CHƯƠNG II: THIẾT KẾ CƠ SỞ
1. Các đặc tính của máy dùng vữa bùn (MS-S) (Bentonite Slurry Shield - BS Shield)
Khiên đào của Máy dùng vữa bùn (Hình 1.11) là một máy có thể chống gương hầm bằng cách bơm vữa betonite vào buồng đào. Vữa này có thành phần chủ yếu là bentonite hoà trong nước có chất phụ gia nếu được yêu cầu. Buồng đào là một khoảng không giữa gương hầm và một vách ngăn bằng thép (tách riêng buồng này với phần hầm phía sau), mà la nơi các vật liệu đào lên được gom lại và trộn với vữa. Một hệ thống bơm
có các chức năng bơm vữa sạch vào và đưa đất thải từ buồng đào ra ngoài thông qua đường ống đôi.
Sự cân bằng giữa dòng vào và dòng ra liên quan đến chu trình này cho phép duy trì vữa dưới áp lực trong buồng. Việc kiểm soát áp lực đỡ thu được thông qua việc kiểm soát luồng vữa vào và luồng vữa ra.
Trong trường hợp Khiên đào thuỷ lực, một vách ngăn bổ sung được lắp ở phía sau của vách ngăn chính tạo nên một buồng phụ mà có thể chia ra làm hai khu chức năng.
Khu phía trước, nơi đặt đầu cắt, chứa toàn bộ vữa. Khu phía sau chỉ chứa vữa ở phần phía dưới trong khi khí nén được đưa vào phần trên (gọi là “đệm không khí”). Khu phía sau và khu phía trước được nối với phần dưới của buồng nhưng tách ra khỏi vách ngăn của phần ở trên. Đệm không khí được sử dụng để đẩy vữa vào phần trước của buồng và duy trì nó dưới áp lực. Có thể quản lý đệm không khí thông qua một hệ thống điều tiết tự động. Nhờ đó nó có thể kiểm soát áp lực vữa.
Hình 1.11: Máy khiên đào sử dụng vữa bùn
Trong vách ngăn phía sau được đặt đầu ra và đầu vào của khí nén, được điều tiết bởi một hệ thống các van tự động, và đầu ra và đầu vào của vữa betonite mà cũng có các chức năng như là bằng tải thải các vật liệu đào ra tại đường ống ra.
Để giữ độ ổn định của bề mặt, phần lớn cũng phụ thuộc vào các đặc tính của vữa mà lần lượt phụ thuộc vào đất và phụ thuộc vào các thành phần của nó (tức là nước, betonite, các chất phụ gia như là polime) - và phụ thuộc vào cấp độ của buồng phía sau (hoặc cấp độ của đường phân chia giữa không khí và vữa). Nguyên lý của máy TBM dùng vữa bùn là áp dụng một áp suất thích hợp vào khối vữa có trong buồng do được đẩy
vào trong các lổ rỗng của đất, được gọi là “bánh”, một loại màng không ngấm nước thuận tiện cho việc phân bổ áp suất đuợc áp dụng cho gương hầm.
Vữa bùn cũng có chức năng vận chuyển đất thải ra ngoài buồng đào, tới trạm xử lý đặc biệt và tách lọc đặt ở bên ngoài hầm. Trạm xử lý và tách lọc thường được sử dụng để chuẩn bị, để chứa và để kiểm soát vữa bùn sẽ đưa vào hầm và tách lọc các thành phần rắn từ vữa lỏng khi nó chảy ra ngoài hầm mang theo đất thải.
Trạm tách lọc là một trong các thành phần quan trọng nhất của hệ thống khiên thuỷ lực/vữa bùn. Nó thường cấu thành yếu tố định khối lượng đối với tỷ lệ trung bình của công tác đào hầm. Vì lý do đó, nó có thể làm giảm sự tiến triển của TBM, thậm chí là dừng lại, nếu không được thiết kế và định lượng chính xác. Các yếu tố quan trọng đối với việc định lượng là khối lượng vật liệu lưu thông trong hệ thống giao thông (là một chức năng của đường kính và tỷ lệ tối đa của tiến trình do TBM yêu cầu) và kích cỡ hạt vật liệu sẽ được đào, đặc biệt thành phần “cực mịn”của nú (tức là kớch thước hạt < 50à).
Sau khi phõn tỏch thành phần rắn, vật liệu cũn lại, < 50 à, cú thể được tận dụng lại cùng với nước bằng cách thêm betonite sạch vào.
Hình 1.12: Sơ đồ cấu tạo tổ hợp khiên đào lò cơ giới hóa cân bằng áp lực gương đào bằng dung dịch bentonit cao áp
Hình 1.13: Sơ đồ cấu tạo bên trong tổ hợp khiên đào lò với khoang cân bằng áp lực gương đào bằng dung dịch bentonit cao áp(gối cân bằng thủy lực) của hãng
HerrenKnecht LB Đức
1- Mâm dao cắt, quay cắt đất trong dung dich bentonit, đất được cắt ra sau đó trộn với dung dịch bentonit. Khoang không gian của khiên nơi mâm dao quay được giới hạn bởi vách ngăn 3 là khoang 2 có dung dịch bentonit với áp suất cao; 4 - Ống cung cấp dung dịch bentonit; 5 - Đường dẫn khí; 6 - Tường ngăn chìm; Khoang được tạo bởi 6 và 3 gọi là khoang áp lực làm việc. 7 - Các đoạn ống vỏ Tunnel; 8 - Máy lắp ráp vỏ Tunnel.
Hình 1.14: Sơ đồ cấu tạo tổ hợp khiên đào lò với khoang cân bằng áp lực gương đào bằng dung dịch bentonit cao áp dùng để đào lò trong nền đất có địa tầng thay đổi
của hãng HerrenKnecht LB Đức
1- Vách khoang cắt; 2 - Vách ngăn chịu áp; 3 - Khoang hút; 4 - Khoang áp lực; 5 - Ống dẫn; 6 - ống dẫn bùn; 7 - ống tải vít; 8, 9 - Ống cấp bentonit; 10, 11 - Thiết bị tự động hiệu chỉnh áp lực không khí để tránh giảm áp gây sụt vách đào; 13 - Khoang bùn để hút đi.
Tổ hợp khiên đào lò cho vùng đất đào có các đặc tính cơ lý khác nhau với mục đích tránh cho gương đào bị sạt. Trong tổ hợp khiên đào đất bùn này khoang hút 3 được bơm đầy dung dịch bentonit vào lúc mà khoang áp lực 4 được bố trí phía sau vách điều khiển 1, dung dịch được ép bởi hơi đệm áp lực 12 và vách chịu áp lực 2. Áp lực không khí được kiểm soát tự động bằng các thiết bị 10 và 11 để tránh mất khí làm sạt gương đào.