Giải phẫu và kỹ thuật của máy khoan hầm
A Máy khoan hầm (TBM), thường được gọi là "nốt ruồi cơ học", là một thiết bị nặng phức tạp được thiết kế để đào các đường hầm có mặt cắt ngang hình tròn xuyên qua các tầng đất và đá khác nhau. Không giống như các phương pháp khoan nổ truyền thống, máy TBM có ưu điểm là hạn chế sự xáo trộn đến mặt đất xung quanh và tạo ra một bức tường hầm nhẵn. Máy bao gồm một đầu cắt quay để phá vỡ bề mặt của đá hoặc đất, một hệ thống lực đẩy để đẩy máy về phía trước và một bánh răng kéo giúp loại bỏ bùn đất và lắp đặt các lớp lót đường hầm cố định.
Các thành phần cốt lõi của một TBM
- Đầu cắt: Đĩa quay mặt trước được trang bị máy cắt cacbua vonfram hoặc máy cắt đĩa được thiết kế để mài xuyên qua các thành tạo địa chất.
- Lá chắn: Một trụ thép bảo vệ ngăn không cho đất xung quanh sập xuống máy trong khi đang lắp đặt lớp lót đường hầm.
- Xi lanh lực đẩy: Kích thủy lực ép vào các đoạn bê tông đã lắp đặt trước đó để đẩy máy về phía trước.
- Hệ thống băng tải: Một băng tải hoặc băng tải trục vít vận chuyển vật liệu đào (muck) từ phía trước máy ra phía sau để xử lý.
Các loại TBM chuyên dụng cho các điều kiện địa chất đa dạng
Việc lựa chọn máy đào hầm phù hợp phụ thuộc nhiều vào điều kiện mặt đất như đá cứng, đất sét mềm hay cát chứa nước. Các kỹ sư phải tiến hành khảo sát địa chất rộng rãi trước khi vận hành một máy TBM được chế tạo theo yêu cầu riêng. Ví dụ, máy Cân bằng áp suất đất (EPB) lý tưởng cho nền đất mềm, kết dính, trong khi TBM Lá chắn bùn phù hợp hơn với nền đất không ổn định với áp suất thủy tĩnh cao.
| Loại TBM | Tình trạng mặt đất | Cơ chế chính |
| TBM đá cứng | Đá granite/bazan rắn | Máy cắt đĩa để đục đá |
| Cân bằng áp suất trái đất (EPB) | Bùn, đất sét, cát | Dùng đất đào để cân bằng áp lực |
| Slurry Shield | Áp lực nước cao/Đất xốp | Huyền phù bùn bentonite có áp suất |
Chu trình hoạt động của việc khai quật dưới lòng đất
Hoạt động của máy TBM là một chu trình đào và lót liên tục. Khi đầu cắt quay và máy tiến lên, các đoạn bê tông đúc sẵn được nâng vào vị trí bằng cánh tay dựng chân không ở phía sau tấm chắn. Các đoạn này được bắt vít với nhau để tạo thành một vòng hoàn chỉnh, trở thành cấu trúc cố định của đường hầm. Sau khi hoàn thành một vòng, các trụ đẩy sẽ đẩy vòng mới để bắt đầu hành trình đào tiếp theo. Quá trình này cho phép đào hầm tốc độ cao, thường đạt 10 đến 15 mét mỗi ngày tùy thuộc vào đường kính và môi trường.
Hướng dẫn và điều hướng chính xác
Máy đào hầm hiện đại sử dụng hệ thống dẫn đường bằng laser và GPS tinh vi để duy trì quỹ đạo chính xác. Người vận hành giám sát vị trí của máy từ cabin điều khiển đặt bên trong TBM, đảm bảo rằng độ lệch so với căn chỉnh theo kế hoạch được giữ trong phạm vi milimét. Độ chính xác này rất quan trọng trong môi trường đô thị nơi máy phải di chuyển giữa nền móng tòa nhà hiện có, đường tàu điện ngầm và đường ống tiện ích mà không gây ra hiện tượng lún bề mặt.
Ưu điểm về môi trường và an toàn của đường hầm cơ khí
Việc chuyển đổi từ đào thủ công sang công nghệ TBM đã cải thiện đáng kể các tiêu chuẩn an toàn trong ngành xây dựng. Vì máy cung cấp tấm chắn thép liên tục cho công nhân nên nguy cơ sập hầm gần như bị loại bỏ. Ngoài ra, tác động đến môi trường được giảm thiểu thông qua việc loại bỏ chất bẩn có kiểm soát và giảm ô nhiễm tiếng ồn so với xây dựng trên bề mặt. Các hệ thống vòng kín trong máy TBM bùn cũng cho phép tái chế dung dịch khoan, giúp quá trình này bền vững hơn cho các dự án cơ sở hạ tầng dài hạn.
- Giảm độ rung bề mặt bảo vệ các tòa nhà lịch sử ở trung tâm thành phố.
- Việc cài đặt phân đoạn tự động giúp giảm thiểu lao động thủ công ở những khu vực có nguy cơ cao.
- Hậu cần hiệu quả thông qua việc sử dụng thiết bị kéo đảm bảo nơi làm việc sạch sẽ.
