ROBOTIC SHOTCRETE APPLICATIONS FOR MINING AND TUNNELING © April 2006 Phạm Tiến Vũ Underground and Mining Construction Technology Department phamtienvu@gmail.com 1 ỨNG DỤNG ROBOT PHUN BÊ TÔNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ Phạm Tiến Vũ Phòng Công nghệ Xây dựng Công trình Ngầm và Mỏ Viện Khoa học Công nghệ Mỏ phamtienvu@gmail.com http://phamtienvu.googlepages.com/ ABSTRACT While shotcrete has evolved as a means and method for ground control, so too have the demands for faster and safer placement. Spraying manipulators, or robots as they are commonly referred to, have become the rule rather than the exception both in mining and larger tunnel projects. Even after the capital investment of a robotic shotcrete machine, the benefits can be measured and returns achieved by: • Increased production • Reduction of rebound • Higher quality shotcrete in-situ • Improved safety for shotcrete crews This paper discusses state-of the-art mechanized shotcrete machines and provides case histories describing the benefits in mining and tunneling. GIỚI THIỆU Nếu một ứng dụng robot được nhắc đến trong quá phun bê tông ở các xây dựng công trình ngầm và mỏ và thì người ta nghĩ ngay đến một loại thiết bị dùng để nâng và điều khiển ống phun. Tại sao cần thiết phải làm điều này trong khi con người hoàn toàn có thể điều khiển được ống phun bằng tay? Việc phát triển xây dựng công trình ngầm và mỏ luôn tiềm ẩn những nguy cơ rủi ro, đặc biệt khi phun bê tông dưới các kết cấu chống tạm sau quá trình nổ phá. Việc sử dụng các cánh tay phun cơ giới vươn dài tới khu vực chưa có kết cấu chống đem lại tính an toàn cao cho người thi công. Một tay máy phun là một bộ phận phun cơ – thủy lực điều khiển từ xa để cơ giới hóa và tự động hóa việc phun bê tông. Nó thích hợp cho việc sử dụng bê tông phun khô, ướt với chất lượng cao tại bất kỳ chỗ nào, và có nhiều ưu điểm trong thi công xây dựng ở những nơi có điều kiện khắc nghiệt, nơi mà người lao động không thể tiếp cận vì lí do tiềm tàng nguy hiểm, khu vực chưa có kết cấu chống giữ, đất đá rơi hoặc hàm lượng bụi lớn Thiết bị này có thể được định vị trên rất nhiều phương tiện vận chuyển và nó có thể với tới các tầm cao lên tới 14,5 m, một máy phun robot được ứng dụng có thể tiết kiệm được chi phí và thời gian cho việc xây dựng các giàn giáo để phun, hơn nữa cũng tiết kiệm được khoảng không gian thi công trong hầm, mà nhiều khi khoảng không gian này là rất cần thiết để bố trí cho các mục đích khác. Bài viết này sẽ đề cập kiểu dạng và phương pháp bố trí thiết bị các ứng dụng robot phun điển hình tại một số công trình ngầm và mỏ trên thế giới. LỊCH SỬ CỦA ỨNG DỤNG ROBOT PHUN BÊ TÔNG Năm mươi lăm năm trước đây, một tay máy (manipulator) có gắn một ống phun đầu tiên đã xuất hiện. Trải qua hơn hai mươi năm tiếp theo, một số lượng đa dạng các thiết bị khác đã xuất hiện trên thế giới dựa trên nguyên lí cần trục hay các dàn khoan hạng nặng có đính kèm các ống phun. Sự kết hợp lắp ráp hiệu quả này làm cho sự di chuyển tay máy phun và vòi phun được nhanh và linh hoạt, vì thế vị trí hiệu quả của bê tông phun chất lượng cao với độ nhẵn bề mặt đảm bảo. Những tay máy phun đặc biệt đã bắt đầu xuất hiện vào đầu những năm 1980, vào thời gian này bê tông phun đã được chấp nhận là một kết cấu chống trong xây dựng (nhưng chỉ là hình thức phun ướt). Một số trong số các thiết bị chuyên dụng này với các tính năng ưu việt đã tồn tại đến ngày nay như một tiêu chuẩn thiết kế như: các đầu phun với kiểu di chuyển đa dạng, chuyển ROBOTIC SHOTCRETE APPLICATIONS FOR MINING AND TUNNELING © April 2006 Phạm Tiến Vũ Underground and Mining Construction Technology Department phamtienvu@gmail.com 2 động tám khớp, cần song song có khả năng mở rộng linh hoạt. Những cánh tay được định vị trên các phương tiện di chuyển và thường là các xe tải và các máy khai đào. Một số tính năng như tự động di chuyển cần và tay đỡ ống phun được tích hợp với điều khiển từ xa giúp cho người vận hành có thể điều khiển phun một cách dễ dàng trên những vùng phun một cách tốt hơn. Vào giữa những năm 1990, với sự phát triển rất mạnh mẽ của công nghệ phun ướt, cách tay máy phun đã cải tiến để phù hợp với công nghệ này và nó đã trở thành những thiết bị có mặt ở rất nhiều công trình nơi mà bê tông phun đã trở thành kết cấu chống tạm hay chống cố định, với mục đích tiết kiệm thời gian và cũng như thế nó tiết kiệm chi phí. Điều này yêu cầu không chỉ đơn thuần là thiết bị phải có công suất lớn mà còn là tính linh động trong hoạt động đảm bảo phun được một lượng lớn bê tông được phun với tốc độ nhanh và chính xác giảm bớt lượng rơi vãi và đặc biệt nó còn có khả năng đảo hướng cần ngay trong lúc phun. Các hệ thống điều khiển cũng được phát triển từ điều khiển bằng thủy lực sang điều khiển bằng điện qua các cáp điều khiển, và sau này là các thiết bị điều khiển từ xa bằng sóng radio đã trở thành một tùy chọn tiêu chuẩn. Thời kỳ này cũng xuất hiện các thiết bị phun di động tự động. Các phương tiện này được trang bị đầy đủ các thiết bị cần thiết để phun bê tông với chất lượng cao (xe di chuyển, tay máy đỡ vòi phun, máy phun, bình cấp liệu, bình nước, máy bơm phun gia, bình chứa phụ gia ). Các tay máy phun phát triển ra với các loại khác nhau và chuyên dụng hơn tùy theo các vị trí ứng dụng khác nhau và theo yêu cầu của công trình, và một số lượng lớn của chúng đã có mặt trong các công trình xây dựng dân dụng, các công trình ngầm kích thước nhỏ, các giếng đứng và thậm chí nó còn được tích hợp để hoạt động trên các TBM (Tunnel Boring Machine). Ngày nay với đòi hỏi cao về cả chất lượng cũng như tính đa dạng ứng dụng của thiết bị và quy trình sử dụng trong thi công, thậm chí một số công trình còn đòi hỏi cao về tính tự động hóa thì cũng đồng nghĩa với việc phải đưa ngay các robot phun bê tông này vào trong thi công, đặc biệt hơn nữa là các robot phun bê tông được điều khiển bằng công nghệ máy tính điện tử và việc phun sẽ được lập trình từ trước. Năm 2000 một robot phun bê tông được điều khiển bằng công nghệ máy tính điện tử đã ra đời. Nó được cài đặt chương trình điều khiển phun bê tông tự động và có khả năng ghi chép lại các thông số hoạt động của máy và điều kiện thi công, đây là một thành tựu quan trọng với tính khả thi rất cao trong việc cải thiện điều kiện thi công an toàn công trình ngầm và mỏ đem lại năng suất và hiệu quả kinh tế. Việc điều khiển bằng công nghệ máy tính điện tử đã làm giảm bớt đi lao động thủ công thậm chí là không cần người lao động trực tiếp ở trong gương thi công liên tục, đặc biệt là đưa người lao động ra xa những vùng nguy hiểm. Độ chính xác về bề mặt gương thi công hoàn thành yêu cầu được tăng lên đối với những máy đã tích hợp được công nghệ đo đạc bằng tia lazer và nó có thể làm việc chính xác hơn so với lao động thủ công. Cũng từ đây các nhân tố yêu cầu về sức khỏe và kỹ năng của người lao động được loại trừ đi. Tự động hóa việc phun bê tông tạo nên các tiến bộ rõ rệt. Một ví dụ thực tế, trong các mỏ hầm lò khai thác mức sâu thì thời gian vận chuyển dài và ca làm việc ngắn thì các thiết bị này có thể được sử dụng để thay thế lao động thủ công và việc điều khiển chỉ cần ngồi trên một vị trí trên mặt đất thông qua hệ thống MMI “Giao diện Người – Máy” (Man–Machine-Interface). Các bộ phận đơn giản hơn có thể được trang bị với tính năng “teach-in” (tính năng hồi đáp) trong đa dạng các điều kiện khác nhau. Làm việc trong những môi trường có điều kiện vô cùng khó khăn và khắc nghiệt thì nó mang lại tính an toàn cao đặc biệt, giảm thiểu rủi ro cho con người. Trong tương lai, các thiết bị này chắc chắn sẽ trở thành các thiết bị không thể thiếu trong công nghệ phun bê tông và không lâu nữa nó sẽ thay thế dần dần các tay máy robot phun kiểu điều khiển thủy lực hay điều khiển điện tiêu chuẩn. ƯU ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ CƠ GIỚI HÓA PHUN BÊ TÔNG BẰNG ROBOT PHUN SO VỚI CÔNG NGHỆ PHUN THỦ CÔNG ROBOTIC SHOTCRETE APPLICATIONS FOR MINING AND TUNNELING © April 2006 Phạm Tiến Vũ Underground and Mining Construction Technology Department phamtienvu@gmail.com 3 Hình 1a. Phun bê tông sử dụng robot phun Hình 1b. Phun bê tông bằng tay Lợi ích của cơ giới hóa phun bê tông bằng robot phun có thể kể ra thành ba mục sau: 1) Tăng năng suất phun 2) Đem lại chất lượng bê tông phun cao hơn 3) Cải thiện tính an toàn trong thi công Tăng năng suất phun Theo TS.Gustav Bracher – Sika Schweiz AG thì “việc phun bê tông hiện đại có sử dụng các robot phun và đi cùng với nó là là sự xuất hiện của bê tông phun cốt sợi thép trong chống giữ công trình ngầm là một thành tựu, nó thay thế được lao động thủ công làm việc trong những khu vực chưa có kết cấu chống giữ và nó giảm được tới 30% thời gian so với việc lắp đặt kết cấu chống thông thường” (Trích báo cáo về thành tựu bê tông phun trên thế giới của TS.Gustav Bracher). Việc sử dụng robot phun bê tông có rất nhiều lí do để tăng nhanh năng suất phun, và hầu hết các lí do trong đó đều là do việc loại trừ lao động thủ công nặng nhọc. Các lí do chủ yếu làm tăng năng suất phun có thể được kể đến như sau: - Tăng đường kính ống phun bê tông: Một số xe phun bê tông di động được trang bị ống phun có đường kính lên tới 102 mm. Các ống phun đặc trưng cầm tay có đường kính là 51 mm. Trọng lượng của bê tông phun trong đường ống phun 102 mm là khoảng 18,3 kg/m. Khi bạn nhân chiều dài này lên bằng 1-2 m của chiều dài ống thông thường được đỡ bằng tay của người thợ phun, kết hợp với áp lực của nguồn khí nén thì bất kỳ một người thợ nào cùng nhanh chóng trở nên kiệt sức. - Sự mệt nhọc cũng phải được kể đến trong quá trình bơm bê tông phun hay việc xúc bê tông do phải đáp ứng tốc độ phun cao của máy nên người thợ phải dồn sức trong lúc máy trong lúc máy hoạt động, sau đó lại là quãng thời gian bị ngưng trệ do sự thay đổi hành trình xi lanh của máy bơm nên rất tốn thời gian và người thợ trở nên bị sốc bởi sự làm việc không liên tục này. Thêm vào đó, các cao trào bơm, khí nén (5-7 m 3 /h đối với phun bằng tay, trong khi đó với robot phun là 10-14 m 3 /ph với áp lực khoảng 7 at) cấp tới thân ống cũng đặt lên một áp lực cho người công nhân điều khiển vòi phun. Và tất cả các nhân tố lao động thủ công mệt nhọc này đã được loại trừ đi bởi các thiết bị phun cơ giới hóa. - Với việc các nhân tố lao động thủ công được loại trừ, khối lượng phun bê tông được tăng lên rất cao. Với việc phun bằng tay khối lượng này là 7-9 m 3 /h trong khi đó phun cơ giới hóa thì khối lượng này dễ dàng lên tới 20 m 3 /h. Điều này là hết sức thuận lợi trong việc phun bê tông trong các hầm có kích thước lớn, các hầm ga, các đường lò cái trong mỏ hay phun bê tông tạo vỏ chống cố định cho công trình ngầm. Đem lại chất lượng bê tông phun cao hơn ROBOTIC SHOTCRETE APPLICATIONS FOR MINING AND TUNNELING © April 2006 Phạm Tiến Vũ Underground and Mining Construction Technology Department phamtienvu@gmail.com 4 Với việc cơ giới hóa phun bê tông bằng robot đem lại sự cải thiện rất đáng kể chất lượng của bê tông nguyên khối, đó là: - Loại trừ cao nhất lượng không khí lẫn trong bê tông tạo nên độ đặc chắc tối ưu - Các cần định vị tự động được giữ ở vị trí song song với trục hầm - Các khả năng thao tác mới của robot mới cho phép điều chỉnh ống phun một cách tự động đảm bảo cho góc phun cũng như tư thế phun luôn luôn rất ổn định trong quá trình phun Cải thiện tính an toàn trong thi công Tạo nên một môi trường làm việc an toàn hơn thông qua các robot phun là một việc rất dễ nhận thấy. Bằng việc sử dụng hệ thống điều khiển từ xa, đội thợ chỉ cần phải đứng từ xa trong những vùng có kết cấu chống vững chắc trong lúc robot phun đang làm việc trong vùng mới khai đào, nơi yêu cầu cần phải có kết cấu neo nóc và bê tông phun, đội thợ có thể làm việc rất thuận lợi trong môi trường an toàn có chống giữ khi một lớp bê tông phun đầu tiên đã được phun như một kết cấu chống tạm. CÁC THÀNH TỰU HIỆN NAY TRONG ỨNG DỤNG ROBOT PHUN BÊ TÔNG Để phun bê tông với chất lượng cao nhất, một tay máy phun tốt nhất phải là một thiết bị hoàn chỉnh. Trong các gương thi công xây dựng lớn chẳng hạn như các công trình ngầm, một yêu cầu bức thiết phải lắp đặt và phun ngay lập tức ngay khi gương hầm đã sẵn sàng cho việc phun bê tông. Ngay sau khi việc phun được hoàn thành, thiết bị phải di chuyển ngay đi để cho chu kỳ làm việc được tiếp tục. Thêm vào đó, xu hướng chung là các công việc thông thường diễn ra đồng thời, vì thế nó đòi hỏi thiết bị phải tự làm việc độc lập hoàn toàn. Ví dụ, một đường ống cấp khí nén trong hầm không thể cung cấp cho tất cả các thiết bị dùng đồng thời, vì thế mà người ta đã chế tạo ra các thiết bị phun di động mang trên nó một máy nén khí tự phục vụ. Dưới đây là giới thiệu sơ lược về ứng dụng robot phun bê tông được sản xuất bởi các hãng: MBT, Aliva, Jacon tại một số công trình trên thế giới và trong nước. Một số sản phẩm của MBT và ứng dụng của nó tại một số công trình điển hình trên thế giới Robot phun bê tông MEYCO ® Potenza Hình 2a. Robot phun bê tông MEYCO ® Potenza Hình 2b. MEYCO ® Potenza khi tay máy gấp gọn Potenza là một ví dụ điển hình trong các thiết bị phun di động tự hành hoàn chỉnh. Loại máy phun này được thiết kế trên tiêu chuẩn của phun bê tông trong các công trình ngầm và các công trình khác trong đó dùng phương pháp phun cấp phối bê tông ướt. Chúng đã được sử dụng phổ thông tại các gương thi công quan trọng ở rất nhiều nước trên thế giới, những nơi đòi hỏi cao khối lượng thi công bê tông phun với chất lượng cao. Cấu tạo tiêu chuẩn của thiết bị di động hoàn chỉnh này là: ROBOTIC SHOTCRETE APPLICATIONS FOR MINING AND TUNNELING © April 2006 Phạm Tiến Vũ Underground and Mining Construction Technology Department phamtienvu@gmail.com 5 - Tay máy phun Robojet - Bơm bê tông phun Potenza cho quy trình phun ướt - Bộ phận hòa trộn phụ gia Dosa TDC tích hợp - Bộ phận xử lí dữ liệu hoạt động Meyco Data và bảng thông tin hiệu suất - Bộ phận nguồn trung tâm - Thân máy, 4 cầu bánh và chân đỡ ổn định - Vòng quấn cáp - Máy nén khí - Hệ thống ống phun - Bình dung dịch phụ gia - Bình chứa nước - Các đèn làm việc - Máy bơm nước sạch áp lực cao - Bơm dầu Robot phun bê tông Allentown MBS-02E Hình 3. Robot phun bê tông Allentown MBS-02E của MBT Các robot phun MBS-02E có hầu hết các tính năng phun bê tông cũng như hình dáng như Potenza nhưng chúng được thiết kế nhỏ hơn và mạnh hơn để sử dụng cho các đường lò trong mỏ nhỏ hơn cũng như khắc nghiệt hơn của môi trường mỏ hầm lò khu vực Bắc Mỹ. Một điều quan trọng nhất là trong khi mục đích sử dụng chính của máy được thiết kế dùng cho việc phun bê tông nhưng nó cũng có khả năng di chuyển hiệu quả trong các đường hầm cũng như những lò dốc thoải trong mỏ, với mục đích tăng hiệu quả sử dụng trong nhiều đường hầm. Tay máy phun, theo thiết kế của Meyco Minima, với một cần có khả năng gấp gọn lại ở phía trước và có thể thu gọn lại khi di chuyển. Nó không chỉ thích hợp cho các đường lò có kích thước gọn gàng 3 m x 3 m mà nó còn có khả năng phun bê tông hiệu quả trong các đường lò cao tới 9 m, phun quay sang bên tới 7 m và phun tiến về phía trước tới 8 m. Bằng cách thống kê số lần, các điều kiện không trông đợi trong mỏ, các thiết bị phun di động cũng được trang bị với các bơm bê tông và phễu rót đi kèm, chúng được định vị bằng thủy lực tại các chiều cao khác nhau tùy theo kiểu rót, đặc biệt từ các xe trộn-chuyên chở bê tông, thậm chí khi đậu ở ngay trên mặt đất. Máy phun tích hợp theo dạng vòng trên TBM ROBOTIC SHOTCRETE APPLICATIONS FOR MINING AND TUNNELING © April 2006 Phạm Tiến Vũ Underground and Mining Construction Technology Department phamtienvu@gmail.com 6 Hình 4. Các robot phun bê tông được tích hợp hoạt động trên các TBM của MBT Một TBM trong trường hợp này cũng có thể được xem như một phương tiện vận chuyển. Tất nhiên, các tay máy trên TBM là các phần phải được thiết kế hệ thống tích hợp với chất lượng được đảm bảo. Các TBM thay đổi rất khác nhau trong trong từng công trình xây dựng cụ thể của chúng, phụ thuộc môi trường địa chất nơi chúng được áp dụng. Chính điều này cũng làm ảnh hưởng tới các thiết kế của các tay máy. Không gian chính là điều quan trọng mấu chốt và việc phục vụ hỗ trợ là rất khó khăn vì thế một tay máy phun phải có sự di chuyển trong khoảng tốt nhất có thế nhưng không làm ảnh hưởng đến hệ thống. Meyco đã sản xuất ra hai loại tay máy phun, một loai định vị trượt trên vòng TBM còn một loại thì định vị ở tại trung tâm tùy theo yêu cầu cụ thể. Những thiết bị này được làm để phù hợp với TBM chúng đi theo nhưng không bao gồm tất các các phụ kiện chủ yếu cơ bản làm chúng có thể di chuyển, dễ dàng cho thao tác bằng tay của người vận hành phun. MBT đã chế tạo ra một vòng rộng, nơi mà các tay máy phun có thể trượt trên đó, tích hợp quanh TBM để để sử dụng trong Công trình Löschberg Transalpino ở Steg và Raron. Các hệ thống phun bê tông được tích hợp trên các TBM đào trong đá rắn cứng ngày càng thu được hiệu quả và trở lên phổ biến hơn. Sự phát triển này bắt đầu với công trình hầm Vereina ở Thụy Sỹ với bê tông phun theo phương pháp ướt và công trình Manapouri ở New Zealand với phương pháp phun khô sử dụng kiểu tay máy phun đơn giản. Này nay, người ta chỉ còn sử dụng phương pháp phun ướt cho các thiết bị này. Robot phun Shaft Robo Hình 5. Robot phun bê tông Shaft Robo của MBT ROBOTIC SHOTCRETE APPLICATIONS FOR MINING AND TUNNELING © April 2006 Phạm Tiến Vũ Underground and Mining Construction Technology Department phamtienvu@gmail.com 7 Thực tế các tay máy phun bê tông giếng đứng được chế tạo phổ thông theo kiểu vòng, kiểu này cũng tương tự kiểu đã được chế tạo cho các TBM. Sự khác nhau lớn nhất đó là góc nghiêng và hướng trong đó phương tiện vận chuyển, trong trường hợp này tại Galloway, đòi hỏi cả khoan ngược mở rộng và khai đài thẳng đứng. Do đó, các tay máy phun cần một bộ phận định vị ngang hàng để tay máy có thể trượt trên đó làm nhiệm vụ hỗ trợ việc phun bê tông. Tùy theo đường kính của giếng, một dầm định vị tại trung tâm hoặc một vòng đặt xung quanh giàn được sử dụng. Robot phun Meyco Oruga Hình 6. Robot phun bê tông Meyco Oruga của MBT Oruga có kích thước nhỏ và gọn gàng khi hoạt động trên các thiết bị chuyên chở nó. Nó có tầm với lên tới 8m với độ ổn định đáng tin cậy trong quá trình phun. Hoạt động của tay máy phun Rama 4 được điều khiển từ xa bằng điện. Chúng là một thiết bị thích hợp để phun bảo vệ bờ dốc và nó đủ nhỏ gọn để hoạt động trên các dầm công tác của TBM. Robot phun Meyco Ramma Hình 7. Robot phun bê tông Meyco Ramma của MBT Rama là một chủng loại các tay máy được sản xuất bởi Meyco. Chúng thông thường được định vị trên các phương tiện vận tải hoặc định vị trên các giàn. Tất cả chúng đều có kết cấu chắc khỏe ROBOTIC SHOTCRETE APPLICATIONS FOR MINING AND TUNNELING © April 2006 Phạm Tiến Vũ Underground and Mining Construction Technology Department phamtienvu@gmail.com 8 và cấu trúc đơn giản và chúng thay đổi, mỗi model thì tương ứng với các phạm vi phun lớn nhất khác nhau, tùy theo các kích thước tự nhiên của chúng. Chúng đều có một đầu phun với hai động cơ bơm cấp thủy lực với khớp động truyền các chuyển động co duỗi theo yêu cầu của ống phun; các tốc độ được điều chỉnh cho phép định vị ống phun một cách tối ưu. Nghiên cứu thực tế tại mỏ KIDD CREEK Hình 8. Các mức khai thác tại Mỏ Kidd Creek, Canada Mỏ KIDD CREEK nằm tại vùng Timmins, Ontario, Canada, nơi có chứa khoáng đồng-kẽm-bạc được phát hiện năm 1963. Được sở hữu bởi Công ty TNHH Falconbridge, và nó được đưa vào khai thác năm 1965 bằng phương pháp lộ thiên, bắt đầu khai đào từ năm 1965-1977. Sau đó, thân quặng đã được khai thác bằng ba giếng độc lập được biết đến là giếng mỏ số 1, số 2 và số 3. Trong những năm đó, Kidd Creek đã dùng phương pháp neo kết hợp lưới thép làm kết cấu chống giữ chính. Bê tông phun khô được sử dụng làm kết cấu gia cường thứ hai nó cũng được dùng để sửa chữa các đoạn lò cần gia cường. Vào cuối những năm 1990, người bắt đầu nghiên cứu để tìm ra phương pháp chống giữ nền móng tốt hơn, nhanh hơn và an toàn hơn. Trong các nỗ lực tiếp cận các phương pháp chống giữ công trình mới, một thách thức đặt ra là làm sao phải tìm ra một hệ thống phải đảm bảo tính an toàn có tính kinh tế cao sử dụng được trong các môi trường đường lò phức tạp dưới mức sâu, và nó cũng phải được người công nhân chấp nhận. Họ cần một phương pháp chống giữ nền móng mới khả thi mà nó có thể giảm được sự tác động của các điều kiện làm việc không an toàn, và nó cũng phải đảm bảo tuân theo các quy trình, quy phạm, đạo luật của công ty cũng như của chính phủ. Ngay trong lúc đó, các công nhân đã thảo luận và tìm ra một phương pháp ưu điểm hơn, nhanh hơn là sử dụng bê tông phun khô – họ đã không xem xét đến bê tông phun ướt. Mỏ đã cố gắng thử nghiệm bê tông phun ướt vào đầu những năm 1980 nhưng nó không thành công vì thế họ đã bỏ qua cơ hội này. Năm 1999 mỏ đã thăm dò các công nghệ mới để giúp họ có những bước tiến mới. Họ đã đưa ra một hệ thống phun bê tông ướt đổi mới sử dụng thiết bị cung cấp tự động hóa mới nhất và thiết bị phun làm giải pháp và nó đã đem lại thành công cho mỏ Kidd Creek, làm tăng sản lượng và cải thiện tính an toàn cũng như cải thiện hiệu quả của kết cấu chống. Vào tháng 7 năm 2000 Ban Giám đốc Falconbridge đã phê duyệt dự án mới cho Mỏ Kidd Creek. Đó là khu D (khai thác mức sâu), nó là phần mở rộng của mỏ ở độ sâu 2070 m tới 3050 m, khai thác ở mức sâu nhất thế giới. Nó đòi hỏi một cơ sở hạ tầng đáng kể bao gồm một giếng mỏ mới, các hệ thống tời trục với chiều dài xấp xỉ khoảng 15 km. Khởi công vào 2001, công trình đã ROBOTIC SHOTCRETE APPLICATIONS FOR MINING AND TUNNELING © April 2006 Phạm Tiến Vũ Underground and Mining Construction Technology Department phamtienvu@gmail.com 9 được dự kiến phải hoàn thành trong 4 năm khối lượng 100000 m 3 xây dựng bê tông và 60000 m 3 bê tông phun. Với một kết quả thành công của SFRWS trong thử nghiệm hiện trường. Giám đốc Mỏ Kidd Creek đã quyết định sử dụng hệ thống trong xây dựng mỏ. Mỏ có nhiệm vụ như một công trình thử nghiệm với những thành tựu mới nhất với trạm trộn đặt trên mặt đất cấp liệu qua hai lỗ khoan cơ sở đường kính 200 mm tới độ sâu 1400 m và 1460m tương ứng. Năm thiết bị phun bê tông ướt di động và bảy xe trộn-chở bê tông được chọn để phục vụ công trình. Để đáp ứng được mục đích trên mỏ đã chọn các thiết bị phun bê tông MSV được cung cấp từ Nhà máy sản xuất thiết bị Allentown trực thuộc MBT. Các máy phun MSV được thiết kế đặc biệt để phục vụ riêng cho môi trường hầm lò. Với tính năng như một thiết bị vận tải cực mạnh và tận dụng hầu hết các hiệu quả các động cơ hiệu quả có mặt trên thị trường. Nó có một tổng chiều dài di chuyển chỉ là 7,3 m và chiều cao là 2,28 m. Nó không chỉ có tốc độ dịch chuyển nhanh hơn và an toàn hơn và nó còn có khả năng đáp ứng được hoạt động trên các gương trong các gương thi công trong cả một ca làm việc. Cuối hè năm 2003, Công trình Khu D đã thi công đạt tới mức 2438 m, với hơn 14000 m 3 bê tông phun đã được sử dụng với thiết bị MSV của MBT. Và với các tính năng cải thiện tính an toàn đã được chứng minh, nó đã hoạt động rất tốt mà không để xảy ra một vụ tai nạn, thương vòng nào. Nghiên cứu thực tế tại Công trình hầm dân dụng Bergen Hiệu quả kinh tế dựa trên năng suất sẽ thay đổi tùy theo kích thước, chu kỳ tiến gương công trình ngầm và mục đích ứng dụng bê tông phun. Một sự so sánh giữa năng suất khi sử dụng các thiết bị phun cơ giới hóa đối với sử dụng phương pháp phun tay thủ công đã được thực hiện tại Công trình Khôi phục Hầm Bergen, NJ và Công trình Khôi phục Hầm Cameron Run, Alexandria, VA Trong quá trình khôi phục hầm Cameron Run, nhà thầu Merco. Inc đã sử dụng phương pháp phun tay sử dụng một bơm bê tông Reed B30. Bơm bê tông Reed B30 có năng suất lý thuyết là 22,8 m 3 /h. Khối lượng thi công thực tế đặc cụ thể là 3,6 m 3 /h hay 30,4 m 3 /ca. Trong công trình khôi phục hầm Bergen, nhà thầu Merco/Obayashi đã sử dụng robot phun bê tông tự phục vụ Meyco Potenza. Potenza có trang bị một bơm bê tông Suprema với năng suất lý thuyết là 20 m 3 /h. Bằng việc sử dụng thiết bị phun này năng suất thực tế đã đạt tới 14 m 3 /h trong một ngày làm việc thuận lợi (làm việc hai ca) tương ứng với khoảng 168 m 3 /ngày. Ngoài việc tăng năng suất phun thì với việc sử dụng thiết bị phun này thì đã giảm xuống còn 3 thợ phun so với 5 thợ phun trong phương pháp phun thủ công. Mặc dù các giá trị tính toán kinh tế chi tiết không được xét đến nhưng chỉ bằng việc tăng năng suất phun và giảm lượng công nhân thi công thì việc giảm chi phí là điều tất nhiên. Triển vọng của việc sử dụng các robot phun bê tông trong cơ giới hóa phun bê tông sử dụng điều khiển bằng máy tính điện tử Robot phun Logica Hình 9. Robot phun thế hệ mới Meyco Logica của MBT ROBOTIC SHOTCRETE APPLICATIONS FOR MINING AND TUNNELING © April 2006 Phạm Tiến Vũ Underground and Mining Construction Technology Department phamtienvu@gmail.com 10 Meyco Logica là một thế hệ máy mới, nó được thiết kế trên cơ sở máy Robojet, nó được phát triển với sự hợp tác của các cơ sở sản xuất và các viện nghiên cứu. Tay máy của nó có 8 độ tự do để chuyển động vòi phun trong các kiểu phun khác nhau, có thể điểu khiển ở ba dạng: điều khiển hoàn toàn bằng thủ công, bán tự động và tự động hoàn toàn trong khu vực gương thi công. Nó cũng có khả năng tự động căn khoảng cách so với hộ chiếu hầm do được trang bị các thiết bị quét lazer. Trong một kiểu hoạt động, vòi phun có thể có sáu hướng hoạt động được điều khiển bằng các tay cảm biến Joystick. Sự tính toán chuyển động được thực hiện bởi hệ thống. Các sensor cảm biến lazer đo lường hình dạng gương và thông tin này được sử dụng để điều khiển tự động cự ly phun và góc của vòi phun. Mục đích của việc điều khiển này không phải là để tự động hóa toàn bộ công tác phun mà làm đơn giản hóa công việc và cho phép hoạt động với sử dụng robot như một công cụ thông minh làm việc theo cách hiệu quả đem lại chất lượng cao nhất. Bán tự động Tự động Bằng tay Cần điều khiển 6 chiều trên bảng điều khiển Bảng điều khiển màn hình cảm biến Hình 10. Các kiểu chế độ làm việc của robot MEYCO ® Robojet Logica Hệ thống đã thể hiện việc tăng năng suất trong ứng dụng phun bê tông mà không làm tăng lên tính nguy hiểm cho người thi công cũng như không hề làm tăng cao chi phí chung. Công trình Westerrschelde là một thí dụ về một công trình thành công sự dụng 2 robot phun Logica để phun vỏ chống bảo vệ dày 50 mm với độ dung sai chỉ là +/-4 mm. Tổng chiều dài của công trình hầm là 2 x 6 km. Tại Hà Lan, hãng Meyco đã cung cấp thiết bị để áp dụng phun vỏ chống chống cháy tại công trình hầm Groene Hart. Việc thực hiện tiêu chuẩn để áp dụng phun đã được xác định, lớp nguyên khối liên tục của lớp vữa bảo vệ lửa bị động, sự ưu tiên đã được đặt ra như một giải pháp thích hợp tại vị trí làm việc. Toàn bộ thiết bị phun đã được định vị trên giàn giáo cho phép các thiết bị vận tải được cung cấp bởi MBT di chuyển bên dưới. Các máy móc cơ khí được thiết kế và xây dựng một ống phun đặt trên goòng di chuyển trên đường sắt dọc theo đường hầm. Toàn bộ việc xây dựng được di chuyển trên một vòng quanh biên hầm. Tất cả các dịch chuyển này được quản lý với các tính toán từ trước cho phép phun hoàn toàn tự động trên các vùng đã được định trước. Sau khi phun được 4 m chiều dài theo trục hầm, giàn giáo được di chuyển đến cấp phun tiếp theo và công việc lại được thực hiện như chu kỳ đầu. Trong toàn bộ quá trính phun, độ chính xác theo phương pháp phun này đã đạt tới sự sai số là khoảng +/-2 mm trên 35 mm chiều dày phun. [...]... Hải Vân – Công trình hầm giao thông đường bộ lớn nhất khu vực Đông Nam Á KẾT LUẬN Với việc phát triển các ứng dụng bê tông phun trong các công trình thi công công trình xây dựng nói chung và các công trình ngầm, mỏ nói riêng thì việc ứng dụng các robot phun bê tông trong cơ giới hóa phun bê tông là một xu thế tiến bộ mới Nó đã tỏ ra rất nhiều ưu điểm, và nhiều khi ở một số nơi nó là một công cụ không... TUNNELING 11 Ứng dụng robot phun bê tông trong nước Hiện nay, các nhà thầu Việt Nam cũng đã bắt đầu quan tâm tới việc dùng robot trong phun bê tông nhưng nó cũng chỉ dừng lại ở mức độ các công trình ngầm tiết diện lớn Hiện nay, phương pháp này hiện nay chưa được áp dụng tại các công trình ngầm trong mỏ Trong công trình hầm đường bộ qua đèo Hải Vân, Liên danh Dong Ah - Sông Đà (Gói thầu 1B) đã thực hiện phun. .. phun 12.979m3 bê tông phun các loại với bề dày từ 5-40cm ở cửa hầm phía Nam và họ đã sử dụng các robot phun hiện đang có (1 robot phun Meyco, 2 robot phun Aliva 500 và 1 robot phun Jacon - Australia) một cách hiệu quả và nó đã chứng minh được khả năng của mình tại công trình này Hình 11 Máy phun Aliva 500 (Cty SĐ 10) sử dụng tại công trình hầm đèo đường bộ Hải Vân Hình 12 Robot phun bê tông Jacon (Australia)... thiếu được trong ứng dụng bê tông phun Các nghiên cứu ở trên là một ví dụ về tính ứng dụng trong thực tiễn của nó, việc phân tích và nghiên cứu là hoàn toàn có hệ thống chứng mình rõ nét triển vọng phát triển của công nghệ mới này Cơ giới hóa và tự động hóa việc phun bê tông bằng các robot là một lĩnh vực còn mới mẻ, song nó đã thể hiện những thành tựu rất đáng kể Với sự phát triển của công nghệ hiện... nghệ hiện nay, bằng việc ngày càng hoàn thiện của các thiết bị thì việc ứng dụng các thiết bị này là xu thế tất yếu Tuy nhiên việc sớm đưa các thiết bị này vào sản xuất còn phụ thuộc nhiều vào nhận thức của các nhà kỹ thuật, các nhà thầu, sự cân đối giữa vốn đầu tư xây dựng công trình cũng như các nhân tố ưu tiên trong xây dựng công trình TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Melbye, T., R.Dimmock and K.Garshol: “Sprayed... Builder article: “Shotcrete Developments at Kidd Creek Mine” 3) Dr.Gustav Bracher, Sika Schweis AG, STM article: “Worldwide Sprayed Concrete: State-of-the-Art Report” 4) Danh mục thiết bị thi công Công ty Sông Đà 10 – Tổng Công ty Sông Đà © April 2006 Phạm Tiến Vũ Underground and Mining Construction Technology Department phamtienvu@gmail.com . phamtienvu@gmail.com 1 ỨNG DỤNG ROBOT PHUN BÊ TÔNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ Phạm Tiến Vũ Phòng Công nghệ Xây dựng Công trình Ngầm và Mỏ Viện Khoa học Công nghệ Mỏ phamtienvu@gmail.com. Nếu một ứng dụng robot được nhắc đến trong quá phun bê tông ở các xây dựng công trình ngầm và mỏ và thì người ta nghĩ ngay đến một loại thiết bị dùng để nâng và điều khiển ống phun. Tại. lợi trong việc phun bê tông trong các hầm có kích thước lớn, các hầm ga, các đường lò cái trong mỏ hay phun bê tông tạo vỏ chống cố định cho công trình ngầm. Đem lại chất lượng bê tông phun