BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI KHOA XÂY DỰNG ĐỒN ĐÌNH ĐIỆP (CHỦ BIÊN) VI VĂN ĐỊNH BỘ MÔN: KINH TẾ – MÁY XD MÁY VÀ THIẾT BỊ THI CƠNG CƠNG TRÌNH NGẦM HÀ NỘI – 2010 Lời nói đầu Tài liệu “Máy thiết bị thi cơng cơng trình ngầm” biên soạn với mục đích trang bị kiến thức máy thi cơng ngầm cho sinh viên ngành xây dựng cơng trình ngầm thị nói riêng sinh viên ngành có liên quan như: xây dựng dân dụng- công nghiệp chuyên ngành kỹ thuật hạ tầng đô thị trường Đại học kiến trúc Hà Nội, góp phần nâng cao trình độ lực học sinh viên việc lựa chọn quản lý thiết bị đã, sử dụng Việt Nam giới Đây kết nghiên cứu tài liệu hãng sản xuất thiết bị thi công tuyến ngầm tiếng giới như: Herrenknecht, Wirth, Putzmeister (CHLB Đức), Hitachi Ltd Mitsubishi Heavy Industries (Nhật Bản), Lovat (Canada), Robbins Caterpillar (USA), Palmieri (Italia), tài liệu máy thi công mạng đường sắt ngầm đô thị “Metro” LB Nga Đặc Biệt hãng sản xuất thiết bị thi công tunnel Herrenknecht CHLB Đức ủng hộ cách gửi tài liệu từ hãng qua đường chuyển phát nhanh để tham khảo tài liệu chúng tơi sử dụng phần hình ảnh từ tài liệu hãng Trong q trình biên soạn, tác giả tham khảo số tài liệu như: “Máy xây dựng” tác giả Nguyễn Văn Hùng chủ biên, Lưu Bá Thuận “Thi công hầm cơng trình ngầm” tác giả Nguyễn Xn Trọng v.v Tác giả tìm hiểu giới thiệu bổ sung công nghệ xây dựng tuyến ngầm nguyên lý làm việc thiết bị mới, đại hãng tiếng giới sản xuất mà sách nước chưa đề cập tới Ngoài tài liệu tập hợp kinh nghiệm thực tế nhiều năm công tác tác giả công ty Lũng Lô, LICOGI tham gia thi công tuyến tunnel thuỷ lực cho nhà máy thủy điện A Vương; Bản Chát; Ngòi Phát vv… thực tiễn năm công tác công ty xây dựng mỏ Tổng công ty Than Việt Nam Tài liệu “Máy thiết bị thi công công trình ngầm” biên soạn với phương châm bám sát công nghệ thi công, chia thành chương theo giải pháp cơng nghệ chính, số chương giới thiệu thiết bị có cơng dụng chung cho cơng nghệ trình tự xếp sau: Chương 1: Khái niệm chung công nghệ máy thi cơng cơng trình ngầm Chương 2: Máy thiết bị công nghệ đào hở PDF by http://www.ebook.edu.vn Chương 3: Máy thiết bị cơng nghệ đào kín kết hợp khoan phá khoan nổ mìn Chương 4: Máy thi cơng tuyến ngầm công nghệ khiên tổ hợp khiên Chương 5: Máy bốc xúc vận chuyển đất đá tuyến tunnel ngầm Chương 6: Máy làm bê tơng cơng trình ngầm Chương 7: Máy thiết bị phụ trợ Tác giả chân thành cảm ơn ông Florian Kulke bà Sarah Uhl phòng Marketing & corporate communication hãng Herrenknecht AG gửi cho phép sử dụng phần tài liệu hãng Tác giả xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp, đặc biệt cán giảng dạy môn máy xây dựng Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đọc góp ý kiến cho thảo trình biên soạn sách Trong q trình biên soạn khơng thể tránh khỏi sai sót, mong bạn đọc đồng nghiệp đóng góp để tài liệu ngày tốt Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2010 Các tác giả PDF by http://www.ebook.edu.vn Chương I Khái niệm chung cơng nghệ máy thi cơng cơng trình ngầm § 1.1 Tổng quan công nghệ thi công công trình ngầm phân loại I Cơng tác tổ chức thi cơng cơng trình ngầm dạng tuyến Cơng tác thi công tuyến ngầm tổ chức thi công theo hai nguyên tắc: - Tổ chức thi công theo dây chuyền; - Tổ chức thi công theo chu kỳ Tổ chức thi công theo dây chuyền tuyến ngầm thể chỗ, gương đào tiến lên tất khu vực thi công khác theo sau phải tiến lên với tốc độ để hoàn thành chu kỳ cơng tác Khi tồn cơng việc thi cơng tuyến ngầm thực hiểu dây chuyền xây dựng thống nhất, đảm bảo đồng tiến độ như: công tác đào đất, công tác bốc xúc đất, công tác lắp ráp vỏ tunnel tốc độ với tốc độ tiến lên gương đào Nếu công đoạn kể chậm tốc độ dẫn tới gián đoạn dây chuyền.Tốc độ tiến lên gương đào khu vực thi cơng khác phụ thuộc vào khả máy chủ phụ thuộc vào công nghệ Tổ chức thi công theo chu kỳ thể chỗ, sau khoảng thời gian định khối lượng cơng tác xây lắp thực hiện, công đoạn xây lắp lặp lặp lại qua chu kỳ Thời gian thực chu kỳ phải tính toán cho ca ngày, công đoạn cuối chu kỳ phải hồn thành triệt để sở bàn giao cho ca Đây giải pháp cho phép tổ chức thi công theo tổ, đội trực ban tăng tinh thần trách nhiệm đội trực ca chất lượng xây lắp II phân loại Các công nghệ thi công tuyến ngầm chia thành nhóm đào kín đào hở Trong đào kín lại chia làm nhóm mỏ truyền thống; đào với khiên tổ hợp khiên công nghệ đào lò theo phương án Áo (New Austrian Tunneling Method - NATM) Đào hở chia làm nhóm là: Đào hở kiểu hố móng, kiểu phân đoạn với tường đất, kiểu đào hở kết hợp khiên hở, hạ dìm cuối phương pháp hạ dần Phân loại công nghệ thi công công trình ngầm thể sơ đồ sau: PDF by http://www.ebook.edu.vn § 1.2 Phân loại máy thi cơng cơng trình ngầm Máy thi cơng cơng trình ngầm máy xây dựng thiết bị có tính chuyên dụng cao phục vụ cho công tác xây dựng cơng trình ngầm, tuyến tunnel ngầm giao thơng đường sắt, đường bộ, tuyến đường ống ngầm hạ tầng kỹ thuật đô thị, thuỷ điện…Do máy thiết bị thi cơng cơng trình ngầm có nhiều chủng loại đa dạng Người ta phân loại máy thiết bị thi cơng cơng trình ngầm theo nhóm máy chủ đạo công nghệ thi công theo công dụng chúng sau: Tổ hợp máy phát lực: Tổ máy phát lực có nhiệm vụ cung cấp động cho cấu công tác máy thi công ngầm làm việc Tổ máy phát lực máy thi cơng cơng trình ngầm tổ hợp động điêzel - bơm dầu thuỷ lực, tổ hợp đông điện – bơm dầu thuỷ lực, tổ hợp động điêzel – máy nén khí đông hoạt động độc lập v.v… Máy bốc xúc vận chuyển đất đá hầm lò: • Máy bốc xúc: có nhiệm vụ bốc xúc đất đá làm mặt phía trước gương đào để đổ trực tiếp gián tiếp vào máy vận chuyển đất đá Các máy có hai loại loại làm việc theo chu kỳ loại bốc xúc liên tục • Máy vận chuyển hầm lò gồm có: - Các máy vận chuyển liên tục như: băng tải, gầu tải, vít tải v.v…có nhiệm vụ vận chuyển đất đá khỏi gương đào vận chuyển vật liệu xây dựng máy móc từ mặt đất tới nơi thi công Hướng vận tải phương ngang phương nghiêng - Các máy vận chuyển không liên tục như: ôtô tải hầm lò, vận tải đường sắt xe goòng hầm lò…Hướng vận chuyển phương ngang phương nghiêng * Máy nâng chuyển: máy có hướng vận chuyển gần vng góc với tuyến tunnel Chúng bố trí giếng đứng có nhiệm vụ đưa đất đá lên mặt đất đưa vật liệu, cấu kiện xây dựng với công nhân xuống tuyến ngầm Ta phải phân biệt máy với máy nâng chuyển phục vụ thi cơng cơng trình ngầm tầng hầm nhà cao tầng, bãi đỗ xe ngầm tuyến ngầm công nghệ đào hở Máy thiết bị thi công tuyến ngầm công trình ngầm cơng nghệ đào hở gồm có: - Các máy thi công tường đất; - Các máy bốc xúc đất công nghệ đào hở; - Các máy nâng chuyển công nghệ đào hở - cổng trục PDF by http://www.ebook.edu.vn Máy thiết bị thi cơng tuyến ngầm phương pháp khoan nổ mìn: - Các dụng cụ khoan: Mũi khoan, ty khoan (cần khoan) - Các máy khoan cầm tay; - Máy khoan cột; - Cỗ máy khoan hầm lò Máy thiết bị thi công tuyến ngầm phương pháp khiên tổ hợp khiên: - Khiên thủ công; - Khiên bán thủ cơng; - Tổ hợp khiên giới hố hoàn toàn loại thường dùng cho đất mềm – “Soft Ground Non Pressurized”; - Tổ hợp khiên đào lò với khoang cân áp lực đất – “EARTH PRESSURE BALANCE”; - Tổ hợp khiên đào lò với khoang cân áp lực dung dịch betonite cao áp – “SLURRY PRESSURE BALANCE SPB”; - Tổ hợp khiên đào lò với khiên đơn khiên đôi - “SINGLE AND DOUBLE SHIELD TBMS”; - Tổ hợp máy đào tuyến ngầm dùng đá cứng – “MAIN BEAM TBM” Máy thiết bị phục vụ cho công tác bê tơng, bê tơng cốt thép cơng trình ngầm gồm: - Máy thiết bị gia cố vách tunnel tạm thời công nghệ phun khô; - Máy thiết bị gia cố vách tunnel tạm thời công nghệ phun khô; - Máy trộn bê tông; - Các loại ván khuôn di động; - Máy vận chuyển bê tông; - Máy bơm bê tông; - Máy làm chặt bê tơng; - Máy lắp ráp vỏ lò; - Máy ép vữa Máy thiết bị phụ trợ thi công tuyến ngầm khác như: - Máy sử lý đất cho tuyến ngầm – máy thiết bị sử lý đất yếu công nghệ khoan vữa cao áp - Máy thiết bị thơng gió tuyến ngầm; - Máy thiết bị định vị hướng đào; PDF by http://www.ebook.edu.vn - Các máy tách đất, máy bơm bùn v.v… - Thiết bị an toàn, chiếu sáng Máy thiết bị thi cơng cơng trình ngầm máy đơn lẻ, cỗ máy phục vụ cho công đoạn công nghệ thi công nhiều chúng coi dây chuyền (một cơng xưởng) thực trọn vẹn tồn cơng đoạn công nghệ thi công từ đào đất tới thi công vỏ hầm tunnel vĩnh cửu Cấu tạo chung máy cơng trình ngầm gồm phận sau: a Thiết bị động lực: Động đốt trong, điện, bơm dầu máy nén khí b Hệ thống truyền động: Cơ khí, thuỷ lực, điện, khí nén hỗn hợp c Cơ cấu cơng tác d Cơ cấu di chuyển e Hệ thống điều khiển f Các thiết bị phụ khác: thiết bị an tồn, chiếu sáng, tổ hợp khiên đào lò trang bị máy tính đại cho phép tự động hoá nhiều khâu từ đào đất, điều khiển tới thi cơng hồn chỉnh tuyến ngầm Tuỳ theo yêu cầu chức năng, số máy có đầy đủ phận có vài phận mà Trong chương sâu vào nghiên cứu cụm thiết bị có cơng dụng chung là: Thiết bị động lực hệ thống truyền động cụm lại ta nghiên cứu với máy chương sau PDF by http://www.ebook.edu.vn § 1.3 Thiết bị động lực máy cơng trình ngầm Thiết bị động lực (còn gọi hệ thống phát lực) bao gồm nhiều động Động cấu máy dùng để biến đổi dạng lượng (như điện năng, nhiệt năng…) thành cung cấp cho cấu công tác Trong máy xây dựng nói chung máy thi cơng cơng trình ngầm nói riêng có bốn loại động thường sử dụng là: - Đơng đốt trong; - Động điện; - Máy bơm thuỷ lực, đông thuỷ lực: Mô-tor, xi lanh thuỷ lực - Các loại máy nén khí I Động đốt Nguyên lý làm việc động đốt Hỗn hợp nhiên liệu (xăng dầu điêzen với không khí) đốt cháy buồng kín sinh khí nhiệt độ cao làm giãn nở khí đốt dẫn tới tăng áp suất, áp suất tác động lên bề mặt piston, làm piston di chuyển tịnh tiến lòng xi lanh, thơng qua truyền làm quay trục khuỷu sinh công Phân loại: Động đốt có hai loại: - Động xăng (2 kỳ kỳ): có chế hồ khí (carburator) phận đánh lửa (bugi) - Động diesel (2 kỳ kỳ): Khơng có chế hồ khí phận đánh lửa, nhiên liệu phun trực tiếp qua kim phun (dưới áp suất p = 12,5÷100 MPa) vào buồng đốt, dầu tự bốc cháy bị nén lại áp suất cao nhiệt độ cao buồng đốt Ngồi ra, phân loại động theo số lượng xi lanh & cách đặt xi lanh: Đặt đứng, đặt nghiêng nằm ngang, hàng, hai hàng kiểu chữ V Các máy thi cơng cơng trình ngầm thường sử dụng động điêzel loại bốn kỳ có nhiều xi lanh xếp hai dãy kiểu theo chữ V Cấu tạo chung động đốt Động đốt bao gồm số cấu hệ thống sau: - Cơ cấu biên - tay quay: Cơ cấu biên - tay quay hay cấu trục khuỷu - truyền có tác dụng biến chuyển động tịnh tiến pittông thành chuyển động quay trục khuỷu - Cơ cấu phối khí: PDF by http://www.ebook.edu.vn Cơ cấu phối khí có tác dụng nạp đầy hòa khí (động xăng) khơng khí động điêzen) vào xi lanh xả khí cháy làm việc khỏi xi lanh - Hệ thống cung cấp nhiên liệu: Hệ thống cung cấp nhiên liệu có tác dụng cung cấp nhiên liệu, tùy theo phụ tải động cơ, để hỗn hợp với khơng khí tạo thành hòa khí hỗn hợp cháy xả khí cháy khỏi xi lanh - Hệ thống bôi trơn: Hệ thống bôi trơn dùng động có tác dụng cung cấp dầu nhờn đến bề mặt làm việc chi tiết để giảm ma sát hạn chế tác động mài mòn - Hệ thống làm mát: Hệ thống làm mát có tác dụng giữ cho động làm việc nhiệt độ định để kéo dài tuổi thọ động Ngồi ra, động có cấu hệ thống khác: hệ thống điều tốc, khởi động đánh lửa (dùng động xăng) Những thông số cấu tạo động đốt a) Hành trình: Hành trình (hay khoảng chạy pittơng) S (hình 1.1) khoảng cách từ vị trí cao - điểm chết (ĐCT) đến vị trí thấp - điểm chết (ĐCD) pittông, pittông dịch chuyển tịnh tiến xi lanh: S = 2r [1.1] r - bán kính tay quay trục khuỷu b) Dung tích làm việc xi lanh: Dung tích làm việc xi lanh (Vs) dung tích xi lanh giới hạn khoảng hành trình pittơng: πD Vs = S [1.2] D- đường kính xilanh; S- hành trình pittơng PDF by http://www.ebook.edu.vn c) Dung tích làm việc động cơ: Dung tích làm việc động (Vh) tổng dung tích làm việc xi lanh Vh = Vs I hay πD S i Vh = [1.3] [1.4] Vs - dung tích làm việc xi lanh; isố lượng xilanh động cơ; D- đường kính xilanh; S- hành trình pittơng Hình 1.1 Thông số cấu tạo động đốt d) Dung tích buồng cháy: Dung tích buồng cháy hay buồng nén (Vc) dung tích phần khơng gian đỉnh pittông nắp xilanh pittông điểm chết (ĐTC) e) Dung tích lớn xilanh tỷ số nén động cơ: Dung tích lớn hay dung tích tồn (Vmax) tổng dung tích làm việc xilanh (Vs) dung tích buồng cháy (Vc): Vmax = Vs + Vc [1.5] Tỉ số nén động biểu thị hòa khí (động xăng) khơng khí (động điêzen) bị nén nhỏ pittông dịch chuyển xilanh, từ điểm chết lên điểm chết Tỉ số nén có ảnh hưởng lớn đến cơng suất hiệu suất động Tỷ số nén động tính theo cơng thức: ε= Vs + Vc Vmax = Vc Vc [1.6] Tỷ số nén 6÷9 cho động xăng 15÷20 cho động diesel Ưu-nhược điểm phạm vi sử dụng động đốt Ưu điểm: - Tương đối gọn nhẹ (3÷5 kg/kW); - Khởi động nhanh, dễ dàng thay đổi vận tốc quay; - Công suất lớn (đến 2000 kW); - Hiệu suất cao; PDF by http://www.ebook.edu.vn 10 tăng lên áp suất khí trời nhờ dòng khí tiếp tục vào quạt ngừng hoạt động Cùng với việc dừng máy thi công khơng khí lò nhờ khí chảy vào - Khi sử dụng nhiều quạt gió hút đặt cánh đoạn tunnel có tác dụng nâng cao cường độ hiệu thông gió Đồng thời cho phép sử dụng quạt có cơng suất nhỏ Nhược điểm phương pháp thơng gíó hút: - Các quạt gió hút gió bẩn chứa nhiều bụi khí có hại tập trung qua rãnh gió qua quạt nên quạt làm việc nhanh bị bẩn, phải thường xuyên làm bụi cánh quạt gió - Khi sử dụng nhiều quạt làm việc song song với hiệu suất quạt bị giảm đi, việc điều chỉnh lưu lượng gió phức tạp nhiều, tiêu thụ lượng tăng lên số quạt làm việc khơng kinh tế, tính ổn định mạng gió Tóm lại, phương pháp thơng gió hút nên áp dụng tuyến ngầm có độ sâu khoảng từ > 100 m, địa chất ổn định khơng có khe nứt thơng với khí trời 3) Thơng gió kiểu liên hợp Với phương pháp này, phần tuyến có áp suất dư (lớn áp suất khí trời) quạt đẩy tạo nên, phần khác quạt hút tạo nên áp suất chân không (nhỏ áp suất khí trời) Mặt khác đường lò có vùng mà áp suất khơng khí áp suất khí trời, rò gió vùng mặt đất khơng sảy tuyến ngầm đặt không sâu Sơ đồ bố trí thiết bị hình 7.4 Hình 7.4 Sơ đồ ngun lý phương pháp thơng gió liên hợp đẩy – hút: - quạt đẩy; - đoạn tunnel áp suất cao khí quyển; - đoạn tunnel áp suất thấp khí quyển; - quạt hút Ưu điểm phương pháp thơng gió liên hợp: PDF by http://www.ebook.edu.vn 162 - Có thể áp dụng để loại trừ rò gió mặt đất với đường lò qua vùng khai thác khoáng sản - Hạ áp chung mỏ phân chia thành hai thành phần tương ứng với quạt đẩy quạt hút làm cho độ chênh áp khơng khí lò ngồi trời giảm Ngồi có khái niệm sơ đồ thơng gió tuyến cơng trình ngầm là: Thơng gió trung tâm tồn tuyến thơng gió cục a) b) Hình 7.4 Hai sơ đồ thơng gió tuyến cơng trình ngầm: a) thơng gió trung tâm tồn tuyến; b) thơng gió cục theo theo nhánh tunnel III Các thiết bị thơng gió cơng dụng chúng 1) Quạt thơng gió tuyến ngầm - Quạt gió nguồn động lực để thơng gió cho cơng trình ngầm - Quạt gió thiết bị tạo áp suất dương âm cho tuyến ngầm tạo điều kiện cho trao đổi khí Phân loại quạt 2) Phân loại quạt theo dấu hiệu sau: a) Theo nguyên lý hoạt động: Quạt chia làm hai nhóm quạt gió hướng trục quạt gió ly tâm + Quạt gió hướng trục : Là loại quạt có hướng gió vào hướng gió khỏi bánh cơng tác quạt đồng phương với trục quạt Hình 7.5 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động quạt thơng gió tuyến ngầm loại hướng trục: – Dòng khí hút; – khí đẩy theo hướng dọc trục tới ống dẫn khí;3 – cánh quạt điều chỉnh góc nghiêng so với trục quạt PDF by http://www.ebook.edu.vn 163 - Ưu điểm: Hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn Có thể điều chỉnh lưu lượng quạt cách thay đổi góc nghiêng cánh cơng tác - Nhược điểm: Tiếng ồn lớn, cấu tạo phức tạo, bảo quản sửa chữa khó khăn + Quạt gió ly tâm: Là loại quạt có hướng gió khỏi bánh cơng tác vng góc với trục quạt Ưu, nhược điểm ngược với quạt hướng trục Hình 7.6 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động quạt thông gió tuyến ngầm loại hướng ly tâm: – dòng khí hút nhờ áp suất âm cánh quạt; – cánh quạt; – dòng khí bị đẩy lực ly tâm b) Phân loại quạt theo nhiệm vụ cơng tác Có ba loại: quạt chính, quạt phụ quạt cục Quạt gió chính: Là quạt gió làm nhiệm vụ thơng gió cho tồn tuyến khu vực lớn có tính chất gần độc lập Quạt gió thường đặt mặt đất, đơi điều kiện đặc biệt đặt tuyến ngầm Quạt gió thường quạt lớn có cơng suất từ vài chục đến hàng ngàn KW, có lưu lượng từ hàng chục đến vài trăm m3/s, hạ áp suất chục đến vài trăm kg/m2 Quạt gió phụ: Làm nhiệm vụ tăng cường lưu lượng gió cho khu vực thơng gió quạt chính, nghĩa quạt gió phụ có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng gió quạt gió tạo cho phù hợp với yêu cầu sản xuất Quạt gió cục bộ: Làm nhiệm vụ thơng gió cục cho đường tunnel cụt hay đường lò chuẩn bị đào C) Phân loại theo hạ áp suất quạt: - Quạt có hạ áp nhỏ : hq < 100kg/m2 - Quạt có hạ áp trung bình : hq = (100 - 300)kg/m2 PDF by http://www.ebook.edu.vn 164 - Quạt có hạ áp lớn : hq > 300kg/m2 2) Tường chắn mạng lưới thơng gió tuyến ngầm: Tường chắn mạng lưới thơng gió tuyến ngầm có nhiệm vụ ngăn khoang không gian tuyến ngầm đoạn tuyến ngầm cụt tạo điều kiện cho việc thay đổi khí cục nhanh triệt để Theo vật liệu làm tường chắng có loại sau: Tường chắn bê tơng, gỗ, thép đơi xây gạch Tường chắn mạng lưới thông gió tuyến ngầm thường làm với cửa vào để cơng nhân vào khoang cần thiết a) b) c) Hình 7.7 Các kiểu kết cấu tường chắn phân đoạn tunnel để thơng gió: a) Tường chắn bằng gỗ b) Tường chắn xây gạch c)Tường chắn kiểu cử gỗ có sổ nhỏ 3) Ống dẫn gió: Ống dẫn gió treo vách tunnel để dẫn gió ngăn cách khơng khí khơng khí bẩn èng dẫn gió loại dùng cho thơng gió kiểu đẩy dùng ống dạng bạt khâu tạo thành ống, phía lõi thép dạng lò xo để treo lên vách lò Khi gió đẩy vào làm cho bạt căng dẫn khí tới gương đào, phần dò gỉ theo đường ống dẫn cho phép Ống dẫn gió dùng cho phương án hút phải dùng ống có kết cấu từ kim loại cứng Đôi ống dẫn gió có loại đảo chiều, loại ống kim loại cứng PDF by http://www.ebook.edu.vn 165 § 7.2 Máy thiết bị xử lý đất yếu sâu thi công tuyến ngầm I Sự cần thiết phải gia cố nên đất yếu sâu Tuyến ngầm thi công theo công nghệ biện pháp khác nêu phần tổng quan, mặt cơng nghệ phù hợp cho loại địa chất cơng trình điều kiện khác hợp lại cho phép giảm thiểu nguy an tồn q trình thi cơng Tuy nhiên thực tế nhiều vùng đất có điều kiện địa chất vô phức tạp với túi bùn xen kẽ lớp đất cứng, túi bùn lớn linh động đến mức mà ta chọn tổ hợp khiên giữ gương đào phù hợp EPB, SPB, MIX – PB đào đất nơi khác lại tiếp tục đổ nhiêu, tiếp tục đào ta phải hút hết túi bùn khổng lồ Dự án xây dựng tuyến ngầm SMART – TUNNEL Malayssia ví dụ điển hình đào qua túi bùn lớn làm cho vùng có tuyến ngầm qua bị sụt sâu xuống kể đường cao tốc bề mặt Nếu tiếp tục đào tiếp tục làm sụt vùng lân cận Về mặt lý thuyết trình sụt dừng lại bùn hút hết giống hệt ta bơm cạn hồ nước (nước bùn) thấy hở tuyến ngầm hết Có nhiều giải pháp để đào đất trường hợp là: - Đào đất điều kiện nhiệt độ âm: Nước ngầm đóng băng tự ổn định Tuy nhiên sau đào thi cơng xong tunnel phải làm việc điều kiện tương tác kết cấu bê tông cốt thép môi trường túi bùn giả lỏng Để kết cấu làm việc điều kiện phức tạp ta thơi bàn kết cấu - Đào đất khí nén với áp suất cực lớn, lớn áp lực nước bùn Phương án không khả thi áp lực khí phải vơ lớn - Hạ nước ngầm bấc thấm kết hợp tải trọng tĩnh, phương án thời gian đòi hỏi mặt mặt đất phải đủ lớn Ngoài vài giải pháp nữa, nhiên giải pháp ứng dụng cách hiệu là: Xử lý đất yếu sâu công nghệ khoan vữa cao áp II Công nghệ sử lý đất yếu tia vữa cao áp Bản chất công nghệ: PDF by http://www.ebook.edu.vn 166 Bản chất công nghệ gia cố đất yếu sâu khoan vữa cao áp (jet grouting) sử dụng động tia vữa có áp suất cao (50 – 60 MPa) vận tốc cao (≥100m/s) để cắt đồng thời nhào trộn tia xi măng với đất yếu theo chế độ “mix-in-place” (trộn chỗ) Hỗn hợp dung dịch xi măng đất trộn ninh kết lại tạo loại vật liệu – gọi bê tông đất (hoặc xi măng đất), với đặc tính bền, biến dạng, chống thấm khả chịu tải tốt hẳn so với đất yếu ngun thổ trước Hình 7.8 Khoan vữa cao áp (dùng động tia vữa cắt & trộn với đất) Các công nghệ gia cố đất yếu tia vữa cao áp Trên thực tế có ba dạng cơng nghệ khoan vữa cao áp ứng dụng để xử lý đất yếu là: công nghệ đơn pha - gọi cơng nghệ “S” (Single); cơng nghệ hai pha -còn gọi cơng nghệ “D” (double) cơng nghệ ba pha - gọi công nghệ “T” (triple) a Công nghệ đơn pha (Cơng nghệ S): Hình 7.9 Cơng nghệ đơn pha (Cơng nghệ S) PDF by http://www.ebook.edu.vn 167 Vữa với vận tốc ≥ 100m/s, vừa cắt đất vừa trộn vữa với đất cách đồng thời, tạo cột đất - xi măng đồng với độ cứng cao hạn chế đất trào ngược lên trở lại Ở có pha vữa xi măng có áp suất vận tốc cao sau khỏi vòi phun cắt trộn với đất xung quanh ty khoan tạo hỗn hợp đất xi măng Cấu tạo đầu khoan gồm nhiều lỗ phun vữa Các lỗ phun bố trí ngang hàng lệch hàng, có độ lệch góc b Cơng nghệ hai pha (Cơng nghệ D): Hình 7.9 Công nghệ hai pha (Công nghệ D) Đây hệ thống vữa kết hợp vữa với khơng khí Hỗn hợp vữa xi măng bơm áp suất cao, tốc độ 100m/s trợ giúp tia khí nén bao bọc quanh vòi phun Vòng khí nén làm giảm ma sát đất tia vữa cho phép vữa xâm nhập sâu vào đất, tạo cột đất - xi măng có đường kính lớn c Cơng nghệ ba pha (cơng nghệ T): Hình 7.10 Cơng nghệ ba pha (cơng nghệ T) PDF by http://www.ebook.edu.vn 168 Q trình có vữa, khơng khí nước Khơng giống đơn pha hai pha, nước bơm áp suất cao kết hợp với dòng khí nén xung quanh vòi nước điều cho phép đuổi khí khỏi cột đất gia cố Một vòi phun vữa cao áp bố trí phía vòi phun nước để phun vữa xi măng có áp suất cao để trộn với đất sau bị xới tơi nước khí để tạo hỗn hợp xi măng đất nước III Quy trình thi cơng Bước Bước Bước Khoan xuống tới độ Bơm áp suất cao hoạt Đồng thời thiết bị khoan sâu thiết kế - giai động, đẩy dung dịch (có quay theo chiều ngược lại đoạn áp suất cao từ 40 – 60 nâng lên với vận tốc gọi khoan lỗ khoan MPa) tới van phun mở quay chậm, bắt đầu xảy dẫn hướng (hoa tiêu), van đồng thời đóng q trình cắt trộn Khi mũi khoan cắt đất van phun nước rửa phoi hết lớp đất cần gia cố phương pháp Van phun có đường kính bơm áp suất cao ngừng quay đầu mũi khoan từ 0,8 – 3mm, hướng hoạt động, ty khoan quay có van phun nước rửa phun vng góc với trục lỗ nâng lên tới mặt đất phôi khoan áp suất khoan hoa tiêu để cắt máy 1MPa (van tự động) trộn đất với dung dịch XM khoan di chuyển sang hố khác Hình 7.11: Ba bước thi cơng cơng nghệ KPVCA IV Thiết bị khoan vữa cao áp công nghệ gia cố đất yếu tia vữa cao áp Dây chuyền thiết bị KPVCA thông thường bao gồm: PDF by http://www.ebook.edu.vn 169 - Máy khoan ty khoan mũi khoan chuyên dụng cho công nghệ “S”, “D” “T”; - Trạm trộn, máy nén khí, bơm vữa nước cao áp; - Đường dẫn vữa, khơng khí nước cao áp; - Thiết bị điều khiển áp lực, lưu lượng bơm, tốc độ xoay, tốc độ rút, chiều sâu khoan Các ống nối chịu áp lực cao đường cáp điều khiển nối máy bơm với máy khoan Cần khoan dài từ 1,5 đến 3m Lỗ khoan nối với rãnh thu để đưa bùn chảy vào vị trí máy hút bùn Thiết bị thi cơng cơng nghệ đơn pha (công nghệ S) a Sơ đồ bố trí thiết bị Hình 7.12: Thiết bị cơng nghệ đơn pha: – si lô chứa xi măng; - thiết bị vận tải kết hợp định lượng xi măng; - trạm trộn; – bơm vữa cao áp; – mũi khoan vòi phun cao áp; - ống dẫn vữa; – ty khoan; – máy khoan Trên sơ đồ hình 7.12 bơm vữa cao áp với áp suất cao cung cấp dung dịch vữa xi măng có áp suất cao tới vòi phun vữa đặt phía mũi khoan thơng qua đường ống cao áp phía ty khoan b Cấu tạo ty khoan công nghệ “S” Điểm khác biệt công nghệ đơn pha phải sử dụng ty khoan đầu khoan với kết cấu khác biệt Dưới xin giới thiệu cấu tạo cụm ty khoan công nghệ “S”: Hình 7.13: Cấu tạo ty khoan cơng nghệ pha: - khớp lề; - côn nối van cầu; - côn nối; - côn nối; – ty khoan; – đế kẹp vòi phun; – bi cầu; – van tự động; - Đầu nối mũi khoan; 10 - mũi khoan; 11- Vòi phun PDF by http://www.ebook.edu.vn 170 Thiết bị thi công công nghệ hai pha (công nghệ D) - pha khí nén pha vữa xi măng cao áp a Sơ đồ bố trí thiết bị Hình 7.14 sơ đồ bố trí thiết bị , máy nén khí cung cấp khí nén dẫn tới vòi phun nén phun bao xung quoanh tia vữa với tia vữa để cắt trộn đất nhờ đường kính cọc xi măng đất tăng lên so với công nghệ “S” từ 0,8 – 1,8 m Hình 7.14: Sơ đồ bố trí thiết bị công nghệ hai pha (công nghệ D): – Silo chứa xi măng; - Thiết bị định lượng xi măng; – Bơm cao áp; – máy nén khí (có áp lực 1,2MPa, lưu lượng 6000 l/ph); – máy khoan với hệ thống điều khiển phun cao áp hai pha b Cấu tạo ty khoan công nghệ “D” Cơng nghệ hai pha “D” có ty khoan đầu khoan với kết cấu khác với hai đường ống dẫn khơng khí vữa cao áp Dưới xin giới thiệu cấu tạo cụm ty khoan công nghệ “D”: Hình 7.15: Cấu tạo ty khoan cơng nghệ hai pha: - khớp lề dành cho ống dẫn dung dịch vữa xi măng cao áp; - khớp lề dành cho ống dẫn khí nén; - côn nối van cầu; - ty khoan; - ống dẫn dung dịch vữa xi măng cao áp; – đầu lắp đế kẹp vòi phun; – đế kẹp vòi phun; – lỗ van cầu/van tự động; - Đầu nối mũi khoan; 10 - Vòi phun khí vữa; 11 - đầu lắp ống dẫn khí nén; 12 - đầu lắp ống dẫn vữa cao áp Thiết bị thi công công nghệ ba pha (cơng nghệ T) - pha khí nén, pha nước pha vữa xi măng cao áp a Sơ đồ bố trí thiết bị Nguyên lý làm việc cơng nghệ ba pha có ngun lý với cơng nghệ pha hai pha Ngồi bơm vữa cao áp sơ đồ bố trí thiết bị có thêm bơm nước cao áp để tạo thêm pha pha nước Pha nước bọc tia khí nén cắt trộn đất làm cho đất tơi PDF by http://www.ebook.edu.vn 171 Tia vữa cao áp đặt phía trộn đất tơi thành hỗn hợp xi măng đất, đường kính cọc bê tơng đất nhờ tăng lên đáng kể đạt 2m Hình 7.16: Sơ đồ bố trí thiết bị cơng nghệ ba pha (công nghệ T) : – Silo chứa xi măng; - Thiết bị định lượng xi măng; – Bơm nước cao áp; – bơm vữa cao áp; -máy nén khí (có áp lực 1,2Mpa, lưu lượng 6000 l/ph); – máy khoan với hệ thống điều khiển phun cao áp ba pha b Cấu tạo ty khoan công nghệ “T” Công nghệ hai pha “T” có ty khoan đầu khoan với kết cấu có ba đường ống dẫn khơng khí, nước vữa cao áp Dưới xin giới thiệu cấu tạo cụm ty khoan cơng nghệ “T”: Hình 7.17: Cấu tạo ty khoan công nghệ ba pha: – ty khoan đường kính 90 mm; – nối; - ống dẫn khí nén đường kính 48 mm; – côn nối; - ống dẫn nước đường kính 28 mm; – đoạn nối dài ống dẫn nước; – vòi phun khí & nước; – đế kẹp vòi phun; – vòi phun vữa xi măng; 10 – van tự động; 11- đầu lắp mũi khoan; 12 - đầu lắp ống dẫn vữa cao áp; 13 - đầu lắp ống dẫn khí nén; 14 - đầu lắp ống dẫn nước cao áp V Các ứng dụng để xử lý đất yếu sâu thi công tuyến ngầm: Xử lý đất yếu trình đào giếng đứng PDF by http://www.ebook.edu.vn 172 Hình 7.18: Sơ đồ bố trí thiết bị xử lý đất yếu trước đào giếng đứng: — lớp đất yếu; – bê tông xi măng đất tạo khoan vữa cao áp; — vách giêng ; — đường ống dẫn dung dich xi măng cao áp; — đường ống dẫn nước cao áp; — bơm vữa cao áp: - trạm trộn dung dịch vữa cao áp Xử lý đất yếu q trình đào thi cơng tuyến ngầm ngang nghiêng Hình 7.19 Xử lý đất yếu trình đào tunnel nằm ngang nghiêng: - lớp đất yếu cần xử lý; – trụ xi măng đất tạo cách khoan chéo để tạo lớp đất có khả chịu tải chống thấm nước tốt; – khiên thủ công tổ hợp khiên; lớp đất tốt; - vỏ lò PDF by http://www.ebook.edu.vn 173 Các tổ hợp khiên đào tunnel thường bố trí tổ hợp thiết bị khoan vữa cao áp để xử lý lớp đất yếu nơi tuyến qua Giải pháp dùng máy khoan khoan lỗ khoan tiến phía trước để trộn đất yếu với dung dịch xi măng có áp suất cao tạo thành lớp đất có khả chống thấm chịu tải hỗn hợp xi măng đất ninh kết đủ cứng đào tiếp, giảm nguy sạt lở đặc biệt với tuyến ngầm đặt độ sâu không lớn Xử lý đất yếu sâu trước thi công tuyến ngầm mặt đất Giải pháp ứng dụng bề mặt cho phép, tức mặt đủ rộng để bố trí thết bị khơng bị cản trở cơng trình hữu hình 7.20 Hình 7.20 Thiết bị khoan vữa cao áp xử lý đất yếu sâu trước thi công tuyến ngầm mặt đất: - đất yếu; – thiết bị thi công KPVCA; - lớp bê tông - đất sau gia cố; – khiên thủ công tổ hợp khiên; - tuyến vỏ tunnel bê tông cốt thép PDF by http://www.ebook.edu.vn 174 MỤC LỤC Trang Mục lục Lời nói đầu Chương I Khái niệm chung công nghệ máy thi cơng cơng trình ngầm § 1.1 Tổng quan cơng nghệ thi cơng cơng trình ngầm phân loại § 1.2 Phân loại máy thi cơng cơng trình ngầm § 1.3 Thiết bị động lực máy cơng trình ngầm § 1.4 Hệ thống truyền động máy thi cơng cơng trình ngầm 17 Chương II Máy thiết bị công nghệ đào hở 30 § 2.1 Tổng quan cơng nghệ đào hở 30 § 2.2 Máy đào gầu 33 § 2.3 Máy thi công cọc barrete tường đất 38 § 2.4 Cổng trục 45 Chương III Máy thiết bị cơng nghệ đào kín kết hợp khoan phá khoan nổ mìn § 3.1 Tổng quan cơng nghệ mỏ truyền thống 48 48 § 3.2 Tổng quan cơng nghệ khoan nổ mìn đất đá cứng phương pháp Áo 49 § 3.3 Cơng tác khoan đặc tính tổng qt phương pháp khoan 53 § 3.4 Đầu khoan, dụng cụ khoan, loại máy khoan nhỏ trung bình 56 § 3.5 Cỗ máy khoan hầm lò tự hành 65 Chương IV Máy thi công tuyến ngầm công nghệ khiên tổ hợp khiên 72 § 4.1 Cơng nghệ đào kín khiên tổ hợp khiên, thiết bị phân loại 72 § 4.2 Khiên tổ hợp khiên 75 § 4.3 Khiên đào lò thủ cơng bán thủ cơng 80 § 4.4 Tổ hợp khiên đào lò giới loại thường (khơng có khoang cân áp lực - Soft Ground Non Pressurized) 84 § 4.5 Tổ hợp khiên đào lò với khoang cân áp lực đất- “Earth 86 pressure balance EPB” § 4.6 Tổ hợp khiên đào lò với khoang cân áp lực dung dịch betonite – “Slurry pressure balance EPB” 89 § 4.7 Tổ hợp máy đào dùng thi công đá cứng – “Main beam TBM” 94 § 4.8 Lựa chọn tổ hợp khiên đào tuyến ngầm Chương V Máy bốc xúc vận chuyển đất đá tuyến tunnel ngầm 98 103 § 5.1 Công tác bố xúc đất đá tuyến ngầm 103 § 5.2 Máy thiết bị bốc xúc đất đá tuyến ngầm 103 § 5.3 Máy thiết bị vận chuyển tuyến ngầm 112 Chương VI Máy làm bê tơng cơng trình ngầm 122 § 6.1 Khái niệm chung 122 § 6.2 Máy trộn bê tơng & thiết bị định lượng phối liệu 122 § 6.3 Máy bơm bê tơng 131 § 6.4 Máy vận chuyển bê tơng mặt đất dọc theo tunnel tới vị trí thi cơng § 6.5 Máy đầm bê tơng cơng trình ngầm § 6.6 Ván khn di động dùng để thi công bê tông cốt thép liền khối tuyến ngầm 134 139 142 § 6.7 Máy thiết bị lắp ráp vỏ tuyến ngầm 145 § 6.8 Тhiết bị phun bê tơng gia cố vách lò 150 Chương VII Máy thiết bị phụ trợ 159 § 7.1 Máy thiết bị thơng gió cơng trường tuyến ngầm 159 § 7.2 Máy thiết bị sử lý đất yếu sâu thi công tuyến ngầm 169 Tài liệu tham khảo 175 ... loại máy thi t bị thi cơng cơng trình ngầm theo nhóm máy chủ đạo công nghệ thi công theo công dụng chúng sau: Tổ hợp máy phát lực: Tổ máy phát lực có nhiệm vụ cung cấp động cho cấu công tác máy thi. .. - Máy ép vữa Máy thi t bị phụ trợ thi công tuyến ngầm khác như: - Máy sử lý đất cho tuyến ngầm – máy thi t bị sử lý đất yếu công nghệ khoan vữa cao áp - Máy thi t bị thơng gió tuyến ngầm; - Máy. .. phải phân biệt máy với máy nâng chuyển phục vụ thi cơng cơng trình ngầm tầng hầm nhà cao tầng, bãi đỗ xe ngầm tuyến ngầm công nghệ đào hở Máy thi t bị thi cơng tuyến ngầm cơng trình ngầm cơng nghệ