Khiên là một loại kết cấu ống thép hoạt động dưới sự che chống áp lực địa tầng lại cĩ thể hoạt động tiến lên trong địa tầng. Đoạn đầu ống cĩ thiết bị che chống và đào đất, đoạn giữa của ống được lắp các kích đẩy cho máy tiến lên, đuơi của ống cĩ thể lắp các ống bêtơng vỏ hầm đúc sẵn hoặc các vành thép để đổ bêtơng vỏ hầm. Mỗi lần khiên tiến lên cự ly 1 vịng, thì sẽ lắp đặt (hoặc đổ tại chỗ) một vịng vỏ hầm dưới sự che chống của khiên, đồng thời người ta sẽ ép vữa xi măng cát vào khe hở đằng sau lưng các vịng bêtơng để đề phịng hầm và mặt đất lún xuống. Phản lực đẩy khiên tiến lên do vịng bêtơng vỏ hầm chịu đựng. Trước lúc thi cơng bằng khiên cần xây dựng một giếng đứng, lắp ráp khiên cũng tại giếng đứng, đất đá do khiên đào xong được đưa qua giếng đứng ra ngồi mặt đất
Hình 5.12Phương pháp thi cơng hầm bằng khiên đào
1. Khiên; 2. Kích của khiên; 3. Mạng lưới ơ vuơng trước mặt khiên;
4. Mâm quay đưa đất đá ra; 5. Băng vận tải đất đá ra; 6. Máy lắp ráp các phiến ống; 7. Phiến ống; 8. Bơm phun vữa; 9. Lỗ phun vữa; 10. Máy chở đất đá ra; 12. Phun vữa vào khe hở sau đuơi khiên; 13.Các phiến ống dự trữ phía sau; 14. Giếng đứng
Hình 5.13 Một giếng đứng để thi cơng hầm bằng khiên ở Barcelona
Trình tự thi cơng đường hầm trong đất yếu bằng khiên đào như sau:
ĐÀO HẦM VỎ HẦM LẦN 2 NẾU CÓ PHỤT VỮA SAU VỎ HẦM THI CÔNG LẮP RÁP VỎ HẦM LỚP CÁCH NƯỚC VẬN CHUYỂN ĐẤT THI CÔNG THI CÔNG GIẾNG ĐỨNG
CÔNG TÁC CHUẨN BỊ PHIẾN VỎ HẦM LẮP RÁP KHIÊN VẬN CHUYỂN KIỂM TRA HOÀN THIỆN
5.2.3.2Máy đào và phương pháp thi cơng khiên cân bằng áp lực đất (Earth Pressure Balanced Shield – EPB Shield)
Hình 5.15 Sơ đồ hệ thống thi cơng bằng khiên cân bằng áp lực đất
Hình 5.16Sơđồ cấu tạo của khiên cân bằng áp lực đất
Ø Đặc điểm :
Xe khiên đào kiểu cân bằng áp lực đất gần như thích hợp với tất cả các địa tầng mềm yếu, đồng thời bảo vệ cĩ hiệu quả sự ổn định của bề mặt đào đất, giảm được độ lún của mặt đất, trong thi cơng thì dễ dàng thao tác và cĩ tính an tồn cao.
Xe khiên ở trong tầng đất lợi dụng sự bố trí lực bĩc gọt của mâm dao để tiến hành gọt đất. Đất được bào gọt theo các rãnh của mâm dao vào thùng chứa đất. Thơng qua hệ thống xử lý bùn đất, tiến hành cải thiện đất được bào gọt chứa đầy trong khoang chứa đất, làm cho đất cĩ độ dẻo chảy tốt. Thơng qua việc khống chế tốc độ vịng quay vít vơ tận của máy vận chuyển đường ống để khống chế lượng đất chảy ra của thùng chứa đất làm cho đất đã cải thiện trong thùng giữ được áp lực nhất định, giữ được động thái cân bằng của áp lực đất ở bề mặt đào, đạt được mục đích khống chế độ lún ở mặt đất.
Ø Phạm vi thích hợp :
Xe khiên đào kiểu cân bằng áp lực đất nĩi chung khơng dùng các biện pháp kỹ thuật bổ trợ, bản thân đã cĩ thể cải tiến tính năng của đất, thơng qua việc cải tạo các loại đất, cĩ thể thích hợp với yêu cầu của nhiều loại địa tầng và nhiều loại mơi trường. Cĩ thể sử dụng trong các địa tầng đất lẫn sỏi sạn, đất cát, đất cát bột, đất sét,... với độ chặt thấp, mềm, cứng,... xen lẫn nhau.
Xe khiên đào kiểu cân bằng áp lực đất chia làm 2 loại : một là trong tầng đất sét, đất đào ra trực tiếp lấp kín khe trống ở chỗ bào cắt, dùng ống vận chuyển kiểu vít vơ tận điều chỉnh áp lực đất, làm cho áp lực đất trong thùng chứa đất và áp lực đất nước ở mặt đào cân bằng. Loại khác là trong tầng đất cát đất đào được cho thêm lượng nước thích đáng hay dung dịch bùn, chất phụ gia, ... trộn đến khi khối đất cĩ độ lưu động tốt lấp đầy thùng chứa và ống vận chuyển kiểu vít vơ tận, làm cho bề mặt cơng tác ổn định.
Ø Nguyên lý cơng tác :
Đẩy xe khiên đào kiểu cân bằng áp lực đất là sử dụng mâm dao được lắp ở đầu xe với tồn bộ mặt cắt bào gọt, tồn bộ bùn đất được bào gọt ở mặt chính chui vào
hịn kín ở phía sau mâm dao, làm cho thùng đất cĩ áp lực thích hợp cân bằng với áp lực đất nước ở bề mặt đào đất để giảm bớt xáo trộn khối đất ở địa tầng khi đẩy xe tiến lên, từ đĩ khống chế biến dạng ở mặt đất. Khi xả bùn đất do máy vận chuyển đường ống kiểu vít vơ tận lắp ở phía dưới thùng chứa đất theo cửa xả đất liên tục xả bùn đất ra ngồi.
Khiên cân bằng áp lực đất cĩ đường kính 15.0m (4000T, 160m dài, tốc độ khoan trung bình 0.665m/1 phút) là khiên cĩ đường kính lớn nhất thế giới hiện nay.