Công nghệ máy và thiết bị thi công công trình ngầm dạng tuyến phần 1

TS BÙI MẠNH HÙNG - ThS ĐOÀN ĐỈNH ĐIỆP CỔNG NGHỆ - MÁY VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM DANG TUYẾN NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ NÔI- 1 LỜI NÓI ĐẦU Trong xây dựng nói chung, xây dựng công írìnli ngầm nói riêng m áy m óc, thiết hị, phươiìíỊ liệiì c c cô iiẹ cụ ílìi công đ ã thay t h ế sức la o động nặng nhọc người thực hiệu qu â trình sdn xuất Sức mạnh trí tuệ, sức mạnh c b ắ p cánh iiíỊiỉời CỈKỢC nối d ài lìlìờ máy m óc thiết bị xây dựng K hẳng định vẳng: Máy móc, thiết bị thành phán (thành phần kỹ thuật - Tecluìow are) kìiôìig ílìểtlìiêìi dược công nghệ thi côìií> xây dựng công trình T i liệu trình bày nội dung vù m ối liên quan công nghệ máy m óc, thiết bị thi còng xây dựng công trình níỊầm dạng tityến với vấn d ể sau: - TổiỉiỊ quan vểCÔIĨÍ’ níỊltệ, m áy tììiết hi thi c ỏ n ẹ tuyến n^ầm ; - Côn 10-12m) e) Theo cô n g n ă n g s d ụ n g Theo công nãng sử dụng có công trình ngầm phục vụ chung, công trình kho, công trình sản xuất, công trình giao thông, công trình dân sự, quân sự, mạng kỹ thuật: - Công trình ngầm sản xuạt gồm loại nhà máy (thuỷ điện, thuỷcông, tuyến ống dẫn Ihải nước), kho ngầm (kho lạnh, kho chứa xe, bãi đậu xe) - Cóng trình ngầm dân (dân dựng) gồm rạp chiếu bóng, giantriển lãm, đường ngầm, chợ, khách sạn, khu vui chơi giải trí, nhà ăn, bãi đậu xe r :H i • w í -1^ r1.í ' ^ l ĩ t T Ị I l i l ' Bãi đ ổ xe ngầm công viêiì Lê Văn Tám Klìôiìg gian ngầm nhà ga Osaka - Nhật Bdii TP HCM Hình 1.4 Công trình ngầm dán - Côriii trình ngầm eiao Ihông có: Đườno hầm đường sắt, đường hẩm đường bộ, đường sắt, đường ngầm, nhà ga ngấm Ga tàu điện ngắm Tokyo Ga Park Kultury- LB Nga Ga tàu điện ngầm Lyon-Pháp Ga tàu điện ngầm Doubaí Ga tàu điện ngắm Singapore Hắm metro Luân Đôn Ga tàu điện ngắm Bắc Kinh Bèn hầm đèo Hải Vân Ga tàu điện ngắm Italia Hinh 1.5 Đườỉìg ĨÙLÌ đìệìì ỉìíỊchỉĩ Hỉnh L6 Pìĩúỉì clìia công ỉrììỉlì ngầm ĩlieo công sử dụng a) Kho ngầm cììứa dầu; h) Cơ sở liệu ngầm da mục đích - C ông trình kho tàng có: Các kho ngầm kho dầu, kho lương thực, kho dự trữ quốc gia, kho vật tư - Gông trình ngầm quân gồm loại công trình ngầm dã chiến, thông tin, hầm huy chiiến đấu, công ngầm, kho chứa vũ khí, kho thuốc nổ, ãnga chứa máy bay - Công trình ngầm phục vụ chung: Trung tâm máy thông tin, đài phát thanh, đài truyền hình, sở liệu ngầm đa mục đích - Mlạng kỹ Ihuật ngầm: Mạng kỹ thuật ngầm tồn tất yếu tất đô thị Chúng bao gồm tuyến ống cấp thoát nước, cấp khí đốt, cấp điện, cấp nhiệt, mạng th(‘) ng lin liên lạc Mạng kỹ thuật đô thị thường bố trí kết hợp hệ thống đường ống chung - nen kỹ thuật f) T h e o m ụ c đích s d ụ n g The o mục đích sử dụng có: - Công trình hầm giao thông; - Cõng trình hầm thuỷ lợi; - C ông trình hầm công chính; - C ông trình hầm mỏ; - Cõng trình hầm cho mục đích khác g) Hỉnh 1.7 Phôi cchili ga tàu diện ngâm bẽ tông CỐI thép T h e o vị trí xáy d ự n g The-O vị trí xây dựng có công trình hầm qua núi, hầm dồng bằng, hầm nước, hầm t:hành phô Thc-O vị trí nơi tuyến ngầm qua chúng chia thành nhóm sau: - Cõng trình hđm núi (đi qua đèo, núi có vị trí cao mặt nước ngầm) - Công trình hẩm mực nước biển - công trình qua sông e.o biển với nhiệm vụ làm đường ngầm giao thông dùng lắp đặt cáp hạ lầng k y thuật; - Cõng trình hầm công trình hầm đồng bằng, đô thị mctro Chiều sâu tuyến ngầm, hlnh dáng mặt cắt ngang phụ thuộc vào mục đích, điều kiện đị.a kỹ thuật điều kiện khí hậu nơi xây dựng Mặt cắt dọc tuyến hiai đường hầm song song (với độ nghiêng hai phía so với tâm công trình) Ngoài ra, ihực tế tồn khái niệm “không gian ngầm” Không gian ngầm ( hình 1.7) không gian tạo hay sử dụng ngầm (Space created or usd underg;round) Không gian ngầm khái niệm quen thuộc mặt công nghiệp sống không gian vũ trụ không gian đại dương Không gian ngầm bao gồm: Hlầm tiện ích công cộng; Hầm cáp điện ngầm; Hệ thống thoát nước thải hầm sâu; "rhành Ịphố ngầm (kliu thương mại, nhà thờ, nhà hát Hệ thống tàu điện ngầm; Đường ôtô cao tốc ngầm; Bể bơi ngầm; Tổ hợp hang ngầm lớn; Công trình quốc phòng ngầm Thế kỷ X X vừa qua, nhà chọc trời ghi dấu chiều cao phát triển nhi c ầ u ngày tăng mạnh diện tích đất quốc gia Hệ là, xuống ngầm cã trở thành câu trả lời tối quan Irọng cho việc tạo nhiều không gian trone co th ị lớn toàn giới lỉình 1.8 KliôiìỊị íỊÌaiì lìiịdin diểii hình Còng trình ngầm sử dụng rộng rãi, trang trí nội Ihât ngày phức tạp tiiêu chuẩn trang trí ngày nâng cao, Hệ ihống chiếu sáng, điều hoà không khí thết bị điện ngày phức tạp, vật liệu dễ cháy gia công, tồn kho ngày tăng Q u i mô công trình từ vài trăm mét vuông, vài noàn mét vuỏiig, phát triển l(.'i 'vài vạn mét vuông, dự kiến lên tới hàng chục vạn mét vuông Nhà máy thuỷ điện Hoà Bình với công suất 1,92 triệu kW nhà máy thuỷ điiộn ngầm lớn Đông Nam Á xây dựng vào nhũng năm 80 cuối ký X X v/ới tổng chiều dài đường hầm 16 km, khối lượng đào đá gần 1,4 triộu nửa triệu tirêii bê tông hầm xây dựng điều kiện vò khó khăn sai tlhời kỳ chiến tranh ác liệt nước ta, kì công lao động tập thể kỹ sư, cõng lỉhiân, cán chuyên gia công trường Thuỷ điện Hoà Bình Tại Hà Nội có dự án khả thi tuvến đường sắt đỏ thị đoạn Nhổn - ga Hà Nci (đài I2,5km với 15 ga, gồm 9,6km cầu cạn từ Nhổn đến đường Kim Mã 2,9km đom ngầm từ đến ga Hà Nội Hiện oiải phóng inặt khu đất có diệi tiích khoảng 15ha để chuẩn bị xây dựng Depot Nhổn Tổng thầu Pháp thiết ìế kỹ ihuàt toàn bô dư án 10 Hầm Hải V ân hầm đường dài nhấl Đông Nam á, xuyên qua đèo Hải Vân, nối liền linh Thừa Thiên Huế với thành phố Đà Nẩng miền Trung Việt Nam Được khánh ihìinh năm 0 , đường hầm dài 6.280m, đường hầm thoát hiểm dài 6.280m, dường hầm thông gió dài l.SlOm 1.2 C Á C C Ô N G N G H Ệ T H I CÔNG T U Y Ê N NGẨM 1.2.1 Khái niệm công nghệ còng nghệ thi công xây dựng I K hái niệm vé' công n gh ệ Cồng nghệ xuất thời với hình thành xã hội loài người Từ “công nghệ” xuất phát từ chữ Hy Lạp (xEKrỊVE - Tekhne) có nghĩa kỹ nãng, (Xoyoơ - logos) có nghĩa khoa học, hay nghiên cứu Thuật ngữ Technology (Tiếng Anh) hay Technologie (Tiếng Pháp) có ý nghĩa khoa học kỹ thuật hay nghiên cứu có hệ ihống kỹ thuật (thường gọi công nghệ học) Nói cách khác từ Technology tạo bới Technique Logicise nghĩa lao động tác động vào công cụ theo Knovv how (bí săn xuất) Procedure (trình tự) xác định Theo nghĩa hẹp, công nghệ tổng thổ phương pháp gia công, chế tạo, làm thay dổi trạng thái, tính chất, hình dáng nguycn vật liệu hay bán thành phẩm sử dụng trình sản xuất để tạo sản phẩm hoàn chinh Cách hiểu với cách liieu “công nghệ” trình, (hiết bị để sán xuất trường hợp nói vé quy trình công nghệ, dây chuyền công nghệ Theo nghĩa rộng, hiểu công ngliệ lổng thể kiến thức, thông tin, kỹ năng, thiết bị, phương pháp tiềm khác sử dụng để biến đổi yếu tố đầu vào thành sản phẩm dịch vụ đáu phục vụ cho nhu cầu người Việt Nam, công nghệ thường hiểu trình tiến hành công đoạn sản xuất, thiết bị để thực còng việc (do công nghệ thường tính từ cụm thuật ngữ như: qui trìnli công nghệ, thiết bị công nghệ, dây chuyền công nghệ) Cách hiểu xuất xứ từ định nghĩa từ diển kỹ thuật Liên Xô cũ [12, tr.7-31]: “Còng nghệ tập họp phương pháp gia công, chế tạo, làm thay đổi trạng thái, tính chất, hình dáng ngưyèn vật liệu hay bán thành phẩm sử dụng trình sản xuất để tạo sản phẩm hoàn chỉnh” Từ năm 60 kỷ X X , khới đầu từ Mỹ Tây Âu sử dụng thuật ngữ “còng nghệ” để hoạt động lĩnh vực, hoạt động áp dụng kiến thúc kết nghiên cứu khoa học ứng dụng nhằm mang lại hiệu cao irong lao động người Khái niệm công nghệ dần chấp nhận rộng rãi ihé' giới, thể việc thay đổi lên gọi tạp chí lớn trẽn giới, “Tạp chí Khoa liọc \à Kỹ Ihuật - Science et Technique” đổi thành “Khoa học Công nghệ - Science ct TechnoloRÌe” 11 Nghị 26 Bộ Chính trị, Ban chấp hành TU’ Đáng Cộng sản Việt Nam khoá V I (1991) mang tên “Nghị vể khoa học - công nghệ” Như thuật ngữ côno nghệ sử dụng thức nước ta Nãm 1992, Uỷ ban K hoa học - Kỹ thuật Nhà nước đổi thành Bộ K hoa học Cống nghệ Mòi trườne (nay Bộ Khoa học Công nghệ) Mặc dầu sử dụng rộng rãi giới, song việc đưa định nghĩa công nghệ lại chưa thống Là sô lượng công nghẹ có nhiều đến mức thống kê được, bên cạnh phát triển vũ bão khoa học công nghẹ làm thay đổi nhiều quan niệm cũ iưởiig vĩnh cửu, nguyên nhân dẫn đến không thống Uỷ ban Kinh tế X ã hội khu vực châu Á - Thái Bình Dưcmg (Economic and Social Cominission for Asia and Ihe Pacific - ESCAP) đưa khái niệm: “Công nghệ kiến thức có hệ thống quy trình kỹ thuật dùng để chế biến vật liệu thông tin Nó bao gồm kiến thức, kỹ năng, thiết bị, phương pháp hệ thống dùng việc tạo hàng hoá cung cấp dịch vụ” Trong vài thập kỉ gần đây, có tác giả định nghĩa: Công nghệ bao gồm nhiều yếu lô' hợp thành phương tiện máy móc thiết bị, qui trình vận hành, phương pháp tổ chức, quản lý đảm bảo cho trình sản xuất dịch vụ ciia xã hội X ét riêng mặt kinh tế, quan hệ sản xuất: Công nghệ coi phương tiện đế thực trình sản xuất, biến đổi "đấu vào" để "đầu ra" cho sản phẩm dịch vụ mong muốn Như vậy, công nuhệ hiểu rộng hơn, phong phú Công nghệ không phương pháp gia công, chế tạo mà công cụ, hộ thống kiến thức trình kĩ thuật để chế biến vật liệu xử lý thông tin Nó bao gồin tất kỹ nâng, kiến thức, thiếl bị phương pháp sử dụng Irong sản xuất ch ế tạo, dịch vụ thông lin Luật Khoa học Công nghệ cúa VN, quan niệm: “Công nghệ tập hợp phương pháp, quy trình, kỹ năng, bí quyết, còng cụ, phương tiện dùng để biến đổi nguồn lực thành sản phẩm”; Trong ngành xây dựng: "Cô//ẹ ni-lìệ xáỵ cẨựiìíỊ tập hợp cúc k ĩ thuật xáy dựn^ ííitợc tiến hành tlìCO quy d inh hắt huộc đ ể tạo sàn phẩm lìoàn chỉnh kết cấu h o ặ c lìợnq mục CỎÌỈIỊ írìnìì xây dựng" Còng nghệ xây dựng hiểu tổng nhữiig tri thức (hiểu biết, kiến thức, kinh nghiệm, thông tin, quy trình, quy phạm, kỹ năng, lực hoạt động hành nghề xây dựng); Những công cụ kĩ thuật (máy móc thiết bị thi công, phương tiện kĩ thuật ); Trình độ tổ chức (phương pháp thi công, điểu hành, quản l ý ) điều kiện vật chất khác người sử dựng để biến yếu tố đầu vào (vật liệu, lao động, tiền vốn ) thành công trình hoàn thành đầu 12 để khoan lỗ khoan với chiều sâu lớn Điểm khác khoan quay-đập với khoan đập - quay chỗ mũi khoan bị lực nén từ ty khoan lớn nhiều so với — ÍE khoan đập-quay c) K hoan đ ậ p - x oay Mũi khoan có dạng hình nêm ấn sâu vào gưcmg đào nhờ tải trọng đập dọc trục (chỉ xuất khoảng thời gian ngắn) Sau lần đập, mặt lưỡi khoan nhấn vào gương đào mặt khác xoay góc từ 10-20" để đập tiếp Phoi đất đá sau khoan bị nước rửa khí nén thổi ưu điểm : khoan đất đá có độ cứng khác từ cứng đến cứng Hinh 4.1 Mũi khoan chóp phay dùng đ ế khoan đá cứng cứng: - ren nối côn ngoài; - thân cánh phay; ^ - rãnh cấp nước thổi phoi; - ổ trục cánh phay; - đầu cắt kiểu bi hợp kim cứng; - chốt khoá; - chóp phay; - vòng bi; - rãnh cấp nước trung tâm th'ổi phoi Nhược điểm : suất thấp so với khoan quay tuý, bụi, tiếng ồn độ rung máy trình khoan tạo lớn K hoan phay Đất đá gươiig khoan bị phá vỡ vấu cắt chéo (kiéu lưỡi phay) khikhoan với mô men xoắn phay cắt đất đầu cắt kiểu nửahình cầu tỳvào gương khoan với lực tỳ dọc trục cực lớn để mài, phay tạo lỗ khoan (đôi kết hợp với đập) 4.3 ĐẨU KHOAN, DỤNG c ụ KHOAN VÀ CÁC LOẠI MÁY KHOAN NHỎ 4.3.1, Đầu khoan (búa khoan) Đầu khoan cấu máy có nhiệm vụ nhận lượng (điện năng, khí nén dầu thuỷ lực) biến lượng thành dạng mô men xoắn lực đập xung kích, qua cụm choòng khoan tới mũi khoan, để cắt phá đất đá Đầu khoan được phân loại theo dấu hiệu sau: 1) Theo tần số đập: - Loại bình thường (tần số đập f < 0 lần/ph); - Loại tần số cao (f > 0 lần/ph) 2) Theo nguyên tắc xoay choòng khoan: - Loại có cấu xoay phụ thuộc; - Loại có cấu xoay độc lập 96 3) Theo phương pháp sử dụng: - Loại khoan tay; - Loại khoan cột; - Loại khoan có giá đỡ 4) Theo khối lượng: - Loại nhẹ: khối lượng m < ] 8kg; - Loại trung bình: khối iượng m = 20kg; - Loại nặng: khối lượng m > 30kg 5) Theo loại lượng sử dụng để dẫn động: - Búa khoan đập khí nén; - Búa khoan đập thuỷ lực; - Búa khoan đập chạv điện Đa số búa khoan sử dụng lượng khí nén (áp suất khí nén 0,5-0,6 MPa) dùng để khoan lỗ khoan hướng bất kỳ, đường kính choòng khoan 28-85m m chiều sâu khoan từ 4-25m đất đá có độ cứng khác Khi khoan thu bụi khô khử bụi chất lỏng (nước) Nước với lưu lượng < líl/ph truyền vào gưcfng lỗ khoan qua rãnh trung tâm choòng khoan với áp suất 0,5-0,6 MPa Búa khoan tay khoan cột có ưu điểm sử dụng để khoan lỗ khoan nằm ngang, nohicng uì xuống Búa khoan có giá đỡ dùng để khoan lỗ từ lên Để khoan lỗ khoan đường kính 50-70m m với chiều sâu 5-20m thường đặt búa khoan xe khoan tự hành chạy bánh lốp xích, búa khoan có còng suất lớn có cấu xoay độc lập Gần người ta đưa vào sử dụng búa khoan đập thuỷ lực có suất cao búa khoan đập khí nén 3.2 Dụng cụ khoan Dụng cụ khoan cho máy khoan đá tuyến tunnel ngầm gồm có choòng khoan mũi khoan C hoò ng khoan Choòng khoan (còn gọi ty khoan cần khoan) có công dụng truyền lực dọc trục mômen xoắn từ máy khoan tới mũi khpan để cắt phá đất đá - Theo phương thức chế tạo, lắp ghép choòng mũi khoan choòng khoan gồm hai loại: loại liền loại có đầu khoan tháo lắp + Choòng khoan loại liền chế tạo từ thép đặc biệt, đầu dùng để phá vỡ đất đá gọi đầu khoan (mũi khoan), đầu lắp với đoạn choòng khác trực tiếp với búa khoan ren với búa khoan gọi đuôi choòng 97 + Choòng khoan có mũi khoan tháo lắp bao gồm: cần khoan có đuôi lắp với đoạn choòng khác trực tiếp với búa khoan ren lắp với mũi khoan ren - Theo đường kính: có loại < 85mm, 100-105mm; 15.^ - 160mm; 190 - 200mm; - Choòng khoan rời nối với mũi khoan nhờ nhờ ren côn (góc côn 3‘'30’) - Bộ choòng khoan gồm tổ hợp choòng khoan dùng để khoan hết độ sâu lỗ khoan Choòng tiên phong có ghép ren với mũi khoan thường Hình 4.2 Clìoòiìg khoan loại liên dược c h ế tạo liền với mũi klìoaii choòng ngắn tổ hợp gọi choòng đột phá Giữa choòng khoan nối với nhờ chi tiết măngxông ren - Choòng khoan thường chế tạo từ thép 55C-2, 278 có tiết diện tròn cạnh có lỗ trung tâm đường kính 6-8 mm để cấp nước thổi phoi khoan Hình 4.3 ClìOÒng khoan loại rời (choòng dột phủ) cỉảii có reiì d ể gììép vái mũi khoan, dầu lại ren ghép với đoạn cìioòng khác nlư'r Iììăiií> ẰÒIIÍỈ Một nguyên nhân làm giảm tuổi thọ choòng chất lượng hợp kim cứng không cao, chưa hoàn thiện công nghệ hàn, trình độ phục hồi dụng cụ khoan kém, đặc biệt việc mài lại choòng khoan, Mỹ Thuỵ Điển người ta sản xuất số lượng lớn mẫu choòng có đường kính D = 76-229mm lưỡi vượt trước có kích thước trọng lượng cao, đặc biệt hình dạng thay đổi trơn tru tránh tập trung ứng suất, cải thiện tiêu truyền lượng đập từ piston Việc nối choòng với vỏ thường mối ghép then hoa M ũ í khoan Tuỳ thuộc vào độ cứng cấu tạo đất đá mà người ta sử dụng loại mũi khoan có hình dạng khác Phổ biến mũi khoan chữ thập (+ ) chữ (-) Loại chữ đảm bảo tốc độ khoan lớn đá đặc chắc, nứt nẻ, loại chữ thập dùng dể khoan đất đá nứt nẻ mạnh Mũi khoan trực tiếp lắp vào đầu cán khoan (loại tháo lắp), mũi khoan hàn lưỡi thép hợp kim có độ cứng chịu mài mòn cao 98 Lưỡi khoan liên tục hình phiến chữ dễ chế tạo sửa chữa đơn giản, lực thích ứng với đá tốt, thích hợp với loại máy khoan chạy khí nén công suất nhỏ, hợp với việc khoan lỗ mìn loại đá cứng vừa trở xuống, song tốc độ khoan chậin loại có nhiều vết nứt dễ bị kẹt khoan Lưỡi khoan hình phiến liên tục hình chữ thập (+) chế tạo sửa chữa tương đối phức tạp, thích dụng với máy khoan lớn chạy sức gió thuỷ lực công suất tần só' tương đối cao, dùng để khoan lỗ mìn loại nham thạch, loại đá có độ cứng cao, nhiều khe nứt, hiệu tốt tốc độ nhanh Đường kính mũi khoan thường dùng khoan lỗ mìn có: 8mm, 40mm, 42mm, 43m m , m m Mũi khoan dùng để khoan lỗ mìn có loại đường kính đạt đến I02inm, chí lớn Mũi khoan choòng khoan đểu có đường cấp phun nước, có áp suất thông qua tới lỗ mũi khoan để dập bụi khoan Cấu tạo mũi khoan xem hình 4.4 Ilin h 4.4 Mũi khoan lưỡi cắt tháo dùng cho kììoan cầm tay: a - lìiũi klìoan lưỡi: b - mũi khoan chữ thập; c- mũi khoan có lưỡi cắt vượt trước: d- mũi khoan có liìiìh cỉiữ "T”: e - lưỡi cắt dùng đểklìoaii xoay, - thân mũi khoan; - thân lưỡi cắt; - hợp Hình 4.5 Mũi khoan: a - dùng cho âất mềm than, b - dùng cho đất cứng 1- th â n , - c h u ô i, - lư ỡ i c ắ t, - dao cắt cạnh với lưỡi làm hợp kim cứng quay phía quay mũi khoan, - cạnh sau k im n g 4.3.3 C ác loại máy khoan M áy khoan nhỏ cầm tay máy khoan cột ch ố n g Các máy khoan nhỏ có hai nhóm; nhóm máy khoan cầm tay nhóm máy khoan cột chống Các loại máy khoan dẫn động điện, khí nén thuỷ lực hỏn hợp 99 Các máy khoan quay cầm tay thường để khoan lỗ khoan có đường kính nhỏ hoìi 50 mm, dùng để khoan đất đá mểm có độ cứng f < m ;Ĩ M -1- ',,1 Hỉnh 4.6 Máy khoan cầm tay TY24 Haiìd drill hãng Sandvik loại nhẹ dần động khí nén Các máy khoan quay dùng chân chống để đỡ dùng để khoan lỗ khoan có đườiig kính nhỏ 50 mm dùng để khoan đất đá có độ cứng trung bình f < Các máy có công suất trọng lượng lớn so với máy khoan quay cầm tay khoan đặt irên chân chống cố định kẹp vào sàn tunnel, chân chống máy có tay máy điều khiển Hình 4.7 Máv khoan cộ! chông TY85 Leg clrill hãng Saiidvik loại nặng trung bình dẩn dộng tliuỷ lực Trên hình 4.8 sơ đồ thuỷ lực dẫn động máy khoan quay dùng chán chống để clỡ dẫn động điện Động điện 10 truyền mô men xoắn tới cặp bánh rãng 9, 4, quay ống lồng tiếp qua trục Trục có hai tốc độ quay, tốc độ quay thay đổi nhờ chuyển ăn khợp bánh với bánh Các xilanh thuỷ lực có nhiệm vụ đảm bảo lực tỳ mũi khoan đẩy di chuyển vào sâu với tốc độ phù hợp hành trình hành trình pistông Hệ thống cung cấp dầu thuỷ lực cao áp gồm: Bơm dầu Ihuỷ lực 12 dẫn động động điện số 10 qua cặp bánh 11 hút dầu từ thùng dầu thuỷ lực 17 qua phin lọc 16 tới van phân phối 14 Điều khiển cần gạt 15 để đóng mở van cho dầu vào bên trái bên phải xi anh thuỷ lực để đẩy rút trục khoan quay số 100 Hình 4.8 Sơ đồ cấu tạo hệ thống dẫn động hỗn hợp máy khoan quay dùng chân chống đ ể dỡ Khi điểu khiển cần 15 lò xo pistông van bị nén nhả ra, với hiệu chỉnh lực nén trục lên gương khoan M áy k h o a n k h í nén Máy khoan chạy khí nén thường gọi máy khoan gió Máy chạy sức đáy khí nén Máy có ưu điểm kết cấu đơn giản, chế tạo sửa chữa dễ dàng, thao tác tiện lợi, sử dụng an toàn (xem hình 4.9) Nhưng bên cạnh việc cung ứng khí nén tưcfng đối phức tạp, hiệu suất máy thấp, tiêu hao lượng lớn, tiếng ồn lớn, tốc độ Hình 4.9 Máy khoan dần động khí nén chậm hưii so với máy chạy thuỷ lực Các loại máy khoan chạy khí nén thưòìig dùng để khoan đất đá có độ cứng trung bình, thưòíng máy khoan cầm tay, máy khoan cột chống Một số đầu khoan khí nén lắp máy tự hành nãfíg suất thấp, tốc độ khoan chậm nên ngày dùng mà người ta thường dùng đầu khoan thuỷ lực Dưới sơ đồ cấu tạo búa chèn khí nén thường sử dụng Ị t - Hình 4.10 Búa cììèn cẩm lay: 1- đầu nối côn; 2- đai ốc nối; - tay cầm; - van; - thiết bị khởi động; - đập; - vỏ búa; - choòng khoan 101 Dụng cụ tay để phá đất búa chèn (hình 4.1 0) - đập pistông Búa tay chèn hoạt động theo nguyên lý biến khí nén thành nâng đập choòng, tác dụng đập động phá đất Khí nén dẫn tới đập nhờ ống dẫn mềm Khi nén lên cán khí nén chạy vào đập làm cho làm việc, dừng ấn vào tay cầm ống dẫn khí nén bị chặn lại búa ngừng làm việc Cơ cấu công tác búa chèn choòng thép số Tuỳ thuộc vào độ cứng đất đá mà sử dụng choòng khoan thường, dạng lưỡi xẻng, dạng lưỡi đục dạng búa đầm Các cấu công tác ghép với hộp búa vòng chụp lò xo côn Búa phá cầm tay hoạt động theo nguyên lý búa chèn cầm tay, có kích thước lớn nặng nên lần đập truyền vào đất động lớn để phá đất Người ta sử dụng búa phá cầm tay để đập phá đất có độ cứng trung bình, khoan cắt bê tông v.v Hình 4.11 Sơ đồ cấu tạo máy khoan xoay đập khí Iién: 1- đầu lắp choòng khoan; - ổ xoay; - trục xoay; - rãnh then hoa; - hộp bánh cóc với ê cu dạng xoắn ốc; 6, - rãnh then hoa truyền pístông đập; 8, 9, 10 - lò xo, cóc (lẫy, chốt) ổ M áy khoan thuỷ lực Máy khoan thuỷ lực biến áp suất cao dầu thuỷ lực có thành khiến cho pistông vận động qua lại thực va đập xung kích Nguyên lý công tác máy xem hình 4.12 V /c 14 rr> _T_^T^xr n 13 12 ^ í' A 11 • » 10 II ^ / t ■> í Hình 4.12 Nguyên lý công tác máy khoan đá thủy ìực: 1- choòng khoan; 2- đầu cấp nước; 3-bộ bánh rãng quay; 4-1Ò xo giảm chấn; 5-gioăng bịt kín; 6-pístông xung kích; 7-bộ phận điều tiết lưu lượng dầu; 8- đinh ốc điều tiết lưu lượng; 9-môlơ thuỷ lực; 10- khớp nối; 11-trục truyền động; 12 - phận trữ lượng; 13-bánh chủ động; 14-ổ bi đỡ quay 102 So sánh máy khoan đá thuỷ lực máy khoan gió máy khoan thuỷ lực có đặc điểm sau: - Tiêu hao động lực ít, hiệu suất cao Tiêu hao động lực máy khoan đá thuỷ lực 1/3 1/2 máy khoan gió hiệu suất đạt 30 -í- 40 % (máy khoan gió đạt 15%) - Tốc độ khoan đá nhanh: máy khoan chạy thuỷ lực có tốc độ nhanh 50 h-150% so với máy khoan đá sức gió Trong đá hoa cưcmg, tốc độ khoan sâu máy khoan thuỷ lực đạt 170 cm/phút - Máy khoan đá chạy thuỷ lực có hệ thống thuỷ lực thiết kế đồng hợp lý, tự động điều tiết tần suất xung kích, môn men xoắn, lực đẩy tham số khác "Hiích hợp với nham thạch tính chất khác nhau, nâng cao hiệu suất công tác, nhờ điều kiện bôi trcfn tốt nên tuổi thọ linh kiện cao - Mòi trường bảo vệ tốt, tiếng ồn khoan đá thuỷ lực so với khoan gió thấp (khoảng lO dB^lSdB) Khoan thuỷ lực không dùng khí nén nên không gây ô nhiễm không khí Hiện khoan thuỷ lực dùng rộng rãi công trình đường hầm - Máy khoan đá thuỷ lực có cấu tạo phức tạp, giá thành tưcmg đối cao, trọng lượng lớn, linh kiện lắp ráp nhiều, phần lớn phải lắp xe tải để sử dụng Để phá đất có độ cứng cao đá mồ côi gặp phải trình đào lò, người ta sử dụiig búa phá thuỷ lực (hình 4.13) Búa phá thiiỷ lực cầm tav với choòng khoan dạng hình nêm có cấu tạo gồm: xilanh thuỷ lực tác dụng hai chiều phận công tác choòng dạng nêm tháo kẹp hai ép lò xo (ma sát ép dạng lò xo) _ Đât gương lò b phá bới tác dụng cua lực kẹp ■ ■ _ choòng khoan hình nêm lên thành lô I - ,.- - _ J „ Hình 4.13 Búa phá tìuiỷ lực cầm tay: xilanh thuỷ lực tác dụng hai chiều; * , ■ , - choòng khoan thép hình nêm - khoan để phá đất Khi nêm tiến sâu vào đất má kẹp doãng, mở kẹp vào thành lỗ khoan phá đất Sau nêm khoan tụt hết cỡ đến vị trí ban đầu cách đóng van điều khiển 4.4 CỖ MÁY KHOAN T ự HÀNH TUYẾN NGẨM 4.4.1 Khái niệm phân loại cỗ máy khoan tự hành / K hái niệm Nếu lắp nhiều máy khoan lên máy sở tự hành đặc chủng cho phép nhiều máy hoạt động đồng thời, điều khiển tập trung giới hoá gần hoàn toàn - cỗ máy khoan hầm lò tự hành 103 Hinh 4.14 Máy khoan hầm lồ tự hành bánh ìôp Cỗ máy khoan hầm lò tự hành dùng để khoan lỗ khoan cho tuyến tunnel ngầm có độ cứng đất đá khác Các lỗ khoan khoan dọc theo trục tuyến ngầm thi công, khoan nghiêng, chí khoan ngang hông vào vách tunnel Cỗ máy khoan hầm lò tự hành giới hoá hoàn toàn từ khâu định vị lỗ khoan, khoan tạo lỗ kể nạp thuốc nổ vào lỗ khoan Cỗ máy khoan hầm lò tự hành cho phép nâng cao điều kiện làm việc cho công nhân hầm lò, cỗ máy đại thực công tác khoan neo thực số công đoạn công tác gia cô' vách tunnel tạm thời sau đánh mìn P hân loại Các cỗ máy khoan hầm lò tự hành phân loại theo dấu hiệu đây: - Theo cấu di chuyển chúng chia làm ba nhóm: nhóm di chuyển ray, nhóm bánh xích nhóm bánh lốp; - Theo khả động tay máy chúng chia làm hai nhóm: nhóm máy khoan mặt trước nhóm máy khoan kết hợp mặt trước khoan vuông góc; - Theo hình thức kết cấu phân ra: xe kiểu bụng kín, xe kiểu khung cửa; - Theo cách điểu khiển chia làm loại: điều khiển nhàn công, điều khiển điện tử, điều khiển dẫn hướng não điện tử; - Theo dạng lượng dẫn động đầu khoan công tác chúng chia làm nhóm: nhóm khoan khí nén, nhóm khoan điện nhóm máy khoan thuỷ lực Cỗ xe khoan bánh lốp hoàn toàn chạy thuỷ lực với kết cấu vững thường dùng nhiều công trình hầm Cỗ xe máy đào bụng kín thưòrng chạy bánh lốp lắp ^ máy khoan cánh tay chở giàn công tác Phạm vi đứng công tác máy rộng từ 10 H15m, cao -ỉ- 12m, thích hợp với loại mặt cắt khác đường hầm Nhưng, cỗ máy đào bụng kín chiếm nhiều không gian hầm, chiếm nhiều thời gian luân chuyển, đưòíng hầm có mặt cắt không lớn, thời gian không sản xuất để tránh xe vận chuyển đá lại dài Cho nên, cỗ xe bụng kín phần lớn dùng đường hầm có mặt cắt lớn Cỗ xe khoan đá kiểu khung cửa có phận bụng thông xe vận chuyển đưa đất đá nên giảm thiểu nhiều thời gian tránh xe Cỗ xe khoan kiểu khung cửa phần 104 nhiểii dùng cho mặt cắt trung bình 20 80m^ phải đào mặt cắt nhỏ lớn không nên dùng Máy khoan điều khiển nhân công công nhân thao tác điều khiển định vị máy khoan, định hướng tiến hành khoan sâu Vị trí khoan lỗ kỹ sư công trình vạch ra, phương hướng khoan lỗ công nhân điều chỉnh mắt theo kinh nghiệm Cỗ xe khoan đá điều khiển não điện tử công điều khiển não điện tử mà tiến hành định vị trí định hướng tự động đường liầrn hỗ trợ chùm tia lade, rút ngắn thời gan khoan lỗ, nâng cao độ xác khoan lỗ, giảm thiểu lượng khoan thừa hay khoan thiếu Hiện máy tự hành thường máy khoan di chuyển bánh lốp, bánh xích với lay máy cánh tay rô-bốt định vị mũi khoan tự động theo hướng vị trí Ngoài chúng trang bị thời nhiều tay máy khoan với đầu khoan công tác thay đổi cho phù hợp với điều kiện địa chất đất đá Các máy khoan thi công tuyến ngầm hãng sản suất tiếng giới trang bị hệ thống diều khiển định vị tự động lập trình sẵn cho hộ chiếu khoan G iói thiệu m ột sô 'lo i m áy Dưới xin giới thiệu sơ số máy khoan hẩm lò tự hành sử dụng thi công tuyến tunnel ngầm giới Việt Nam thời gian gần đây: Trên hình 4.15 máy khoan hầm lò tự hành bánh sắt Máy có cấu tạo từ cụm là: cấu tỳ đẩy dẫn hướng dạng vít 1; đầu khoan đập - quay chạy theo dẫn hướng cấu 1; tay máy cấu di chuyển bánh sắt Máy sử dụng khoan lỗ nổ mìn cho tunncl có mặt cắt gương đào từ - 20 ^ Máy dùng để khoan lỗ lắp neo gia cỏ' vách tunnel với có chiều cao không nhỏ 4,2 m Cơ cấu tỳ đẩy dẫn hướng dạng vít vừa di chuyển mũi khoan vào gưcíng đào vừa đảm bảo lực ép cần thiết Nhờ có tay máy 3, máy khoan di chuyển toàn gương đào cô' định vị trí để khoan Trẽn c cấu di chuyển cỗ máy có trang bị thiết bị ngoàm bánh sắt vào ray chân chống làm cho máy khoan đứng vững khoan Hinh 4.15 Máy khoan hầm lờ tự liànlì bánh sắt: - cấu tỳ dẩy dẫn hướng dạng vít; - đầu khoan; - tay máy; - cấu di chuyển bánh sắt 105 ^ yyyyyy/y /y y / / / / ZẨy//\Vj!:JLíi/ / / / / / / / / / yA'yy / ' ■A V T ỵr/T ỵT rr, r/ Z z > ^ v < ^ ^ / Z ^ ^ / 7 ;::Z Z / / Z '.^ / V :< z r^ ^ Hình J Máy khoan hầm lò íự liảnlì búnlì lốp với ba tay máy - ba đầỉi khoan 4^• ề ,'ị-i I,- r ẫỉ.'í Hình 4.17 Máy khoan hẩm lò tự hành bánh lốp Rocket Boomer ESC hãng Atlas C opco - Canada, điều khiển lliiiỷ lực với ba tay máy, đẩu khoan "đập - quay" thuỷ lực loại COP Ỉ838ME Máy khoan hầm lò tự hành bánh lốp (hình 16 ) có cấu tạo từ cụm saiu: đầu khoan với cấu tỳ đẩy dẫn hướng 1, tay máy 2, khung cấu di chuyển bá;nh lốp 4, hệ thống dẫn động 6, bảng điều khiển Máy di chuyển tới sát gương đào, đứng vị trí hợp lý, sau dùng chân chốing thuỷ lực chống xuống sàn tunnel để tăng độ ổn định đứng khoan C c th ô n g s ố k ỹ th u ậ t c b ả n - Chiều cao tối thiểu tunnel; - Diện tích gương đào tunnel trung bình; 106 - Mã hiệu đầu máy khoan; - Mã hiệu cần mũi khoan phù hợp; - Số tay máy loại tay máy; - Kích thước tổng thể (dài, rộng, cao) tổng trọng lượng; - Bán kính quay max 4.4.2 C c cấu công tác cỗ m áy khoan hầm lò tự hành l C cấu tỳ đẩy dẫn h n g Với cấu tỳ đẩy dẫn hướng có nhiệm vụ đẩy, di chuyển đầu khoan qua choòng mũi khoan vào gương khoan dẫn hướng đầu khoan hành trình khoan hành irình rút mũi khoan khỏi lỗ khoan vị trí ban đầu theo tất hướng định vị irước khoan Có hai loại cấu tỳ đẩy: loại có chiều dài cố định loại có chiều dài thay đổi Loại có chiều dài không đổi sử dụng tuyến ngầm có mặt cắt ngang chiều dài lớn, loại có chiều dài thay đổi thường có dạng ống lồng, dùng cho tunnel có liết diện mặt cắt ngang nhỏ, cho phép tăng tính động rút ngắn - Vc mặt kết cấu cấu tỳ đẩy chia thành nhóm sau: nhóm dạng vít, xích, dạng cáp - Theo kiểu dẫn động ihì cấu tỳ đẩy chia làm hai nhóm: nhóm dẫn động bới (iộng nhóm dẫn động cấu pístỏng-xilanh - 1'heo kiổu dàn động có nhóm: nhóm dẫn động điện, khí nén thuỷ lực C cấu tỳ đẩy dẫn hướng có thông số kỹ thuật sau: chiều dài hành trình thường nằm khoảng - ,5m; Lực đẩy mũi khoan nằm khoảng 1,5-20N; khối lượng nằm khoảng -8 kg (thường nặng 350 kg) Tốc độ dịch chuyển liành trình công tác nhỏ 0,3 m/s, rút từ 0,2 đến 0,4 m/s b) - / r r H ình 4.18 C cấu tị’ dẩy dẫiì hướng dầu khoan: a - dạng vít chiều dùi không đổi; b - dạng vít chiều dài thay đổi 107 Nguyên lý làm việc cấu tỳ đẩy'dẫn hướng đầu khoan (hình 4.18, a) sau; cấu tỳ đẩy dẫn hướng đầu khoan dạng vít chiều dài không đổi gồm khung 6, giá trượt đầu khoan 4, phía khung có vít đỡ hai ổ vòng bi quay dẫn động Khi vít quay, êcu (đai ốc) 10 hàn cố định với giá trượt chuyển động tịnh tiến luòn ăn khớp với vít, đẩy đầu khoan với choòng mũi khoan phía trước, chuyển động ngược lại vít quay ngược lại hành trình rút mũi khoan Khung có dạng kết cấu thép hàn Giá đỡ choòng khoan cố định giữ cho choòng thẳng trình khoan Mũi tỳ phía đầu khung có nhiệm vụ định vị cố định cấu tỳ đẩy Khi chiều dài choòng khoan lớn 5m người ta trang bị thêm giá đỡ di động để tăng độ ổn định choòng khoan Trên hình 4.18b sơ đồ cấu tạo cấu tỳ đẩy dẫn hướng đầu khoan dạng vít chiều dài thay đổi gồm: khung với vít khung với vít Vít quay nhờ dẫn động 6, qua bánh làm quay vít Khi vít quay, có khả làm việc bánh rãng xảy ra: kéo khung đầu khoan di chuyển so với khung 5, qua bánh rãng quay vít tới đai ốc làm cho đầu khoan di chuyển theo dẫn hướng khung Tay m áy Tay máy cấu quan trọng máy khoan hầm lò tự hành Tay máy có nhiệm vụ di chuyển đầu khoan với cấu tỳ đẩy dãn hướng không gian phía trước gưoíng đào để cố định vị trí hướng khoan mặt gương đào phù hợp với hộ chiếu khoan phê duyệt trước tiến hành khoan Các yêu cầu tay máy máy khoan hầm lò tự hành: tốc độ di chuyển phải cao, đòi hỏi độ chmh xác định vị độ ổn định sau định vị xong nhờ lực ép đẩy vào mũi tỳ, tự động giữ hướng song song cấu tỳ đẩy di chuyển định vị tay máy phải quay góc nghiêng phù hợp với yêu cầu góc nghiêng lỗ khoan Hỉnh 4.19 Tay máy: - bệ tỳ vào khung máy; - cấu quay tay máy sang trái sang phải; - tay máy: - cấu quay phần đầu tay máy; - cấu nâng hạ cụm tỳ đẩy dẫn hướng; -xilanh thuỷ lực nâng-hạ tay máy 108 IVên hình 4.19 cấu tạo tay máy quay Z R 600, Z R 650, Z R 0 hãng Tamrock (Phán Lan) vào năm 80 kỷ X X cho phép tay máy quay tự giữ cáu tỳ đẩy song song 4.4,3 C c biện pháp an toàn vận hành máy khoan suất máy khoan tự hành C ác biện ph áp an toán khoan lỗ khoan n ổ mìn Máy khoan, thiết bị đồ gá, dụng cụ khoan lựa chọn tuỳthuộc vào tính chất cơ-lý đất đá khoan, kích thước mặt cắt ngang gương đào, độ dính đất đá, có khí gas gây cháy nổ v.v Trong trình khoan lỗ nổ mìn cần lưu ý: - Trước khoan phải tiến hành làm gương lò, sau đódi chuyên mũi khoan vào vị trí lỗ phù hợp với hộ chiếu khoan thiết kế; - Khi khoan, ty khoan phải kẹp vào đuôi cách chắn thiết bị gá kẹp đặc chủng; - Không cho người vào tay máy khoan; - Lựa chọn phương pháp khoan phù hợp với đặc tính lý đất đá phươiig pháp khoan - Không nghiêng lệch ly khoan so với đường tâm lỗ khoan; - Luôn theo dõi mối ghép thiết bị máy khoan; - Thợ máy luôn phái theo dõi trình khoan tránh không đế đường ống, dùv cáp điện Iihư bàì kỳ vậl liếp xúc với ly khoan dang quay; - Cấm khoan mà biện pháp dập bụi khoan nước; - Khi khoan thợ máy phải mặc quần áo bảo hộ đặc chúng Cấm di chuyển thiết bị khoan chưa ngắt điện N ă n g suất kỹ thuật máy khoan hầm lò tự hành Nãng suất kỹ thuật máy khoan hẩm lò tự hành xác định chiều dài khoan sâu tính m làm việc kể thời gian thực công tác phụ trợ sử lý cố vận hành máy điều kiện cụ thể Q, , , = K , k „ n í — + — + ^ + B VV ni V '^ox ^4 / đó; Q - suất kỹ thuật, m/h; K^- hộ số sẵn sàng máy; ko - hệ số xét đến hiệu mũi khoan đồng ihời; n - số lượng tay máy có cỗ máy; 109 - tốc độ khoan, m/ph; - tốc độ rút mũi khoan, m/ph (xác định khả kỹ thuật cấu tỳ đẩy); T - th i g i a n t h a y m ũ i k h o a n , ph út; B - chiều sâu khoan mũi khoan sau lần thay (hoặc lần mài đổi + mài), m: T^I - thời gian chuyển mũi khoan từ lỗ khoan sang lỗ khoan tiếp theo, phút; T ịộ - thời gian khoan lỗ khoan, phút; L - chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế Tốc độ khoan phụ thuộc chủ yếu vào độ cứng đất Độ cứng đất đá sở để xác định chọn loại đầu khoan loại (khoan quay tuý, khoan quay-đập khoan đập quay) V í dụ với đất mềm có độ cứng f nhỏ chọn đầu khoan q^uay tuý; để khoan đất có độ cứng trung bình từ f = 8-12 chọn đầu khoan quayđập với đất đá có độ cứng f lớn hcfn 12 chọn đầu khoan đập-quay Hệ số sẵn sàng máy - thay đổi tuỳ thuộc vào kết cấu máy tuổi đời máy lấy khoảng từ 0,7- 0,9 Hệ số kể đến hiệu mũi khoan đồng = ; 0,8; 0,7 số tay máy tưcmg ứng 1; 2; 110 [...]... thi t bị p h ụ trợ thi công tuyến ngầm khác Máy và thi t bị thi công loại này gồin: - Máy xử lý nền đất yếu cho tuyến ngầm trong công nghệ chống trước đào sau - Máy và thi t bị xử lý nền đất yếu dưới sáu bằng công nghệ khoan phụt vữa cao áp; - Máy và thi t bị thông gió tuyến ngầm; 22 - Máy và thi t bị định vị hướng đào; - Các máy tách đất, máy bơm bùn v.v ; - Thi t bị an toàn, chiếu sáng 2.2 THI T BỊ... công nhân xuống tuyến ngầm Ta phải phân biệt các ináy này với các máy nâng chuyển phục vụ thi công công trình ngầm như các tầng hầm nhà cao tầng, các bãi đỗ xe ngầm và tuyến ngầm bằng công nghệ đào hở 3 M áy và thi t bị thi cô n g tuyến ngầm và cô n g trình ngầm bằ ng cô n g n g h ệ đào h ở Máy và thi t bị thi công loại này gồm: - Các máy thi công tường trong đất; - Các máy bốc xúc đất trong công nghệ. .. thống và công nghệ áo mới - Cõng nghệ dùng máy đào các loại b) Công nghệ thi công đường hầm nông và trong đất mềm Cóng nghệ thi công đường hầm nông trong đất mềm gồm 6 loại công nghệ: * Công nghệ dùng máy đào các loại; * Công nghệ đào lộ thi n; * Công nghệ tường liên tục dưới đất; * Công nghệ đào dưới nắp; * Công nghệ đào ngầm nông; * Công nghệ khiên c) Công nghệ thi công đường hầm dưới đáy nước Công nghệ. .. đô thị, thuỷ điện Do vậy máy và thi t bị thi công cồng trình ngầm có rất nhiều chủng loại \à đa dạng Máy và thi t bị thi công công trình ngầm có thể là một ináy đơn lẻ một cỗ máy phục vụ cho một công đoạn trong công nghệ thi công và nhiều khi chúng được coi như inột dây chuyền (một công xưởng) thực hiện irọn vẹn toàn bộ các công đoạn của một công nghệ thi công từ đào đất tới thi CÔIIR vỏ hầm tỊinn