- Cọc phun quay.
b. TBM đào mở rộng(hình 4-5)
Máy TBM đào mở rộng thích hợp đào qua khối đá có điều kiện đặc biệt, tiềm ẩn nguy cơ rủi ro cao, cần thiết phải đ-ợc thăm dò bằng các đ-ờng hầm dẫn tr-ớc đào bằng TBM pilot. Máy có thể sử dụng để thi cơng các đ-ờng hầm ngang, hầm nghiêng.
TBM mở rộng cũng thích hợp với các đ-ờng hầm có sự thay đổi đ-ờng kính đào trong khi vẫn giữ ngun đ-ờng kính TBM tiến tr-ớc.
Máy TBM khơng khiên đào mở rộng có hai bộ phận riêng biệt:
Bộ phận TBM có kích tựa đỡ, đào tiến tr-ớc cịn gọi là TBM pilot; Bộ phận TBM mở rộng
Hai bộ phận này đ-ợc điều khiển vận hành không phụ thuộc lẫn nhau về thời gian. Thông th-ờng, bằng đầu đào TBM tiến tr-ớc khoan đ-ờng hầm dẫn (pilot tunnel) có đ-ờng kính nhỏ. Sau đó sử dụng TBM mở rộng khoan mở rộng đến đ-ờng kính yêu
Bắt đầu khoan
Khoan hết chu kỳ (chiều dài hành trình pít tơng đẩy)
Thu kích tựa đỡ, giải phóng khỏi trạng thái kích căng
Điều chỉnh máy nhờ hệ thống kích thuỷlực và khung đỡ phía sau
Kích cằn tựa đỡ, tịnh tiến toàn bộ khung gá đỡ và tiếp tục khoan
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-67
cầu bằng một hoặc hai lần khoan. Đầu đào TBM mở rộng có hệ thống kích tựa đỡ bố trí phía tr-ớc h-ớng đào, tựa lên thành của đ-ờng hầm tiến tr-ớc bởi các tấm đỡ, áp lực nén ép của TBM mở rộng lên g-ơng đào đ-ợc tạo ra bằng lực kéo, chính nhờ vào các kích tựa đỡ.
Vì đ-ờng kính hầm tiến tr-ớc t-ơng đối nhỏ nên khơng thể tạo ra lực nén căng có độ lớn tuỳ ý, nên lực tỳ hay nén ép bị hạn chế. Cũng vì lý do này và từcác kinh nghiệm thực tế, tỷ lệ giữa đ-ờng kính đầu TBM tiến tr-ớc và TBM mở rộng đ-ợc chọn 1/2,5 (ví dụ: 4,5/6; 4,5/8).
Loại máy này th-ờng áp dụng để đào trong khối đá có chất l-ợng từ tốt đến trung bình với khoảng thời gian ổn định khơng chống từ trung bình đến cao. Chu trình hoạt động của máy TBM đào mở rộng đ-ợc thể hiện trên hình 3-6.
1- Khoan dẫn h-ớng; 2- Bộ phận tỳ vào đất đá biên hầm; 3- Đầu đào ; 4- Bộ phận đỡ máy phía sau; 5 - Bộ phận chuyển tải
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-68
Hình 3-6: Các giai đoạn đào hầm bằng TBM mở rộng
4.2.3. Ưu nh-ợc điểm của TBM
-u điểm:
- Hoạt động liên tục với tất cả các công việc diễn ra trong một tổ hợp thiết bị đào, tốc độ đào nhanh trong các điều kiện đất đá thuận lợi (gấp 3 đến 10 lần tốc độ đào hầm bằng ph-ơng ph-ơng pháp thơng th-ờng, có thể đạt 50-130m/ngày) rút thời gian xây dựng ngắn và có khả năng cơ giới hố tồn bộ q trình xây dựng cơng trình ngầm. Tốc độ đào của máy TBM trong điều kiện địa chất thuận lợi lớn hơn rất nhiều so với các ph-ơng pháp đào thơng th-ờng (khoan nổ mìn). Kỷ lục đến thời điểm hiện nay là 1250m/tháng tại một đ-ờng hầm thuộc Nga.
- Q trình đào khơng gây chấn động tới khối đá xung quanh cơng trình ngầm, do đó có khả năng bảo vệ mơi tr-ờng và khối đá trong q trình thi cơng.
- Biên đào nhẵn nên giảm thiểu diện tích đào thừa; giảm giá thành xây dựng vỏ chống; giảm yêu cầu về thơng gió; giảm khả năng thấm n-ớc.
- Mức độ an toàn cao hơn đào hầm thơng th-ờng, nhu cầu sử dụng nhân lực ít hơn, năng suất lao động cao hơn trong mơi tr-ờng làm việc thích hợp
- Những đ-ờng hầm có mặt cắt ngang giống nhau cho phép sản xuất các tấm chống đúc sẵn hàng loạt làm tăng khả năng công nghiệp hố tồn bộ q trình thi cơng.
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-69
- Vốn đầu t- ban đầu lớn, khó có thể khấu hao hết cho một dự án xây dựng cơng trình ngầm. Ph-ơng pháp chỉ thích hợp với đ-ờng hầm có chiều dài lớn (>2km), khi đó ph-ơng pháp sẽ cho hiệu quả kinh tế cao hơn ph-ơng pháp khoan nổ mìn (đơn giá/m hầm).
- Cơng trình ngầm th-ờng đào qua nhiều loại đất đá khác nhau, chịu ảnh h-ởng của kiến tạo địa chất và điều kiện địa chất thuỷ văn. Khi đào bằng TBM mức độ rủi ro t-ơng đối cao địi hỏi phải có các biện pháp gia cố, xử lý phụ trợ nếu gặp các điều kiện địa chất phức tạp.
- Độ bền nén của đá là một yếu tố giới hạn vì nó quyết định đến năng l-ợng cần thiết để phá vỡ đá, chi phí răng đĩa cắt, trọng l-ợng yêu cầu của máy và lực đẩy lên mặt g-ơng, v.v…
- Khó thay đổi đ-ợc hình dạng và kích th-ớc mặt cắt ngang cơng trình ngầm đối với mỗi loại TBM.
- Cơng tác lắp đặt các hệ thống chống giữ ở g-ơng đào khó khăn khi TBM hoạt động trong vùng đất đá yếu, chảy lỏng…
- TBM đòi hỏi khối l-ợng vật t-, phụ tùng thay thế đặc chủng mà ở n-ớc ta ch-a sản xuất và chế tạo đ-ợc.
4.2.4. Lựa chọn TBM
Việc lựa chọn TBM cho đá cứng phụ thuộc vào đặc tính của khối đá, các thơng số của máy và các thông số khác. Các thông số cần chú ý ở đây là:
o Các thơng số đặc tính của khối đá
Các đặc tính cơ bản của khối đá cần chú ý khi nghiên cứu lựa chọn TBM là: - Mức độ phân hoá của đá
- Khả năng khoan và chỉ số khoan DRI (Drilling Rate Index) - Chỉ số tuổi thọ công cụ cắt CLI (Cutter Life Index)
- Hàm l-ợng khống vật quartz…v.v. o Các thơng số của máy
Các thông số của máy cần chú ý khi lựa chọn TBM là: - Lực đẩy trung bình của cơng cụ cắt
- Khoảng cách cắt trung bình - Đ-ờng kính đầu cắt
- Tốc độ quay của đầu cắt - Công suất của đầu cắt…v.v.
Đối với TBM đào trong đá rắn cứng thì giá trị lực đẩy trung bình trên các công cụ cắt (kN/răng (đĩa) cắt) là rất quan trọng. Khi đ-ờng kính răng (đĩa) cắt càng lớn thì khả năng cắt vào trong khối đá càng lớn. Ví dụ trong khối đá đồng nhất rắn cứng, răng (đĩa) cắt của TBM có đ-ờng kính 483mm sẽ có khả năng cắt (m/h) cao hơn khoảng 40
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-70
Hình 3-10. Sơ đồ quy trình lựa chọn TBM
Bảng 3-2. Lựa chọn loại TBM theo các thông số địa kỹ thuật
Loại đất đá Các thông số địa kỹ thuật
Đá ổn định Đá không ổn định
Độ bền nén của đá, Mpa 300 – 50 50 – 5
Độ bền kéo của đá, Mpa 25 – 5 5 – 0,5
Giá trị RQD, % 100 – 50 50 – 10
Khoảng cách giữa các khe nứt, m > 2,0 – 0,6 0,6 – 0,06 Lực dính kết, KN TBM khơng khiên TBM có khiên Phạm vi áp dụng chính Có thể áp dụng. Không ổn định ổn định