Nghiên cứu các thông số làm việc hợp lý của hệ thống máy khoan kích ngầm phục vụ công tác thi công các công trình ngầm tại thành phố hồ chí minh đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 PHẦN I: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hiện nay, nước ta việc thi công đường ống sử dụng phương pháp đào lấp truyền thống, đơn giản, gây cảnh quang đô thị, ách tắc giao thông, ảnh hưởng đến sinh hoạt người dân Trong đó, nước phát triển giới, việc thi công đường ống ngầm trở nên phổ biến Tuy nhiên, việc sử dụng thiết bị nước ngồi chi phí cao Yêu cầu đặt phải tạo sản phẩm có giá thành phù hợp chất lượng, độ xác, tuổi thọ mức cho phép Do cơng nghệ khoan kích ngầm xu hướng phát triển áp dụng rộng rãi giới Ưu điểm cơng nghệ khoan kích ngầm: Có thể khoan độ sâu lớn nhiều so với đào hở mà không gây ảnh hưởng đến giao thơng cơng trình phía lân cận Số lượng công nhân tham gia thi công địi hỏi khơng nhiều Hiệu kinh tế cao ảnh hưởng đến môi trường Thiết bị tham gia vào q trình kích ống nhỏ gọn, khơng cồng kềnh Đặc biệt tiến độ suất nhanh chất lượng cơng trình tốt so với đào hở Có nhiều cơng trình lớn áp dụng cơng nghệ ví dụ như: đẩy kích ống D1500 dài 131 m qua đường Lê Trọng Tấn, đẩy kích ống qua ngã tư Thủ Đức, kích đẩy ống qua Quốc lộ 1A,… đạt chất lượng tốt Trước tình hình đó, việc nghiên cứu tính tốn thơng số đưa bảng biểu khảo sát có giá trị để áp dụng cho đơn vị thi cơng điều quan trọng công ty Do đề tài nghiên cứu thơng số làm việc hợp lý hệ thống máy khoan kích ngầm phục vụ cơng tác thi cơng cơng trình ngầm TP Hồ Chí Minh có tính cấp thiết phù hợp với yêu cầu thực tiễn thi công xu hướng mà công ty áp dụng Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN KÍCH NGẦM 1.1 Các vấn đề chung: Hầm khơng gian ngầm ngày có vai trị quan trọng hệ thống giao thông đại Hầu hết khu vực đô thị giới phải đối mặt với nhiều vấn đề lớn, đặc biệt giao thơng Kết cấu hạ tầng cũ nhìn chung lỗi thời, khơng cịn đáp ứng nhu cầu lại vận chuyển không ngừng gia tăng Trong bối cảnh khơng gian giao thơng theo hướng cao theo hướng ngầm lòng đất lần lại khám phá Hơn nữa, cơng trình hầm có ưu vượt trội so với loại hình giao thơng khác nhờ lại nhanh chóng, tiện lợi, an tồn cao, trường hợp thiên tai, chiến Có thể nói giao thơng ngầm xu phát triển tất yếu kinh tế đại giới Từ trước đến yếu tố địa chất, cụ thể điều kiện địa chất khối ln đóng vai trị chủ yếu việc định tính khả thi chung dự án hầm Bởi vậy, trình độ kỹ thuật trước cho phép xây dựng hầm ngắn Ngày nhờ tiến KHCN người ta xây dựng hầm nơi cần thiết có chủ định làm Nhiều năm lại đây, lợi ích trị đặc biệt môi trường trở thành yếu tố thiết yếu, số trường hợp, có tầm quan trọng không so với yếu tố kỹ thuật địa chất Việc liên kết cơng trình hầm với mạng lưới giao thơng có yếu tố có tính định Do ràng buộc mà cơng trình hầm thường phải bố trí tuyến đường qua khu vực địa tầng có cấu trúc khơng phải lý tưởng, khu vực đô thị lớn, thường nằm vùng châu thổ (địa tầng mềm yếu) Mặc dù khía cạnh địa chất xem thứ yếu kỳ vọng giải với cơng nghệ có, song thực tế, việc đào hầm đất mềm yếu thách đố nan giải giới xây Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 dựng hầm, ln có rủi ro khó lường 1.2 Các phương pháp thi cơng giới Hiện có nhiều phương pháp đào hầm, tạm chia thành nhóm sau: Phương pháp đào lấp (đào hở), đào kín, phương pháp hầm dìm (khi thi cơng hầm nước Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm định tuỳ điều kiện địa chất, trường, khả cơng nghệ cụ thể mà vận dụng hợp lý 1.2.1 Phương pháp đào hở: Kỹ thuật đào hở xây dựng cơng trình ngầm kỹ thuật đào hở thuật ngữ cơng nghệ xây dựng cơng trình ngầm mà người ta xây dựng cơng trình ngầm cách đào từ mặt đất tự nhiên đến cao độ đáy cơng trình ngầm, thi cơng lấp phủ cơng trình ngầm Kỹ thuật có nhược điểm: Kỹ thuật đào hở địi hỏi khối lượng đào đắp lớn, phá vỡ cảnh quan khu vực xây dựng, đặc biệt công trình đặt sâu so với mặt đất, chiếm đất nhiều, ồn dễ gây ách tắc giao thông (thực tế chứng minh có nhiều vấn đề nảy sinh thi công hầm chui nút Kim Liên hầm hành nút Ngã Tư Sở (vấn đề ách tắc giao thơng, nhà dân sát với cơng trình thi công bị nghiêng, nứt…) Đất sét yếu đất bùn việc bảo đảm ổn định đất phức tạp, hạn chế vạch tuyến phải bám theo tuyến phố hữu, đặc biệt bán kính cong nhỏ xây dựng tuyến tàu điện ngầm, cơng trình thi cơng sát với móng cơng trình có phải tiến hành gia cố chống đỡ cơng trình gây tốn Vấn đề giải phóng mặt dành chỗ cho cơng trường xây dựng, tổ chức lại tuyến giao thông, tiếng ồn, chấn động…là vấn đề kinh tế - xã hội khó giải nhanh gọn để cơng trình khởi cơng thời hạn 1.2.2 Phương pháp đào kín: Khác với kỹ thuật đào hở, kỹ thuật đào kín khơng đào từ mặt đất xuống mà đào ngầm lòng đất để tạo hang đào, sau cơng trình ngầm Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 xây dựng hang đào Kỹ thuật tỏ hiệu xây dựng cơng trình ngầm thị đặt sâu, đặc biệt xây dựng cơng trình ngầm có mặt cắt ngang trịn hình chữ nhật Tùy theo dạng cơng trình loại trọng lực hay loại áp lực mà lựa chọn cơng nghệ cho phù hợp Hiện có nhiều cơng nghệ kỹ thuật đào kín Hình 1.1 giới thiệu cách phân loại công nghệ kỹ thuật đào kín Theo kỹ thuật đào kín phân thành nhóm cơng nghệ : (1) khoan đào ngang, (2) kích đẩy, (3) sử dụng TBM Kỹ thuật đào kín Khơng người Có người Khoan đào ngang Khoan guồng xoắn Kích đẩy ống Khoan định hướng Sử dụng TBM Microtunnelling Đóng ống Hình 1.1 : Phân loại công nghệ kỹ thuật đào kín a Máy khoan ngang định hướng – HDD (Horizontal Directional Drilling): Hình 1.2: Sơ đồ cơng nghệ khoan HDD Khoan định hướng ngang công nghệ linh hoạt sử dụng cho Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 việc cài đặt tất thứ từ kết nối dịch vụ nhà tòa nhà, ống cáp lòng đường sơng ngịi… HDD thích hợp cho lắp đặt đường ống áp lực ống dẫn nơi lớp xác khơng cần thiết Các thành phần HDD là: (1) giàn khoan định hướng kích thước cho công việc bàn tay; (2) khoan liên kết với để tạo thành chuỗi khoan cho việc đẩy mũi khoan; (3) thiết bị theo dõi ghi lại vị trí máy khoan sản phẩm; (4) xe bồn để pha chế giữ dung dịch khoan; (5) máy bơm tuần hoàn cho dung dịch khoan Các thành phần khác hoạt động bao gồm HDD mũi khoan, mũi doa, xoay đầu kéo Ưu điểm: + Thời gian thi cơng nhanh an tồn + Khơng gây ách tắc giao thông thi công nơi công cộng + Không ảnh hưởng môi trường xung quanh + Khơng đào đường khơng ảnh hưởng đến trạng mặt đường + Thuận lợi cho việc quản lý, sửa chữa bảo hành thiết bị, đường ống dây cáp + Có thể thi cơng qua địa hình phức tạp tuyến xa lộ, đường băng, đường sắt, đồi núi, lịng sơng, rạch… Nhược điểm: Do sử dụng khí nén nên khả bị nổ ống thép cao b Phương pháp kích đẩy- pipe jacking: Hình 1.3: Sơ đồ cơng nghệ phương pháp kích đẩy Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 Phương pháp kích đẩy kỹ thuật đào ngầm sử dụng cho cơng trình ngầm chủ yếu loại đường ống kỹ thuật, thi công cách đẩy đoạn ống có chiều dài định với đường kính giới hạn Phương pháp sử dụng chủ yếu cho đường hầm có đường kính nhỏ đặt chiều sâu không lớn xây dựng nơi mà phương pháp đào hở khơng thích hợp Phương pháp kích đẩy- chất, “phương pháp hạ giếng ngang” Cùng sở gọi phương pháp “khiên đào mini” Bản chất phương pháp chống tubin kín lắp đặt vịng tiếp vòng khoang chuyên dùng cách xa gương hầm Cùng khoang đó, người ta thực kích ép chống vào gương hầm theo tiến trình đào đất Để giảm ma sát chống với khối đất, khơng gian phía sau tubin bơm vữa sét Trên sở phương pháp phát triển đến cho thấy tiết diện thi cơng nhỏ sử dụng giải pháp nén ép đất (phương pháp nén xuyên qua) tiết diện thi công lớn phải sử dụng giải pháp tách bóc đất (phương pháp khoan qua đào qua) Quá trình thi cơng kết hợp với việc cải tạo tính chất làm việc đất (giảm lực ma sát thành ống đất đá) dung dịch không ma sát để tăng khả ép đẩy đoạn ống (chi tiết phương pháp kích đẩy tham khảo tài liệu chuyên sâu) Có thể thấy đặc điểm kích đẩy giá thành tương đối rẻ so với khiên đào hay TBM, không làm gián đoạn giao thông, không gây lún bề mặt vận tốc đào lớn - Ngồi phương pháp ra, cịn có phương pháp đặc biệt khác như: phương pháp làm lạnh, phương pháp nổ ép, giếng chìm ép, đào vượt, phun vữa…, chúng áp dụng chủ yếu biện pháp khắc phục hầm chạy qua phay phá… Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 Hình 1.4 Cấu tạo đầu khoan Bảng 1.1: Các loại dao cắt đất Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 Loại đất Dao cắt đất Đất cát Đất cát pha sét Đất cứng Đất đá sỏi đất đá Một số loại kích đẩy: Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 Hình 1.5: MODEL SH – 253 Hình 1.6: MODEL SH – 456 Hình 1.7: MODEL SEH – 508 Hình 1.8: MODEL SEH - 616 Ưu nhược điểm: + Tiến độ thi công suất làm việc cao + Giá thành tương đối rẻ so với khiên đào hay TBM + Địi hỏi nhiều cơng nhân tham gia thi công + Không làm gián đoạn giao thông + Không gây lún bề mặt vận tốc lớn * Trình tự cơng nghệ kích đẩy ống mơ tả tóm tắt 14 bước Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 sau: - Bước 1: Thi công giếng điều khiển giếng nhận - Bước 2: Lắp đặt phận khung kích kích thuỷ lực, điều chỉnh kích thủy lực cho với tim tuyến độ dốc tuyến thiết kế - Bước 3: Lắp đặt hệ dẫn hướng laze Khi hệ thống hoạt động, tia laze xác định điểm định theo thiết kế Trong suốt q trình thao tác kích đẩy ống, cần liên tục kiểm tra xác tim tuyến đào thực tế dựa vào hệ thống này, sai lệch cần điều chỉnh - Bước 4: Lắp đặt thiết bị đào khiên máy khoan hầm - TBM điều chỉnh phù hợp với yêu cầu thiết kế - Bước 5: Liên kết vịng kích đẩy với khiên đào máy đào hầm - Bước 6: Đẩy khiên đào máy đào hầm qua lỗ chuẩn bị trước giếng kích đẩy Bắt đầu trình đào vận chuyển đất đào phía giếng kích đẩy để đưa lên mặt đất đẩy phía trước khiên đào máy đào hầm lắp đặt xong Dịch chuyển thiết bị kích đẩy kiểm tra trung tâm điều khiển đặt bên khiên đào máy đàm hầm, ngược lại trình đào khoan đào kiểm tra thiết bị kiểm tra đặt khiên đào máy đào hầm - Bước 7: Co đầu kích lại đẩy kích để tạo khoảng trống để lắp đốt ống - Bước 8: Lắp đặt đốt ống vào rãnh kích đẩy Để thao tác khoan êm thuận, trạm kích trung gian lắp sau khiên đào máy đào hầm - Bước 9: Liên kết kích đẩy với ống ống với khiên đào máy đào hầm - Bước 10: Đẩy ống phía trước, đào, vận chuyển đất giếng kích đẩy đưa lên mặt đất - Bước 11: Đẩy ống phía trước, đào, vận chuyển đất giếng kích đẩy đưa lên mặt đất Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 10 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 350 300 250 200 150 100 50 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 cấp đất IV (m) cấp đất III Hình 3.5 Biểu đồ mối quan hệ độ sâu khoan lực bó ống bên σV Vậy: σ V = 109,16 ( kN/m) σ h = k(σ V + 0,5δ.D) = 39,92 ( kN/m) Ta tính tổng lực cản theo mặt cắt ngang ống f= (σ V + σ h ) tan δ = 181,72 (kN/m) Ta tính cho 100 m ống đẩy nên ta có Σf= 18172 kN Phương án tính cho xi lanh nên xi lanh chịu lực F’ = 4543 kN F1 d p1 Q1 F2 T1 T2 p2 Q2 Hình 3.6 Sơ đồ tính tốn xi lanh thủy lực Khi đẩy lực T1 xác định:    P1  P2 D  P2 d c T1  Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 34 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 Khi đẩy lực T2 xác định:    P2  P1 D  P2 d c T2  Trong : T1,T2: Lực cán piston ( KN) P1,P2: Áp lực dầu công tác (Kpa) D: Đường kính piston (m) d: Đường kính cán piston (m) F1, F2: Diện tích áp lực dầu công tác bề mặt piston Hiệu suất khí xylanh thuỷ lực thường lấy = 0,96- 0,98 Bảng 3.3 Bảng tra xi lanh thủy lực loại CDH/CDG 250 bar Piston Cán AL MM mm mm 40 50 60 80 320 360 400 Tỉ lệ A1/A3 DT Piston A1 cm2 DT cán DT vành khăn A2 cm2 A3 cm2 3,14 9,42 7,07 5,50 7,07 12,56 9,62 10,01 7,07 21,20 12,56 15,70 12,56 37,68 19,63 30,62 314,00 489,84 379,94 423,90 Đẩy F1 kN Kéo F3 kN Kéo QV1 QV3 L/min L/min 20 1,33 30 2,29 30 1,56 35 1,96 30 1,33 40 1,80 40 1,33 50 1,64 200 1,64 220 1,90 240 2,29 452,16 351,68 879,20 934,46 200 1,45 314,00 703,36 1.758,40 1.337,64 220 1,60 379,94 637,42 250 1,93 490,63 526,74 220 1,43 379,94 876,06 12,56 19,63 28,26 50,24 803,84 1.017,36 1.256,00 Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 31,40 49,06 70,65 125,60 23,55 Đẩy 13,74 31,40 25,02 52,99 39,25 94,20 76,54 7,54 11,78 16,96 30,14 1.224,60 2.009,60 2.543,40 1.059,75 1.593,55 2.190,15 3,30 7,54 6,01 12,72 9,42 22,61 18,37 1.017,36 1.205,76 1.526,04 1.316,84 3.140,00 5,65 977,80 1.298,08 1.231,67 1.884,00 1.656,04 35 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 450 500 250 1,64 490,63 765,38 1.913,44 1.589,63 280 1,96 615,44 640,56 1.601,40 1.514,74 250 1,45 490,63 1.099,00 2,747,50 2.090,06 280 1,63 615,44 974,19 320 2,02 803,84 785,79 1.964,46 1.902,13 280 1,46 615,44 1.347,06 3.367,65 2.574,49 320 1,69 803,84 1.158,66 360 2,08 1.017,36 945,14 1.589,63 1.962,50 3.974,06 4.906,25 2.435,46 2.896,65 2.362,85 2.384,44 2.943,74 2.015,17 2.461,45 2.333,33 - Dựa vào bảng tra 3.2 ta chon xi lanh có thơng số sau: Hành trình đẩy L: 2500mm Lực đẩy T1 : 4906,25 kN Lực kéo T2 : 2362,85 kN Đường kính piston D: 500 mm Đường kính cán piston d: 360 mm Lưu lượng dầu đẩy Q1 : 2943,74 (L/min) Lưu lượng dầu kéo Q2 : 2333,33 (L/min) Từ công thức ta có bảng khảo sát sau: Bảng 3.4 Bảng khảo sát mối quan hệ chiều dài đẩy kích ống, độ sâu đến lực đẩy cấp đất III IV Chiều dài đẩy (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Lực đẩy (kN) Cấp đất Cấp đất IV III 216 167 2160 1670 4320 3340 6480 5010 8640 6680 10800 8350 12960 10020 15120 11690 17280 13360 19440 15030 21600 16700 Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 Độ sâu (m) 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Lực đẩy (kN) Cấp đất Cấp đất IV III 216 168 228 194 241 208 250 218 258 227 265 234 270 240 274 243 277 247 280 249 282 252 36 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 Từ cơng thức 3.7 ta có bảng khảo sát sau: Bảng 3.5 Bảng khảo sát mối quan hệ đường kính ống tiêu chuẩn lực đẩy cấp đất III IV độ sâu xét Lực đẩy Cấp đất Cấp đất IV III 37 33 50 44 62 56 74 67 92 83 98 89 111 100 Đường kính 300 400 500 600 750 800 900 Lực đẩy Cấp đất Cấp đất IV III 123 111 129 117 148 133 154 139 216 167 246 200 261 222 Đường kính 1000 1050 1200 1250 1500 1800 2000 lực đẩy (kN) Từ bảng khảo sát tính tốn ta có sơ đồ quan hệ sau: 25000 20000 15000 10000 5000 chiều dài (m) 10 20 30 40 50 60 cấp đất III chiều dài 70 80 90 100 cấp đất IV Hình 3.7 Sơ đồ mối quan hệ chiều dài kích (m) lực đẩy kích (kN) cấp đất III IV Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 37 lực đẩy ( kN) Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 300 250 200 150 100 50 12 14 16 18 cấp đất IV 20 22 24 26 28 30 chiều sâu(m) cấp đất III Hình 3.8 Biểu đồ mối quan hệ độ sâu đất (m) đến lực đẩy kích (kN) lực đẩy (kN) hai cấp đất III IV (tính m đất) 600 500 400 300 200 100 300 400 500 600 750 800 900 1000 1050 1200 1250 1500 1800 2000 cấp đất IV đ.kính (m) cấp đất III Hình 3.9 Biểu đồ quan hệ đường kính ống lực đẩy kích Nhận xét : qua biểu đồ ta thấy - Mối quan hệ chiều dài lực kích đẩy đường thẳng tăng tuyến tính, Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 38 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 thực tế ta kích ống lực tác dụng tăng lên chịu lực ống trước gây - Mối quan hệ lực đẩy độ sâu lại khơng phải đường thẳng tăng tuyến tính mà đường cong, tăng mạnh sau tăng nhẹ, giới hạn độ sâu ống kích đẩy phải chịu lực khối đất cơng trình phía trên,, cịn đạt tới độ sâu định, độ cứng đất tăng lên nên chèn ép so vơi đất mềm giảm - Với loại ống có đường kính khác độ sâu có giá trị lực đẩy khác theo quy luật ống kích to lực đẩy lớn, nhiên loại ống tiêu chuẩn lực đẩy lơn đạt 216 kN 3.2.2 Khảo sát phận công tác cắt đất: - Vì phận cắt đất phận nên quan trọng khơng thể thiếu, ảnh hưởng đến tiến độ cơng trình, độ xác an tồn thi cơng Ta có cơng thức (3.8) Trong đó: - kb hệ số ảnh hưởng chiều dài lưỡi cắt đến lực cắt đất, kb=0,3-0,35 chọn kb = 0,35 - kcp hệ số ảnh hưởng đường kính roto đến lực cắt đất kcp= 0,5-0,65 chọn kcp = 0,65 - Dp = 1500 mm = 1,5 m - hệ số cản cắt riêng ứng với cấp đất (chọn cấp đất IV nên = 0,9) - số cánh xén đất mũi khoan ( thực tế chọn z1 = 10) - số cánh xén tiếp xúc trực tiếp với ( thường = z1 =6) Từ cơng thức (3.8) ta có : Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 39 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 = Nhận xét: - Nếu lớn lớn với giá trị - Vận tốc di chuyển mũi khoan tốc độ di chuyển mũi khoan nhanh lớn, thực tế xác định theo nhiều yếu tố như: đất khảo sát giá trị thực tế , cấp = (0,12-0,17) mm/s Mặt khác ta lại có chiều sâu phoi đất xác định theo cơng thức:  h = 6,28 h chiều sâu vịng xoay cắt đất, thơng thường h = ( – 20) mm - Từ công thức số liệu ta có bảng khảo sát Bảng 3.6 Bảng khảo sát mối quan hệ vận tốc đẩy Vm, vân tốc góc wp với chiều sâu cắt Vm h 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 A 0.1884 0.157 0.1346 0.1178 0.1047 0.0942 0.0856 0.0785 0.0725 0.0673 0.0628 0.0589 0.201 0.1675 0.1435 0.1256 0.1116 0.1005 0.0913 0.0837 0.0773 0.0718 0.067 0.0628 0.2135 0.1779 0.1525 0.1335 0.1186 0.1068 0.0971 0.089 0.0821 0.0763 0.0712 0.0667 216.98 260.38 303.78 347.17 390.57 433.96 477.36 520.76 564.15 607.55 650.95 694.34 wp 10 11 12 13 14 15 16 0.1507 0.1256 0.1077 0.0942 0.0837 0.0754 0.0685 0.0628 0.058 0.0538 0.0502 0.0471 0.1633 0.1361 0.1166 0.1021 0.0907 0.0816 0.0742 0.068 0.0628 0.0583 0.0544 0.051 0.1758 0.1465 0.1256 0.1099 0.0977 0.0879 0.0799 0.0733 0.0676 0.0628 0.0586 0.055 Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 40 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 0.0443 0.0419 0.0397 0.0377 Wp 17 18 19 20 0.048 0.0454 0.043 0.0408 0.0517 0.0488 0.0463 0.044 0.0554 0.0523 0.0496 0.0471 0.0591 0.0558 0.0529 0.0502 0.0628 0.0593 0.0562 0.0534 737.74 781.14 824.53 867.93 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 Vm=0.17 Vm=0.16 10 11 12 Vm=0.15 13 14 15 Vm=0.14 16 17 18 19 Vm=0.13 20 h Vm=0.12 Hình 3.10 Biểu đồ quan hệ vân tốc góc wp, bề dày cắt ứng với khoảng vận tốc đẩy khảo sát Nhận xét: - Qua biểu đồ ta thấy ứng với vận tốc đẩy ống ta phải chỉnh vận tốc góc khác Đẩy nhanh vận tốc góc cắt nhỏ tức mũi khoan quay chậm lực cản lớn - Càng đẩy nhanh cơng lực cắt đất lớn cụ thể tăng từ - Cùng vận tốc đẩy chiều sâu cắt lớn vận tốc góc lại bé Vậy ta có cơng suất cần thiết để quay roto cắt đất: Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 41 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 N = M.wp (N.m/s) Trong đó: M- Mô men cản cắt cần thiết, N.m; wp- Vận tốc góc roto cắt đất, rad/s Mà M = A.k A công lực cắt đất (N.m) Với k hệ số an toàn chọn k =1,15 Từ bảng 3.4 ta có bảng khảo sát thay đổi công suất sau: Bảng 3.7 Bảng khảo sát giá trị mối quan hệ công suất cần thiết (N) với chiều sau cắt (h) khoảng vận tốc góc (wp) cắt khảo sát Wp h 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 47.011 56.414 65.816 75.218 84.621 94.023 103.43 112.83 122.23 131.63 141.03 150.44 159.84 169.24 178.64 188.05 50.156 60.187 70.218 80.249 90.28 100.31 110.34 120.37 130.4 140.44 150.47 160.5 170.53 180.56 190.59 200.62 53.275 63.93 74.584 85.239 95.894 106.55 117.2 127.86 138.51 149.17 159.82 170.48 181.13 191.79 202.44 213.1 N 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 37.604 45.125 52.646 60.167 67.687 75.208 82.729 90.25 97.771 105.29 112.81 120.33 127.85 135.37 142.9 150.42 40.748 48.898 57.048 65.197 73.347 81.496 89.646 97.796 105.95 114.1 122.24 130.39 138.54 146.69 154.84 162.99 43.867 52.641 61.414 70.188 78.961 87.735 96.508 105.28 114.06 122.83 131.6 140.38 149.15 157.92 166.7 175.47 Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 42 N (N.m/s) Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 1200 1000 800 wp=0.17 wp=0.16 wp=0.15 600 wp=0.14 wp=0.13 400 wp=0.12 200 h (mm) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Hình 3.11 Biểu đồ khảo sát mối quan hệ công suất cần thiết (N) với chiều sâu cắt (h) khoảng vận tốc góc (wp) cắt khảo sát Nhận xét: - Qua biểu đồ ta thấy ứng với vận tốc góc wp chiều sâu cắt khác ta nhận giá trị N khác ứng với vận tốc góc wp, qua ta nên chọn Wp từ 0,12-0,17 - Càng khoan nhanh cơng suất tăng, tùy theo trường hợp mà ta chọn giá trị thích hợp nhiên nên chọn khoảng giá trị 150-200 - Qua tùy theo cơng trình hay u cầu đề mà ta lựa chọn chiều sâu cắt phù hợp Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 43 1.2 1050 rad/s N.m/s Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 N (Vm=0.17) N (Vm=0.16) N (Vm=0.15) 850 0.8 N (Vm=0.14) N (Vm=0.13) 650 0.6 N (Vm=0.12) Wp (Vm=0.17) Wp (Vm=0.16) 450 0.4 Wp (Vm=0.15) Wp (Vm=0.14) 250 0.2 Wp (Vm=0.13) Wp (Vm=0.12) 50 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 h Hình 3.12 Biểu đồ thể thay đổi cơng suất góc cắt ứng với vận tốc khác bề dày cắt khảo sát Vậy qua q trình khảo sát ta có bảng số liệu: Bảng 3.8 Bảng giá trị mối quan hệ chiều dài, độ sâu, đường kính ống với lực đẩy kích Chiều dài đẩy (m) Lực đẩy (kN) Độ sâu (m) Lực đẩy (kN) 216 216 10 2160 12 228 20 4320 14 241 30 6480 16 250 40 8640 18 258 50 10800 20 265 60 12960 22 270 Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 44 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 70 15120 24 274 80 17280 26 277 90 19440 28 280 100 21600 30 282 Đường kính Đường kính 300 37 1000 123 400 50 1050 129 500 62 1200 148 600 74 1250 154 750 92 1500 216 800 98 1800 246 900 111 2000 261 Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 45 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 Bảng 3.9 Bảng giá trị mối quan hệ công suất cần thiết (N) với công lực cắt đất, chiều sâu cắt, vận tốc đẩy kích góc cắt Vm h 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 A N wp 0.1507 0.1633 0.1758 0.1884 0.201 0.2135 216.98 53.275 0.1256 0.1361 0.1465 0.157 0.1675 0.1779 260.38 63.93 0.1077 0.1166 0.1256 0.1346 0.1435 0.1525 303.78 74.584 0.0942 0.1021 0.1099 0.1178 0.1256 0.1335 347.17 85.239 0.0837 0.0907 0.0977 0.1047 0.1116 0.1186 390.57 95.894 10 0.0754 0.0816 0.0879 0.0942 0.1005 0.1068 433.96 106.55 11 0.0685 0.0742 0.0799 0.0856 0.0913 0.0971 477.36 117.2 12 0.0628 0.068 0.0733 0.0785 0.0837 0.089 520.76 127.86 13 0.058 0.0628 0.0676 0.0725 0.0773 0.0821 564.15 138.51 14 0.0538 0.0583 0.0628 0.0673 0.0718 0.0763 607.55 149.17 15 0.0502 0.0544 0.0586 0.0628 0.067 0.0712 650.95 159.82 16 0.0471 0.051 0.055 0.0589 0.0628 0.0667 694.34 170.48 17 0.0443 0.048 0.0517 0.0554 0.0591 0.0628 737.74 181.13 18 0.0419 0.0454 0.0488 0.0523 0.0558 0.0593 781.14 191.79 19 0.0397 0.043 0.0463 0.0496 0.0529 0.0562 824.53 202.44 20 0.0377 0.0408 0.044 0.0471 0.0502 0.0534 867.93 213.1 Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 46 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ *) Kết luận Qua trình nghiên cứu tính tồn thơng số máy khoan kích ngầm, đề tài đạt kết sau: - Nói tính cấp thiết đề tài - Tình hình phát triển cơng nghệ Việt Nam (TP Hồ Chí Minh) giới Cũng điều kiện áp dụng cụ thể công nghệ phù hợp với địa chất vùng - Nêu rõ tổng quan công nghệ thiết bị Các nhân tố ảnh hưởng đến q trình vận hành máy - Tính tốn dựa thông số công tác máy khoan đưa bảng giá trị khảo sát, biểu đồ cụ thể Qua lựa chọn thiết bị phù hợp với tình hình địa chất Tp Hồ Chí Minh *) Kiến nghị Từ kết ban đầu nghiên cứu đề tài, đề tài cần phát triển theo hướng sau: - Nghiên cứu lựa chọn máy phù hợp với địa chất thành phố lớn (Hà Nội, Đà Nẵng, Hải Phịng, TP, Hồ Chí Minh…) - Xây dựng phần mềm tra cứu thông số máy phù hợp - Đưa thêm trình tính tốn, nghiên cứu thêm nhân tố ảnh hưởng gồm: + Kỹ thuật gồm: Công nghệ, thiết bị… + Địa chất như: mạch nước ngầm, chất đất… + Điều kiện kinh tế xã hội khu vực như: giá thành thi cơng, thời gian chất lượng cơng trình - Nghiên cứu bảng dẫn vận hành ứng với điều kiện thơng số cụ thể cơng trình Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 47 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên 2014-2015 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Bùi Đức Chính - ThS Phạm Thanh Tùng Lựa chọn công nghệ phù hợp xây dựng cơng trình ngầm theo kỹ thuật đào kín Hội nghị khoa học công nghệ môi trường năm 2009 Viện Khoa học Công nghệ GTVT Hà Nội, 30/10/2009 [2] Ngơ Văn Quang Nghiên cứu thiết bị khí hệ thống thi cơng đặt ống khơng đào hở kích thước nhỏ Hội nghị Khoa học công nghệ thường niên Cơ khí lần ngày 28/03/2015 [3] PGS.TS Nghiêm Hữu Hạnh Bài giảng mơn học cơng trình ngầm – NXB ĐH Thủy lợi Hà Nội 2012 [4] Dulcy M Abraham, Ph.D Associate Professor and Hyeon Shik Baik Graduate Research Assistant Development of a decision support system for selection of trenchless technologies to minimize impact of utility construction on roadways Purdue University West Lafayette, IN 47907 August 2002 [5] N.G.Dombrovski Giáo trình máy khoan đất tiếng Nga Nhóm SVTH: Cơ Giới Hóa K52, K53 48