các Máy khoan hầm ( TBM ), thường được gọi đơn giản là “nốt ruồi”, đại diện cho một trong những tiến bộ quan trọng nhất trong kỹ thuật dân dụng và địa kỹ thuật. Những cỗ máy khổng lồ, tinh vi này đã cách mạng hóa việc xây dựng cơ sở hạ tầng dưới lòng đất, cho phép tạo ra các đường hầm dành cho giao thông, tiện ích và khai thác với tốc độ, độ chính xác và an toàn chưa từng có.
Cơ chế và thành phần cốt lõi
Máy khoan hầm về cơ bản là một nhà máy di động hoàn chỉnh được thiết kế để đào mặt hầm và đồng thời lắp đặt hệ thống hỗ trợ tạm thời hoặc lâu dài. Một TBM thường bao gồm ba phần chính:
-
Đầu cắt (Mặt):
- Đây là bộ phận quay ở phía trước nhất, được trang bị nhiều công cụ cắt khác nhau—chẳng hạn như máy cắt đĩa dành cho đá cứng hoặc sự kết hợp giữa mũi cắt và cuốc kéo để có nền đất mềm hơn.
- các cutter head rotates and is thrust forward by hydraulic jacks, crushing or scraping the rock and soil at the tunnel face.
-
Khiên và Thân (Ở giữa):
- các cái khiên là một vỏ thép hình trụ lớn ngay phía sau đầu cắt. Nó cung cấp sự hỗ trợ kết cấu ngay lập tức cho các bức tường hầm mới đào, bảo vệ máy móc và công nhân bên trong khỏi nền đất lỏng lẻo cho đến khi lớp lót đường hầm vĩnh viễn được lắp đặt.
- các hệ thống lực đẩy , bao gồm các kích thủy lực mạnh mẽ, ép vào đoạn lót đường hầm được lắp đặt cuối cùng để đẩy máy.
-
Bánh răng kéo (Phía sau):
- Đoạn này có thể kéo dài hơn một trăm mét, chứa các thiết bị hỗ trợ thiết yếu.
- Nó bao gồm hệ thống loại bỏ chất bẩn (băng tải hoặc ống bùn) để vận chuyển hiệu quả vật liệu đào (“muck”) ra khỏi đường hầm, hệ thống điều khiển và điện, thiết bị thông gió và các thiết bị quan trọng người dựng đoạn nơi đặt chính xác các đoạn bê tông đúc sẵn tạo thành lớp lót đường hầm cố định.
Phân loại và các loại TBM
Lựa chọn máy TBM là một quyết định quan trọng trong bất kỳ dự án nào, phụ thuộc nhiều vào điều kiện địa chất cụ thể và áp lực nước ngầm. Máy TBM được phân loại rộng rãi dựa trên nền đất mà chúng được thiết kế để khoan qua:
1. TBM đá cứng
- TBM loại mở / kẹp: Được sử dụng trong điều kiện đá cứng, ổn định, có thể tự chống đỡ trong thời gian ngắn mà không cần lớp lót ngay. Họ sử dụng thủy lực cái kẹp neo vào thành hầm, cho phép máy phản ứng với lực đẩy về phía trước của đầu máy cắt.
- TBM lá chắn đơn: Được sử dụng trong đá cứng bị nứt nẻ hoặc kém ổn định. Họ lắp đặt các đoạn lớp lót bê tông ngay phía sau tấm chắn và đẩy về phía trước bằng cách đẩy lớp lót đã hoàn thiện ra.
- TBM lá chắn kép: các most versatile hard rock machines. They feature two telescoping shields and a gripping system, allowing them to install the lining simultaneously while excavating (continuous tunneling) when in stable rock, or operate in alternating modes when conditions are unstable.
2. Máy TBM đất mềm (Máy che chắn)
cácse machines incorporate methods to actively balance the pressure at the tunnel face, crucial for preventing ground collapse or water ingress in soft soils (like sand, clay, and silt).
- TBM cân bằng áp suất đất (EPB): Lý tưởng cho nền đất mềm, cố kết. Chúng duy trì sự ổn định bằng cách sử dụng vật liệu đào (muck) trong buồng điều áp ở mặt máy cắt. Một băng tải trục vít kiểm soát tốc độ loại bỏ chất bẩn để cân bằng chính xác áp lực đất và nước phía trước máy.
- TBM dạng tấm chắn bùn (Hydroshield): Được sử dụng trong đất dạng hạt hoặc dưới áp lực nước cao. Họ ổn định bề mặt bằng cách bơm bùn bentonite có áp suất, tạo thành bánh lọc để bịt kín mặt đất. Vật liệu đào được trộn với bùn và được bơm ra thiết bị phân tách trên bề mặt.
Ưu điểm so với các phương pháp thông thường
các global adoption of the Máy khoan hầm được thúc đẩy bởi một số lợi ích đáng kể so với phương pháp “khoan và nổ” truyền thống:
- An toàn nâng cao: Loại bỏ việc sử dụng chất nổ, giảm đáng kể rủi ro cho nhân viên.
- Sự gián đoạn bề mặt tối thiểu: Hoạt động chủ yếu diễn ra dưới lòng đất, giảm thiểu tiếng ồn, độ rung và gián đoạn—một lợi thế lớn ở khu vực thành thị.
- Tăng tốc độ và hiệu quả: TBM cung cấp quy trình đào hầm liên tục, thường đạt được tốc độ tiến cao hơn đáng kể so với khoan và nổ.
- Độ chính xác: Các máy TBM hiện đại được dẫn đường bằng hệ thống định vị hoặc laser tinh vi, đảm bảo độ chính xác liên kết cao.
- Giảm việc đào quá mức: các TBM bores a precise circular tunnel, reducing the amount of spoil (muck) generated and the volume of lining material required.
Tóm lại, Máy khoan hầm là một công cụ không thể thiếu để phát triển cơ sở hạ tầng thế kỷ 21. Khi dân số đô thị tăng lên và nhu cầu về cơ sở hạ tầng phức tạp, đường dài như đường hầm đường sắt cao tốc và mạng lưới tiện ích rộng lớn tăng lên, vai trò của TBM như một kỳ quan kỹ thuật sẽ chỉ trở nên quan trọng hơn.
