Nghiên cứu phân tích kết cấu hoạt động của máy khoan hầm toàn tiết diện TBM( cả bản cad)

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VÀ SƠ LƯỢC VỀ MÁY TBM
1.1 Vài nét về xây dựng công trình ngầm
Khoảng giữa thế kỷ 19, ngành Đường sắt phát triển mạnh mẽ kéo theo công
nghệ đào hầm ra đời để phục vụ thi công các công trình tàu điện ngầm. Đầu tiên
là công nghệ đào hầm nổ mìn cổ điển. Nhược điểm của nó là thi công đào hầm
mất nhiều thời gian, độ an toàn thấp vì nổ mìn gây rung chấn, thời gian thi công
rất chậm, đặc biệt khó khăn khi thi công các đường hầm dài. Thời kỳ đó, cơ khí,
tự động hóa phát triển, công nghệ mới phát triển... là cơ sở thôi thúc các kỹ sư
hầm tìm ra công nghệ mới nhằm phục vụ thi công đào hầm được dễ dàng và an
toàn hơn.
Năm 1846, tại Turin (Italia), mẫu máy TBM tiền thân đã xuất hiện, được thử
nghiệm và đưa vào áp dụng thi công hầm. Cỗ máy này rất cồng kềnh, áp dụng
thực tế không hiệu quả. Gần 100 năm sau, đến năm 1930, J.S. Robbins mới
nghiên cứu và cho ra đời mẫu máy TBM đầu tiên với những tính năng tương đối
giống như máy TBM ngày nay. Những năm 1950, TBM được áp dụng rộng rãi
trong đào hầm núi đá. Đến nay, máy TBM ngày càng được hoàn thiện hơn và trở
thành công nghệ số 1 trong thi công các công trình liên quan đến đào hầm như
giao thông, thủy điện.
1.2.Khái niệm Máy tbm
TBM( tunnel boring machine) là thiết bị khoan hầm có thể thi công trên mọi loại
địa chất từ đá cứng đến đất yếu, đất sét, đất bồi hay đất cát dưới mực nước
ngầm, đi xuyên núi hay lòng biển.TBM là thiết bị đào và làm đường hầm bằng
phương pháp nghiền nát đá, hoàn toàn không gây nổ, công nghệ của Italy. Đầu
máy có đường kính 5,5m, nặng 450 tấn được lắp 37 mũi khoan làm bằng hợp
kim đặc biệt gọi là "black diamon", có thể đâm thủng những lớp đá cực cứng.
Cùng với việc đào không khoan nổ và vận chuyển vật liệu đá đào ra ngoài bằng
băng chuyền, thiết bị này đồng thời còn lắp dựng bê tông đúc sẵn vỏ đường
hầm. Nghĩa là máy đi đến đâu đường hầm được hoàn thiện ngay đến đó

1


kiện nền đất yếu với các loại đất kết dính có độ sét hoặc hàm lượng phù sa cao
và không thấm nước thì việc sử dụng khiên đào là giải pháp lựa chọn hợp lý.
Đất đượcTBM là loại khiên cần bằng áp của herrenknecht được sử dụng
trong các điểu đào bởi đầu cắt của khiên sẽ được gia cố gương đào. Chất tạo bọt
được bơm vào trước đầu cắt làm cho đất đào kết dính lại đảm bảo kiểm soát
chính xác áp lực hỗ trợ bề mặt cũng như dễ dàng đưa được đất đào ra ngoài.
Những tính năng ưu việt của khiên đào cân bằng áp
•
•
•
•
•

Tính ổn định cao nhờ áp lực hỗ trợ gương đào
Tốc độ của vít tải và tốc độ đào của TBM giúp điều chỉnh các điều kiện
áp lực hỗ trọ
Phạm vi sử dụng rộng rãi thông qua việc xử lý đất hoàn hảo
Luôn áp dụng các kỹ thuật công mới có kích thước lớn
Luôn đổi mới về công nghệ đáp ứng nhu cầu chuyên biệt.

2) Phân loại.
Máy thi công công trình ngầm là những máy xây dựng và thiết bị có tính
chuyên dụng cao phục vụ cho công tác xây dựng công trình ngầm, tuyến tunnel
ngầm giao thông đường sắt, đường bộ, tuyến đường ống ngầm hạ tầng kỹ
thuật đô thị, thuỷ điện...Do vậy máy và thiết bị thi công công trình ngầm có rất
nhiều chủng loại và đa dạng. Người ta phân loại máy và thiết bị thi công công
trình ngầm theo nhóm máy chủ đạo của từng công nghệ thi công hoặc theo

2


công dụng của chúng như sau:
a. Tổ hợp máy phát lực:
Tổ máy phát lực có nhiệm vụ cung cấp
động năng cho các cơ cấu công tác của các máy thi công ngầm làm việc. Tổ
máy phát lực của các máy thi công công trình ngầm có thể là tổ hợp động cơ
điêzel - bơm dầu thuỷ lực, tổ hợp đông cơ điện – bơm dầu thuỷ lực, tổ hợp
động cơ điêzel – máy nén khí hoặc các đông cơ hoạt động độc lập v.v...
b. Máy bốc xúc và vận chuyển đất đá hầm lò:
• Máy bốc xúc: có nhiệm vụ bốc xúc đất đá làm sạch mặt bằng phía
trước gương đào để đổ trực tiếp hoặc gián tiếp vào các máy vận chuyển đất
đá. Các máy này có hai loại là loại làm việc theo chu kỳ và 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 ra khỏi gương đào và vận chuyển vật liệu xây
dựng và máy móc từ mặt đất tới nơi thi công. Hướng vận tải là phương ngang
hoặc 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 là phương ngang hoặc phương
nghiêng.
* Máy nâng chuyển: đây là những máy có hướng vận chuyển gần như
vuông góc với tuyến tunnel. Chúng được bố trí ở giếng đứng có nhiệm vụ đưa
đất đá lên mặt đất và đưa vật liệu, cấu kiện xây dựng cùng với công nhân
xuống tuyến ngầm. Ta phải phân biệt các máy này với các máy nâng chuyển
phục vụ thi công công trình ngầm như các tầng hầm nhà cao tầng, các bãi đỗ
3

xe ngầm và tuyến ngầm bằng công nghệ đào hở.
c. Máy và thiết bị thi công tuyến ngầm và công trình ngầm bằng
công nghệ đào hở gồm có:
- Các máy thi công tường trong đất;
- Các máy bốc xúc đất trong công nghệ đào hở;
- Các máy nâng chuyển trong công nghệ đào hở - cổng trục.
d. Máy và thiết bị thi công tuyến ngầm bằng 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.
e. Máy và thiết bị thi công tuyến ngầm bằng phương pháp khiên và
tổ hợp khiên:
- Khiên thủ công;
- Khiên bán thủ công;
- Tổ hợp khiên cơ giới hoá hoàn toàn loại thường dùng cho đất mềm –
“Soft Ground Non Pressurized”;
- Tổ hợp khiên đào lò với khoang cân bằng áp lực bằng đất – “EARTH
PRESSURE BALANCE”;
- Tổ hợp khiên đào lò với khoang cân bằng áp lực bằng dung dịch
betonite cao áp – “SLURRY PRESSURE BALANCE SPB”;
- Tổ hợp khiên đào lò với khiên đơn và khiên đôi - “SINGLE AND
DOUBLE SHIELD TBMS”;
4


- Tổ hợp máy đào tuyến ngầm một càng dùng trong nền đá cứng –
“MAIN BEAM TBM”.
f. Máy và thiết bị phục vụ cho công tác bê tông, bê tông cốt thép

công trình ngầm gồm:
- Máy và thiết bị gia cố vách tunnel tạm thời bằng công nghệ phun khô;
- Máy và thiết bị gia cố vách tunnel tạm thời bằng 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 tông;
- Máy lắp ráp vỏ lò;
- Máy ép vữa.
g. Máy và thiết bị phụ trợ thi công tuyến ngầm khác như:
- Máy sử lý nền đất cho tuyến ngầm – máy và thiết bị sử lý nền đất yếu
bằng công nghệ khoan phụt vữa cao áp.
- Máy và thiết bị thông gió tuyến ngầm;
- Máy và thiết bị định vị hướng đào;
- Các máy tách đất, máy bơm bùn v.v...
- Thiết bị an toàn, chiếu sáng.
Máy và thiết bị thi công công trình ngầm có thể là một máy đơn lẻ, một
cỗ máy phục vụ cho một công đoạn trong công nghệ thi công và nhiều khi
chúng được coi như một dây chuyền (một công xưởng) thực hiện trọn vẹn toàn
bộ các công đoạn của một công nghệ thi công từ đào đất tới thi công vỏ hầm
5


tunnel vĩnh cửu.
h. Cấu tạo chung của máy công trình ngầm gồm những bộ phận
chính cơ bản sau:
a. Thiết bị động lực: Động cơ đốt trong, điện, bơm dầu và máy nén khí.
b. Hệ thống truyền động: Cơ khí, thuỷ lực, điện, khí nén và hỗn hợp
c. Cơ cấu công tác.

d. Cơ cấu di chuyển.
e. Hệ thống điều khiển.
f. Các thiết bị phụ khác: thiết bị an toàn, chiếu sáng, trên các tổ hợp
khiên đào lò được trang bị các máy tính hiện đại cho phép tự động hoá nhiều
khâu từ đào đất, điều khiển tới thi công hoàn chỉnh một tuyến ngầm.
Tuỳ theo yêu cầu và chức năng, một số máy có thể có đầy đủ các bộ
phận trên hoặc chỉ có một vài bộ phận
3)phạm vi sử dụng
Công nghệ TBM khắc phục hoàn toàn tình trạng sang chấn địa chất dẫn đến sự
cố sập hầm dễ mắc phải do áp dụng phương pháp khoan nổ trước đây. Ngoài ra,
công nghệ này còn bảo đảm các vấn đề về môi sinh, môi trường.
Về tàu điện ngầm là công trình quan trọng trong cấu trúc giao thông của các
thành phố lớn trên thế giới. Các công trình tàu điện ngầm thường được xây dựng
trong các thành phố đông đúc với mục đích làm giảm số người sử dụng phương
tiện cá nhân để giải quyết tình trạng ùn tắc giao thông, ô nhiễm môi trường...
Khi TBM chưa ra đời thì hầm tàu điện ngầm phải thi công bằng phương pháp
đào hở (cut & cover). Cách làm này ảnh hưởng lớn đến các công trình trên mặt
đất, chiếm dụng nhiều không gian phục vụ thi công.
Chính vì thế, công nghệ TBM ra đời được đánh giá là cứu cánh cho các dự án
tàu điện ngầm vì những ưu điểm của nó. Đào hầm bằng công nghệ TBM thi
công phần lớn dưới mặt đất nên không tốn diện tích phục vụ thi công và hầu như
không làm ảnh hưởng đến các công trình xây dựng trên mặt đất. Đặc điểm của
hầm tàu điện ngầm là rất nông (chỉ khoảng -10 đến -15m so với mặt đất), đa số
hầm có địa chất rất phức tạp, mức nước ngầm cao..., nên việc thi công bằng
công nghệ TMB đã giải quyết được tất cả những vấn đề trên trong khi tất cả các
6


phương pháp khác không làm được. Hai loại máy TBM thường được dùng nhiều
nhất để thi công hầm tàu điện ngầm là EPB (ứng dụng áp lực cân bằng) và

Slurry (dùng thủy lực).

Hai loại máy TBM EPB và TBM Slurry

7


Hầu hết các công trình tàu điện ngầm trên thế giới, trong đó có nhiều công trình
đường hầm dài đều sử dụng hai loại máy này và để lại những dấu ấn về tiến độ,
chất lượng. Có thể kể đến là công trình hầm đường sắt nối Pháp với Anh, dài
50,5km, khởi công năm 1988, hoàn thành năm 1994. Gần đây nhất là đường
hầm Gotthard dài nhất thế giới (57km) ở Thụy Sĩ khánh thành năm 2015. Đường
hầm này có địa chất đá rất phức tạp nhưng không gây khó cho các nhà thầu khi
họ áp dụng công nghệ TBM thi công. Công trình đưa vào sử dụng đạt chất lượng
cao, tàu đi qua đường hầm có thể chạy với vận tốc 250km/h.

Ngoài việc là công nghệ không thể thay thế khi thi công các công trình tàu điện
ngầm, công nghệ TBM cũng được nhiều nhà thầu lựa chọn khi thi công các công
trình ngầm bởi nó có nhiều ưu việt. Đầu tiên là độ an toàn cao. So sánh với các
phương pháp đào hầm khác thì đây là phương pháp đào hầm an toàn nhất. Hầm
được đào trong vỏ sắt bảo vệ của máy TBM. Hầm đào đến đâu, vỏ bê tông vĩnh
cửu được lấp tới đó, khoảng không giữa vỏ bê tông và lớp đất ngoài được phun
vữa bê tông chất lượng cao hoặc hỗn hợp silicat đạt tiêu chuẩn nên việc sập hầm
không xảy ra. Kỹ sư, công nhân tham gia thi công cũng được an toàn hơn so với
các phương pháp khác.
Một trong những tính ưu việt khác của TBM là thi công không ảnh hưởng đến
các công trình xung quanh. Máy TBM đào đất và lắp vỏ hầm hoàn toàn tự động,
nếu thi công tàu điện ngầm thì trên mặt đất xe cộ vẫn chạy bình thường. Ngoài
ra, việc thi công nhanh là ưu điểm nổi bật của công nghệ TBM vì mỗi ngày có
8

thể đào và lắp vỏ bê tông trung bình từ 10-20m. Đó là chưa kể đến những ưu
điểm khác như ít làm ô nhiễm môi trường, hiệu quả kinh tế cao khi công trình
được đưa vào sử dụng nhanh hơn.
CHƯƠNG 2 : CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG
2.1:cấu tạo thiết bị TBM
Phương pháp đào hầm bằng BMT có nhiều ưu điểm so với khoan hầm thủ công
hoạc khoan nổ mìn. Nếu trong phương pháp khoan mìn hoạc đào thủ công tốc
độ mở lớn nhất trên một gường đào là 30-100m/tháng cho đường ngầm ôtô 2
luồng thì cũng trong đất như vậy TBM có thể đảm bảo tố độ mở hầm 300400m/tháng và lớn hơn. Giá thành xây dựng giảm trung bình 20-30%. Đặc biệt
sử dụng TBM có hiệu quả khi đào đường hầm kéo dài hơn 1 đến 1,5 km.

TBM được trang bị cơ cấu đào đất, gầu và băng tải để vận chuyên đất lên
các phương tiện vận chuyển
TBM tác động mang tính lựa chọn đk sử dụng phổ biến. Bộ phận làm việc
của chúng được di chuyển trên cần gắn trên phần thân của máy đào, máy kéo
hoặc máy tời chuyên dùng. Máy có một hoạc hai đầu cắt-cần lái cho phép tạo
nên hầm đào dạng bất kỳ nào : vòm, chữ nhật, tròn, elip vv…
9


Nhược điểm của TBM là không thể sử dụng chúng trong điều kiện đất thay đổi
trong phạm vi rộng. Tiếp tục hoán thiện TBM là xem xét tạo ra các cơ cấu tác
động trong phạm vi sử dụng rộng với các bộ phận làm việc roto hoạc nhiều cần
trang bị cơ cấu treo để lắp đặt hệ thống chống tạm thời cũng như các phương
tiện thông gió và hút bụi.
Công nghệ đào hầm- đối với đất mềm, hầm ngầm được đào từng đoạn trên
toàn bộ tiết diện kết hợp với hệ thống chống đỡ tạm thời. phương pháp nyasf chỉ
nên sử dụng cho các đoạn hầm ngắn từ 200-300m.

Các khu vực có đất đá đủ cứng có thể dùng các thiết bị sau:
-

Đất có hệ số kiên cố f=4-6 phổ biến sử dụng phương phát đặt bậc dưới,
trong đó phần trên bậc được mở ngay trên toàn bộ chiều dài hầm đào hoặc
vượt trước so với phần dưới với l= 30-50m

10


Đất đá dạng phiến, sét kết aleurolit v.v. có hệ số kiên cố f = 3-5, cúng như
đất yếu no nước thường sử dụng phương pháp mới của áo (HATM). Đầu tiên
tiến hành đào phần đỉnh hầm, gia cường bằng bê tông - phun dày 15-20cm, phun
lên lớp lưới thép (h.18). Có thể dùng hệ chống liên hợp từ bê tông phun kết hợp
neo hoặc cung vòm. Vỏ mềm bê tông phun có khả năng biến dạng mà không bị
sụt lở nhờ tính từ biến của bê tông phun
Sau khi khối đất xung quanh tắt biến dạng (ghi theo đồng hồ neo) tiến hành
đào phần giữa của hầm và đổ bê tông vỏ hầm hoặc bê tông - phun dày 25-30cm.
Khi có nước ngầm trong hầm đào, cần dán lớp cách nước giữa lớp bọc ngoài và
vỏ hầm. Trong phương pháp này kết cấu vỏ hầm được giảm nhẹ rất nhiều nhờ
tận dụng quá trình ngưng từ biến của đất, tuy nhiên dễ xuất hiện sự cố khi vành
đường hầm lún nhiều,đặc biệt khi tải trọng ngoài không đều

Lắp đặt cốp pha cho bê tông tại chỗ

11


Cốp pha kiểu ống lồng làm theo các đơn nguyên dài lc =2-3m được sản xuất từ
ống có gân phủ bằng các tấm thép. các đơn nguyên này gồm các chi tiết liên kết

khớp với nhau cho phép xếp lại. cac đơn nguyên được vận chuyển trên xe lắp
ráp có trang bị kích và tời. sau khi bố trí các đơn nguyên lần lượt vào vị trí thiết
kế, chúng được liên kết lại bằng bulông, còn các khớp được “khoá lại”.
- Cốp pha kiểu lắp ghép từ các vì tubin liên kết với nhau bằng bulông
Sử dụng cốp pha ống lồng và vì tu bin lắp ghép tạo khả năng đổ bê tông liên tục
theo hướng tới gương hầm bằng cách di chuyển các chi tiết khuôn dưới các đơn
nguyên đã dựng trước đó

12


Khiên mở hầm là hệ chống di động. Trong phương pháp này đất được đào và vỏ
hầm cố định được lắp đặt gần như đồng thời.
Các khiên khác nhau về hình dáng, kích thước mặt cắt, khả năng chịu lực,
phương pháp đào đất và gia cường mặt gương hầm v.v. Hình dạng mặt cắt ngang
của các khiên rất khác nhau: tròn, vòm, chữ nhật, thang, elip v.v... Trong phần
lớn các trường hợp, khiên có dạng hình tròn tương ứng với dạng vỏ hầm. Nhưng
sử dụng tiết diện đường hầm hiệu quả hơn lại là vò hầm có dạng chữ nhật.
Theo phương pháp đào đất khiên có loại chính:
Không cơ giới hoá: đất được đào thủ công hoặc dùng dụng cụ cơ giới cầm tay.
Cơ giới hoá: tất cả các thao tác đào đất, thu dọn đất hoàn toàn được cơ giới hoá.
Cấu tạo khiên :
Vòng dao cắt đất theo chu tuyến hầm đào và để bảo vệ người làm việc trong
gương hầm. Khi mở hầm trong đất mềm, vòng dao có phần trên rộng ra- dầm
dẫn, còn trong đất yếu- mái đua ngăn ngừa sự cố.
Vòng tựa cùng vòng dao là các kết cấu chịu lực chính của khiên. các kích để di
chuyển khiên được phân bố đều theo chu vi vòng tựa. khi đường kính khiên
khoảng 10m thường được bố trí 30-36 kích.
13

Vỏ đuôi gia cường chu tuyến của hầm đào tại vị trí thi công vòng tiếp theo của
vỏ hầm.
Các khiên không cơ giới hoá được trang bị bổ sung các vách ngăn ngang và
đứng, các tấm sàn đua, cũng như các kích sàn và gương hầm. các vách ngăn
ngang và đứng tạo cho kết cấu khiên độ cứng cần thiết và chia gương hầm thành
các ô lưới, trong đó đất được đào đi.
Vấn đề hoàn thiện các kết cấu của khiên được tiến hành theo hướng tạo ra những
khiên di chuyển độc lập với vỏ hầm kết hợp tựa vào vòng chống nhờ vỏ ống
lồng v.v…

Các khiên cơ giới hoá. Khiên cơ giới hoá được trang bị các bộ phận để đào
đất và gia cường mặt gương hầm, ngoài ra các khiên còn được trang bị các cơ
cấu để bốc đất và đưa ra ngoài giới hạn của khiên. Các khiên cơ giới hoá giảm
mức độ nặng nhọc, tăng tốc độ mở hầm, đảm bảo chu tuyến hầm đào phẳng, cho
phép sử dụng các dạng vỏ hầm hợp lý (ép vào đất, nén ép toàn khối v.v..).

14


Phụ thuộc vào loại đất, có thể sử dụng các bộ phận đào đất khác nhau, ví dụ:
Đối với đất sét, á sét và đá phiến gốc sét khô và cứng có hệ số kiên cố f tới
2,5-3. Bộ phận đào đất của khiên có dạng vôđilô 4 tia với lưỡi cắt dạng thanh và
lưỡi cắt dạng đĩa (h.21b).
Đất sét khô mácnơ và sét phiến có hệ số kiên cố f tới 3 thường sử dụng khiên
với bộ dẫn động thuỷ lực (h.21c).
Đất phân lớp và đất hỗn hợp nên dùng các khiên cơ giới có bộ phận làm việc
dạng cần, tác động lựa chọn (h.22a).
Đất đá bị phá hoại có hệ số kiên cố f tới 5 có thể sử dụng các khiên cơ giới có
bộ phận làm việc kiểu phay (h.22b).

15


Đất không dính có độ ẩm tự nhiên, có thể sử dụng các khiên có sàn ngăn nằm
ngang đua ra chút ít sau vòng dao và nằm ở độ cao 0,8-1,2m. Nhờ vậy gương
hầm được chia ra nhiều tầng, trong mỗi tầng đó, đất được đổ trên các sàn theo
góc nghiêng tự nhiên đảm bảo ổn định cho gương hầm không cần gia cường
cưỡng bức (h.23).
Để mở hầm ngầm trong đất no nước không dính, có thể sử dụng hệ thống
khiên cơ giới hoá khác nhau, đảm bảo đào đất và gia cường mặt gương hầm
(h.24a).
Để mở đường hầm trong đất no nước không ổn định sử dụng các khiên có
buồng hơi ép gần gương hầm hoặc các khiên có buồng chứa huyền phù bê tông
gần gương hầm (h.24b).
Đất sét dính và bùn có độ thấm nước thấp, sử dụng các khiên cơ giới có gia
tải đất tạo nên trong buồng cạnh gương lò nhờ nén chặt đất đào. Các tấm được
trang bị bộ phận làm việc dạng rôto và màng liên tục tách buồng cạnh gương lò
khỏi phần còn lại của khiên (h.24c).

16


Như vậy, các khiên cơ giới hiện đại cho phép tiến hành mở hầm trong các
điều kiện địa chất công trình rất khác nhau. Nhược điểm cơ bản của chúng là
vùng sử dụng cho từng cơ cấu riêng bị hạn chế. do đó tiếp tục hoàn thiện các
khiên cơ giới hoá được tiến hành theo hướng đa năng hoá, sao cho có thể sử
dụng luân chuyển các bộ phận làm việc để đào các loại đất khác nhau hoặc sử
dụng các bộ phận làm việc liên hợp cấu tạo từ nhiều chi tiết, mỗi chi tiết phục vụ
cho một vài loại đất nhất định.

Công nghệ mở hầm bằng khiên . Lắp ráp các khiên và trang thiết bị cần thiết
cho chúng được thực hiện trước khi mở hầm. Phụ thuộc vào dạng công trình
ngầm, chiều sâu chôn ngầm của chúng, tình hình địa chất công trình, các khiên
có thể được lắp ráp trực tiếp cạnh cửa chính của đường hầm, trong hố đào lộ
thiên hoặc qua giếng đứng hoặc được lắp ráp trong các buồng ngầm đặc biệt.
Sơ đồ công nghệ thi công bằng khiên cơ giới hoá (h.25) khác khiên không cơ
giới hoá chủ yếu bằng phương pháp đào đất, gia cường mái và mặt gương hầm.

17


Lắp đặt vỏ hầm lắp ghép khi mở hầm bằng khiên được tiến hành nhờ các tổ hợp
đặc biệt- vì tubin và thiết bị lắp đặt cấu kiện. chúng có thể có bộ truyền động
chạy điện, khí nén, thuỷ lực hoặc kết hợp và được bố trí trực tiếp trên khiên hoặc
trên xe tời chuyên dùng.
Theo nguyên tắc làm việc, người ta phân biệt thiết bị lắp đặt dạng đòn bẩy,
vòng cung, hộp (h.26).
Phụ thuộc vào độ kiên cố và mức độ ổn định của đất, có thể sử dụng các sơ đồ
18


công nghệ mở hầm khác nhau kết hợp thi công vỏ hầm toàn khối - ép.
Trong quá trình mở hầm bằng phương pháp khiên cần thực hiện công tác
bơm và cách nước cho vỏ hầm. Lấp kín kịp thời các khe hở giữa vỏ hầm và đất
nhằm ngăn ngừa độ lún của khối đất phía trên, đảm bảo sự làm việc đồng thời
của vỏ hầm và đất xung quanh.
2.2.hoạt động của TBM

Hình 2.1: khiêng đào máy TBM
Một hệ thống TBM có thể dài đến 600 feet ( khoảng 183m).Ở phía trước là đầu

cắt, phía sau đầu cắt là vít tải và băng tải vận chuyển đất ra phía sau. Phía bên
phải là các tao vận chuyển đất đào, đôi khi người ta sử dụng những băng tải dài
để vận chuyển đất.

Hình 2.2: ray máy BTM
Hệ thống ray cũng được sử dụng để cung ứng và đưa các đoạn vỏ bê tông vào
để tạo kế cấu vỏ trong cửa hầm.

19


Hình 2.3 : Đầu cắt
Đầu cắt ở phía trước máy được sử dụng để đào và vận chuyển đất đến vùng trộn
( các đầu cắt phải phù hợp với từng điều kiện địa chất)

Hình 2.4: Buồng trộn và băng tải trục vít
Tại buồng trộn, dấtđào được trộn với các phụ gia đặc biệt, vít tải có thể vận
chuyển đất đào ra ngoài khoang trộn và duy trì ấp lực tại đầu cắt. Vít tải được
sử dụng để chuyển đất tới băng tải. Băng tải chuyển đất tới các toa xe. Các toa
xe chuyển đất ra khỏi hầm, từ đó đất được đưa tới nơi đổ thải.
20


Hình 2.5: các đoạn vỏ hầm.
Các đoạn vỏ hầm được chuẩn bị tại khoang phía trước các toa chuyển đất đào.
Các đoạn này được xoay vào vị trí nhờ cần lắp dựng theo một vị trí xác định.
Cần lắp dựng đưa các tấm từ toa chứa vào vị trí đã được định sẵn. Cần dựng các
quá trình này đến khi đốt hầm được hoàn thành. Các đoạn đốt hầm được lắp ráp
khi TBM đào. Đưa các đoạn vỏ hầm vào vị trí mất khoảng 5 phút tức là mất
khoảng 60 phút để hoàn thành một đốt. Trong khi lắp đặt đốt vỏ hầm, TBM duy

trì áp lực lên đất.

21


Hình 2.6: Miếng đệm dọc cạnh của tấm bê tông
Miếng đệm dọc cạnh của tấm bê tông giúp nó chống nước. Các bu lông được sử
dụng để gắn các đoạn lại với nhau. Lỗ ở giữa mỗi tấm sẽ được bít chặt sau đó.
Cần dựng tiếp tục đưa các đoạn vào vị trí.

Hình 2.7: phân đoạn chính
Cần dựng đẩy đoạn khóa vào vị trí, các kích gắp khớp kiểm soát hướng đào.
Kích đẩy được dung để đẩy TBM tiến lên và duy trì áp lục cần thiết lên gương

22


Hình 2.8: kích đẩy tạo áp lực lên gương
Phần đuôi khiên và khiên giúp ngăn không cho nước và các chất khác lọt vào
hầm. máy đào tiến lên trong khi đào để lắp đặt các đốt hàm tiếp theo. Các liên
kết đặt so le giúp tăng thêm độ ổn định của kết cấu. khi khiêng tiến lên, khoảng
trống để lại do bề mặt day của nó được lấp đầy bằng bơm phụt bê tông.
CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH TỔ CHỨC THI CÔNG, SƠ ĐỒ THI CÔNG,
CÁC CÔNG TRÌNH THI CÔNG TẠI VIỆT NAM
3.1: QUY TRÌNH TỔ CHỨC THI CÔNG
Triển khai hầm
thông hơi

Lắp TBM

Khoan

Hoàn tất

Lắp vách

Bơm vữa

Tại công trình

Sản xuất các
mặt cắt

Tháo TBM

23

Cài đặt chế độ
hoạt động

Làm sạch

Chế tạo dàn
cầu, thiết bị
bơm vữa

Thu hồi ống
thông hơi

Ở Việt Nam, đường hầm đã được xây dựng trên tuyến đường sắt Bắc Nam vào
đầu thế kỷ 20.
Trong những năm chiến tranh, sự nghiệp xây dựng đường hầm của ta hầu như
không phát triển, có chăng chỉ đào một số ít hầm ngắn để làm kho quân trang
quân dụng hoặc hầm trú ẩn cho người và hệ thống kỹ thuật. Sự nghiệp xây dựng
đường hầm chỉ thực sự phát triển mạnh trong hơn một thập kỷ gần đây. Tháng 4
năm 2003, chúng ta khởi công xây dựng đường hầm bộ xuyên qua Đèo Ngang,
sau 16 tháng thi công đến tháng 8 năm 2004 công trình đã hoàn thành và đưa
vào sử dụng. Việc đưa hầm đường bộ Đèo Ngang vào sử dụng đã rút ngắn tuyến
đường Đèo Ngang từ 7km xuống còn 2,5km, trong đó đoạn đường hầm dài
495m. Cũng trên Quốc lộ số 1 huyết mạch của Tổ quốc, tháng 6 năm 2005 hầm
đường bộ Hải Vân có chiều dài 6290m được đưa vào sử dụng đã rút ngắn đoạn
đường đèo nguy hiểm vào bậc nhất này từ 21km xuống còn khoảng 12km (ngắn
hơn 9km) so với tuyến đường đèo cũ và thời gian qua đèo được rút ngắn từ 80
phút (trung bình) xuống còn 20 phút với độ an toàn cao. Từ khi đường hầm được
đưa vào khai thác sử dụng, các vụ tai nạn giao thông trên đèo đã giảm một cách
đáng kể.

Hình 3.1: đèo Hải Vân và hầm đường bộ Hải Vân
Trong xây dựng thủy điện ở Việt Nam, giải pháp đường hầm được sử dụng ở rất
nhiều nhà máy như Hòa Bình, Sơn La, A Vương, Đại Ninh, Bản Vẽ, Bắc Bình,
Đồng Nai và nhiều nhà máy thủy điện khác. Đặc biệt đối với các nhà máy thủy
điện được xây dựng tại miền Trung thì đường hầm được coi là giải pháp tối ưu
để đảm bảo cho việc lựa chọn vị trí xây dựng đập dâng và nhà máy

24


Hình 3.2: các hầm thi công
3.1.1: Các phương pháp thi công đường hầm

Hiện nay có hai phương pháp chính để thi công đường hầm đó là phương pháp
khoan nổ và phương pháp cơ giới (dùng máy đào).
Để đào đường hầm bằng phương pháp khoan nổ trước hết cần vẽ biên dạng
(đường viền) của đường hầm lên gương lò, dùng máy khoan khoan các lỗ vào
gương lò tại các vị trí nhất định theo phương án thiết kế nổ mìn, tra thuốc, nổ
mìn và bốc xúc đất đá bằng máy cào vơ và vận chuyển ra ngoài bằng băng tải
hoặc các phương tiện vận tải. Hình 4 mô tả quang cảnh thi công đường hầm dẫn
nước của NMTĐ A Vương bằng phương pháp khoan nổ.
Trong phương pháp cơ giới, người ta sử dụng các máy đào đường hầm chuyên
dụng. Hiện nay trên thị trường có hai loại chính là máy đào loại khiên (tunnel
shield) và máy khoan đường hầm TBM (Tunnel Boring Machine).
Máy đào đường hầm loại khiên (H5a) gồm hai phần chính: phần lưỡi và phần
đuôi và hoạt động của nó cũng gần giống như thi công các ống khói hoặc các
silô bằng phương pháp cốp pha trượt.
Phần lưỡi của máy được lắp ráp bằng các kích thuỷ lực trên một vành đỡ, các
đầu kích nằm trong phần đuôi của máy đào. Khi đào hầm người ta sẽ đào thủ
công một đoạn khoảng 2m, đổ bê tông thành hầm của đoạn này và sau đó tiến
hành lắp ráp khiên đào trực tiếp dưới hầm. Các đầu kích khi lắp ráp sẽ tì chặt lên
đoạn thành hầm đã đổ bê tông chắc chắn. Khi tiến hành đào người ta sẽ đóng các
kích làm cho phần lưỡi của khiên chuyển động cắm vào phần đất đá phía trước
máy đào. Khi các kích được thu lại ổ của nó sẽ để lại một khoảng trống dài
khoảng 1,2m để gia cố vỏ hầm. Từ cách hoạt động của nó như trên chúng ta thấy
khiên đào hầm là loại thiết bị thích hợp cho việc đào các đường hầm qua các
vùng đất tương đối mềm. Đối với các đường hầm xuyên qua các vùng đá cứng
thì việc đào hầm bằng thiết bị này rất khó khăn.
Máy khoan hầm –TBM (hình 5b) là thiết bị đào hầm hiện đại được sử dụng để
đào các đường hầm có tiết diện tròn trong các điều kiện địa chất khác nhau. Máy
có thể được sử dụng để đào hầm ở vùng đá cứng, đất hoặc cát có lẫn các loại tạp
chất. Đường kính đào hầm bằng máy TBM có thể thay đổi từ 1m đến 15 m. Ưu

25