thi công trước Các

đoạn ống (1) và hệ thống thiết bị phải tập kết gần giếng (6)

+ Giai đoạn thi công: Đầu máy (11) (12) lần lượt được đưa xuống giếng và được

trạm kích (8) đẩy đi bắt đầu quá trình gia công Tiếp sau đó là các đoạn ống (1) được đưa xuống lần lượt Trong quá trình thi cắt đất, đất đá rơi vào khoan nghiền sẽ được nghiền nát

theo kích thươc tính toán, bơm (3) sẽ phun nước làm mềm đất đồng thời cũng giảm sự dính của đất đá trên lưỡi cắt, cơ cấu nghiền và tạo thành một hỗn hợp bùn đất loãng Bơm (9) có tác dụng hút hỗn hợp bùn đất loãng ra ngoài Đồng hồ (14) có tác dụng điều chỉnh lưu lượng bơm (9) và bơm (3) để quá trình họat động của 2 bơm được cân bằng theo tốc độ thi công Trạm lọc (5) có tác dụng lọc hỗn hợp bùn đất loãng và cung cấp lại cho bơm (3) Đây là một chu trình khép kín Bơn bùn (15) có tác dụng bơm một lớp bùn vữa vào khe hở giữa thành ống và lòng đất nhằm giảm ma sát trong quá trình di chuyển Trạm kích trung gian (10) được đưa vào khi lực đẩy trạm kích chính (8) tăng đến mức giới hạn để hỗ trợ thêm lực đẩy nhằm đạt được khoảng cách thi công như mong muốn Nguồn phát tín hiệu lazer (7) đến các tiếp điểm được gắn trên đầu lái (11), tín hiệu thu được đưa về trạm điều khiển (2) để xử lý và nhận lệnh điều khiển đầu cắt di chuyển theo quỹ đạo thi công

+ Giai đoạn kết thúc: Khi đầu cắt (11) (12) đến vị trí giếng nhận (13) thì sẽ được đưa

ra ngoài và kết thúc một chu kỳ thi công Quá trình thi công được thực hiện tương tự như trên Giếng (13) sẽ đóng vai trò là giếng (6) để chuẩn bị và tiếp tục chu kỳ thi công mới

1.7 Phân tích và lựa chọn cấu tạo đầu khoan chính của thiết bị

1.7.1 Phân tích đặc điểm cấu tạo các loại đầu khoan

1.7.1.1 Loại A

Mô tả đặc điểm: Dẫn động bằng nhiều động cơ, có thiết bị nghiền, lấy đất bằng bơm

dung dịch, đầu khoan di chuyển bằng hệ thống xy lanh thủy lực đặt bên ngoài, định hướng bằng hệ thống cảm biến lazer

Hình 1.30 Cấu tạo đầu khoan loại A

Chú thích:

1 – đĩa cắt, 2 – lưỡi cắt, 3 – khoang nghiền, 4 – vòi phun, 5 – bánh răng, 6 – động cơ dẫn động, 7 – phốt nối kín, 8 – Xy lanh lái, 9 - ống hút tải, 10 - ống cấp nước, 11 – nguồn thu tín hiệu, 12 – nguồn phát tín hiệu, 13 – khớp nối, 14 – van bơm bùn loãng

Phân tích đặc điểm:

phận nghiền

- Cụm dẫn động: dẫn

động bằng nhiều động

cơ

- Cụm lái: điều khiển

quỹ đạo thi công bằng

+ Vùng đất cản được tưới

ẩm trong quá trình thi công

+ Năng suất làm việc cao

+ Cấu tạo đầu khoan đơn giản hơn

+ Dễ bảo dưỡng, sửa chữa

+ Phù hợp với kích thước đường hầm nhỏ

+ Khoảng cách của một chu kỳ khoan ngắn

+ Thường kèm thêm các đoạn kích trung gian

1.7.1.2 Loại B

Mô tả đặc điểm: Dẫn động bằng một động cơ trung tâm, có thiết bị nghiền, lấy đất

bằng bơm dung dịch, đầu khoan di chuyển bằng hệ thống xy lanh thủy lực đặt bên ngoài

Hình 1.31 Cấu tạo đầu khoan loại B