CHƯƠNG II: THIẾT KẾ CƠ SỞ
2. Các đặc tính của máy cân bằng Áp lực đất
Khiên đào Cân bằng áp lực đất, EPB (Hình 2), được dựa trên nguyên lý áp dụng áp lực chống gương hầm bằng cách sử dụng cùng loại đất vừa được đào, gom lại và được nén lại trong buồng đào.
Bánh xe dao cắt của TBM, trang bị cùng với các dụng cụ cắt như là mâm hoặc các đỉnh, cho phép gom lại dồn đống đất đào trong buồng đào (mà rất giống với buồng khiên đào dùng vữa bùn: tức là buồng nằm giữa đầu cắt và vách ngăn).
Hình 1.15: Máy EPB
Thao tác tách đất thải sẽ thực hiện thông qua một băng tải kiểu guồng xoắn xoay.
Khối lượng được tách ra khỏi buồng đào tỷ lệ với tốc độ xoay - xoắn, trong khi khối lượng đào hiệu quả tỷ lệ với mức xyên của TBM.
Sự cân bằng động lực được dựa trên sự cân bằng của khối lượng được đào/được tách (cân bằng khối lượng) tạo ra bên trong buồng đào. Để kiểm soát áp lực chống gương hầm cần phải tác động lên tốc độ xoay - xoắn, là một hàm số của tỷ lệ xuyên của TBM nào đó.
Ngoài các tính năng cơ bản là chuyển thải đất đá đào ra và kiểm soát áp lực chống gương hầm, băng tải kiểu guồng xoắn còn cho phép phân bố áp lực trong buồng đào, từ giá trị tối đa (tại cao độ đáy của băng tải kiểu guồng xoắn, trong phạm vi buồng đào) xuống đến giá trị áp suất không khí (tại cổng xả của băng tải kiểu guồng xoắn, bên trong lòng hầm), nhờ việc tạo thành một cái gọi là “nút chặn” bằng vật liệu dọc theo suốt chiều dài guồng xoắn.
Hình 1.16: Sự biến đổi của vật liệu được đào trong một máy EPB
Để truyền các áp lực hỗ trợ mong muốn tới gương hầm theo một cách liên tục, đồng nhất và không tiêu hao điện năng lớn, đất thải khi đào ra thì sẽ được thêm vào chất lỏng xử lý đất. Sự pha trộn giữa đất và nước luôn luôn không pghải là giải pháp tối ưu và sẽ phải cần các chất cải thiện đất (như là vữa bùn, bọt, polyme, chất độn…vv) để thay đổi tích cực các đặc tính vật lý của đất. Các mục đích chính của việc ứng dụng các chất cải thiện đất là để đảm bảo sự kiểm soát của áp lực chống gương hầm, tạo điều kiện cho việc hình thành “nút chặn”, và giảm thiểu lực xoắn của đầu cắt và độ mòn của dụng cụ cắt.
Việc lựa chọn loại chất cải thiện phụ thuộc vào các đặc điểm lý hoá theo loại đất sẽ đào. Đôi khi sẽ có tác dụng hơn nếu sử dụng chất cải thiện hỗn hợp hơn là sử dụng một chất. Các chất cải thiện sẽ được trực tiếp vào phía trước, trong buồng đào, hoặc trong băng tải kiểu guồng xoắn. Trong bất kỳ trường hợp nào nó phải dễ dàng điều khiển và hoàn toàn không độc và có thể bị vi khuẩn (đã xem xét kỹ trong các bộ luật và quy định
về môi trường cho từng dự án để chắc chắn rằng việc sử dụng chất cải tạo đất được cho phép).
Hình 1.17: Sơ đồ cấu tạo tổ hợp khiên đào lò cơ giới hóa với khoang cân bằng áp lực gương đào bằng đất
1- vỏ khiên; 1’- Khoang không gian phía sau mâm dao cắt được đất lấp đầy - cân bằng áp lực; 2 - Khoang không gian phía sau vỏ tuynel sau lắp ráp phải được ép đầy vữa; 3 - Vỏ tuynel sau lắp ráp; 4 - mâm dao cắt; 5 - Kích thủy lực(lúc đầu là kích vít) ; 5’- Lổ chui vào 6; 6 - Thiết bị lắp ráp các đoạn vỏ lò; 7 - Vít tải và băng tải đất đá; 8 - vagong chở đất bánh sắt; 9 - các đoạn vỏ tuynel chưa lắp.
Khi tổ hợp làm việc đất từ gương lò sau khi được cắt sẽ rơi vào khoang kín 1/từ đây đất được đưa ra ngoài nhờ ống tải vít xoắn số 7 rồi xả vào băng tải đất sau đó tới goòng bánh sắt để đưa ra ngoài khi và chỉ khi áp lực đất trong khoang 1’ bằng với áp lực của đất trong gương đào (ỏp lực này được theo dừi bởi cỏc “đỏt chớch” đặc biệt). Như vậy ta đã đảm bảo giữ cho gương lò bằng lực chống ổn định khi đưa khiên về phía trước cũng như khi nhả các xi lanh thuỷ lực để lắp đoạn vỏ Tunnel mới tránh được hiện tượng sạt gương đào một cách mất kiểm soát.
Hình 1.18: Sơ đồ cấu tạo bên ngoài tổ hợp khiên đào lò cơ giới hóa với khoang cân bằng áp lực gương đào bằng đất hãng Robin USA
Hình 1.19: Sơ đồ cấu tạo bên trong tổ hợp khiên đào lò cơ giới hóa với khoang cân bằng áp lực gương đào bằng đất hãng Robin USA
Hình 1.20: Sơ đồ cấu tạo bên trong tổ hợp khiên đào lò cơ giới hóa với khoang cân bằng áp lực gương đào bằng đất hãng HerrenKnecht LB. Đức
1 - mâm dao; 2 - khoang chứa motor thuỷ lực đồng thời là khoang kín áp suất cao cân bằng áp lực chống sạt gương đào; 3 - vách ngăn kín không để không khí thấm qua; 4 - Xi lanh thuỷ lực đẩy khiên; 5 - Vít tải; 6 - Máy lắp ráp vỏ Tunnel ; 7 - Vỏ Tunnel (Mảnh vỏ bằng thép hoặc bêtông cốt thép).