máy khoan kích ngầm

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn đến quý thầy, cô khoa Cơ khí, trường Đại học
Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình chỉ bảo và truyền đạt kiến thức cho em
trong suốt các năm học vừa qua. Nhờ sự chỉ bảo nhiệt tình của quý thầy cô đã giúp chúng
em có được một nền tảng kiến thức cũng như hành trang để vững bước trên con đường
tương lai. Đặc biệt là thầy Phạm Huy Hoàng đã tận tình hướng dẫn, quan tâm, dạy dỗ và
truyền đạt nhiều kiến thức quý báu trong suốt quá trình chuẩn bị, thực hiện và hoàn thành
đề tài này. Ngoài ra em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Vũ Như Phan Thiện đã giúp
đỡ em rất nhiều trong giai đoạn đầu nhận đề tài.
Không những vậy, trong quá trình học tập và suốt khoảng thời gian thực hiện đề tài này
không thể nào thiếu được sự hỗ trợ cũng như là những lời động viên của các bạn đồng học,
mình xin chân thành cảm ơn các bạn Trí, Quang, Hải, Tuấn, Vinh và các bạn đồng học khoa
Cơ khí khoá 2014 đã tiếp thêm động lực cho mình duy trì đến cuối cùng.
Với kiến thức còn hạn hẹp, khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn chưa được tốt nên
trong thực hiện luận văn không tránh khỏi những sai sót và những hạn chế. Em rất mong
nhận được những đóng góp của quý thầy cô để em hoàn chỉnh kiến thức của mình.
Cuối cùng, em xin kính chúc thầy Phạm Huy Hoàng cùng toàn thể giảng viên khoa Cơ khí
cũng như Bộ môn Thiết Kế Máy lời chúc sức khỏe, và đạt được nhiều thành công trong
cuộc sống.
Em xin chân thành cảm ơn.
TP Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Vũ Hữu Minh

1


TÓM TẮT LUẬN VĂN
+

Trong thời đại hiện nay ở nước ta phổ biến tình trạng lắp đặt hệ thống đường

ống thoát nước bằng phương pháp đào hở, nhưng trong những năm qua do mật độ xây dựng
ở các thành phố ngày càng đông đúc, đã gây ra những khó khăn cho việc đào hở. Đề tài
luận văn tốt nghiệp được thực hiện với mục tiêu thiết kế máy bán tự động bằng phương
pháp khoan kích ngầm để tránh tác động đến giao thông cũng như các công trình trên mặt
đất.
+

Luận văn gồm có 6 chương:
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU.
CHƯƠNG 2: Ý TƯỞNG THIẾT KẾ.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ.
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN.
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ.
CHƯƠNG 6: PHỤ LỤC.

2


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................... 1
TÓM TẮT LUẬN VĂN .............................................................................................................. 2
DANH SÁCH HÌNH ẢNH ......................................................................................................... 6
DANH SÁCH BẢNG .................................................................................................................. 8
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................... 9
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 10
1.1.

Nền tảng ........................................................................................................................ 10

1.2.

Giới thiệu về khoan kích ngầm .................................................................................. 12

1.2.1 Mô tả .......................................................................................................................... 12
1.2.2

Ứng dụng ............................................................................................................... 12

1.2.3

Ưu điểm ................................................................................................................. 13

1.3

Một số phương pháp khoan kích ngầm phổ biến hiện nay ..................................... 13

1.3.1

Phương pháp khoan có dẫn hướng (GBM) ...................................................... 14

1.3.2 Phương pháp kích đẩy và công nghệ đào hầm nhỏ (Pipe jacking and
microtunnelling) .................................................................................................................. 15
1.3.2

Một số máy khoan kích ngầm hiện nay ............................................................. 19

CHƯƠNG 2: Ý TƯỞNG THIẾT KẾ ...................................................................................... 23
2.1

Yêu cầu thiết kế............................................................................................................ 23

2.2

Nhiệm vụ thiết kế......................................................................................................... 23

2.3

Lựa chọn và phân tích chức năng thiết kế ................................................................ 24

2.3.1 Chọn phương pháp khoan có dẫn hướng (GBM) để thiết kế.............................. 24
2.3.2
2.4

Lựa chọn bộ truyền làm việc cho phần cơ......................................................... 28

Nguyên lý hoạt động ................................................................................................... 30

2.4.1

Sơ đồ nguyên lý .................................................................................................... 30

2.4.2

Sơ đồ động............................................................................................................. 30

2.5

Mô hình sơ bộ............................................................................................................... 32

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ .................................................................................. 33
3.1

Cơ sở lý thuyết ............................................................................................................. 33

3.1.1

Lực cắt.................................................................................................................... 33
3


3.1.2
3.2

Lực ma sát ............................................................................................................. 35
Tính toán ...................................................................................................................... 38

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN .................................................................... 40
4.1

Thiết kế hệ thống thủy lực và mạch điều khiển ....................................................... 40

4.1.1 Sơ đồ mạch ................................................................................................................. 40
4.1.2

Nguyên lý hoạt động ............................................................................................ 41

4.1.3

Chọn xilanh ........................................................................................................... 42

4.1.4

Chọn nguồn thủy lực ............................................................................................ 43

4.1.5

Tính toán chọn đường ống................................................................................... 44

4.1.6

Tính toán chọn thùng chứa dầu: ......................................................................... 45

4.2

Thiết kế phần điện ....................................................................................................... 45

4.2.1 Sơ đồ mạch điện ........................................................................................................ 45
4.2.2
4.3

Nguyên lý hoạt động ............................................................................................ 47

Chọn mua lazer ........................................................................................................... 48

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ .............................................................................. 50
5.1

Chọn mua động cơ và hộp giảm tốc .......................................................................... 50

5.1.1

Phân phối tỷ số truyền.......................................................................................... 50

5.1.2

Chọn mua hộp giảm tốc ....................................................................................... 50

5.2

Thiết kế bộ truyền ngoài : Bộ truyền xích ................................................................ 54

5.2.1 Chọn vật liệu .............................................................................................................. 54
5.2.2 Tính toán ..................................................................................................................... 54
5.3

Tính toán thiết kế trục quay (trục công tác) ............................................................. 56

5.3.1 Các thông số cơ bản: ............................................................................................... 56
5.3.2 Thiết kế sơ bộ............................................................................................................ 56
5.3.3 Kiểm tra bền nén: ..................................................................................................... 57
5.3.4 Kiểm tra bền xoắn: ................................................................................................... 57
5.3.5 Kiểm tra lực gây phá hủy vành bên........................................................................ 59
5.4 Thiết kế nối trục động cơ................................................................................................. 59
5.4.1 Thông số cơ bản......................................................................................................... 59
5.4.2 thiết kế sơ bộ .............................................................................................................. 59
4


5.4.3 Kiểm tra bền xoắn: .................................................................................................... 60

5.5 thiết kế và chọn then ........................................................................................................ 61
5.6 Thiết kế bộ phận công tác ............................................................................................... 62
5.7 Thiết kế cơ cấu cam ......................................................................................................... 62
5.8 Thiết kế khung máy.......................................................................................................... 63
5.8.1 Thiết kế khung ........................................................................................................... 63
5.8.2 Kiểm tra bền đối với thanh ngang. .......................................................................... 64
5.8.3 Thiết kế chi tiết còn lại, lắp ráp và hoàn thiện. ...................................................... 66
CHƯƠNG 6: PHỤ LỤC ............................................................................................................ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................... 68

5


DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Mô hình máy khoan kích ngầm [14]....................................................................... 12
Hình 1. 2 Một số máy khoan kích ngầm dẫn hướng của công ty Akkerman [2] ............... 14
Hình 1. 3 Môi trường làm việc khi gặp đất mềm [2] ............................................................. 17
Hình 1. 4 Hệ thống xi lanh thủy lực [3] ................................................................................... 17
Hình 1. 5 Một số đầu khoan [4] ................................................................................................ 18
Hình 1. 6 Máy Thrust Frame - 4800 Series [2]....................................................................... 19
Hình 1. 7 Máy Sanwa Prestone [5]........................................................................................... 20
Hình 2. 1 Lắp đặt các ống dẫn hướng [2] ................................................................................ 24
Hình 2. 2 Hệ thống điều chỉnh dẫn hướng cho GBM [2] ...................................................... 25
Hình 2. 3 Các loại dao khoan và thiết bị hỗ trợ khác [2]....................................................... 25
Hình 2. 4 Lắp đặt vỏ bọc dọc theo đường ống dẫn hướng [2] .............................................. 26
Hình 2. 5 Vỏ bọc [2]................................................................................................................... 26
Hình 2. 6 Đầu khoét cho GBM [2] ........................................................................................... 27
Hình 2. 7 Lắp đặt đường ống sản phẩm cuối cùng [2]........................................................... 27
Hình 2. 8 Sơ đồ nguyên lý làm việc ......................................................................................... 30
Hình 2. 9 Khoan dẫn hướng ...................................................................................................... 30

Hình 2. 10 Khoan và khoét đất ................................................................................................. 31
Hình 2. 11 Hoàn thành công đoạn khoan ................................................................................ 31
Hình 2. 12 Mô hình sơ bộ .......................................................................................................... 32
Hình 3. 1 Hệ số khả năng chịu tải (λ) vs Góc ma sát (ϕ) [15] .............................................. 34
Hình 3. 2 Phân tích lực trên mũi dao dẫn hướng .................................................................... 38
Hình 3. 3 Khoan và khoét đất ................................................................................................... 39
Hình 4. 1 Sơ đồ mạch thủy lực và mạch điều khiển .............................................................. 40
Hình 4. 2 Xilanh [16] ................................................................................................................. 43
Hình 4. 3 Bộ nguồn thủy lực của hãng Brevini [17] .............................................................. 43
Hình 4. 4 Mạch điện điều khiển và bảo vệ động cơ ............................................................... 46
Hình 4. 5 Khởi động từ S-T21 220V - Mitsubishi [11] ......................................................... 47
Hình 4. 6 Lazer [19] .................................................................................................................. 48
Hình 5. 1 Một số hộp giảm tốc của hãng SIEMENS [9] ....................................................... 50
Hình 5. 2 Kiểu hộp giảm tốc được chọn [9]............................................................................ 51
Hình 5. 3 Thông số kích thước của hộp giảm tốc và động cơ [9] ........................................ 53
Hình 5. 4 Trục công tác ............................................................................................................. 57
Hình 5. 5 Ứng suất tiếp τmax ................................................................................................... 58
Hình 5. 6 Chiều của lực tác dụng lên trục ............................................................................... 59
Hình 5. 7 Nối trục ....................................................................................................................... 60
Hình 5. 8 Bộ phận công tác ....................................................................................................... 62
Hình 5. 9 Cơ cấu cam................................................................................................................. 63
Hình 5. 10 Mặt cắt ngang khung máy và xilanh..................................................................... 64
6


Hình 5. 11 Mặt cắt ngang của thanh ngang ............................................................................. 65
Hình 5. 12 Hoàn thiện sản phẩm .............................................................................................. 66

7

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1. 1 Bảng thông số kỹ thuật máy Sanwa Prestone [5] ................................................. 21
Bảng 3. 1 Bảng Ps dựa trên loại đất (Herzog, 1985) [6] ....................................................... 33
Bảng 3. 2 Bảng Giá trị điển hình cho sự kết dính của ống và đất [15] ................................ 34
Bảng 3. 3 Hệ số ma sát đối với ống thép hoặc gang (Stein, 2005) [9] ................................ 36
Bảng 3. 4 Tóm tắt các tính toán cho ứng suất bình thường trên đường ống ....................... 36
Bảng 4. 1 Mối quan hệ giữa lực và đường kính xilanh theo catalogue [16] ....................... 42
Bảng 5. 1 Phân phối tỷ số truyền .............................................................................................. 50
Bảng 5. 2 Thống số kỹ thuật của bộ hộp giảm tốc và động cơ [9] ....................................... 52
Bảng 5. 3 Kiểm nghiệm then theo độ bền dập và độ bền cắt ................................................ 61

8


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
1. GBM: Guided Boring Machine

9


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Nền tảng
Không gian ngầm và phát triển bền vững đô thị
+

Với lợi thế phát triển linh hoạt, ẩn giấu hình khối và cách ly với môi trường

mặt đất, không gian ngầm đã bắt đầu được chú ý từ đầu thế kỷ 20. Quá trình “tịnh tiến vào
lòng đất” bắt đầu thịnh hành tại các nước châu Âu và Bắc Mỹ từ cuối thế kỷ 19. Tới năm

1983, không gian ngầm đã chính thức được công nhận là một loại tài nguyên. Năm 1991,
tại một hội thảo do ITA (Hiệp hội quốc tế về sử dụng không gian ngầm và hầm) tổ chức,
Tuyên ngôn Tokyo đã ra đời với nội dung “Thế kỷ 21 là thế kỷ sử dụng không gian ngầm”.
Thực tế đã chứng minh được rằng khai thác chiều sâu lòng đất là xu hướng không thể đảo
ngược của phát triển đô thị hiện đại với các lợi ích: Tiết kiệm năng lượng; nâng cao hiệu
quả sử dụng mặt đất, giải quyết được vấn đề mật độ tập trung quá cao tại các khu trung
tâm; nâng cao năng lực cơ sở hạ tầng, thực hiện phân lớp giao thông dễ dàng; giữ gìn cảnh
quan lịch sử văn hóa cho đô thị; tăng diện tích các khu vực xanh, giảm thiểu ô nhiễm môi
trường và cải thiện sinh thái đô thị…
+

Trong Đại hội lần thứ 30 năm 2004 họp tại Singapore, ITA đã khẳng định

“Khai thác không gian ngầm là phương cách duy nhất để đô thị có thể phát triển bền vững
trong sự đi lên của nhân loại”.
+

Hiện nay ở nước ta phổ biến tình trạng lắp đặt hệ thống đường ống thoát nước

bằng phương pháp đào hở, nhưng trong những năm qua do mật độ xây dựng ở các thành
phố ngày càng đông đúc, đã gây ra những khó khăn cho việc đào hở.
+

Để giải quyết những khó khăn này, các chuyên gia đã tìm tòi và đưa ra

phương pháp khoan kích ngầm để tránh tác động đến giao thông cũng như các công trình
trên mặt đất.
+

Thực tế cho thấy, tại một số đô thị lớn của Việt Nam như Hà Nội, TP Hồ Chí

Minh, Đà Nẵng…, khi thi công xây dựng những hệ thống hỗ trợ liên quan đến đô thị như
đường ống cấp nước, thoát nước, cấp điện và cáp truyền thông tin…, hầu hết các dự án này
đều được thi công bằng phương pháp đào mở. Hình thức này tuy đơn giản, chi phí thấp
10


nhưng lại có hạn chế lớn là khó quản lý bởi việc thi công kéo dài, chỉ phù hợp cho việc thi
công ở độ sâu ngắn, nằm ngay gần mặt đất. Chưa kể, sau khi hoàn thiện công trình, nhiều
đơn vị thi công chỉ quan tâm “dọn dẹp” khu vực mình quản lý, để mặc khu vực xung quanh
với những con đường lồi lõm, chắp vá, làm mất mỹ quan đô thị. Khi thi công các cống
ngầm (khoan ngầm trong lòng đất), nguyên lý hoạt động của công nghệ kích đẩy sẽ giúp
hỗ trợ thực hiện thiết lập cửa hầm đầu và cửa hầm cuối của đoạn đường cống ngầm cần lắp
đặt. Dung kích đẩy máy đào từ cửa hầm đầu hướng về cửa hầm cuối, sau đó đặt các đoạn
ống (bê tông) đã được làm sẵn nối tiếp sau máy đào và kích đẩy dần các đoạn ống này nối
tiếp theo máy đào cho đến khi đầu mối chạm đến cửa hầm cuối tạo thành một đường cống
ngầm dài xuyên suốt, giúp giữ nguyên bề mặt hiện trạng của khu vực thi công.
+

Phương pháp này đặc biệt hữu ích với những thành phố có mật độ giao thông

lớn, những đường ngầm qua sông, cống ngầm đi qua các khu đô thị…, do thi công ngầm
dưới mặt đất nên giao thông vẫn có thể lưu thông bình thường, giảm được ùn tắc giao
thông, giảm ô nhiễm bụi, không chiếm dụng mặt đường như phương pháp đào mở, kể cả
khu vực có nền đất yếu (nền đất càng yếu bao nhiêu càng dễ dàng kích đẩy ống cống bấy
nhiêu mà không làm vị trí ống cống bị di chuyển). Mặt khác, do công nghệ kích đẩy bằng
định vị điều khiển tự động nên không cần sử dụng con người vì nếu dùng nhân công sẽ
nguy hiểm và tiến độ rất chậm trong khi nhân lực chỉ có thể đào từ 6 – 10 mét sâu. Với
công nghệ này, thành phố có thể dễ dàng tạo nên những đường ống thoát nước, hào chứa
nước lớn, giúp thoát nước nhanh chóng hơn hoặc xây dựng đường ống dẫn nước sinh hoạt

hằng ngày, đường điện…
+

Công nghệ kích cống ngầm đã được áp dụng nhiều trên thế giới, tại Tp.HCM

cũng đã có nhiều công trình áp dụng công nghệ này vào khoan kích ống ngầm nhiều tuyến
cấp, thoát nước như tuyến thoát nước dọc sông Nhiêu Lộc – Thị Nghè, tuyến cấp nước qua
sông Sài Gòn, … Tuy nhiên, một số chuyên gia ngành Cấp thoát nước cho rằng, công nghệ
khoan kích ống ngầm nói chung có nhiều ưu điểm nổi trội như giảm thiểu mặt bằng thi
công, giảm thiểu yêu cầu di dời các công trình kỹ thuật hạ tầng, đảm bảo an toàn cho các
công trình lân cận dọc tuyến cống, giảm thiểu khối lượng tái lập mặt đường, hạn chế ùn tắc

11


giao thông…, nhưng do là công nghệ mới, chưa ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam nên chưa
có các quy định về tiêu chuẩn, quy chuẩn và định mức dự toán cho công nghệ này.
1.2.

Giới thiệu về khoan kích ngầm
1.2.1 Mô tả
+

Kích ống là một kỹ thuật lắp đặt tuyến ống dưới lòng đất. Kích thủy lực công

suất lớn được sử dụng để đẩy các đốt ống đặc biệt xuyên vào trong lòng đất cùng với đầu
máy gắn phía trước.

Hình 1. 1 Mô hình máy khoan kích ngầm [14]
+

Không có sự giới hạn nào về kỹ thuật liên quan chiều dài của mỗi tuyến kích,

tuy nhiên những vấn đề về kỹ thuật thực hành và tính kinh tế có thể đặt ra vài hạn chế.
+

Tuyến kích có thể theo đường thẳng hoặc cong với một hoặc nhiều bán kính

cong khác nhau.
+

Phương pháp kích ống có khả năng chống đỡ đất và giảm khả năng đất dịch

chuyển.
1.2.2 Ứng dụng

12


+

Ứng dụng chủ yếu của khoan kích ống bao gồm xây dựng hệ thống thoát

nước mới, thay cống, đường ống chính dẫn nước, dẫn khí, dẫn dầu, lắp đặt cáp điện, cáp
viễn thông.
+

Những ứng dụng đặc biệt bao gồm lắp đặt đốt hầm chữ nhật hoặc hình tròn

dùng làm đường hầm cho khách bộ hành, đường vượt ngầm.

+

Có thể sử dụng để vượt qua các chướng ngại như xa lộ, đường sắt, kênh rạch,

các tòa nhà và sân bay chắn ngang trong các dự án lắp đặt ống.
1.2.3 Ưu điểm
a.

Về mặt kỹ thuật
+

Có thể thi công ở những độ sâu khác nhau.

+

Thông thường chiều sâu kinh tế để áp dụng phương pháp kích ống khi độ sâu

chôn ống ≥ 6m. Ở những độ sâu thấp hơn, phương pháp kích ống được xem xét trong mối
quan hệ với nhiều yếu tố khác như tài chính, môi trường,…
+

Ngăn sự thâm nhập của nước ngầm bằng các gioăng kín nước.

+

Rủi ro sụt lún thấp.

+

Xáo động tối thiểu trên mặt đất.

+

Giảm thiểu khối lượng công tác đào đắp, công tác tái lập.

+

Ít ảnh hưởng đến các công trình hạ tầng kỹ thuật khác.

b.
+

Về mặt môi trường
Ưu điểm về mặt môi trường có được nhờ vào việc áp dụng kỹ thuật kích ống

khi so với phương pháp đào hở truyền thống. Thông thường với phương pháp không đào
sẽ giảm được khối lượng vật tư “đến” và “đi” cùng với việc giảm được công tác đổ đất và
công tác san lấp tái lập lại mặt bằng.
+

Trong nhiều trường hợp việc sử dụng kỹ thuật kích ống thay vì đào hở sẽ

đem lại ảnh hưởng tích cực đến an toàn tại nơi làm việc, đến đời sống người dân quanh
khu vực thi công, đến môi trường tại địa phương.
1.3 Một số phương pháp khoan kích ngầm phổ biến hiện nay

13


1.3.1

Phương pháp khoan có dẫn hướng (GBM)

Hình 1. 2 Một số máy khoan kích ngầm dẫn hướng của công ty Akkerman [2]
1.3.1.1
+

Lịch sử phát triển
Việc ứng dụng GBM bắt đầu hai thập kỷ trước tại Nhật Bản và châu

Âu, chiều dài ống thường từ 100 đến 150 mm.
+

Phương pháp này đã được đưa vào Mỹ vào năm 1995. GBM là một

phương pháp phổ biến để lắp đặt các đường ống có đường kính nhỏ với độ chính xác cao.
Đây là một quá trình cài đặt ba giai đoạn bắt đầu với cài đặt ống thí điểm và tiếp theo là vỏ
bọc và lắp đặt đường ống. Đường kính ngoài cho ống của GBM là 0,10 m (4 in.) đến 1,22
m (48 in.). Đường kính ống có thể được tùy chỉnh theo nhu cầu của dự án.
1.3.1.2 Ưu điểm và hạn chế của GBM
▪ Ưu điểm:
+

Các dự án thường ít tốn kém hơn các phương pháp cắt thông thường.

+

Cung cấp các giải pháp cho một số vấn đề kỹ thuật (ví dụ: các trở ngại

về tiện ích, đất nghèo, sâu cài đặt và nước ngầm cao) .

14


+

Loại bỏ sự cần thiết của các trạm thang máy và chi phí bảo trì liên

quan được loại bỏ.
Loại bỏ sự chậm trễ giao thông, đóng đường, sửa chữa đường phố,

+

khiếu nại của công dân và giảm lượng đất bị ô nhiễm.
+

Áp dụng cho các loại đất mềm, nơi có thể lắp đặt đường ống thoát

+

Có thể lắp đặt đường ống với khoảng cách gần với các tiện ích hiện

nước.

có.
▪ Hạn chế:
Hệ thống hướng dẫn là rất quan trọng. Bất kỳ tắc nghẽn trong khoang ống
thí điểm có thể ảnh hưởng đến hệ thống hướng dẫn.
+ Loại bỏ bất kỳ trở ngại nào từ khoang ống thí điểm sẽ tốn thời gian và
tiền bạc của dự án.
+ Công nghệ này chỉ áp dụng cho các điều kiện đất được lựa chọn.

+ Các cơ sở cứng (ví dụ: đá) yêu cầu thiết bị đặc biệt bổ sung để lắp đặt.
+ Kiểm soát chất lỏng chảy có thể cần thêm nỗ lực trong quá trình lắp
đặt.
1.3.2 Phương pháp kích đẩy và công nghệ đào hầm nhỏ (Pipe jacking and
microtunnelling)
1.3.2.1

Mô tả Phương pháp kích đẩy và công nghệ đào hầm nhỏ

+ Phương pháp này nguồn gốc từ Vương quốc Anh trong những năm đầu
thập niên 60 để cung cấp các giao cắt ngắn (ví dụ: đường sắt, kênh đào).
Phương pháp này được phát triển theo thời gian và trở thành thực tế cho
việc lắp đặt đường hầm dài.
+ Các ứng dụng chính của việc lắp đặt đường ống là xây dựng hệ thống
thoát nước và thoát nước mới, thay thế và lót cống, lắp đặt đường ống dẫn

15


khí và nước, lắp đặt đường ống dẫn điện và viễn thông và lắp đặt tàu điện
ngầm.
+ Có thể lắp đặt đường kính từ 800 mm đến 5000 mm bằng phương pháp
này với độ chính xác ± 1,25 in [1].
+ Kỹ thuật này giúp tránh được quá nhiều áp lực kích vào ống sản phẩm
cũng như đường cong. Một bức tường để làm điểm tự được chuẩn bị theo
hướng ngược lại của hướng khoan để ngăn chặn phản.
+ Trong trường hợp đất mềm, người ta sắp xếp đặc biệt như hình 1.3 được
thiết kế để làm điểm tựa cho lực đẩy. Một xi lanh thủy lực (Hình 1.4)
được sử dụng để phân phối lực đẩy bằng nhau từ khung lắp vào ống sản
phẩm. Một đường ray hướng dẫn được sử dụng tại trục đẩy để duy trì sự

liên kết phù hợp của ống ban đầu.
+ Mỗi phần ống được hạ xuống trong trục khởi động, được nối với đầu ống
trước. Các đường ống sản phẩm được tạo ra theo cách như vậy để chịu
được lực đẩy.
+ Trong trường hợp điều khiển các đường ống dưới mực nước ngầm các
thiết kế đặc biệt để đóng kín cụm lực đẩy và tiếp nhận để ngăn chặn sự
xâm nhập của nước.

16


Hình 1. 4 Môi trường làm việc khi gặp đất mềm [2]

Hình 1. 3 Hệ thống xi lanh thủy lực [15]

17


Hình 1. 5 Một số đầu khoan [16]
Ưu điểm và hạn chế của kích đẩy và công nghệ đào hầm nhỏ
Ưu điểm:
+ Không yêu cầu lớp lót thứ cấp.
+ Các đường ống được lắp đặt kín nước.
+

Không có tác động hoặc tác động tối thiểu trên bề mặt.

+ Yêu cầu ít các dịch vụ tiện ích hơn.
+ Quá trình cài đặt nhanh hơn cắt mở.
+ Cần ít không gian và giờ làm việc.

+ Giảm sự gián đoạn.
+ Giảm thiệt hại cho các dịch vụ.
+ Ít hư hỏng hơn cắt mở.
+ Thay thế kinh tế cho việc cắt giảm sâu.
▪ Hạn chế:
+ Các hoạt động phục hồi rất khó khăn và tốn kém.
+ Hệ thống điều khiển trở nên phức tạp trong một ổ đĩa dài.
+ Đề xuất cho các loại đất cụ thể.
18


+ Chi phí hoạt động rất tốn kém.
1.3.2 Một số máy khoan kích ngầm hiện nay
1.3.3.1 Máy khoan kích ngầm của công ty Akkerman [2]
• Thông số kỹ thuật
+ Kích thước khung (chiều rộng x chiều dài x chiều cao): 1,962 x 4,261 x 1,702
mm.
+ Trọng lượng (khoảng) . (5,897 kg)
+ Vị trí chốt trên tâm .... 12 inch (305 mm)
+ Áp suất vận hành (Max.)
Jacking ..................... 6.000 psi (41,369 kPa)

Hình 1. 6 Máy Thrust Frame - 4800 Series [2]
Xoay vòng .................... 5.000 psi (34,474 kPa)
+ Độ cao * ...... 37,5 đến 41 in. (953 đến 1,041 mm)
+ Mô-men xoắn quay (Thấp / Cao): 10.500 / 26.000 ft-lbs (14.236 / 35,251 N
· m)
+ Jacking Force ....... 100/265 Tấn (91/240 mt)
19

+ Lực kéo lùi ................. 100 Tấn (91 mt)
+ Tốc độ động cơ thủy lực (Rotation): 0 - 23/34 / 50 vòng / phút
1.3.3.2

Máy khoan kích ngầm của công ty SANWAKIZAI

Hình 1. 7 Máy Sanwa Prestone [3]
• Thông số kỹ thuật

20


Bảng 1. 1 Bảng thông số kỹ thuật máy Sanwa Prestone [3]

Soil

Diameter (mm)
Dimension
Main

Model
Hume

Steel

Structure

pipe

pipe

(mm)

(I.D)

(O.D)

SH-

250～

350～

716LSK

700φ

800A

Thrust
Force
(ton)

Starting

Conditions

Pit
Dimensions

(mm)

Normal,

4490 x
1280 x

160

1500

5600 x

Water

2800

Bearing
Sandy

Normal
Water

SH-

250～

720LS-2

700φ

Bearing

4630 x
-

1560 x

200

1550

5600 x

Sandy

2800

Gravel
(Max.size
≦1/3 of
Pipe dia.)

SH-

250～

720LS-3

700φ

4480 x
-

1550 x

200

1632

21

4800 x
2400


350～

450～

800φ

900

SH-

700～

800～

1030LSK

1000φ

1200A

SH-823

5035 x
1480 x

230

1510

5250 x
1880 x

300

2020

22

6400 x
2800

6400 x
3600

CHƯƠNG 2: Ý TƯỞNG THIẾT KẾ
2.1

Yêu cầu thiết kế
- Chế tạo máy khoan kích ngầm bán tự động phục vụ cho ngành xây dựng ở Việt Nam
như: xây dựng hệ thống thoát nước mới, thay cống, đường ống chính dẫn nước, dẫn
khí, dẫn dầu, lắp đặt cáp điện, cáp viễn thông, v.v …
- Đường kính khoan 500mm, khoảng cách khoan khảng 100m.
- Sản phẩm được bảo hành, thay thế phụ tùng linh kiện dễ dàng.
- Sản phẩm phải giúp khep kín toàn bộ các khâu có liên quan trong quá trình khoan,
đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế,
- Sản phẩm có thời gian sử dụng lâu dài, dễ dàng nâng cấp, lắp đặt, thay thế.
- Giá bán sản phẩm thấp hơn máy được nhập từ nước ngoài.

2.2

Nhiệm vụ thiết kế
- Máy hoạt động hiệu quả đối với đất nền ở Việt Nam.
- Đường kính khoan 500mm, khoảng cách khoan khoảng 100m
- Máy được thiết kế dễ sử dụng và phu hợp với nhiều loại công việc khác nhau như:
xây dựng hệ thống thoát nước mới, thay cống, đường ống chính dẫn nước, dẫn khí,
dẫn dầu, lắp đặt cáp điện, cáp viễn thông, v.v . .
- Máy được thiết kế có kích thước dài x rộng x cao nhỏ hơn máy khác có sẵn ở cùng
công suất.
- Trọng lượng máy nhỏ hơn 3 tấn.
- Thời gian lắp đặp máy phải nhanh để không ảnh hưởng đếm tiến độ công việc.
- Máy được thiết kế an toàn trong quá trinh sử dụng cho cả người và máy.
- Tiết kiệm năng lượng.
- Giá thành hạ so với máy được nhập từ nước ngoài.

23


2.3

Lựa chọn và phân tích chức năng thiết kế
2.3.1 Chọn phương pháp khoan có dẫn hướng (GBM) để thiết kế.
• Bước đầu tiên là lắp đặt các ống dẫn hướng như trong Hình 2.1

Hình 2. 1 Lắp đặt các ống dẫn hướng [2]
+

Các ống dẫn hướng hoạt động thông qua hệ thống thủy lực với sự liên

kết thích hợp. Một khung khung vững chắc để tạo điểm tựa đẩy các ống dẫn hướng vào
trong đất. Một bộ nguồn cung cấp năng lượng thủy lực để vận hành máy và một đầu dao
gắn ở đầu của các ống dẫn hướng. Một số đầu dao được thể hiện trong hình 2.2. Một Diode
phát sáng (LED) - mục tiêu được chiếu sáng được đặt ở đầu dao, có thể nhìn thấy thông
qua một máy digital theodolite, máy ảnh và màn hình như trong Hình 2.3. Một toán tử điều
khiển căn chỉnh bằng cách sử dụng một hình chữ thập xuất hiện trên màn hình. Vị trí của

24


LED được duy trì bởi máy digital theodolite và được chiếu sáng thông qua các ống dẫn
hướng rỗng. Đôi khi bôi trơn được sử dụng để giảm ma sát khi chèn ống dẫn hướng.

Hình 2. 3 Các loại dao khoan và thiết bị hỗ trợ khác [2]

Hình 2. 2 Hệ thống điều chỉnh dẫn hướng cho GBM [2]

25