- Khiên đào từng phần thích hợp với hầm có đờng kính nhỏ do khả năng giữ ổn định mặt gơng của khiên thấp;
4.2. Phạm vi sử dụng của các máy khiên đào
Việc lựa chọn máy khiên đào phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản là: - Khối đất bố trí cơng trình ngầm
- Đặc điểm của cơng trình đã thiết kế - Yêu cầu bảo vệ môi tr-ờng xung quanh Cụ thể, khi lựa chọn phải chỳ ý đến cỏc yếu tố: Loại mỏy thớch hơp với điều kiện địa chất
Loại mỏy cú thể sử dụng phương phỏp phụ trợ khi cần thiết Loại mỏy thớch hơp với chiều dài, Đường cong của tuyến đường
Cú năng lực thớch hợp với những thiết bị, điều kiện địa lý, mụi trường thi cụng
Đặc biệt cần phải thớch nghi với điều kiện địa chất của toàn tuyến hầm, điển hỡnh như một số điều kiện tiờu biểu như sau:
Đất sột yếu cú tớnh lưu động cao Lớp cỏt dễ sụp lỡ
Lớp cỏt cú nước ngầm hoặc nước chịu ỏp lực Lớp đất cú lẫn cuội tảng lớn
Lớp đất cú những vật như thõn cõy v.v…
Lớp đất phức tạp gồm cả đất mềm yếu và đất cứng
Các đặc điểm của khối đất và tác động của chúng liên quan đến công tác thi công đ-ợc thể hiện trong bảng 4-1.
Bảng 4-1. Tỏc động của cỏc tớnh chất của khối đất đến cỏc khõu kỹ thuật, cụng nghệ thi cụng Các tính chất của khối đất Các vấn đề bị tác động Các tính chất vật lý Phân bố cỡ hạt ( đá, các cục đá kẹp) Độ dẻo Hàm l-ợng n-ớc Dung trọng Chống đỡ g-ơng hầm Khả năng khai đào Vận chuyển đất đào ra
Khả năng phân tách các thành phần sau khi đào
Thành phần khoáng vật
Khoáng vật sét Các khoáng vật cứng
Cơng cụ nghiền đá, khả năng kết dính, độ hao mịn Các tính chất cơ học Độ bền cắt, nén Góc ma sát trong Lực dính kết Độ ổn định của g-ơng hầm Khả năng khai đào
Tính chất biến dạng Mô đun biến dạng Mức độ lún sụt
SM-V1: Loại này chủ yếu đ-ợc sử dụng cho loại đất cố kết, khô và ổn định. Để tránh
gây sụt lún khi thi công gần mặt đất, chiều dày lớp phủ mỏng, khối đất cần có khả năng chịu nén khơng nhỏ hơn 1MN/m2; lực dính kết C phải lớn hơn 30 KN/m2.
SM-V2: Do toàn bộ mặt của mâm cắt tỳ vào g-ơng đào nên đ-ợc sử dụng chủ yếu
trong khối đất khơ, đặc biệt trong đất dính kết, kém ổn định hoặc đất hỗn hợp từ các loại dính kết và khơng dính kết. Trở ngại nhất là khi có đá kẹp. Đất cần có lực dính kết trong khoảng 30 và 5kN/m2. Kích th-ớc hạt bị giới hạn bởi kích th-ớc của khoảng khe hở trên mâm cắt. Để hạn chế sụt lún trên mặt đất phải điều chỉnh hợp lý áp lực tỳ theo kích th-ớc khe hở.
SM -V3: Vì sử dụng khí nén để chống đỡ g-ơng, loại máy này đ-ợc sử dụng khi gặp
n-ớc ngầm, phạm vi chính là đất có cấu tạo hỗn hợp. Điều cần chú ý là khả năng thốt khí vào mơi tr-ờng, đặc biệt khi lớp đất phủ quá mỏng.
SM -V4: Phạm vi sử dụng, máy dùng để đào trong đất dính kết ít hoặc khơng dính kết,
có hoặc khơng chứa n-ớc. Trong quá trình thi cơng g-ơng đào đ-ợc chống đỡ bằng một chất lỏng dạng huyền phù bentơnít. Loại đất điển hình là các lớp cát, cuội. Trong một số tr-ờng hợp các hạt sỏi thô sẽ hạn chế sự hình thành màng ngăn tr-ớc g-ơng hầm.
Độ sệt của chất lỏng đ-ợc điều chỉnh tuỳ theo độ thẩm thấu của khối đất. Các tảng cuội, đá lớn không thể bơm ra đ-ợc sẽ đ-ợc nghiền đập nhỏ bằng máy đập bố trí tr-ớc máy bơm. Thành phần hạt mịn với kích th-ớc < 0,02mm chỉ đ-ợc phép ở phạm vi 10%. Nếu tỷ phần này lớn thì sẽ gây khó khăn khi tách rời n-ớc và chất rắn. Khiên chất lỏng có áp phù hợp để sử dụng trong khối đất rời đào qua khu vực có n-ớc ngầm
vì khi đó có thể dễ dàng phân tách đất thải ra khỏi hỗn hợp dung dịch bentônit tại trạm phân tách. Khiên phù hợp khi sử dụng trong đất có hệ số thấm lớn hơn 1.10-5m/s và có thể tới 10-2m/s. Tuy nhiên, nếu áp lực n-ớc ngầm quá lớn phải sử dụng dung dịch bentơnít đặc biệt có hiệu ứng tạo lớp màng chống thấm trên mặt g-ơng. Tuy nhiên lớp màng này cũng chỉ phát huy tác dụng nếu áp lực n-ớc ngầm nhỏ, vì vậy khiên chất lỏng có áp chỉ hiệu quả nếu áp lực n-ớc ngầm tác dụng trên mặt g-ơng nhỏ hơn vài chục MPa (a few of dozen MPa).
SM -V5: Loại máy dùng áp lực đất để chống đỡ g-ơng đào này đ-ợc sử dụng thích hợp
nhất trong các khối đất có thành phần dính kết. Các loại hạt với kích th-ớc <0,06mm cần đạt ít nhất là 30%. Để có thể tạo ra áp lực đất theo yêu cầu cần phải có n-ớc ngầm hoặc bơm thêm vào. Độ sệt cần thiết có thể tạo ra nhờ bơm thêm sét bêtơnít hoặc nhựa polyme.
Cũng nhờ đó tránh đ-ợc hiện t-ợng kẹt, tắc. Khiên cân bằng áp lực đất phù hợp để thi cơng qua khối đất dính vì khi đó cho phép tạo ra hiệu ứng nút chặn tại cửa ra của trục vít xoắn nhằm duy trì áp suất trong buồng cơng tác chống lại áp lực n-ớc ngầm tr-ớc g-ơng. Khiên sử dụng hiệu quả khi hệ số thấm của đất nhỏ hơn 1.10-5m/s (theo tài liệu của AFTES là 10-3 đến 10-4 m/s).
Để mở rộng phạm vi sử dụng của khiên cân bằng áp lực đất trong khối đất rời, trong thực tế sử dụng 2 giải pháp: thứ nhất dùng dung dịch bentơnít đ-a vào hịa trộn thêm với khối đất thải để tăng tính linh động dễ vận chuyển của đất, ngồi ra dung dịch này cịn chèn vào khoảng trống giữa các hạt đất làm tăng khả năng truyền lực trong khối đất từ phía t-ờng ngăn lên mặt g-ơng và tạo ra hiệu ứng nút chặn tại đầu ra của trục xoắn ruột gà; thứ 2 dùng dung dịch tạo bọt phun (Foam) vào khối đất ở cả tr-ớc g-ơng đào và trong buồng công tác để tạo các màng bọt bao quanh các hạt đất rời làm tăng tính dính kết của mơi tr-ờng khối đất. Bọt là hệ thống 2 thành phần gồm khí và chất lỏng có đặc tr-ng vật lý là tính giãn nở.
SM-T1: Loại này đ-ợc sử dụng khi g-ơng hầm ổn định, giống nh- máy SM -V1. SM-T2: Loại này đ-ợc sử dụng nếu việc chống đỡ g-ơng thực hiện bằng cách tạo mặt
g-ơng nghiêng theo góc đổ tự nhiên trên từng sàn cơng tác. Riêng ở nóc có thể dùng thêm các tấm chắn đỡ. Phạm vi áp dụng chủ yếu là khi gặp cát, cuội liên kết yếu hoặc hồn tồn rời rạc với các góc ma sát trong t-ơng ứng.
SM -T3: Loại này dùng trong các tr-ờng hợp khối đất có đặc điểm nh- cho SM-T1 và
SM-T2 nh-ng có chứa n-ớc ngầm. Khí nén đ-ợc đ-a vào toàn bộ khu vực làm việc hay chỉ ở trong buồng cơng tác. So với khiên đào tồn phần chống bằng khí nén, khiên từng phần loại này thích hợp hơn trong khối đất có chứa cuội tảng. Để phá vỡ cuội tảng tr-ớc khi đ-a vào băng tải chạy trong ống kín có thể dùng gầu đào hoặc đầu đào, đ-a ng-ời vào phá vỡ bổ sung bằng búa chèn, khoan hoặc vận chuyển cả hịn đá cuội tảng ra ngồi qua buồng chuyển áp.
SM -T4: Khi gặp hỗn hợp cuội, cát d-ới n-ớc thì sử dụng loại máy này. Đặc điểm của
khối đất t-ơng tự nh- đối với tr-ờng hợp SM-V4. Các vật cản đ-ợc cắt nhỏ nhờ tay cắt. Trong bảng 4-2 thể hiện phạm vi ứng dụng của các máy khiên đào thông dụng nêu trên.
Bảng 4-2: Phạm vi sử dụng của các máy khiên đào Khối đất
Tham số địa cơ
dính kết ổn định dính kết khơng ổn định hỗn hợp (hỗn tạp) bở rời Độ bền nén N MN/m2 1,0 0,1 Lực dính kết C kN/m2 >30 30 đến 5 30 đến 5 Kích th-ớc hạt % <0,02mm <0,06mm 30 >30 30 >30 10 SM-V1 có n-ớc
khơng có n-ớc SM-V2 có n-ớc khơng có n-ớc SM-V3 có n-ớc khơng có n-ớc SM-V4 có n-ớc khơng có n-ớc SM-V5 có n-ớc khơng có n-ớc SM-T1 có n-ớc khơng có n-ớc SM-T2 có n-ớc khơng có n-ớc SM-T3 có n-ớc khơng có n-ớc SM-T4 có n-ớc khơng có n-ớc phạm vi sử dụng chính phạm vi có thể sử dụng
Các lớp đất khác nhau: từ ổn định, hỗn tạp đến không ổn định
Biến động mạnh theo diện và chiều dày, độ sâu xuất hiện
Chứa n-ớc và không chứa n-ớc
Cơng trình xây dựng dày đặc
Khơng đ-ợc hạ mực n-ớc ngầm
Hỡnh 4- 24. Khả năng liên kết của các máy khiên đào