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

MỤC LỤC CHƯƠNG : TỔNG QUAN VÀ SƠ LƯỢC VỀ MÁY TBM 1.1 Vài nét xây dựng công trình ngầm Khoảng kỷ 19, ngành Đường sắt phát triển mạnh mẽ kéo theo công nghệ đào hầm đời để phục vụ thi cơng cơng trình tàu điện ngầm Đầu tiên công nghệ đào hầm nổ mìn cổ điển Nhược điểm thi cơng đào hầm nhiều thời gian, độ an tồn thấp nổ mìn gây rung chấn, thời gian thi cơng chậm, đặc biệt khó khăn thi cơng đường hầm dài Thời kỳ đó, khí, tự động hóa phát triển, cơng nghệ phát triển sở thơi thúc kỹ sư hầm tìm công nghệ nhằm phục vụ thi công đào hầm dễ dàng an toàn Năm 1846, Turin (Italia), mẫu máy TBM tiền thân xuất hiện, thử nghiệm đưa vào áp dụng thi công hầm Cỗ máy cồng kềnh, áp dụng thực tế không hiệu Gần 100 năm sau, đến năm 1930, J.S Robbins nghiên cứu cho đời mẫu máy TBM với tính tương đối giống máy TBM ngày Những năm 1950, TBM áp dụng rộng rãi đào hầm núi đá Đến nay, máy TBM ngày hoàn thiện trở thành công nghệ số thi cơng cơng trình liên quan đến đào hầm giao thông, thủy điện 1.2.Khái niệm Máy tbm TBM( tunnel boring machine) thiết bị khoan hầm thi công loại địa chất từ đá cứng đến đất yếu, đất sét, đất bồi hay đất cát mực nước ngầm, xuyên núi hay lòng biển.TBM thiết bị đào làm đường hầm phương pháp nghiền nát đá, hồn tồn khơng gây nổ, cơng nghệ Italy Đầu máy có đường kính 5,5m, nặng 450 lắp 37 mũi khoan làm hợp kim đặc biệt gọi "black diamon", đâm thủng lớp đá cực cứng Cùng với việc đào không khoan nổ vận chuyển vật liệu đá đào băng chuyền, thiết bị đồng thời lắp dựng bê tơng đúc sẵn vỏ đường hầm Nghĩa máy đến đâu đường hầm hoàn thiện đến kiện đất yếu với loại đất kết dính có độ sét hàm lượng phù sa cao khơng thấm nước việc sử dụng khiên đào giải pháp lựa chọn hợp lý Đất đượcTBM loại khiên cần áp herrenknecht sử dụng điểu đào đầu cắt khiên gia cố gương đào Chất tạo bọt bơm vào trước đầu cắt làm cho đất đào kết dính lại đảm bảo kiểm sốt xác áp lực hỗ trợ bề mặt dễ dàng đưa đất đào ngồi Những tính ưu việt khiên đào cân áp • • • • • Tính ổn định cao nhờ áp lực hỗ trợ gương đào Tốc độ vít tải tốc độ đào TBM giúp điều chỉnh điều kiện áp lực hỗ trọ Phạm vi sử dụng rộng rãi thơng qua việc xử lý đất hồn hảo Ln áp dụng kỹ thuật cơng có kích thước lớn Luôn đổi công nghệ đáp ứng nhu cầu chuyên biệt 2) Phân loại Máy thi công công trình ngầm máy xây dựng thiết bị có tính chun dụng cao phục vụ cho cơng tác xây dựng cơng trình ngầm, tuyến tunnel ngầm giao thơng đường sắt, đường bộ, tuyến đường ống ngầm hạ tầng kỹ thuật đô thị, thuỷ điện Do máy thiết bị thi cơng cơng trình ngầm có nhiều chủng loại đa dạng Người ta phân loại máy thiết bị thi cơng cơng trình ngầm theo nhóm máy chủ đạo công nghệ thi công theo công dụng chúng sau: a Tổ hợp máy phát lực: Tổ máy phát lực có nhiệm vụ cung cấp động cho cấu công tác máy thi công ngầm làm việc Tổ máy phát lực máy thi cơng cơng trình ngầm tổ hợp động điêzel - bơm dầu thuỷ lực, tổ hợp đông điện – bơm dầu thuỷ lực, tổ hợp động điêzel – máy nén khí đơng hoạt động độc lập v.v b Máy bốc xúc vận chuyển đất đá hầm lò: • Máy bốc xúc: có nhiệm vụ bốc xúc đất đá làm mặt phía trước gương đào để đổ trực tiếp gián tiếp vào máy vận chuyển đất đá Các máy có hai loại loại làm việc theo chu kỳ loại bốc xúc liên tục • Máy vận chuyển hầm lò gồm có: - Các máy vận chuyển liên tục như: băng tải, gầu tải, vít tải v.v có nhiệm vụ vận chuyển đất đá khỏi gương đào vận chuyển vật liệu xây dựng máy móc từ mặt đất tới nơi thi công Hướng vận tải phương ngang phương nghiêng - Các máy vận chuyển khơng liên tục như: ơtơ tải hầm lò, vận tải đường sắt xe goòng hầm lò Hướng vận chuyển phương ngang phương nghiêng * Máy nâng chuyển: máy có hướng vận chuyển gần vng góc với tuyến tunnel Chúng bố trí giếng đứng có nhiệm vụ đưa đất đá lên mặt đất đưa vật liệu, cấu kiện xây dựng với công nhân xuống tuyến ngầm Ta phải phân biệt máy với máy nâng chuyển phục vụ thi cơng cơng trình ngầm tầng hầm nhà cao tầng, bãi đỗ xe ngầm tuyến ngầm công nghệ đào hở c Máy thiết bị thi cơng tuyến ngầm cơng trình ngầm cơng nghệ đào hở gồm có: - Các máy thi công tường đất; - Các máy bốc xúc đất công nghệ đào hở; - Các máy nâng chuyển công nghệ đào hở - cổng trục d Máy thiết bị thi công tuyến ngầm phương pháp khoan nổ mìn: - Các dụng cụ khoan: Mũi khoan, ty khoan (cần khoan) - Các máy khoan cầm tay; - Máy khoan cột; - Cỗ máy khoan hầm lò e Máy thiết bị thi cơng tuyến ngầm phương pháp khiên tổ hợp khiên: - Khiên thủ công; - Khiên bán thủ công; - Tổ hợp khiên giới hố hồn tồn loại thường dùng cho đất mềm – “Soft Ground Non Pressurized”; - Tổ hợp khiên đào lò với khoang cân áp lực đất – “EARTH PRESSURE BALANCE”; - Tổ hợp khiên đào lò với khoang cân áp lực dung dịch betonite cao áp – “SLURRY PRESSURE BALANCE SPB”; - Tổ hợp khiên đào lò với khiên đơn khiên đơi - “SINGLE AND DOUBLE SHIELD TBMS”; - Tổ hợp máy đào tuyến ngầm dùng đá cứng – “MAIN BEAM TBM” f Máy thiết bị phục vụ cho công tác bê tông, bê tông cốt thép cơng trình ngầm gồm: - Máy thiết bị gia cố vách tunnel tạm thời công nghệ phun khô; - Máy thiết bị gia cố vách tunnel tạm thời công nghệ phun khô; - Máy trộn bê tông; - Các loại ván khuôn di động; - Máy vận chuyển bê tông; - Máy bơm bê tông; - Máy làm chặt bê tông; - Máy lắp ráp vỏ lò; - Máy ép vữa g Máy thiết bị phụ trợ thi công tuyến ngầm khác như: - Máy sử lý đất cho tuyến ngầm – máy thiết bị sử lý đất yếu công nghệ khoan vữa cao áp - Máy thiết bị thơng gió tuyến ngầm; - Máy thiết bị định vị hướng đào; - Các máy tách đất, máy bơm bùn v.v - Thiết bị an toàn, chiếu sáng Máy thiết bị thi cơng cơng trình ngầm máy đơn lẻ, cỗ máy phục vụ cho công đoạn công nghệ thi công nhiều chúng coi dây chuyền (một cơng xưởng) thực trọn vẹn tồn công đoạn công nghệ thi công từ đào đất tới thi công vỏ hầm tunnel vĩnh cửu h Cấu tạo chung máy cơng trình ngầm gồm phận sau: a Thiết bị động lực: Động đốt trong, điện, bơm dầu máy nén khí b Hệ thống truyền động: Cơ khí, thuỷ lực, điện, khí nén hỗn hợp c Cơ cấu công tác d Cơ cấu di chuyển e Hệ thống điều khiển f Các thiết bị phụ khác: thiết bị an toàn, chiếu sáng, tổ hợp khiên đào lò trang bị máy tính đại cho phép tự động hoá nhiều khâu từ đào đất, điều khiển tới thi cơng hồn chỉnh tuyến ngầm Tuỳ theo yêu cầu chức năng, số máy có đầy đủ phận có vài phận 3)phạm vi sử dụng Cơng nghệ TBM khắc phục hồn tồn tình trạng sang chấn địa chất dẫn đến cố sập hầm dễ mắc phải áp dụng phương pháp khoan nổ trước Ngồi ra, cơng nghệ bảo đảm vấn đề môi sinh, môi trường Về tàu điện ngầm cơng trình quan trọng cấu trúc giao thông thành phố lớn giới Các cơng trình tàu điện ngầm thường xây dựng thành phố đơng đúc với mục đích làm giảm số người sử dụng phương tiện cá nhân để giải tình trạng ùn tắc giao thơng, nhiễm mơi trường Khi TBM chưa đời hầm tàu điện ngầm phải thi công phương pháp đào hở (cut & cover) Cách làm ảnh hưởng lớn đến cơng trình mặt đất, chiếm dụng nhiều khơng gian phục vụ thi cơng Chính thế, cơng nghệ TBM đời đánh giá cứu cánh cho dự án tàu điện ngầm ưu điểm Đào hầm cơng nghệ TBM thi công phần lớn mặt đất nên không tốn diện tích phục vụ thi cơng khơng làm ảnh hưởng đến cơng trình xây dựng mặt đất Đặc điểm hầm tàu điện ngầm nông (chỉ khoảng -10 đến -15m so với mặt đất), đa số hầm có địa chất phức tạp, mức nước ngầm cao , nên việc thi công công nghệ TMB giải tất vấn đề tất phương pháp khác không làm Hai loại máy TBM thường dùng nhiều để thi công hầm tàu điện ngầm EPB (ứng dụng áp lực cân bằng) Slurry (dùng thủy lực) Hai loại máy TBM EPB TBM Slurry Hầu hết cơng trình tàu điện ngầm giới, có nhiều cơng trình đường hầm dài sử dụng hai loại máy để lại dấu ấn tiến độ, chất lượng Có thể kể đến cơng trình hầm đường sắt nối Pháp với Anh, dài 50,5km, khởi công năm 1988, hoàn thành năm 1994 Gần đường hầm Gotthard dài giới (57km) Thụy Sĩ khánh thành năm 2015 Đường hầm có địa chất đá phức tạp khơng gây khó cho nhà thầu họ áp dụng công nghệ TBM thi công Cơng trình đưa vào sử dụng đạt chất lượng cao, tàu qua đường hầm chạy với vận tốc 250km/h Ngồi việc cơng nghệ khơng thể thay thi cơng cơng trình tàu điện ngầm, công nghệ TBM nhiều nhà thầu lựa chọn thi cơng cơng trình ngầm có nhiều ưu việt Đầu tiên độ an toàn cao So sánh với phương pháp đào hầm khác phương pháp đào hầm an toàn Hầm đào vỏ sắt bảo vệ máy TBM Hầm đào đến đâu, vỏ bê tông vĩnh cửu lấp tới đó, khoảng khơng vỏ bê tơng lớp đất ngồi phun vữa bê tơng chất lượng cao hỗn hợp silicat đạt tiêu chuẩn nên việc sập hầm không xảy Kỹ sư, công nhân tham gia thi cơng an tồn so với phương pháp khác Một tính ưu việt khác TBM thi công không ảnh hưởng đến cơng trình xung quanh Máy TBM đào đất lắp vỏ hầm hồn tồn tự động, thi cơng tàu điện ngầm mặt đất xe cộ chạy bình thường Ngồi ra, việc thi cơng nhanh ưu điểm bật cơng nghệ TBM ngày đào lắp vỏ bê tơng trung bình từ 10-20m Đó chưa kể đến ưu điểm khác làm nhiễm mơi trường, hiệu kinh tế cao cơng trình đưa vào sử dụng nhanh CHƯƠNG : CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG 2.1:cấu tạo thiết bị TBM Phương pháp đào hầm BMT có nhiều ưu điểm so với khoan hầm thủ cơng hoạc khoan nổ mìn Nếu phương pháp khoan mìn hoạc đào thủ cơng tốc độ mở lớn gường đào 30-100m/tháng cho đường ngầm ơtơ luồng đất TBM đảm bảo tố độ mở hầm 300400m/tháng lớn Giá thành xây dựng giảm trung bình 20-30% Đặc biệt sử dụng TBM có hiệu đào đường hầm kéo dài đến 1,5 km TBM trang bị cấu đào đất, gầu băng tải để vận chuyên đất lên phương tiện vận chuyển TBM tác động mang tính lựa chọn đk sử dụng phổ biến Bộ phận làm việc chúng di chuyển cần gắn phần thân máy đào, máy kéo máy tời chuyên dùng Máy có hoạc hai đầu cắt-cần lái cho phép tạo nên hầm đào dạng : vòm, chữ nhật, tròn, elip vv… Nhược điểm TBM sử dụng chúng điều kiện đất thay đổi phạm vi rộng Tiếp tục hoán thiện TBM xem xét tạo cấu tác động phạm vi sử dụng rộng với phận làm việc roto hoạc nhiều cần trang bị cấu treo để lắp đặt hệ thống chống tạm thời phương tiện thơng gió hút bụi Công nghệ đào hầm- đất mềm, hầm ngầm đào đoạn toàn tiết diện kết hợp với hệ thống chống đỡ tạm thời phương pháp nyasf nên sử dụng cho đoạn hầm ngắn từ 200-300m Các khu vực có đất đá đủ cứng dùng thiết bị sau: - Đất có hệ số kiên cố f=4-6 phổ biến sử dụng phương phát đặt bậc dưới, phần bậc mở toàn chiều dài hầm đào vượt trước so với phần với l= 30-50m 10 Hình 3.10: đinh vít hình cung Những đinh vít hình cung để gắn kết hai vỏ với chuẩn bị sẵn trước lắp Mỗi bê tơng nặng hàng đúc sẵn lỗ vít gắn móc cẩu 34 Hệ thống cần cẩu điều khiển tay đưa vỏ vào vị trí chuẩn bị lắp 35 Hình 3.11: Các kỹ sư, cơng nhân vận hành máy đào Các kỹ sư, công nhân vận hành máy đào hầm đến từ Công ty FECON cho biết hoạt động thi công robot thao tác phải thận trọng để đảm bảo an tồn, vận hành trơn tru 36 Hình 3.12: vỏ hầm Sau đào khoảng hở 1,2 m, vỏ hầm máy cẩu ngang bên đưa vào vị trí kích thủy lực đặt sẵn để lắp ráp tiếp tục khoan 37 Hình 3.13: bê tơng vòng hầm Sau lắp khớp vào nhau, bê tơng vòng hầm vòng lắp trước nối với đinh vít hình vòng cung 38 Hình 3.14: vách hầm Nhìn tổng thể vách hầm bê tông so le với có nhiều đinh vít liên kết chúng lại cách chắn Bên máy vừa đào vừa lấp vữa nên nước không thấm vào bên vỏ 39 Hình 3.15 : hầm trung tâm điều khiển Trong trình đào đất, lắp vỏ hầm trung tâm điều khiển hiển thị thông số kỹ thuật để kỹ sư theo dõi 40 Hình 3.16: Tổ hợp chiều dài máy đào Tổ hợp máy đào dài 70 m có hệ thống máy móc đại, không gian bên hầm rộng với đường kính ngồi vỏ hầm 6,65 m, đường kính 6,05 m nên thiết bị thiết kế gọn gàng 41 Hình 3.17: Hệ thống vòi đưa bùn đất ngồi Hệ thống vòi đưa bùn đất ngồi dài theo chiều dài tuyến hầm lắp thêm bơm chuyển tiếp đoạn Theo đại diện nhà thầu, q trình đào ln đảm bảo kín tuyệt đối, khơng có nước tràn từ bên ngồi vào Dọc theo tuyến đường hầm nhà thầu đặt hàng nghìn điểm quan trắc “Hiện thông số đo đạc khả quan, độ lún mặt đường mm, tòa nhà xung quanh khơng có ảnh hưởng Hy vọng đường hầm thứ có kết khả quan vậy”, đại diện nhà thầu cho biết thêm 42 Hình 3.18: đất chuyển băng tải guồng nghiền xay đất thành bùn Trong trình đào, đất chuyển băng tải guồng nghiền xay đất thành bùn lỏng Tiếp theo qua hệ thống lọc tách lấy nước để dùng lại cho mục đích thi cơng đất cát chuyển khỏi cơng trường dùng xây dựng ca 43 Hình 3.19: Đường ống thơng gió Đường ống thơng gió lớn đưa khí từ bên ngồi vào tạo khơng gian ln thơng thống Đường hầm thứ có độ sâu từ 10-27 m xuống tầng thứ ga Nhà hát thành phố (ga Nhà hát thành phố xây dựng tầng lòng đất), đường hầm thứ hai thi cơng sau đào cạn kết nối vào tầng thứ hai ga 44 Hình 3.20 Hệ thống camera quan sát Hệ thống camera quan sát lắp nhiều vị trí đường hầm để theo dõi q trình thi cơng, nhanh chóng phát xử lý cố xảy 45 Hình 3.20: Theo đơn vị thi công FECON, máy đào tới đường Đồng Khởi, tiệm cận với Nhà hát thành phố Đến cuối tháng 10 việc đào đường hầm hồn tất, sau máy tháo ra, đem ngược trở lại ga Ba Son lắp ráp chuẩn bị cho việc đào đường hầm thứ Việc tháo lắp máy đào diễn vòng tháng 46 Đại diện nhà thầu Nhật Bản hy vọng sau Tết Nguyên đán khởi động đào đường hầm Công việc khẩn trương đơn vị thận trọng để vừa đảm bảo an toàn vừa tiến độ đề Dự trù cuối tháng đầu tháng 7/2018 đường hầm thứ hoàn tất, tổng thời gian thi công hai đường hầm khoảng năm, kể thời gian tháo lắp thiết bị 47 Tuyến hầm metro từ Nhà hát Thành phố đến ga Ba Son 48 ... phương pháp khoan nổ mìn: - Các dụng cụ khoan: Mũi khoan, ty khoan (cần khoan) - Các máy khoan cầm tay; - Máy khoan cột; - Cỗ máy khoan hầm lò e Máy thiết bị thi công tuyến ngầm phương pháp khiên... sử dụng nhanh CHƯƠNG : CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG 2.1 :cấu tạo thiết bị TBM Phương pháp đào hầm BMT có nhiều ưu điểm so với khoan hầm thủ công hoạc khoan nổ mìn Nếu phương pháp khoan mìn hoạc đào thủ... chúng sau: a Tổ hợp máy phát lực: Tổ máy phát lực có nhiệm vụ cung cấp động cho cấu công tác máy thi công ngầm làm việc Tổ máy phát lực máy thi cơng cơng trình ngầm tổ hợp động điêzel - bơm dầu