- Cọc phun quay.
phần vòm nền
4.2.2. Phân loại máy TBM và nguyên lý hoạt động
4.2.2.1. Phân loại
Các máy TBM hiện tại có thể phân thành 4 loại:
TBM khơng khiên đào tồn g-ơng
TBM không khiên đào mở rộng
TBM khiên đơn TBM khiên kép
- Hai loại đầu thuộc nhóm TBM kiểu hở, sử dụng chủ yếu trong đá rắn cứng, đ-ờng hầm đào ổn định: N = 50 - 300Mpa; K = 5 - 25Mpa; RQD = 50-100%; Khoảng cách khe nứt > 0,6m.
- Hai loại sau thuộc nhóm TBM có khiên, sử dụng chủ yếu trong đá yếu, có nguy cơ tụt lở khối vào không gian khai đào:
N = 5 - 50Mpa; K= 0,5 - 5Mpa
RQD = 10-50%; Khoảng cách
khe nứt đến 0,6m Hình 3-1: Phân biệt TBM khơng khiên và TBM có
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-63
4.2.2.2. Cấu tạo chung của máy khoan hầm TBM
Các bộ phận chủ yếu của máy TBM bao gồm những phần sau đây: + Đầu cắt quay để cắt đất đá
+ Các kích thuỷ lực để duy trì áp lực đẩy cho đầu cắt + Thiết bị vận chuyển đất đá thải
+ Thiết bị lắp đặt tấm vỏ chống ở đằng sau của máy
+ Thiết bị thi công vữa để lấp đầy khoảng hở giữa các tấm vỏ chống với biên hầm do đào v-ợt quá tiết diện.
Theo trục dọc, máy TBM đ-ợc chia thành 3 phần cơ bản: đầu cắt, thân và đi. Tại phần đi có bố trí các thiết bị tay lắp để lắp đặt vỏ chống, sàn công tác cho khoan phụt vữa sau vỏ chống, các kích đẩy, hệ thống vận chuyển vật liệu và các thiết bị khác. Phần thân TBM có chứa các kích neo ngang và các vành tỳ, buồng điều khiển, hệ thống thủy lực và hệ thống điện, máy phát, hộp số và sàn công tác. Phần đầu cắt xoay của máy TBM có chứa các dụng cụ cắt và khiên bảo vệ (nếu có). Hầu hết các máy TBM hở đều có khiên bảo vệ một phần tại nóc để bảo vệ cơng nhân làm việc cho đến khi kết cấu chống đ-ợc lắp dựng.
Các dụng cụ cắt trên đầu cắt của TBM có thể là loại mũi cắt, răng cắt, l-ỡi cắt dạng khuy, l-ỡi cắt dạng đĩa. Bảng 3-1 liệt kê các đặc tính hoạt động của các loại dụng cụ cắt dùng trong TBM. Các loại mũi cắt và răng cắt thích hợp dùng trong đá mềm và đất. Đĩa cắt dạng khuy thích hợp dùng trong đá cứng trung bình. Đĩa cắt có thể sử dụng trong điều kiện khối đát đá thay đổi trong phạm vi rộng. L-ỡi cắt dạng nón và l-ới cắt nhiều đĩa hiện nay khơng cịn đ-ợc sử dụng.
Bảng 3-1: Đặc tính hoạt động của các loại dụng cụ cắt, theo Deere và Miller, 1966. Đĩa lăn (tạo
vết khía rạch) Rolling Disk Nón lăn (khơng tạo vết khía rạch) Rolling Cone Đập (tạo vết rạch) (Impact) Kéo (tạo vết rạch) (Drag) Kích th-ớc vết phá hủy trung bình 3-5 in < 0,5 in >> 0,5 in 3 – 7 in
Dụng cụ cắt Đĩa (Disk) Nón dạng khuy (Button)
Mũi đập Mũi cắt Hình dạng
dụng cụ cắt
Thẳng Khuy hoặc răng điểm, đ-ờng, khuy điểm, cạnh chữ U Vật liệu dụng cụ cắt thép Thép hoặc hợp kim vonfram Thép hoặc hợp kim vonfram Thép hoặc hợp kim vonfram hoặc kim c-ơng Tỷ lệ lực xoay/đẩy 0,1 0,25 - 1 Năng l-ợng riêng
Thấp Cao Trung bình Thay đổi
độ bền nén đơn trục
0,5 – 40 ksi 20 – 50 ksi 4 – 32 ksi 4 – 12 ksi Hệ thống thủy lực trong máy đào TBM để làm các nhiệm vụ đẩy đầu cắt, đẩy vành tỳ lên thành hầm và các chức năng ổn định TBM th-ờng đ-ợc thiết kế với áp lực 34-48MPa. Các kích thủy lực th-ờng có đ-ờng kính từ 150-350mm, các kích đầy vành tỳ có thể có đ-ờng kính lớn hơn. áp lực làm việc của kích đẩy đ-ợc điều khiển bởi ng-ời vận hành TBM để đảm bảo đạt đ-ợc tốc độ đâm xuyên của đầu cắt vào khối đá
Ph-ơng pháp thi cơng cơng trình ngầm 6-64
(tốc độ đào) thích hợp nh-ng không v-ợt quá công suất của động cơ xoay đầu cắt. Trong đá có độ bền thấp, áp lực này có thể duy trì ở mức 7Mpa t-ơng ứng với chiều sâu thâm nhập của đĩa cắt trên đầu cắt vào trong đá là 25mm. Trong đá cứng, áp lực này có thể lớn hơn 20Mpa. Với đá cứng và liền khối, th-ờng giới hạn lực đẩy tối đa truyền qua đĩa cắt. Với đá mềm, khả năng hoạt động của TBM th-ờng giới hạn bởi lực quay của tối đa.
Năng l-ợng để phá vỡ đá của dụng cụ cắt tồn tại d-ới 2 dạng đẩy và xoay. Tỷ lệ giữa lực xoay và đẩy trên dụng cụ cắt với các loại máy đào và loại dụng cụ cắt khác nhau đ-ợc thể hiện trong bảng 3-2.
Bảng 3-2: Tỷ lệ giữa lực xoay/đẩy
Máy đào Tỷ lệ lực xoay/lực đẩy Lực tác động phụ thuộc Loại dụng cụ cắt Búa thủy lực đẩy Trọng l-ợng máy và hệ
số tiếp xúc với khối đá Roadheader 1,25 Trọng l-ợng máy và hệ
số tiếp xúc với khối đá
mũi cắt TBM trong đá 0,25 Lực tỳ của vành đệm lên
thành hầm Đĩa cắt TBM trong đất đá mềm 0,50 Hệ thống vỏ chống phía sau máy mũi/đĩa cắt Để tăng lực đẩy, cần sử dụng kích đẩy có đ-ờng kính lớn và áp lực trong kích tăng lên. Để tăng lực xoay cần sử dụng động cơ có cơng suất lớn hơn.
4.2.2.3. Nguyên lý hoạt động của các loại máy TBM