Báo cáo về công nghệ thi công đường

Báo cáo về công nghệ thi công đường
hầm bằng máy đào TBM


Khái quát chung về TBM

Nội dung

Cấu tạo và phân loại

Hoạt động máy TBM

Vỏ hầm ứng dụng cho máy TBM


Khái quát về TBM
I. KHÁI NIỆM
Máy đào đường hầm dạng khiên (Tiếng Anh : Tunnelling shield),
là một kết cấu bảo vệ, được sử dụng trong đào đường hầm xuyên qua
bùn đất mềm hoặc bùn lỏng, nhằm duy trì ổn định vách đất đường hầm
trong thời gian cần thiết để thi công (đúc) kết cấu vách bê tông cốt thép đỡ
tuyến đường hầm. Ban đầu nó có chức năng đơn giản như một tấm lá
chắn giữ thành đất trong đào đất đường hầm bằng thủ công, về sau cùng
với việc cơ giới hóa trong thi công đào đường hầm, nó được cải tiến gắn
thêm chức năng đào đất đường hầm và trở thành một dạng máy đào
chuyên dụng. Trong thực tế, khiên đào đường hầm phục vụ như là một
cấu trúc hỗ trợ tạm thời cho đường hầm trong khi nó đang được đào

.

Khái quát về TBM

Tunnel Boring Machine (Ø 15.20m)


CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM
i. CẤU TẠO
Thông thường thì máy đào shield có hình tròn ( đường kính từ 1,5m trở lên đến
19m ), được cấu tạo từ 3 bộ phận :
- Bộ phận che kín (hood),
- Bộ phận thân giữa (girder),
- Bộ phận đuôi (tail).
Bộ phận trước che kín có đĩa cắt đất đá, bộ phận thân có kích để đẩy bộ phận
đầu lên phía trước, và bộ phận đuôi có thiết bị gắn ráp các tấm vỏ hầm (segment).


CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM
I.1 Một tổ hợp thiết bị TBM bao gồm:
Đầu cắt : là một đĩa tròn trên đó gắn các hộp dao cắt và gầu đào, tốc
độ quay của đầu cắt thường khoảng 6-10 vòng/phút. Khi đĩa tròn quay, các
hộp dao sẽ tiến hành cắt vụn đất đá, sau đó gầu đào sẽ múc đất đá vụn đổ
vào máng trượt sau máy và đưa ra ngoài bằng thiết bị vận chuyển.
Thiết bị vận chuyển : thông thường là hệ băng tải kết hợp xe goòng.
Đất đá vụn từ máng trượt đổ vào băng tải rồi chuyển lên các xe goòng để
đưa ra khỏi đường hầm.
Khung máy : là kết cấu thép chịu lực, các thiết bị đều được lắp đặt
trên khung máy.
Thiết bị di chuyển máy : Là hệ thống các xi lanh thuỷ lực cỡ lớn. Khi
máy di chuyển, các chân đỡ máy co vào, xi lanh thuỷ lực tỳ vào thành vỏ
hầm phía sau đẩy toàn bộ máy tiến về phía trước.

CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM
Nguồn động lực : bao gồm nhiều động cơ điện có công suất lớn cung
cấp năng lượng cho các cơ cấu khác nhau của máy
Thiết bị nâng : ở phía sau khung máy. Sau khi máy tiến lên phía trước,
thiết bị này sẽ tiến hành lắp vỏ hầm ngay sau đó
Thiết bị điều khiển : đặt trong buồng lái ở trung tâm của máy sẽ điều
khiển tất cả các chức năng bao gồm cả tốc độ và hướng đào. Các camera
sẽ cung cấp đầy đủ cho người lái tình hình hoạt động của máy.
Thiết bị phụ : Cung cấp nước, khí nén, chiếu sáng … cho tổ hợp TBM


CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM
I.2 Hoạt động máy TBM
Máy đào shield được đưa xuống vị trí
đào dưới lòng đất từ một giếng thẳng
đứng được đào ở vị trí khởi đầu của
đường hầm. Máy được vừa đẩy lên
phái trước để đào, và đất đào phía
trước mặt cắt được đưa vào phía sau
máy và chuyển ra ngoài theo giếng
thẳng đứng. Sau mỗi đoạn đào,
những tấm vỏ hầm (segment) được
gắn liên kết quanh chu vi tiết diện
hầm tạo thành vỏ hầm ( vỏ hầm lớp
thứ nhất). Máy đào được đẩy lên phía
trước bằng những kích đẩy gắn ở
phần thân

CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM
ii. Phân loại

A, Phân loại theo khiên đào

Gồm hai loại :
- Loại mui trần : thích hợp trong đá.
- Loại khiên bảo vệ : Khiên đơn (single shield) và khiên đôi (double
shield). Thích hợp trong đất và đá mềm.

Khiên bảo vệ dạng khiên đơn và khiên đôi.


CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM
Sự khác nhau giữa máy đào mui trần và máy đào khiên bảo vệ : máy
đào mui trần dựa vào phản lực chống của thiết bị vào vách đá để tiến lên, vi
nham lộ ra tại bốn phía của máy sau khi đào xong. Còn máy đào khiên bảo
vệ trong khi đào sâu, lợi dụng bộ phận đuôi của máy chống vào các ống bê
tông đã lắp sẵn tạo lực đẩy để tiến lên.
* Ưu việt máy đào hai khiên bảo vệ :
- Đều có thể dùng thi công trong đá rắn và đá mềm. Khi thi công trong
các điều kiện địa tầng xấu, đất đá không tự ổn định được thì tính ưu việt của
máy càng rõ rệt.

- Khi thi công trong đá cứng, lợi dụng hệ chống ngang chống đỡ
phán lực do vách hầm truyền lại, cho nên máy có thể lợi dụng lực đấy
của kích lắp ở đuôi máy kích vào các ống vỏ hầm đã lắp xong làm đà
cho máy tiến lên, cũng có thể lợi dụng hệ chống ngang để tiến hành
đào, đồng thời lắp ráp các phiến ống vỏ hầm, vì thế máy đào hai

khiên bảo vệ làm cho thời gian dừng máy giữa khâu đào và khâu lắp


CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM
B, Phân loại máy TBM theo áp lực chủ động trong khi khoan
Để thi công hầm trong môi trường địa chất phức tạp, TBM với áp lực
chủ động đã được tạo ra. Loại TBM như thế được trang bị thêm ở phần phía
sau của khoang chứa đất buồng kín với các thiết bị để tạo ra áp lực cân bằng
với áp lực trước phần đầu TBM.
- Phương thức dùng áp lực đất :

+ TBM dùng áp lực đất.
+ TBM dùng áp lực đất bùn.

- Phương thức dùng áp lực nước bùn :

+ TBM dùng áp lực nước bùn.

Là một loại TBM có mặt trước khép kín, lợi dụng áp lực của đất đào
trong buồng phía sau đĩa cắt để đối kháng với áp lực của đất và nước ngầm từ
mặt gương đào. Đất đào được đưa ra bằng băng tải guồng xoắn (screw
conveyer), lượng đất đưa ra được điều chỉnh theo áp lực của đất trong phòng
chứa và được quản lý bằng áp lực kế. Trong trường hợp có lớp đất cát và sét
xen kẽ nhau cũng có thể thích ứng được vì đất sẽ được trộn trong phòng chứa
đất làm đất dễ dàng lưu động hơn, nên được sử dụng rộng rãi hơn các loại
TBM khác.


CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM

TBM dùng áp lực đất


CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM
Trong TBM cân bằng áp lực đất (EPB TBM), để giữ ổn định gương
đào, cần phải tạo được bột đất nhão trong buồng công tác (khoang
đào).
Để tạo bột đất nhão, cần dùng phụ gia để xử lý tùy theo loại đất ở
hiện trường:
- Nước
- Bọt
- Polyme
- Chất chống keo tụ sét
- Phụ gia chống mài mòn.
Với mục đích tạo bột đất nhão, tạo áp lực và duy trì áp lực cần
thiết trong khoang đào, tạo độ lưu biến phù hợp cho đất. Ngoài ra còn
làm giảm lực xoắn và sự mài mòn do đất cắt.


CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM

TBM dùng áp lực đất bùn


CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM
Loại máy này có mục đích mở rộng phạm vi thích ứng của máy TBM
dùng áp lực đất. Tức là để cải thiện tính lưu động của đất đào thì nước
bùn ( hoặc bọt khí ) được bơm vào lớp đất trước mặt đất đào, để cải thiện
tính lưu động và tính chống thấm của lớp đất. Loại máy này có thể thích
nghi cho cả loại đất sỏi cát có độ thấm cao. Cũng như máy TBM dùng áp

lực đất, loại máy này đưa đất đào vào đầy trong buồng chưa nên dễ dàng
xử lý đất đào được và tạo an định cho mặt đất đào phía trước.
* Ưu điểm :
+ Phạm vi loại đất thích nghi rộng rãi : lớp cát, cát đá,
lớp sét bột kết, lớp đất cứng, những lớp đất đặc thù…
+ Không cần thiết bị xử lý đất bùn thải lớn.
+ Giảm thiểu độ lún của lớp đất nguyên dạng.
+ Giảm thiểu khu vực địa chất cần được gia cường.
+ Không cần phương pháp khí nén.


CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM
- Mặt bằng trên giếng
đứng khởi đầu nhỏ gọn :
- Có thể bơm vữa vào
khe khe hở giữa vỏ hầm và lớp
đất bên ngoài đồng thời với
công tác đào.
- Xung quanh bên ngoài
máy đào được bao bọc bởi lớp
đất bùn chống thấm nên vữa
bơm vào không bị rò rỉ ra trước
mặt cắt. Vì có thể bơm vữa
sớm nên giảm thiểu được độ
lún của lớp đất nguyên dạng.


CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM

TBM dùng áp lực nước bùn

CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM
Là loại máy mà nước bùn được bơm vào phòng chứa và tạo áp lực
lớn hơn áp lực của nước ngầm 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, tạo an định cho mặt gương lò.

Đất đào được đưa ra theo sự tuần hoàn của nước bùn. Do đó, đất
được đưa ra ngoài trong khi đào, và dễ dàng quản lý sự an định của
mặt gương. Vì đất trược mặt cắt có pha trộn nước bùn nên dao cắt đào
đất cũng ít bị hao mòn. Ngoài ra, vì lợi dụng áp lực của nước bùn tạo
an định cho mặt gương nên thích hợp cho trường hợp đào dưới lòng
biển hoặc dưới lòng song có áp lực nước ngầm cao.


CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM


CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM
Để làm ổn định vùng đất thi công, thông thường phụ gia được dùng
để phun vào đất là dung dịch bentonit. Dung dịch vữa bentonite được
hợp thành chủ yếu bởi đất sét bentonite, nó được đặc trưng bởi sự tạo
thành lớp màng bùn bảo vệ trên bề mặt của gương lò và tính xúc biến của
nó. Các hạt sét huyền phù trong dung dịch bentonite tạo nên một màng
mỏng theo dạng "vỏ bánh" nên áp suất dung dịch bentonite trong gương
đào và áp lực nước ngầm tạo ra một lực làm ổn định vách hố đào.
Trong sét độ dày của "vỏ bánh" rất nhỏ nhưng trong đất không dính
kết, lớp vỏ này có thể lớn hơn 1-2m và hoạt động như một màng mỏng
không thấm nước.

CẤU TẠO VÀ PHÂN LoẠI MÁY TBM
Lớp màng này ngăn nước chảy vào khoang đào và ngăn sự xáo trộn ở bề
mặt phân chia. Độ ổn định chính của gương đào là do áp suất dư của
dung dịch bentonite tạo ra. Bentonite được chuyển đến công trường theo
dạng rời và được cất giữ vào xi lô hoặc cũng có thể theo dạng bao giống
như bao xi măng. Người ta sử dụng máy trộn tương tự như máy trộn bê
tông trong thời gian khoảng 20 phút với tỷ lệ 30–50 kg bột bentonite cho
1m3 nước tuỳ theo đặc tính kỹ thuật yêu cầu và được chứa vào những xi
lô cao sẵn sàng để cấp cho công trình.
Thành phần dung dịch bentonite: nước, bột sét, CMC và tác nhân phân
tán

khác.

Dung dịch khoan có thể là nước thường tại nơi mà địa tầng là đất dính
như: đất sét, á sét, đất thịt, hoặc gơ-nai phong hoá, đá v.v..


Hoạt động thi công của MÁY TBM
I. Trình tự thi công


Xây dựng giếng đứng.



Lắp ráp máy đào shield.



Đào giai đoạn đầu.



Chuẩn bị giai đoạn đào chính.



Đào chính



Đào đến vị trí cuối.



Tháo gỡ máy đào.



Tạo vỏ hầm thứ nhì.



Hoàn thành


Hoạt động thi công của MÁY TBM

A, Giếng Đứng
Bao gồm :
- Giếng đứng ở điểm khởi đầu : Dùng để đưa máy đào vào, lắp ráp,
khởi đầu đào, đưa các tấm vỏ hầm, vữa bơm phía sau vỏ hầm, đưa đất đào ra
ngoài, cấp và thải nước, điện, thông hơi, cửa ra vào…
- Giếng đứng ở điểm cuối : Dùng để tháo gỡ, di dời máy đi sau khi
hoàn thành công việc đào. Ngoài ra trong trường hợp của đường hầm cho
đường xe điện ngầm, nó có thể là vị trí để máy đào quay đầu đào ngược lại
một đường thứ hai song song với đường ban đầu
- Giếng đứng ở điểm giữa : Trong trường hợp đường đào dài, thì
giếng trung gian được coi như là giếng ở điểm khởi đầu của khúc nối tiếp.
Ngoài ra, nó còn có chức năng làm thông gió hoặc thoát nước sau khi đường
hoàn thành, hoặc dùng để thay đổi phương hướng của đường đang thi công.


Hoạt động thi công của MÁY TBM

Xây dựng giếng đứng


Hoạt động thi công của MÁY TBM