Chương IV Máy thi công tuyến ngầm công nghệ khiên tổ hợp khiên § 4.1 Công nghệ đào kín khiên tổ hợp khiên, thiết bị phân loại I Các công nghệ đào kín kết hợp khiên Lịch sử công nghệ thi công đào tuyến ngầm toàn tiết diện khiên tổ hợp khiên (Shield method) năm đầu kỷ trước Trước khiên đào lò chế tạo kỹ sư Brunel (Pháp) khiên thủ công hình chữ nhật có kích thước 6,8 x11,4 m dùng để thi công tuyến tunnel ngầm qua đáy sông Thames London vào kỷ XIX Về chất khiên đào lò (shield) loại kết cấu kim loại di động (nhờ kích), có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho công tác xây dựng đường hầm từ đào đất tới lắp đặt vỏ tunnel tránh sạt lở vách gương đào Có thể hiểu sơ công nghệ thi công đào kín khiên sau: người ta đưa vào lòng đất kết cấu hàn từ kết cấu thép, có hình dạng giống hệt hình dạng mặt cắt ngang tuyến ngầm cần đào, lòng kết cấu thép người thợ tiến hành tất công đoạn thi công từ khâu đào đất, bốc xúc vận chuyển đất lên bề mặt đất, thi công vỏ tunnel sau kích vít kích thuỷ lực đẩy kết cấu thép mà ta gọi khiên tiến lên đoạn chiều dài đoạn vỏ tunnel thi công xong để tiếp tục chu kỳ thi công tuần hoàn tiếp lặp lại ta tuyến tunnel ngầm đất với vỏ bê tông cốt thép vĩnh cửu 1) Khiên thủ công kết hợp khoan - nổ mìn: Phương án sử dụng đào tunnel qua vùng có điều kiện địa chất ổn định, nước ngầm Bản chất công nghệ khoan tạo lỗ, nổ mìn, bốc xúc đất đá vận chuyển cuối thi công vỏ tunnel liền khối che chống khiên Điểm khác biệt so với công nghệ nổ mìn đất đá cứng có cấu khiên thủ công che chống mà không cần khoan neo gia cố vách lò tạm thời 2) Khiên thủ công kết hợp máy đào liên hợp (combai): Phương án sử dụng đào tunnel qua vùng có điều kiện địa chất ổn định, nước ngầm Đất đào máy đào liên hợp, dùng khiên thủ công để giữ vách lò lòng khiên xây vỏ tunnel vĩnh cửu Sơ đồ bố trí thiết bị giống hình 1.4, điểm khác biệt cấu kiện gỗ hay thép làm che chắn tạm thời số kết cấu khiên thủ công tự di chuyển phía trước nhờ kích 3) Khiên thủ công kết hợp đào thủ công loại thường (non pressure blance): Phương án sử dụng đào tunnel qua vùng có điều kiện 72 địa chất ổn định, nước ngầm chiều dài tunnel nhỏ 750m Dưới che chống khiên thủ công, đất đào sức người dụng cụ thủ công, máy khoan cầm tay búa chèn vv… vỏ tunnel lắp từ mảnh vỏ chế tạo sẵn khiên, khiên di chuyển lên phía trước nhờ kích thuỷ lực đẩy vào phần vỏ tunnel vừa thi công xong 4) Khiên thủ công ứng dụng khí nén: Phương án áp dụng đất yếu, ngậm nước chiều dài tunnel nhỏ 750m Theo phương án che chống khiên thủ công đất đá đào sức người kết hợp cuốc xẻng, máy khoan cầm tay búa chèn vv…trong điều kiện áp suất cao để giữ gương đào không bị sạt lở Trong công nghệ người thợ phải làm việc điều kiện không khí áp suất cao dễ sinh bệnh “giếng chìm” Trên hình 4.1 ta thấy vách ngăn ngăn khoang thi công có áp lực cao với khoang áp lực bình thường Khí nén cấp máy nén khí 12 qua đường ống dẫn khí nén Toàn công tác đào đất, lắp ráp tổ chức khoang với điều kiện áp suất cao, đoạn tunnel đủ dài người ta di chuyển vách vào vị trí để tiếp tục chu kỳ Hình 4.1 Sơ đồ thi công tunnel ứng dụng khí nén kết hợp khiên thủ công bán thủ công: — khiên; — khoang thi công; — máy lắp ráp vỏ tunnel; — camera an toàn; — cầu thoát hiểm; — vách ngăn chịu áp suất; — cabin vào; — khoang áp lực không khí bình thường; — ống dẫn khí nén; 10 — cổng trục; 11 - giếng đứng; 12 — máy nén khí II Công nghệ đào kín tổ hợp khiên Cùng với phát triển nhanh chóng thiết bị thi công tuyến ngầm từ khiên thủ công sơ khai ban đầu cải tiến hoàn thiện nhiều Ngày nói đến thi công khiên ta hiểu công nghệ mà thiết bị thi công tổ hợp xây lắp tuyến ngầm bảo vệ khiên 73 (shield) có kích thước giống hệt mặt cắt tuyến tunnel cần xây dựng, khiên nhiệm vụ che chống áp lực địa tầng tiến lên địa tầng Bên vỏ khiên tổ hợp xây dựng, đoạn đầu khiên có mâm dao cắt để cắt đất đá (mâm dao tròn phẳng mâm bề mặt có đĩa cắt nên dịch “máy thông hầm phẳng”), phía sau mâm dao khoang che chống gương đào, đoạn khiên lắp kích đẩy cho mâm dao tiến lên, đuôi khiên lắp ống bê tông vỏ hầm đúc sẵn vành thép để đổ bê tông vỏ hầm vĩnh cửu Mỗi lần khiên tiến lên cự ly vòng (một đốt), lắp đặt (hoặc đổ chỗ) vòng vỏ hầm che chống khiên, đồng thời người ta ép vữa xi măng có phụ gia vào khoang hở phía sau lưng vỏ tunnel để giữ ổn định tầng đất sau thi công, tránh cho mặt đất không bị lún xuống Để đẩy khiên tiến phía trước gối tựa đầu mút xi lanh thuỷ lực chống vào đốt vỏ tunnel cuối vừa lắp đặt xong để đẩy khiên tiến lên Khi thi công đá cứng người ta dùng chân chống thuỷ lực (GRIPPER SHOES) tỳ vào vách lò để đẩy tổ hợp khiên tiến lên Có hai loại tổ hợp đào lò đá cứng: tổ hợp máy đào đá cứng không cần khiên bảo vệ tổ hợp máy đào đá cứng với khiên bảo vệ (loại đơn loại đôi) Tổ hợp khiên thường (non pressure balance): Dùng để đào tunnel điều kiện địa chất tốt nước ngầm, chiều dài tunnel > 750m Trong công nghệ tất công đoạn giới hoá hoàn toàn, đất đào nhờ mâm dao phía trước tổ hợp khiên Tổ hợp khiên giữ gương đào đất EPB: Tổ hợp dùng để đào tunnel vùng đất yếu, đất chảy thấm nước dạng đất sét pha sét Trên giới dùng để thi công tuyến Metro ngầm thành phố, qua đáy sông, đáy biển nơi có điều kiện địa chất nói Chi tiết sơ đồ công nghệ bố trí thiết bị xem chương sau Tổ hợp khiên giữ gương đào dung dịch betonite SPB: Tổ hợp dùng để đào tunnel vùng đất yếu, đất chảy nhiều nước ngầm Dung dịch betonite với gối khí nén tạo áp lực đủ lớn để khống chế áp lực nước ngầm, đảm bảo cho gương đào không bị sạt lở Trên giới dùng để thi công tuyến Metro ngầm thành phố, qua đáy sông, đáy biển nơi có điều kiện địa chất nói Tổ hợp khiên hỗn hợp Mix shield: Đây tổ hợp khiên hoạt động 74 nguyên tắc giữ gương đào hai loại khiên Tổ hợp thiết kế theo modul, tức theo cụm thay linh hoạt Nhờ phương án cụm tổ hợp thay đổi tuỳ thuộc vào yêu cầu giữ gương đào tương ứng với điều kiện địa chất cụ thể Sơ đồ công nghệ bố trí thiết bị theo hai tổ hợp SPB SPB chương § 4.2 Khiên tổ hợp khiên I Phân loại khiên tổ hợp khiên Khiên có nhiều loại, song phân loại theo dấu hiệu sau: theo mức độ giới hoá; theo công dụng tunnel; theo phương pháp bảo vệ gương đào, theo công nghệ đào lò theo tiết diện mặt cắt ngang tunnel đào v.v… * Theo mức độ giới hoá đào bốc xúc đất đá, vận chuyển đất đá xây lắp vỏ tunnel, tổ hợp khiên đào hầm lò chia thành nhóm sau: + Khiên đào lò thủ công; + Khiên đào lò bán thủ công; + Tổ hợp khiên đào lò giới hoá 100% Theo công dụng tunnel tổ hợp khiên đào lò chia làm hai nhóm: + Nhóm tổ hợp khiên đào lò chuyên dùng để đào tunnel dành cho giao thông 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 sở đô thị đường ống thoát nước, đường ống lắp đặt cáp điện, viễn thông v.v… * Theo phương án chống sạt lở gương đào tổ hợp khiên đào lò chia làm bốn nhóm sau: + Nhóm tổ hợp khiên đào lò đất có khả tự ổn định, khoang bảo vệ gương đào (non Pressure Balance Shields); + Nhóm tổ hợp khiên đào lò bảo vệ gương đào khoang chứa đất (Earth Pressure Balance Shields); + Nhóm tổ hợp khiên đào lò bảo vệ gương đào khoang thuỷ lực (Bentonite-Slurry Supported Shields); + Nhóm tổ hợp khiên đào lò bảo vệ gương đào hỗn hợp (Mix Pressure Balance Shields) 75 * Theo số khiên tổ hợp, tổ hợp khiên đào lò chia làm nhóm sau: + Nhóm tổ hợp khiên đào lò với khiên bảo vệ - Single Shield TBM; + 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 * Ngoài khiên đào lò phân loại theo dấu hiệu khác như: Theo diện tích mặt cắt tunnel đào: Khiên loại nhỏ (đường kính nhỏ 3,2 m), khiên loại trung bình (đường kính nhỏ 5,2 m) loại lớn (đường kính lớn 5,2 m) Tổ hợp khiên đào tunnel lớn có đường kính 19m hãng Herrenknech – CHLB Đức sản xuất bán cho công ty hạ tầng sở Moskva Theo lĩnh vực ứng dụng đào lò khiên đào lò chia thành nhóm sau: - Khiên đào lò dùng để đào tunnel đất ngập nước; - Khiên đào lò dùng để đào tunnel đất thể hạt có độ ẩm bình thường; - Khiên đào lò dùng để đào tunnel đất độ ổn định có độ ẩm bình thường; - Khiên đào lò dùng để đào tunnel đất có độ cứng từ 0,5 – theo bảng chia GS Prôkôbôvsky - Khiên đào lò dùng để đào tunnel đất có độ cứng lớn theo bảng chia GS Prôkôbôvsky Dựa vào hình dạng mặt cắt khiên, khiên chia thành nhóm sau: + Khiên tròn; + Khiên hình elíp; + khiên hình chữ nhật; + Khiên hình móng ngựa Tunnel ngầm có mặt cắt tiết diện ngang hình tròn chống lại áp lực đất áp lực nước tương đối tốt, lắp ráp vỏ hầm tương đối đơn giản, dùng cấu kiện thông dụng, dễ thay thế, dùng tương đối rộng rãi nên tổ hợp khiên thường có dạng trụ tròn Trên thực tế có loại khiên tổ hợp khiên sau: • Khiên thủ công; • Khiên bán thủ công; 76 • Tổ hợp khiên loại thường khoang bảo vệ gương đào; • Tổ hợp khiên với khoang giữ gương đào đất (earth pressure balance shield); • Tổ hợp khiên với khoang giữ gương đào dung dịch betonite (Slurrypressure balance shield); • Tổ hợp máy đào hầm lò đá cứng; • Ngoài có loại khiên tổ hợp khiên đặc biệt với khoang giữ gương đào khí nén Loại kết hợp khiên thủ công với khoang khí nén, khiên bán thủ công với khoang khí nén II Ưu-nhược điểm khiên đào lò Ưu điểm a Dưới che chống khiên đào xây vỏ cách an toàn b Tốc độ thi công nhanh Toàn trình hoạt động khiên như: đào, đưa đất đá ra, lắp ráp vỏ hầm v.v giới hoá, tự động hoá để giảm cường độ lao động c Quá trình thi công không ảnh hưởng đến giao thông công trình mặt đất giao thông thuỷ d Trong thi công không bị ảnh hưởng thời tiết e Trong thi công không gây tiếng ồn chấn động, không gây ô nhiễm môi trường xung quanh f Xây dựng đường hầm dài vùng đất mềm yếu ngậm nước, sâu có tính ưu việt mặt kỹ thuật kinh tế, phương pháp thi công khiên thích hợp xây dựng đường hầm địa tầng rời rạc, mềm yếu có nước ngầm, xây dựng đường hầm đáy sông, thành phố (xây dựng metro) loại công trình hạ tầng đô thị khác Nhược điểm Phương pháp thi công khiên thích hợp với đường hầm dài (có số tài liệu cho biết thi công đường hầm ngắn 750m không kinh tế) Bởi khiên tổ hợp thiết bị giới đắt, có tính chuyên dụng cao, loại thích hợp với điều kiện thuỷ văn, địa chất, kích thước mặt kết cấu riêng thiết kế chế tạo đặc biệt, thay đổi sử dụng cách tuỳ tiện cho công trình ngầm khác Ngoài ra, đường hầm có bán kính cong nhỏ lớp đất phủ hầm nông gặp nhiều khó khăn Đường hầm đáy nước gặp lớp phủ nông thi công không an toàn Khi thi công khiên dùng phương pháp khí áp suất cao để ổn định gương 77 đào, người lao động dễ bị bệnh “giếng chìm”, nhiều bệnh khác liên quan nên yêu cầu bảo hộ lao động phải cao Khi thi công khiên khó tránh lún lớp đất phía trên, chỗ tầng đất mềm yếu lại có nước, lắp vỏ hầm phải ý phun vữa vào sau lưng vỏ hầm Những khuyết điểm nói thi công khiên nghiên cứu khắc phục Với tuyến ngầm có chiều sâu không lớn nên thi công phương pháp đào hở với lớp đất phủ nhỏ với điều kiện địa chất không ổn định dẫn tới tượng sạt lở đất bề mặt (hình 4.1) Nếu lý đặc biệt bắt buộc phải thi công khiên phải có giải pháp ổn định địa tầng hợp lý đặc biệt không thi công tổ hợp khiên Air- pressure balance Tuy nhiên, giá thành tổ hợp máy TBM không rẻ, theo tính toán chiều dài tuyến ngầm nhỏ 750 m sử dụng tổ hợp khiên đào ngầm không hiệu mặt kinh tế Mặt khác, tổ hợp khiên đào ngầm có hình dáng kích thước phù hợp với tuyến ngầm tunnel định nên việc dùng tổ hợp tuyến sang thi công cho tuyến có mặt cắt tiết diện khác không phù hợp di chuyển máy công trình gặp nhiều khó khăn phải tháo rời kích thước máy lớn III Phạm vi ứng dụng khiên tổ hợp khiên đào lò Phương pháp thi công kín khiên ứng dụng xây dựng công trình ngầm hạ tầng kỹ thuật đô thị như: đường ngầm thoát nước, đường cáp điện lực, viễn thông…mà không cần phải đào bới gây cản trở nhịp sống đô thị Công nghệ gọi công nghệ thi công tunnel mặt cắt nhỏ Microtunnelling (hình 4.2) Phương pháp thi công khiên tổ hợp khiên dùng để đào tuyến ngầm qua vùng núi đá thay cho phương pháp khoan nổ mìn để xây dựng tunnel dẫn nước cho nhà máy thuỷ điện, tuyến ngầm giao thông đường sắt, đường v.v… Đặc biệt tổ hợp khiên đào lò với khoang cân áp lực đất dung dịch bentonite dùng để thi công tuyến ngầm giao thông nơi có điều khiện địa chất phức tạp Các tổ hợp khiên sử dụng để xây dựng tuyến giao thông đường sắt đô thị (metro), tuyến giao thông đường đường sắt xuyên qua sông, eo biển vùng đất sình lầy 78 Hình 4.1 Hiện tượng sạt lở đất thi công khiên có độ sâu không đủ lớn: - vỏ khiên;1, - khoảng không gian phía sau mâm dao cắt; - khoảng không gian phía sau vỏ tunnel sau lắp ráp phải ép đầy vữa; - vỏ tunnel sau lắp ráp; – mâm dao cắt; / - đất phía trước mâm dao bị sạt lở; – kích thuỷ lực (lúc đầu kích vít); - Thiết bị lắp ráp đoạn vỏ lò; – băng tải đất đá; – goòng chở đất bánh sắt; – đoạn vỏ tunnel chưa lắp Hình 4.2 Sơ đồ bố trí thiết bị công nghệ thi công tunnel mặt cắt nhỏ Microtunnelling Trong tổng số đường hầm ngầm thi công phương pháp khiên nước khoảng 70% xây dựng cho dẫn nước, 30% dùng cho Mêtrô đường ô tô Hiện đường hầm ngầm đáy sông xây dựng phương pháp khiên giới có 20 tuyến, nghiệp phát triển giao thông đường bộ, đường hầm ngầm ô tô đáy sông xây dựng phương pháp khiên nước ngày tăng lên Tại Việt nam - cụ thể TP Hồ Chí Minh Hà Nội - xúc tiến thực hàng loạt tuyến đường sắt cao tốc đô thị, có nhiều tuyến bắt buộc phải ngầm lòng đất Với đặc điểm địa chất hai thành phố đất yếu có nhiều nước ngầm, nhiều địa điểm tuyến phải qua túi bùn v.v… việc phải sử dụng tổ hợp khiên đào lò với khoang cân áp lực hỗn hợp đất dung dịch bentonite (Mix pressure balance shields) đại bắt buộc giá thành bị đẩy lên cao 79 IV Các hãng chế tạo tổ hợp khiên đào ngầm tiếng giới biết đến với tên tuổi sau đây: Herrenknech – CHLB Đức; LOVAT - Canada; Robin – Hoa kỳ; Wirth - CHLB Đức; Palmieri – ITALIA; Mitsubishi Hevy Industries - Nhật § 4.3.KHIÊN ĐÀO LÒ THỦ CÔNG VÀ BÁN THỦ CÔNG I Khiên đào lò thủ công Những khiên đào lò khiên đào lò thủ công, chúng đơn giản kết cấu kim loại di động có mặt cắt khác với nhiệm vụ chống sạt lở vách gương đào Đất đá đào xẻng, choòng v.v…, sau người ta dùng búa chèn để đào đưa đất qua tunnel xây dựng goòng chạy ray đẩy sức người Khiên đào thủ công hình thức đơn giản khiên, phần lớn chúng dùng để đào tuyến ngầm không dài tầng đất tự ổn định Chủ yếu phận gộp lại gồm: khiên, cấu đẩy, cấu lắp ráp thiết bị phụ thuộc khác (hình 4.4) Khiên thường hình tròn thép hàn lại ba phận tạo thành: vòng miệng cắt, thân khiên đuôi khiên (hình 4.3) Hình 4.3 Kết cấu vỏ khiên thủ công: 1- vòng miệng cắt ; 2- thân khiên; 3- đuôi khiên; 4- sườn gia cố dọc; 5- Sườn gia cố hình vòng - Vòng miệng cắt: Vòng miệng cắt phận phía trước khiên có lắp lưỡi dao (hình 4.4), thi công cắt tiến vào đất Lưỡi dao làm thép cứng chịu mài mòn có sườn tăng cường chế tạo hình vát, 80 giảm lực cản tiến vào lòng đất Trong địa tầng ổn định chiều dài vòng miệng cắt phía phía nhau, tức vòng miệng cắt dạng trụ tròn Khi đào tuyến ngầm với đất tự ổn định phận vòng cắt dài phận dưới, phận dài gọi mái che, để che chắn cho công nhân an toàn đào đất Có loại khiên trang phận dạng thụt-thò có kích điều khiển đua dài đằng trước, để tăng thêm mái che chắn - Thân khiên: Thân khiên phận khiên phận chịu lực chủ yếu khiên Thân khiên có cấu tạo gồm vỏ ngoài, sườn gia cố hình vòng sườn gia cố hướng dọc hàn lại với Sườn gia cố hình vòng hàn hai đầu vòng che chống, sườn gia cố hướng dọc hàn sườn gia cố hình vòng Các kích vít khiên bố trí khoang với đầu ghép với sườn gia cố hình vòng đầu sau, đầu lại chống vào đốt vỏ bê tông cốt thép thi công giai đoạn trước để đẩy vỏ khiên tiến lên sâu vào lòng đất Để tăng thêm độ cứng, khoang người ta hàn ngăn đứng ngăn ngang.Trên ngăn ngang người ta bố trí sàn công tác cho công nhân đứng để đào đất Hình 4.4 Sơ đồ bố trí thiết bị thi công đào kín khiên thủ công: - lưỡi dao làm thép cứng chịu mài mòn; 1/ - vòng miệng cắt; - Các ngăn đứng; - sườn gia cố hình vòng phía trước; – thân khiên; – đuôi khiên; – gioăng chống thấm (mầu đỏ); - vữa chống co ngót ép vào sau lắp vỏ lò (màu xanh cây)/; - ngăn ngang làm sàn thi công cho thợ làm việc; – kích; 9/ - sườn gia cố hình vòng sau - Đuôi khiên :Đuôi khiên nằm phận sau khiên, kéo dài vỏ vòng che chống có trang bị gioăng (hình 4.4) mặt Gioăng ép chặt vào mặt vỏ tunnel / Tác dụng bịt kín chu vi vỏ hầm đề phòng nước ngầm vật liệu vữa lọt vào hầm Đuôi khiên đồng thời nơi tiến hành lắp ráp vỏ hầm, bơm vữa xử lý lỗ hổng sau lưng vỏ hầm sau lắp ráp Vỏ đuôi khiên chế tạo thép mỏng cường độ cao, nhằm giảm thiểu khe hở mà khiên để lại sau tiến lên phía trước 81 Thiết bị phụ cung cấp nước, khí nén, thông gió, chiếu sáng …cho tổ hợp máy TBM Ngoài ra, điều kiện địa chất thường thay đổi đột ngột nên phía trước đầu cắt thường có thiết bị khoan dò tiến hành khoan trước để người điều khiển có đầy đủ thông tin điều kiện địa chất trước điều khiển máy thông hầm mặt phẳng BTM làm việc II Hoạt động tổ hợp khiên với khoang cân áp lực gương đào đất - EPB Trên hình 4.10 sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động tổ hợp khiên với khoang cân áp lực gương đào đất - EPB (Hãng Herrenknecht, CHLB Đức) Khi tổ hợp làm việc mâm dao quay, đất từ gương đào sau cắt rơi vào khoang kín 2, từ đất chuyển động dọc theo vít tải xả vào băng tải để đưa Năng suất vít tải tính toán cho áp lực khoang cân ổn định (thường mâm dao cắt đất vít tải chuyển nhiêu) Các xilanh thuỷ lực cỡ lớn chống vào vỏ tunnel để đẩy tổ hợp di chuyển phia trước Hành trình pistông xilanh thuỷ lực lớn chiều dài đoạn (một đốt) vỏ tunnel chút để cần xilanh thuỷ lực co lại tạo khoảng trống bên khiên vừa đủ để lắp đoạn vỏ lò máy lắp vỏ hầm tiến hành lắp sau để bắt đầu chu kỳ tuần hoàn Áp lực đất khoang cân theo dõi chíp đặc biệt đặt trực tiếp Như ta đảm bảo giữ cho gương lò lực chống ổn định đưa khiên phía trước nhả xilanh thuỷ lực để lắp đoạn vỏ tunnel mới, tránh tượng sạt gương đào cách kiểm soát Cabin sửa chữa có nhiệm vụ đưa thợ máy vào khoang cân áp lực để sửa chữa bảo dưỡng cần thiết Trong trường hợp khoang cân áp lực hút đất bơm khí nén vào Ca bin có hai cửa mở không đồng thời, tức mở cửa sau thì cửa trước đóng để thợ máy vào ca bin thợ máy vào ca bin mở cửa thông với khoang cân (lúc cửa sau đóng) Khi thợ máy cửa đóng-mở theo chiều ngược lại Cabin sửa chữa cho phép giữ gương đào ổn định không sạt lở suốt trình sửa chữa III Phạm vi ứng dụng tổ hợp khiên với khoang cân áp lực gương đào đất - EPB Tổ hợp khiên với khoang cân áp lực gương đào đất – EPB sử dụng để thi công tuyến ngầm qua vùng đất có điều kiện địa 88 chất phức tạp, đất mềm, đất sét dính, pha sét dính, cát rời pha lẫn sét hàm lượng cao loại đất có tính thấm loại đất phù hợp cho tổ hợp khiên với khoan cân áp lực đất § 4.6.Tổ hợp khiên đào lò với khoang cân áp lực dung dịch betonite – “Slurry pressure balance EPB” I Sơ đồ cấu tạo tổ khiên SPB Hình 4.11 Sơ đồ cấu tạo tổ khiên đào lò với khoang cân áp lực dung dịch bentonite Hình 4.12 Sơ đồ bố trí thiết bị bên tổ hợp khiên đào lò với khoang cân áp lực gương đào dung dịch bentonite cao áp (gối cân thuỷ lực) hãng Herrenknecht (CHLB Đức): 1- mâm dao; – khoang nhỏ bên trái (khoang chứa nước ngầm + đất); – vách ngăn kín; ống dẫn cung cấp dung dịch bê tô nít; – khoang nhỏ bên phải tiếp nhận không khí cao áp để cân áp lực, – vách ngăn chìm (vách ngăn liên thông áp lực không cho đất tràn sang khoang bên phải); - vỏ tunnel vĩnh cửu sau lắp ráp; – máy lắp ráp vỏ tunnel Trên hình 4.11 hình 4.12 sơ đồ cấu tạo tổ hợp khiên đào lò với khoang cân áp lực dung dịch Phía trước tổ hợp khiên mâm dao (rô to) quay để cắt đất Phía sau mâm dao khoang cân áp lực tạo vách ngăn kín số 3, mâm dao ngăn kín vách ngăn chìm vách có lỗ thông phía thông hoàn toàn với cho phép phoi đất tràn sang Dung dịch bentonite bơm vào khoan bên phải, khí nén bơm lên phần tạo gối áp lực Một ống dẫn bơm bùn đưa vào đáy khoang để bơm nước lẫn đất lên máy tách đất Lực tỳ mâm dao vào gương 89 đào nhờ xilanh thuỷ lực màu đỏ cua sang trái sang phải nhờ xilanh thuỷ lực Mâm dao quay nhờ ba môtơ thuỷ lực dẫn động vành lớn ổ trục mâm dao Phía vách ngăn kín cabin sửa chữa, đường ống dẫn khí nén, dung dịch bentonite, ống dẫn bơm bùn Máy lắp ráp vỏ lò bố trí sau để lắp ráp vỏ lò từ mảnh chế tạo sẵn Khiên di chuyển lên phía trước nhờ 32 48 xi lanh thuỷ lực chống đẩy vào đốt tunnel thi công II Nguyên lý giữ gương đào Nhiệm vụ khoang cân áp lực tạo áp lực đủ lớn để đẩy vào gương đào cho đất nước đào đưa cách hợp lý, tức mâm dao đến đâu đất đào đến đó, tránh sạt lở gương đào Cụ thể khoang trước tổ hợp khiên người ta bố trí phía sau mâm dao vách ngăn kín, vách ngăn với vỏ khiên mâm dao tạo thành khoang kín Dung dịch bentonite có áp suất bình thường bơm vào khoang qua đường ống dẫn Ngoài có đường ống khác để dẫn khí nén vào khoang với dung dịch bentonite tạo cho khoang kín áp suất cao - đủ lớn để cân với áp lực nước ngầm Đôi áp lực bentonite khoang cân lớn áp lực nước ngầm với mục đích đẩy dung dịch bentonite vào sâu tầng đất phía trước để ổn định địa tầng Khoang tạo thành vách ngăn kín, vỏ khiên mâm dao có chứa đầy dung dịch bentonite cao áp gọi khoang cân áp lực gương đào thuỷ lực – “Slurry Pressure Balance” (hay gọi giải pháp bảo vệ gương đào thuỷ lực) III Các cấu tổ hơp SPB Thiết bị công tác chủ đạo Mâm dao cắt dẫn động môtơ thuỷ lực công suất lớn dẫn động vành quay quanh đường tâm tổ hợp, xilanh thuỷ lực tựa vào khung máy kích đẩy để thay đổi hướng di chuyển cắt đất mâm dao tạo thành đường tunnel cong, xilanh thuỷ lực đẩy mâm dao tì vào gương đào với áp lực định để cắt đất đẩy toàn phần đầu tổ hợp tiến lên Thiết bị vận chuyển Đường ống dẫn đất thải máy bơm bùn công suất cao hút nước đất tơi khỏi gương đào đưa lên mặt đất (nếu chiều dài lớn bố trí trạm bơm bùn trung gian) Trên mặt đất người ta bố trí thiết bị tách đất, đất sau tách vận chuyển đổ bãi thải, nước sau tách trộn thêm bentonite để đưa lại gương đào 90 Khung máy kết cấu thép chịu lực, vỏ khiên tất thiết bị lắp đặt khung máy Trục mâm dao quay quanh vành ổ bạc cỡ lớn đỡ khung máy quay nhờ môtơ thuỷ lực công suất cao Thiết bị di chuyển máy hệ thống xilanh thuỷ lực cỡ lớn Khi máy di chuyển chân đỡ máy co vào, xilanh thuỷ lực tì vào thành vỏ hầm phía sau đẩy toàn máy tiến phía trước theo kiểu cấu tự bước Hệ thống dẫn động bao gồm nhiều động điện có công suất lớn cung cấp cho bơm dầu thuỷ lực Dầu thuỷ lực áp suất cao qua ống dẫn dầu van điều khiển ca bin tới môtơ xilanh thuỷ lực để dẫn động cho cấu công tác tổ hợp khiên Máy lắp ráp bố trí phía sau hệ thống xilanh thuỷ lực cỡ lớn Sau máy tiến lên phía trước, xilanh thuỷ lực co cần lại để hở khoảng trống bên khiên máy tiến hành lắp vỏ hầm sau Khi đoạn vỏ lò hoàn thành kích thuỷ lực lại tì vào đoạn vỏ để đẩy máy tiến lên Thiết bị điều khiển đặt buồng lái trung tâm máy điều khiển tất chức bao gồm tốc độ hướng đào Các camera cung cấp đầy đủ cho người lái tình hình hoạt động máy Thiết bị phụ có chức cung cấp nước, khí nén, thông gió, chiếu sáng cho tổ hợp máy TBM Ngoài ra, điều kiện địa chất thay đổi đột ngột nên phía trước đầu cắt thường có thiết bị khoan dò Thiết bị tiến hành khoan trước để người điều khiển có đầy đủ thông tin điều kiện địa chất trước điều khiển máy thông hầm mặt phẳng BTM làm việc Một máy khoan vữa cao áp nhiền cần khoan treo động, dùng để sử lý đất yếu xung quanh tunnel tương lai III Hoạt động tổ hợp khiên SPB phạm vi ứng dụng Trên hình 4.12 mâm dao quay cắt đất trộn với nước khoang 2, bùn với nước bơm bơm công suất lớn lên mặt đất để tách đất Đất sau tách đổ vào bãi đất thải, nước sau lọc trộn thêm dung dịch bentonite đưa ngược lại khoang cân áp lực Mâm dao quay ổ đỡ tựa cỡ lớn dẫn động môtơ thuỷ lực công suất cao Mâm dao quay góc nhờ xi lanh thuỷ lực màu đỏ hình Các xilanh thuỷ lực tựa vào vỏ tunnel vĩnh cửu để đẩy mâm dao vào gương đào tiến lên 91 IV Tổ hợp khiên đào SPB đường kính nhỏ Slurryschild dùng đào ngầm đường thoát nước đô thị mặt cắt nhỏ theo công nghệ “microtunnelling” 1) Giới thiệu sơ công nghệ “microtunnelling” (hình 4.13.a) Công nghệ thi công tunnel mặt cắt nhỏ với tổ hợp khiên đào Slurrychild ( SPB có đường kính nhỏ) Là công nghệ lắp đặt hệ thống đường ống ngầm hạ tầng kỹ thuật đô thị mà không cần thực đào bới lộ thiên công nghệ truyền thống a) b) Hình 4.13.a) Công nghệ thi công tunnel mặt cắt nhỏ tổ hợp khiên đào Slurryschild; b) Sơ đồ cấu tạo Slurryschild: – vách khoang cắt; – vách ngăn chịu áp; – khoang hút; – khoang áp lực; - ống dẫn; ống dẫn bùn; - ống tải vít; 8, - ống cấp betonite; 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 Công nghệ cần hai giếng đứng: giếng đầu khởi động giếng cuối tiếp nhận, hai có độ sâu độ sâu đường ống cần phải lắp đặt Trong giếng đầu khởi động người ta lắp đặt trạm tổ hợp kích thuỷ lực công suất lớn, kích bố trí tổ hợp khiên đường kính nhỏ có đường kính đường kính của đốt ống bê tông tiền chế cần lắp đặt Nhờ lực đẩy kích thuỷ lực tổ hợp khiên đào tiến sâu vào lòng đất với chiều sâu chiều dài đốt ống bê tông tiền chế, sau toàn tổ hợp kích thuỷ lực rút cần lại để khoảng trống khiên đào tổ hợp kích, khoảng trống người ta lắp đặt đốt ống bê tông tiền chế có chiều dài tương ứng sau tổ hợp kích thuỷ lực lại đẩy tổ hợp khiên phía trước thông qua đốt ống bê tông vừa lắp đặt - chu kỳ khoan đào lò lại lặp lại đường ống lắp đốt tiến phía trước gặp giếng tiếp nhận V Phạm vi ứng dụng tổ hợp khiên SPB Tổ hợp khiên với khoang cân áp lực gương đào dung dịch betonite – SPB sử dụng để thi công tuyến ngầm qua vùng đất có điều kiện địa chất phức tạp có nhiều nước ngầm với áp lực nước ngầm khác nhau, 92 thi công tuyến tunnel ngầm qua sông, biển, đầm lầy nơi có nhiều nước ngầm SPB có sử dụng để thi công tunnel qua đất cát, bùn, cát pha sét có độ thấm cao Tổ hợp khiên SPB tổ hợp dùng để đào ngầm tuyến qua vùng đất có lớp địa tầng khác nhau, đặc biệt phù hợp cho đất ngậm nước Hiện hãng chế tạo máy giới có xu hướng chế tạo tổ hợp theo dạng môđun, tức chia thành cụm cho phép tổ hợp khiên SPB đào ngầm điều kiện địa chất Khoang chống giữ gương đào thay loại khác từ EPB → SPB → Air PB (giữ gương đào khí nén) Đây tin vui kỹ sư công trình ngầm điều đáng lưu tâm chọn đặt mua tổ hợp khiên thi công công trình ngầm VII Tổ hợp khiên đơn khiên đôi Hình 4.14 Cấu tạo tổ hợp khiên đào lò loại khiên đôi ( Robbin USA): – mâm dao; – đĩa cắt; – khiên trước; – khiên thụt-thò; – guốc kẹp thuỷ lực ; – khiên sau; - cabin Hình 4.15 Sơ đồ bố trí thiết khiên đào lò loại khiên đôi (hãng Robbin 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- vỏ tunnel sau lắp ráp; 6- vít tải Tổ hợp khiên đơn khiên đôi có hai loại SPB EPB Các khiên đơn ta nghiên cứu Khiên đôi khác với khiên đơn chỗ khiên cấu thành từ đoạn khiên kiểu ống lồng Toàn máy thiết bị bố trí kín đoạn khiên, không gian hoạt động thao tác rộng 93 Dưới xin giới thiệu cấu tạo khiên đôi hãng Herrenknecht, CHLB Đức Trên hình 4.14 ta thấy có hai đoạn khiên trước khiên sau, nối với đoạn ống lồng Tổ hợp có hai guốc kẹp thuỷ lực tỳ vào vách lò để đẩy khiên trước tiến lên mà không ảnh hưởng tới công đoạn thi công khiên sau Thực chất máy đào có khiên đá cứng với khiên bảo vệ mà ta nghiên cứu phần sau Hình 4.15 sơ đồ cấu tạo nguyên lý làm việc tổ hợp khiên đôi Người ta sử dụng loại khiên đào kiểu để đào tunnel đá có nhiều đoạn bị phong hoá gặp đoạn có điều kiện địa tầng xấu chân kẹp thuỷ lực không hoạt động lúc tổ hợp làm việc tổ hợp khiên EPB SPB § 4.7 Tổ hợp máy đào dùng thi công đá cứng - “Main beam TBM” I Cấu tạo máy đào mui trần Máy đào mui trần chế tạo giới có hai loại: loại hệ chống loại hai hệ chống Máy đào hệ chống ngang có cấu tạo thể hình 4.16 Dầm giá đỡ mâm dao lớn giá kết cấu máy đào, tất cấu kiện khác lắp giá Bộ phận trước giá đỡ mâm dao lắp vòng bi vành lớn bên trong, bốn phía vành lắp khiên bảo vệ mâm dao, khiên chống điều chỉnh được, khiên bên hệ chống tư chống hờ vào mặt đào hầm, bảo đảm ổn định mâm dao Do dùng cặp hệ che chống nằm ngang nên việc điều chỉnh phương hướng trình đào tiến lên máy tiến hành kịp thời quỹ tích đường máy hình vòng tròn, vòng bi máy đào kiểu hệ chống phần lớn tổ hợp ba vòng bi, thiết bị điều khiển trực tiếp lắp phía sau mâm dao, đầu máy nặng, khiên bảo vệ mâm dao tương đối dài Hình 4.16 Sơ đồ máy đào với hệ chống nằm ngang: 94 1- mâm dao; 2- khiên bảo vệ đầu; 3- phận điêu khiển; 4- dầm chính; 5- máy đưa đất đá ra; 6- hệ chống phía sau; 7- chân chống; 8- kích đẩy lên; 9- khiên bảo vệ bên; 10- hệ chống phía dưới; 11- hệ chống mâm dao Sơ đồ cấu tạo máy đào với hai hệ chống nằm ngang trình bày hình 4.17 Ở phía máy có hai cặp chống nằm ngang, hệ chống chuyển động tịnh tiến trước-sau theo giá máy (trên có hàn miếng đồng để trượt) Phần đầu giá máy liên kết với mâm dao lớn, ổ bi, vòng phần sau liên kết với hệ chống đuôi, kích đẩy dựa vào hệ chống nằm ngang đẩy giá máy mâm dao lớn tiến lên phía trước, thiết bị điều khiển bố trí phía sau hệ chống nằm ngang thông qua trục truyền động truyền mômen xoắn đến mâm dao lớn Trong trình đào hầm hai cặp chống tì chặt vào vách hầm, phương hướng đào định vị, đào theo đường thẳng Chỉ định vị lại máy điều chỉnh phương hướng, quỹ tích đào máy đường cong Hình 4.17 Sơ đồ máy đào hai hệ chống nằm ngang: 1- mâm dao; 2- khiên bảo vệ đầu; 3- vỏ 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 phía sau; 11- ống mô men uốn; 12- kích đẩy; 13- giá máy chỉnh; 14- treo vòm đáy (hệ chống phía trước) II Quy trình thao tác máy đào mui trần a) Khi bắt đầu tuần hoàn đào hệ chống nằm ngang di chuyển đến phận trước giá máy chính, chân chống tỳ chặt vào vách hầm, treo vòm đáy tiếp xúc nhẹ vào mặt đá vòm đáy, rút hệ chống đằng sau lên Khi mâm dao lớn chuyển động, kích đẩy thúc mâm dao chuyển động tiến lên hành trình, trạng thái đào máy b) Khi máy đẩy lên phía trước đạt đến điểm cuối hành trình đẩy kích kết thúc đào, mâm dao lớn ngừng chuyển động, hệ chống phía sau hạ xuống, treo vòm đáy chống đỡ mâm dao lớn, toàn trọng lượng máy hệ chống trước sau đồng thời chống đỡ c) Nới lỏng hai cặp chân chống nằm ngang, di chuyển hệ chống nằm ngang đến đoạn trước giá máy Điều chỉnh phương hướng tiến lên 95 máy cách thông qua hệ chống phía sau để tiến hành điều chỉnh hướng ngang hay thẳng đứng để đạt yêu cầu mong muốn Hình 4.18 Sơ đồ tuần hoàn đào máy đào mui trần (một hệ chống dưới) d) Sau hệ chống ngang dời đến vị trí đoạn trước, người ta lại xiết chặt chân chống vào vách hầm Lúc ấy, rút hệ chống phía sau lên, treo vòm đáy lại trạng thái tiếp xúc hờ với vòm đáy Như máy đào lại chuẩn bị tiến hành tuần hoàn 96 Hình 4.19 Sơ đồ tuần hoàn thao t ác máy mui trần III Mâm dao lớn Hình 4.20 Sơ đồ cấu tạo mâm dao lớn: 1- gầu xúc phoi đá; 2- đĩa cắt trung tâm; 3- dao cạnh mở rộng lỗ; 4- phận gạt vụn đất đá mở rộng lỗ, 5- đĩa cắt bề mặt; 6- xúc; 7- đĩa cắt biên Mâm dao phận kết cấu thép hàn, phía trước mâm gia cố hai lớp nối với ngăn phía sau thông qua máng đón vụn đất đá, ngăn phía sau mâm dao nối chặt vào vòng bi mâm dao hệ thống bu lông Trên mâm lắp số hộp lưỡi dao quay để dập nát cắt gọt đất đá, đồng thời lắp gầu dày gọt đất đá vụn theo hướng đường kính dùng để đào đất đá mềm Đế lắp dao phận mâm dao chế tạo hình lõm mâm dao thò hẳn Như đề phòng 97 cục đá lớn đá vỡ làm kẹt mâm dao Mâm dao lớn có đầy đủ độ cứng cường độ Điều làm cho lực đẩy mâm dao phân phối đồng toàn dao quay hình mâm, làm cho chúng luôn đồng thời ép dập vào đá để đạt độ sâu đồng nhất, làm cho máy đào nằm trạng thái quay vòng với hiệu suất cao Hình 4.21 Sơ đồ cấu tạo máy đào mui trần (hãng Robins, USA): – đĩa cắt; – mâm dao; – mui chắn; - dầm chính; – xi lanh thuỷ lực; - guốc kẹp; – chân chống đuôi IV Phạm vi ứng dụng máy đào mui trần Máy đào mui trần loại máy thông hầm núi dùng để đào tunnel qua núi đá nơi có nước ngầm Máy dùng để thay phương án thi công khoan nổ mìn đá cứng mà ta đề cập phần § 4.8 Lựa chọn tổ hợp khiên đào tuyến ngầm I Thông tin cần cân nhắc lựa chọn tổ hợp khiên đào tunnel Trọn tổ hợp khiên cho dự án tuyến ngầm công việc vô quan trọng có tính mạo hiểm cao Tổ hợp khiên đào phải chế tạo phù hợp với điều kiện địa chất nơi tuyến ngầm qua phải an toàn điều kiện địa chất bất thường sảy suốt trình thi công Tổ hợp khiên đào phải thiết kế cho không phù hợp với điều kiện địa chất, mà phải cân nhắc tới đặc tính kỹ thuật cụm máy thành phần khác là: Hệ thống điều khiển, kết cấu vỏ khiên, giải pháp giữ gương đào, hệ thống thông gió, hệ thống khoan vữa sử lý đất yếu, máy lắp ráp vỏ tunnel vv… thiết bị đảm bảo môi trường khác Dưới xin liệt kê sơ điều cần cân nhắc tìm hiểu đặc tính kỹ thuật tổ hợp TBM cho dự án tuyến ngầm: Áp lực giữ gương đào Nguyên nhân sơ đẳng dẫn tới sạt lở gương đào máy đào đào lượng đất lớn cần thiết, TBM phải thiết kế cho lưu lượng máy 98 đào kiểm soát cách chặt chẽ, mặt khác khoang giữ gương đào phải tạo áp lực đủ lớn để kiểm soát đất đào áp lực nước ngầm Một số tổ hợp TBM có hệ thống kiểm soát lượng đất đào đơn vị chiều dài tuyến ngầm, điều giảm thiểu nguy sạt lở gương đào lượng đất đào vượt mức tiên lượng Nếu dơn vị chiều dài tuyến mà lượng đất đưa lớn định mức máy tự động dừng có đèn tín hiệu thông báo để người điều khiển kiểm tra lại điều kiện địa chất nơi máy làm việc để có giải pháp sử lý kịp thời trước muộn Công suất mô men xoắn tổ hợp khiên Trong điều kiện địa chất phức tạp tổ hợp máy TBM phải có công suất đủ lớn, mô men xoắn đủ lớn để thắng lực cản cắt đất mâm dao đưa đất cắt khỏi gương đào Mặt khác công suất mô men xoắn tổ hợp phải có phần dư để sử lý trình đào cắt trường hợp điều kiện địa chất bất thường Một tổ hợp TBM thiết kế đưa tới công trường ta khó mà thay đổi cách rễ ràng thông số kỹ thuật công suất mô men xoắn mâm dao Những yếu tố ảnh hưởng tới mô men xoắn gồm: - Đường kính mâm dao – Mâm dao lớn đòi hỏi mô men xoắn cao; - Vận tốc góc mâm dao rad/s – vận tốc góc tăng, mô men xoắn giảm; - Áp lực giữ gương đào – áp lực giữ gương đào tăng, mô men xoắn tăng Sự đồng thiết bị tổ hợp khiên Các thiết bị cần phải lưu tâm tổ hợp TBM là: vít tải, máy lắp ráp vỏ tunnel, đĩa cắt mâm dao, máy bơm bùn, máy tách đất bơm dung dịch betonite vv… phải đặc biệt phù hợp với điều kiện địa chất công suất suất Một thiết bị nói không phù hợp làm cho tổ hợp phải dừng lại làm chậm tiến độ xây lắp Để tránh cố thiết bị đồng gây nên phải khảo sát điều kiện địa chất nơi tuyến ngầm qua cách đồng toàn diện, công suất, mô men xoắn, thiết bị đồng theo phải có công suất lớn công suất trường hợp khó khăn Ngày nay, tổ hợp TBM nhà sản suất chế tạo theo mô đun cho phép thay đổi số cấu điều kiện địa chất thủy văn thay đổi, nhiên thay đổi cấu 99 trường hợp thật cấp thiết thay đổi cách tùy tiện nhiều thời gian đòi hỏi biện pháp an toàn thay dẫn tới chậm tiến độ An toàn cho tổ hợp gặp đá mồ côi Điều kiện địa chất thay đổi, thông số kỹ thuật tổ hợp phải điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện cụ thể, điều đòi hỏi thông số kỹ thuật tổ hợp phải có dải điều chỉnh phù hợp Tuy nhiên, đào tunnel mà gặp đá mồ côi mâm dao, bơm bùn, vít tải thiết bị khác phải ứng sử điều mà người lựu chọn TBM phải yêu cầu nhà sản xuất cung cấp máy Sự đồng lưỡi cắt, mâm dao, vít tải, mô men xoắn gặp đá mồ côi phải cân nhắc Khi gặp đá mồ côi mô men xoắn phải đủ lớn để phá đá Lưới cắt phải đủ độ cứng để đập đá, vít tải phải phù hợp với phoi đá mà mâm dao phá Nếu vít nhỏ làm tắc nghẽn vít tải bơm bùn vv… Lựa chon thiết bị phù hợp gặp túi bùn Để tránh gặp túi bùn việc cần làm khảo sát địa chất toàn tuyến ngầm để tránh túi bùn, đất yếu Tuy nhiên lúc tuyến ngầm tránh túi bùn, mặt khác có túi bùn mà phân bổ chúng khó lường trước kể ta khảo sát cách kỹ lưỡng Vậy phải làm chọn máy gặp phải túi bùn, câu trả lời phải có thiết bị sử lý đất yếu dung dịch xi măng, giải pháp đề cập chương Ngày tổ hợp TBM đào tuyến ngầm điều kiện đất yếu trang bị thiết bị khoan vượt trước để giữ cho địa tầng ổn định trước cho đào tiếp Vậy trọn tổ hợp TBM phải lựa chọn cụm thiết bị sử lý đất yếu vượt lên trước phù hợp với điều kiện địa chất dự án II Các thông số kỹ thuật chọn tổ hợp TBM gồm: Loại máy TBM – EPB, SPB, APB, MPB – Phương án giữ gương đào Đường kính mâm dao, m Máy lắp ráp vỏ tunnel – phương án thi công vỏ tunnel vĩnh cửu Công suất tiêu thu mâm dao, kW Mô men xoắn mâm dao, kN.m Dưới xin giới thiệu số tổ hợp máy TBM sử dụng tuyến ngầm giới 100 III số tổ hợp máy TBM với khoang cân áp lực đất- “Earth pressure balance EPB sử dụng tuyến ngầm giới Thông số kỹ thuật Loại máy TBM Tổ hợp khiên đào TBM với khoan cân áp lực Hãng sản xuất Đường kính mâm đất “Earth pressure balance EPB” Herrenkecht AG LB Đức 15.200 dao, mm Công suất tiêu thu mâm dao, kW Mô men xoắn mâm dao, kN.m Thiết bị đồng 14.000 8.450 Máy lắp ráp vỏ tunnel kèm Dự án mà máy sử dụng Tên dự án Tuyến đường sắt đô thị (Metro) M-30 Tại Madrid, Tây Ban Nha năm 2007 Điều kiện địa chất Sét, pha sét thạch cao cứng, nới có mật độ dân cư điều kiện khác Chiều dài tuyến, m Thông số kỹ thuật cao, có tuyến ngầm hữu liền kề 3.526 m Loại máy TBM Tổ hợp khiên đào TBM với khoan cân áp lực Hãng sản xuất Đường kính mâm đất “Earth pressure balance EPB” Herrenkecht AG LB Đức 6.514 dao, mm Công suất tiêu thu mâm dao, kW Mô men xoắn mâm dao, kN.m Thiết bị đồng 945 4.377 Máy lắp ráp vỏ tunnel kèm Dự án mà máy sử dụng Tên dự án Tuyến đường sắt cao tốc, Los Angeles, Hoa Kỳ năm 2006 Điều kiện địa chất Phù sa đất bồi điều kiện khác Chiều dài tuyến, m Thông số kỹ thuật Loại máy TBM 3.911 m Tổ hợp khiên đào TBM với khoan cân áp 101 Hãng sản xuất Đường kính mâm dao, mm Công suất tiêu thu mâm dao, kW Mô men xoắn mâm dao, lực đất “Earth pressure balance EPB” Herrenkecht AG LB Đức 11.120 3.200 23.700 kN.m Thiết bị đồng kèm Máy lắp ráp vỏ tunnel Dự án mà máy sử dụng Tên dự án Tuyến đường sắt cao tốc, Los Katzenberg, LB Đức năm 2005 Điều kiện địa chất đá vôi, sa thạch, đá kết, macnơ điều kiện khác Chiều dài tuyến, m 17.968 m Thông số kỹ thuật Loại máy TBM Tổ hợp khiên đào TBM với khoan cân áp lực hỗn hợp “mixshield pressure balance MPB” Hãng sản xuất Herrenkecht AG LB Đức Đường kính mâm dao, mm 15.430 Công suất tiêu thu 3.500 mâm dao, kW Mô men xoắn mâm dao, 39.945 kN.m Thiết bị đồng kèm Máy lắp ráp vỏ tunnel Dự án mà máy sử dụng Tên dự án Công trình tuyến đường sắt cao tốc Thượng Hải, Trung quốc Điều kiện địa chất Cát, sét, sỏi cuội cát điều kiện khác Chiều dài tuyến, m 14.944 m Trên số tổ hợp TBM Shiel sử dụng công trình tunnel đường sắt nước giới đưa với mục đích có tính gợi ý cho kỹ sư lựa chọn thiết bị Việc lựa chọn công nghệ thiết bị phù hợp cho dự án công việc đòi hỏi người Kỹ sư phải tìm hiểu cách thấu đáo yếu tố kinh tế – kỹ thuật, điều kiện địa kỹ thuật để toán cho nhà sản xuất máy ngầm chuyên nghiệp Một điểm đáng lưu ý lựa chọn tổ hợp TBM chúng có tính đặc thù cao cho dự án giá thành tổ hợp vô lớn nên yêu cầu chủ đầu tư phải có đội ngũ kỹ thuật xứng tầm để hãng sản xuất máy ngầm lựa chọn thiết bị phù hợp 102 [...]... 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 VII Tổ hợp khiên đơn và khiên đôi Hình 4.14 Cấu tạo ngoài của tổ hợp khiên đào lò loại khiên đôi ( Robbin USA): 1 – mâm dao; 2 – đĩa cắt; 3 – khiên trước; 4 – khiên thụt-thò; 5 – guốc kẹp thuỷ lực ; 6 – khiên sau; 7 - cabin Hình 4.15 Sơ đồ bố trí thi t... vẫn là nhưng cụm máy chính trong các tổ hợp khiên đào tunnel hiện đại II Khiên đào lò 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 1 Khiên đào lò bán thủ công loại thường Hình 4.5 Tổ hợp khiên đào lò bán thủ công loại thường: 1 - vỏ khiên; 2 - khoảng... dụng của máy đào mui trần Máy đào mui trần là loại máy thông hầm trên núi dùng để đào các tunnel đi qua các núi đá nơi có ít hoặc rất ít nước ngầm Máy này dùng để thay phương án thi công khoan nổ mìn trong nền đá cứng mà ta đã đề cập ở phần trên § 4.8 Lựa chọn tổ hợp khiên đào tuyến ngầm I Thông tin cần cân nhắc khi lựa chọn tổ hợp khiên đào tunnel Trọn tổ hợp khiên cho một dự án tuyến ngầm là công việc... của tổ hợp khiên với khoang cân bằng áp lực gương đào bằng đất - EPB Tổ hợp khiên với khoang cân bằng áp lực gương đào bằng đất – EPB được sử dụng để thi công các tuyến ngầm qua những vùng đất có điều kiện địa 88 chất phức tạp, đất mềm, đất sét dính, pha sét dính, cát rời pha lẫn sét hàm lượng cao và các loại đất có tính thấm kém là những loại đất rất phù hợp cho các tổ hợp khiên với khoan cân bằng. .. cửu 7 để đẩy mâm dao vào gương đào tiến lên 91 IV Tổ hợp khiên đào SPB đường kính nhỏ Slurryschild dùng đào ngầm đường thoát nước đô thị mặt cắt nhỏ theo công nghệ “microtunnelling” 1) Giới thi u sơ bộ công nghệ “microtunnelling” (hình 4.13.a) Công nghệ thi công tunnel mặt cắt nhỏ với tổ hợp khiên đào Slurrychild ( SPB có đường kính nhỏ) Là công nghệ lắp đặt các hệ thống đường ống ngầm hạ tầng kỹ thuật... một và tiến về phía trước cho tới khi gặp giếng tiếp nhận V Phạm vi ứng dụng của tổ hợp khiên SPB Tổ hợp khiên với khoang cân bằng áp lực gương đào dung dịch betonite – SPB được sử dụng để thi công các tuyến ngầm qua những vùng đất có điều kiện địa chất phức tạp có nhiều nước ngầm với áp lực nước ngầm khác nhau, 92 thi công các tuyến tunnel đi ngầm qua sông, biển, đầm lầy nơi có rất nhiều nước ngầm. .. bằng áp lực đất § 4.6 .Tổ hợp khiên đào lò với khoang cân bằng áp lực bằng dung dịch betonite – “Slurry pressure balance EPB” I Sơ đồ cấu tạo tổ khiên SPB Hình 4.11 Sơ đồ cấu tạo tổ khiên đào lò với khoang cân bằng áp lực bằng dung dịch bentonite Hình 4.12 Sơ đồ bố trí thi t bị bên trong tổ hợp khiên đào lò với khoang cân bằng áp lực gương đào bằng dung dịch bentonite cao áp (gối cân bằng thuỷ lực) của... men xoắn tăng 3 Sự đồng bộ của các thi t bị trong tổ hợp khiên Các thi t bị chính cần phải lưu tâm trong tổ hợp TBM là: vít tải, máy lắp ráp vỏ tunnel, các đĩa cắt trên mâm dao, máy bơm bùn, máy tách đất và bơm dung dịch betonite vv… phải đặc biệt phù hợp với điều kiện địa chất và công suất cũng như năng suất Một trong các thi t bị nói trên không phù hợp sẽ làm cho tổ hợp phải dừng lại làm chậm tiến độ... khi chọn tổ hợp TBM gồm: 1 Loại máy TBM – EPB, SPB, APB, MPB – Phương án giữ gương đào 2 Đường kính mâm dao, m 3 Máy lắp ráp vỏ tunnel – phương án thi công vỏ tunnel vĩnh cửu 4 Công suất tiêu thu của mâm dao, kW 5 Mô men xoắn mâm dao, kN.m Dưới đây xin giới thi u một số tổ hợp máy TBM đã được sử dụng trong các tuyến ngầm trên thế giới 100 III một số tổ hợp máy TBM với khoang cân bằng áp lực bằng đất-... cách thủ công § 4.4 .Tổ hợp khiên đào lò cơ giới loại thường (không có khoang cân bằng áp lực - Soft Ground Non Pressurized) Tổ hợp mà trong đó công tác thi công từ khâu đào đất tới hoàn chỉnh tuyến ngầm được cơ giới hoá hoàn toàn được gọi 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 với từng điều kiện địa chất ... lắp ráp thiết bị phụ thuộc khác (hình 4. 4) Khiên thường hình tròn thép hàn lại ba phận tạo thành: vòng miệng cắt, thân khiên đuôi khiên (hình 4. 3) Hình 4. 3 Kết cấu vỏ khiên thủ công: 1- vòng... cắt ; 2- thân khiên; 3- đuôi khiên; 4- sườn gia cố dọc; 5- Sườn gia cố hình vòng - Vòng miệng cắt: Vòng miệng cắt phận phía trước khiên có lắp lưỡi dao (hình 4. 4), thi công cắt tiến vào đất Lưỡi... khiên đôi Hình 4. 14 Cấu tạo tổ hợp khiên đào lò loại khiên đôi ( Robbin USA): – mâm dao; – đĩa cắt; – khiên trước; – khiên thụt-thò; – guốc kẹp thuỷ lực ; – khiên sau; - cabin Hình 4. 15 Sơ đồ bố