42 3.4.2.2 Tính tốn áp lực ngang
5.2.4.2Phương pháp khiên nhiều trục lệch tâm DPLEX (Developing Parallel Link
Link EXcavating shield Method)
Dùng nhiều trục chính, trên đĩ cố định vuơng gĩc với trục chính là một nhĩm trục biên cong, trên biên cong cĩ lắp giá dao : quay trục chính thì giá dao trên cùng mặt phẳng cũng quay theo một cung trịn, mặt đào cĩ hình dạng mặt cắt gần giống hình dạng giá dao.
Do đĩ cĩ thể căn cứ yêu cầu hình dạng mặt cắt đường hầm mà thiết kế giá dao là hình chữ nhật, hình trịn, hình vành trịn, hình bầu dục hoặc hình mĩng ngựa.
Đặc điểm :
Cĩ thể căn cứ nhu cầu lựa chọn hình dạng giá dao để đào đường hầm cĩ mặt cắt hình dạng bất kỳ. Vì dùng nhiều trục chuyển động đồng thời kéo theo giá dao nên bộ phận đào của khiên cĩ đặc điểm nhỏ gọn, dễ tháo lắp, dễ vận chuyển thích hợp với việc đào đường hầm mặt cắt lớn.
Bộ phận động lực của giá dao nhỏ, khi đào đất khơng gian thao tác bên trong khiên tương đối lớn, cĩ thể căn cứ nhu cầu lắp thêm thiết bị cải tạo đất cần đào ở bất kỳ mặt cắt nào của đường hầm, thích hợp với nơi bán kính đường cong nhỏ, khe hở đường hầm nhỏ, điều kiện thi cơng kém.
Dùng lưỡi dao chéo hình chữ thập, lưỡi dao này cĩ cạnh gĩc trước sau như nhau, cho nên cĩ thể đào theo tất cả phương vị.
Hình 5.24 Khiên DPLEX hình chữ nhật 3.98x4.38m
Trên mặt ngồi của mâm dao chính của một khiên bình thường mặt cắt hình trịn cĩ lắp một số mâm dao qui mơ nhỏ gọi là mâm dao vệ tinh. Mâm dao chủ quay, mâm dao vệ tinh vừa tự quay vừa quay theo mâm dao chủ, quỹ đạo của mâm dao vệ tinh được quyết định bởi gĩc lắp cánh tay mâm dao.
Thơng qua việc điều chỉnh tay biên dẻ quạt của mâm dao vệ tinh ta cĩ thể đào được đường hầm cĩ tiết diện khác hình trịn như là hình chữ nhật, hình bầu dục, hình mĩng ngựa, hình quả trứng, ... Loại khiên này phù hợp với điều kiện khơng gian dưới đất bị hạn chế.
Hình 5.26 Cấu tạo chung khiên mặt cắt tự do
Cĩ thể căn cứ mục đích sử dụng khác nhau mà lựa chọn phù hợp tiết diện khác nhau, ví dụ : mương rãnh chung cho đường ống dẫn dây điện, ... chọn mặt cắt chữ nhật, đường ơtơ, đường sắt thì mặt cắt đường hầm chọn hình mĩng ngựa, ...
Hình 5.28 Khiên mặt cắt tự do
Khiên hình cầu là lợi dụng đặc điểm cĩ thể quay tự do của bản thân khối cầu, đem khối cầu đặt vào bên trong của khiên chính đi trước, bên trong khối cầu lại thiết kế một khiên tiếp sau. Khiên đi trước hồn thành phần đào trước xong, lợi dụng khối cầu quay, thay đổi hướng tiến và tiến hành đào tiếp đường hầm. Sau khi thay đổi hướng, việc duy tu và thay mới lưỡi dao máy đào rất dễ dàng.
Khiên hình cầu đào liên tục kiểu dọc – ngang :
Khiên hình cầu đào liên tục kiểu dọc ngang là một loại máy đào của loại khiên đặc biệt vừa đào giếng cơng tác theo hướng thẳng đứng và đào đường hầm theo hướng nằm ngang. Trong khiên chính theo hướng dọc, lắp đặt trước một quả cầu cĩ thể quay được rồi trong quả cầu lại lắp một khiên cĩ chiều dài tương đối nhỏ để chuyên đào đường hầm theo hướng ngang. Trong khiên hướng dọc cĩ động cơ làm cho khối cầu tự quay được, mâm dao chính của khiên hướng ngang kiêm luơn việc đào giếng cơng tác theo hướng dọc. Cĩ nghĩa là chỉ cần lắp một lưỡi dao dạng vành khăn bên mặt ngồi của mâm dao chính là cĩ thể dùng cùng một bộ thiết bị đào theo 2 tính năng và khoảng khơng dưới đất với kích thước khác nhau. Khiên hình cầu dọc ngang cĩ chung nguồn động cơ, dùng kích thủy lực cĩ thể làm cho thanh kéo thị ra thụt vào được. Sau khi kết thúc việc đào giếng cơng tác theo hướng dọc, vành dao phía ngồi rời khỏi mâm dao chính và nằm lại trong đất.
Đặc điểm :
Vì đường hầm đào bằng khiên nĩi trên là đào liên tục, do đĩ khơng cần phải xem xét các vấn đề về gia cố đất tại cửa ra vào hoặc vấn đề thấm nước, nâng cao được tốc độ và tính an tồn trong thi cơng, cĩ tác dụng tích cực rút ngắn thời gian thi cơng. Thi cơng giếng cơng tác theo hướng dọc ảnh hưởng đến mơi trường xung quanh, ảnh hưởng đến độ lún của nền mĩng so với các phương pháp khác nhỏ hơn.
Duy tu thay thế lưỡi dao trong quá trình đào đường hầm rất tiện lợi, đặc biệt thích hợp với việc đào đường hầm dài.
Khiên hình cầu đào liên tục kiểu ngang – ngang :
Nguyên lý đào của khiên loại này cơ bản cũng giống nguyên lý của khiên hình cầu đào liên tục kiểu dọc - ngang. Khiên chính đi trước và khiên thứ hai tiếp theo chỉ cĩ thể tiến hành đào vuơng gĩc trên cùng một mặt bằng. Ở các ngã tư giao thơng chật chội và dưới độ sâu nhất định cĩ các đường ống ngầm chạy qua, khơng thể đào giếng cơng tác theo hướng dọc được, cĩ thể sử dụng phương pháp thi cơng này.
Khiên đào kiểu ngang- ngang cĩ đường kính 3.93m, loại cân bằng dung dịch bùn.
Cơng trình : đường cống thốt nước Shimoji ở Nhật.
Khiên hình cầu đào cự ly dài
Mâm dao đặt trong hình cầu và động cơ của nĩ sau khi cùng hình cầu trong máy đào của khiên cùng quay, sẽ tiến hành cơng việc thay thế và sửa chữa lưỡi dao. Cơng việc phức tạp này khơng bị thời gian và địa điểm hạn chế mà sẽ được tiến hành trong đường hầm đã được đào xong, dưới áp suất khơng khí bình thường.
5.2.4.5Phương pháp khiên MSD (Mechanical Shield Docking)
Phương pháp khiên MSD là một phương pháp thi cơng khiên kết hợp ở dưới đất bằng đầu nối cơ khí. Chế tạo một đơi khiên, một là khiên phát xạ, cịn một là khiên tiếp thu. Hai khiên lần lượt từ 2 bên tự tiến đến vị trí dự định rồi ngừng đào. Các khiên đều mang mâm dao đào kéo tới bên ngồi vách khiên, khiên phát xạ đem ống vách bằng thép trong khiên đẩy ra để cắm vào khiên tiếp thu làm cho hai khiên ở dưới đất nối lại với nhau. Sau khi đấu nối dùng thép bản hàn mặt trong của ống vách thép liên kết 2 khiên thành khối. Sau khi tháo dỡ vỏ thép của khiên sẽ tiến hành bơm vữa bêtơng áo hầm.
Khơng bị hạn chế bởi giao thơng trên mặt đất và điều kiện thi cơng dưới đáy biển, cĩ thể tùy ý chọn điểm đấu nối dưới đất.
Ống vách thép hình trịn của khiên phát xạ, sau khi cắm vào khiên tiếp thu, áp lực của đất và nước ở bên ngồi đều do ống vách thép chịu, các đầu mối tháo, lắp khiên đều được cách ly với đất bên ngồi, thi cơng, tác nghiệp thực sự an tồn, độ tin cậy cao.
Hầu như khơng phát sinh hiện tượng nền mĩng bị lún xuống hoặc phồng lên, ảnh hưởng tới sinh hoạt hàng ngày của cư dân và giao thơng khơng đáng kể.
Khơng cần đào giếng cơng tác, cơng nghệ đơn giản, thời gian thi cơng ngắn, chi phí thấp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khiên phát xạ Khiên tiếp thu Hình 5.34 Khiên MSD cĩ đường kính 4.1m, tổng chiều dài 1515m (707m + 808m),
loại khiên dung dịch bùn.
5.2.4.6Phương pháp khiên MMST (Multi Micro Shield Tunnel)
Là do nhiều khiên đơn đào thành các đơn nguyên cơ bản của tường ngồi. Các khiên đơn này được nối với nhau bằng bêtơng cốt thép. Trong khiên đơn (tấm ống vỏ thép) đổ bêtơng cốt thép thành tường vây quanh đường hầm. Sau đĩ tiến hành đào bên trong tường vây, cuối cùng hình thành đường hầm cĩ tiết diện lớn.
Đặc điểm :
So với đào trần : phương pháp này khơng cần cấu trúc hố mĩng, khơng cần chiếm khơng gian trên mặt đất, ít ảnh hưởng đến giao thơng trên mặt đất và mơi trường xung quanh.
So với khiên mặt cắt một hình trịn, hình thức mặt cắt hợp lý, kinh tế, cĩ thể thu hẹp phạm vi thi cơng. Do dùng cách đào nhiều mặt cắt nhỏ, nên giảm chiều sâu đất phủ và qui mơ giếng cơng tác.
Phần ngăn cách giữa các khiên đơn cĩ thể dùng mối nối nối lại, do đĩ cĩ thể thay đổi kích thước mặt cắt đường hầm thơng qua việc điều chỉnh khoảng cách mối nối, thích hợp với trường hợp đường hầm cĩ nhiều nhánh cĩ mặt cắt khác nhau.
Việc đào tường đường hầm do các khiên đơn đào nên khối lượng đất đào và đất thải ra khá ít. Phần đào đất bên trong đường hầm cĩ thể dùng bằng tay. Mặt cắt ngang đường đào cĩ thể là hình chữ nhật, khoảng cách giữa chúng nhỏ nên khi thi cơng yêu cầu độ chính xác cao.
Hình 5.35 Khiên MMST
5.2.4.7Phương pháp khiên bọt khí
Khiên bọt khí là một phương pháp thi cơng vừa đẩy khiên tiến vừa tiến hành bơm vào mặt đào hoặc vào khoang cân bằng áp lực đất một loại vật liệu bọt khí được pha chế sẵn. Nĩ cĩ tác dụng làm tăng tính lưu động của đất, ngăn nước tốt và chống đất dính vào khoang chứa của khiên vì nĩ cĩ độ trơn nhất định. Do đĩ,
giảm độ lún mặt đất, đặc biệt thích hợp với việc đào vào địa tầng cát rời và cát cuội. Bọt khí sau khi đi theo đất đào ra ngồi, rất dễ bị bốc hơi, khơng cần phải xử lý đặc biệt, đất vẫn cĩ thể phục hồi đặc tính nguyên dạng.
Hình 5.36 Khiên bọt khí
Đặc điểm :
Tính lưu động cao: bọt khí cĩ độ trơn, cĩ tác dụng tăng tính lưu động của đất đào, cĩ thể phịng tránh hiệu quả trường hợp đất sét cứng dính chặt vào bản mặt khiên hoặc khoang chứa.
Áp lực đất tại mặt đào biến động ít : vì bọt khí cĩ tính nén ép, cĩ thể giảm thiểu phạm vi biến động của áp lực đất tại mặt đào.
Cĩ tính năng ngăn nước tương đối tốt. Bọt khí sau khi bơm vào, bọt khí nhỏ li ti thế chỗ của nước ở khe hở giữa các hạt đất, cải thiện tính ngăn nước của đất đào.
Xử lý và vận chuyển đất dư dễ dàng : bọt khí trong đất thải ra, dễ dàng bốc hơi, khơng cần xử lý đặc biệt, đất cĩ thể trở lại nguyên dạng, tiện lợi cho vận chuyển.
Bên trong đường hầm gọn sạch : vì khơng dùng đất sét hoặc bentơnít nên mơi trường làm việc trong đường hầm được cải thiện.
Hình 5.37 Cấu tạo khiên bọt khí
5.2.4.8Phương pháp khiên CPS (Chemical Plug Shield)
Người ta đưa vào khoang chứa đất một số thuốc hĩa học, làm cho đất đào cĩ khả năng ngăn nước, giữ ổn định cho mặt đào. Phương pháp cân bằng áp lực đất này thích hợp với trường hợp chiều sâu đào lớn, áp lực nước cao : cụ thể là đưa một chất hĩa học chính cùng với 1 số phụ gia vào trong khoang chứa rồi trộn với đất đào ra, sau đĩ đem thuốc phụ trợ bơm vào máy thải đất. Dùng loại đất cĩ tính ngăn nước này để đào tầng cát sỏi cĩ áp lực nước lớn, sẽ cĩ tác dụng chống áp lực nước cao, để phịng nước ngầm và đất cát phun lên, giữ cho mặt đào ổn định.
Đặc điểm :
Cĩ thể đào tầng cát sỏi áp lực nước lớn, chiều sâu đào lớn một cách an tồn, đảm bảo mặt đào khơng bị lở, khơng cĩ cát chảy.
việc vận chuyển.
Ít ảnh hưởng đến mơi trường, chất hĩa học và chất phụ gia vơ hại đối với người và động vật, biến đất đào thành đất trung tính.
Hình 5.38 Sơ đồ cấu tạo khiên CPS
5.2.4.9Phương pháp khiên DOT (Double O Tube)
Khiên DOT là loại khiên áp lực đất cĩ lắp trên cùng mặt đào hai đơi lưỡi dao hình nan hoa. Hai đơi lưỡi dao cạnh nhau này ngàm vào nhau như bánh răng cưa, hướng quay ngược nhau và cho phép khống chế đồng bộ để đề phịng hai lưỡi dao trong quá trình quay cĩ thể tiếp xúc va chạm, cĩ tính kinh tế, hợp lý khi đồng thời đào 2 đường hầm, cĩ thể dùng trong trường hợp đất phủ nơng và đào các loại đất. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đặc điểm :
Cĩ thể tùy ý bố trí tiết diện hai hình trịn như hướng đứng, ngang hay xiên, ít chịu ảnh hưởng của các vật kiến trúc xung quanh, đường ống ngầm và các chướng ngại vật khác, cĩ lợi cho việc qui hoạch tuyến đường hầm.
Dễ khống chế tư thế của khiên, vì lưỡi dao được thiết kế trên cùng một mặt phẳng, làm cho việc cân bằng khiên khi đào tốt hơn.
Giá thành tổng thể thấp, cĩ thể lựa chọn dạng mặt cắt hợp lý, chiều rộng đường hầm và chiều sâu thi cơng cĩ thể giảm mức độ nhất định, làm hạ giá thành tổng thể.
Hình 5.39 Khiên DOT
5.2.4.10 Phương pháp khiên H & V :
Căn cứ nhu cầu, cĩ thể tổ hợp các mặt cắt hình trịn lại để đào nhiều đường hầm cĩ hình dạng mặt cắt khác nhau. Cĩ thể căn cứ điều kiện thi cơng và cơng dụng mà thay đổi hình dạng mặt cắt và hướng đi ngầm dưới đất, cĩ thể tách ra làm 2 khiên làm việc độc lập.
Nguyên lý của hướng tiến xoắn ốc :
Giữa 2 mặt cắt của 2 khiên liền kề, cĩ lắp thiết bị đổi hướng qua liên kết chốt, làm cho thân khiên mỗi cái cĩ thể quay theo hướng ngược nhau, khiên tiến theo hình xoắn ốc. Khi khiên đổi hướng thì lưỡi dao đĩn mặt ngồi sẽ thực hiện đào cục bộ, giúp khiên thực hiện việc quá độ đi vào hình xoắn ốc.
Nguyên lý đào các hầm nhánh :
Các khiên trong H&V cĩ lắp động cơ và thiết bị đẩy đất độc lập. Phần trước của 2 khiên liền kề dùng bulơng neo liên kết, phần sau dùng bulơng thường liên kết, cả 2 phần đều cĩ thể tháo ra ở bên trong khiên. Giữa hai máy đào của khiên sau khi tháo chốt ra rồi nhờ kích bên sườn đẩy khiên cần tách rời ra, sau đĩ mỗi khiên cĩ thể tự tiến theo các hướng riêng.
Mặt cắt thay đổi từ phương
đứng sang phương ngang Cĩ thể xây dựng thành 2đường hầm riêng biệt
Đặc điểm :
Thiết bị đổi hướng liên kết chốt được chế tạo đặc biệt đã giúp cho việc khống chế tư thế cũng như phương hướng của khiên tương đối dễ dàng. Thiết bị khởi động và thiết bị đào được bố trí độc lập nhau, cĩ thể tiến hành quản lý cụ thể đối với loại đất khác nhau và sự ổn định của vách đào mà lựa chọn dùng loại khiên kiểu nước bùn hay khiên áp lực đất.
Từ hướng dọc đến ngang hay ngược lại của đường hầm cĩ thể tự do quá độ và chuyển đổi, khơng cần giếng cơng tác, cĩ lợi cho việc rút ngắn thời gian thi cơng và hạ giá thành cơng trình.
Đường kính khiên trên : 3.29m Đường kính khiên dưới : 2.89m Loại khiên dung dịch vữa. Chiều dài thi cơng : 154m
Đường kính khiên chính (khiên trái và phải) : 6.56m
Đường kính khiên phụ (khiên trên và dưới) : 1.72m
Kích thước cả hệ khiên : rộng 13.18m và cao 7.06m
Loại khiên dung dịch vữa.
Chiều dài thi cơng : 236m
Hình 5.41 Khiên H&V
Tại mặt cắt bất kỳ của đường hầm tiến hành mở rộng cục bộ.
Thi cơng bình thường : trước tiên, thi cơng đoạn đường hầm bình thường, mặt cắt khơng đổi tại chỗ mở rộng cục bộ, lắp đặt mảng ống đặc biệt, giữa mảng ống đoạn bình thường và đoạn đặc biệt, lắp đặt vành dẫn hướng.
Thi cơng trụ đỡ phản lực xung quanh khiên : tháo dỡ các tấm vỏ hình quạt đúc