Lịch sử công nghệ thi công bằng TBM (Tunnel Boring Machine) bắt đầu từ thế kỷ 19 và đã trải qua sự phát triển đáng kể qua các thập kỷ. Dưới đây là một số cột mốc quan trọng trong lịch sử của công nghệ TBM:
Đầu tiên, phát minh và sử dụng máy đào chuồn ngầm: Vào năm 1825, Isambard Kingdom Brunel, một kỹ sư Anh, đã sử dụng máy đào chuồn ngầm (shield) để đào qua đất và sỏi ở sông Thames tại Luân Đôn, Anh. Đây được coi là bước đầu tiên trong việc sử dụng công nghệ đào chuồn ngầm, mở ra tiềm năng cho các phương pháp đào hầm mới.
Đào hầm dùng máy đào chuồn đất EPB: Vào những năm 1950, sự phát triển của công nghệ đào chuồn ngầm tiếp tục, và máy đào chuồn đất EPB đầu tiên đã được phát triển. Máy đào EPB (Earth Pressure Balance) sử dụng bùn từ việc đào để duy trì áp lực trong hầm và tránh sụt lún đất xung quanh. Điều này cho phép thi công hầm trong đất cát, bùn và đất đáy sông một cách an toàn hơn.
Máy đào Slurry TBM: Trong những năm 1960, máy đào Slurry TBM đã được phát triển. Loại máy này sử dụng bùn đất và nước thành một hỗn hợp đặc biệt (slurry) để hỗ trợ hầm và giữ cho các bức tường xung quanh không sụt lún. Máy đào Slurry TBM cho phép đào hầm qua các vùng có nước ngầm hoặc đất đáy sông phức tạp hơn.
Máy đào Hard Rock TBM: Trong thập kỷ 1970, công nghệ đào chuồn ngầm đã tiếp tục phát triển và máy đào Hard Rock TBM đã được giới thiệu. Loại máy này được thiết kế để đào qua các tầng đất cứng như đá và các vật liệu khác. Máy đào Hard Rock TBM sử dụng các loại dao cắt cứng và có khả năng xử lý những điều kiện khó khăn hơn trong quá trình thi công hầm.
Công nghệ TBM hiện đại: Công nghệ TBM đã tiếp tục phát triển và cải tiến với các tính năng hiện đại hơn như hệ thống điều khiển tự động, công nghệ khoan liên tục, giảm thiểu ô nhiễm, và tăng cường an toàn công trình. Những cải tiến này đã làm cho công nghệ TBM trở thành một phương pháp thi công hầm tiên tiến và phổ biến trên khắp thế giới.
Hiện nay, TBM được sử dụng rộng rãi trong các dự án đào hầm như dự án giao thông đô thị, dự án đường sắt ngầm, cống ngầm, và các dự án ngầm khác.
Máy đào TBM (Tunnel Boring Machine) là một thiết bị mạnh mẽ và phức tạp được thiết kế để đào qua đất, đá và các vật liệu khác để tạo ra hầm. Cấu tạo của máy đào TBM thường bao gồm các thành phần chính sau đây:
Headshield (bảo vệ đầu): Headshield là phần đầu của máy đào TBM, nơi mà các dao cắt (cutterhead) được gắn vào. Headshield bảo vệ các bộ phận bên trong của máy đào và đồng thời giữ cho đất không rơi vào trong máy.
Cutterhead (đầu cắt): Cutterhead là bộ phận quan trọng nhất của máy đào TBM. Nó bao gồm một loạt các dao cắt sắc nhọn được sắp xếp xung quanh đường kính của máy. Các dao cắt này là những chi tiết cắt và băm vật liệu trong quá trình đào hầm. Các loại dao cắt sẽ thay đổi tùy thuộc vào loại vật liệu mà TBM đang đào qua, chẳng hạn như đất, đá, cát, bùn, vv.
Main Beam (thanh chính): Main Beam là một khung thép mạnh mẽ dài qua chiều dài của máy đào TBM. Nó giữ các bộ phận khác của máy cùng nhau và hỗ trợ quá trình đào.
Thrust System (hệ thống đẩy): Thrust system đảm bảo máy đào TBM tiến về phía trước trong quá trình đào hầm. Nó có thể bao gồm các xi lanh thủy lực hoặc các trục vít, tùy thuộc vào thiết kế của TBM.
Cutter Errection System (hệ thống thay dao cắt): Để đảm bảo hiệu quả của máy đào TBM, các dao cắt cần được thay đổi thường xuyên. Hệ thống thay dao cắt giúp di chuyển và thay đổi các dao cắt một cách an toàn và nhanh chóng.
Segment erector (máy lắp đặt vòi thoát nước): Trong quá trình đào hầm, vòi thoát nước phải được lắp đặt để giữ cho hầm không bị ngập nước. Segment erector là hệ thống giúp lắp đặt các đoạn vòi thoát nước hoặc các thành phần khác của hệ thống hỗ trợ hầm.
Conveyor System (hệ thống băng tải): Máy đào TBM thường có hệ thống băng tải để chuyển đá, cát và các vật liệu khác từ trong hầm ra ngoài.
Đây là một số thành phần chính của máy đào TBM, tuy nhiên, thiết kế của các máy đào TBM có thể khác nhau tùy thuộc vào loại máy và yêu cầu của dự án cụ thể.
Có nhiều loại máy đào TBM (Tunnel Boring Machine) được sử dụng để đào hầm thông qua các vật liệu khác nhau như đất, đá, cát, bùn và nước. Dưới đây là một số loại máy đào TBM phổ biến:
Earth Pressure Balance (EPB) TBM: Được sử dụng chủ yếu trong đất bùn và đất cát có độ cứng tương đối cao. EPB TBM có khả năng tự điều chỉnh áp suất trong headshield để duy trì một áp suất cân bằng trong hầm và tránh sụt lún đất xung quanh.
Slurry TBM: Dùng để đào qua đất cát và bùn nước, Slurry TBM sử dụng hỗn hợp bùn nước (slurry) trong headshield để hỗ trợ hầm và tránh sụt lún.
Hard Rock TBM: Được sử dụng khi đào qua các tầng đất cứng như đá, đá granite, đá phiến, và đất đáy sông cứng. Hard Rock TBM sử dụng dao cắt cứng như dao cắt trọn, dao cắt đá tungsten để cắt và nghiền các loại đá cứng.
Dual-mode TBM: Dual-mode TBM có thể hoạt động ở cả chế độ EPB và Slurry TBM. Điều này cho phép máy đào chuyển đổi giữa hai chế độ tùy thuộc vào điều kiện môi trường thực tế.
Crossover TBM: Crossover TBM là một phiên bản đặc biệt của Dual-mode TBM, được thiết kế để hoạt động trên đất đá và đất bùn nước.
Mixed Ground TBM: Dùng cho các dạng đất không đồng nhất, Mixed Ground TBM có khả năng hoạt động trong nhiều loại đất và đá khác nhau.
Gripper TBM: Thường được sử dụng trong hầm đá mềm, Gripper TBM có các bánh xích hoặc bánh lốp để bám vào bề mặt đá.
Mỗi loại TBM đều có ưu điểm và hạn chế riêng, và việc lựa chọn loại TBM phù hợp phụ thuộc vào điều kiện địa chất và yêu cầu của dự án.
Earth Pressure Balance (EPB) TBM là một loại máy đào đặc biệt được thiết kế để đào qua đất bùn và đất cát. Loại TBM này có khả năng tự điều chỉnh áp suất trong headshield để duy trì một áp suất cân bằng trong hầm và tránh sụt lún đất xung quanh. EPB TBM thường được sử dụng trong các dự án giao thông đô thị, đặc biệt là khi đào hầm gần các khu dân cư hoặc các khu vực nhạy cảm về môi trường.
Dưới đây là một số chi tiết về Earth Pressure Balance (EPB) TBM:
Headshield: EPB TBM có headshield (bảo vệ đầu) đặc biệt với các cửa thông gió và cửa lấy mẫu. Cửa thông gió cho phép khí được cung cấp vào trong headshield để điều chỉnh áp suất bên trong. Cửa lấy mẫu được sử dụng để thu thập mẫu đất từ headshield để xác định các thông số địa chất và đảm bảo áp suất trong headshield là thích hợp.
Hệ thống thông gió: Hệ thống thông gió là một phần quan trọng của EPB TBM. Nó giúp cung cấp không khí vào trong headshield để điều chỉnh áp suất và tránh sự cản trở của vật liệu đất xung quanh.
Screw Conveyor: EPB TBM có một hệ thống băng tải xoắn ốc (screw conveyor) để di chuyển vật liệu đất từ headshield ra ngoài hầm. Vật liệu đất được đưa vào trong screw conveyor và di chuyển lên bề mặt thông qua hệ thống băng tải.
Tailshield (bảo vệ đuôi): Tailshield nằm ở phía sau của TBM và được sử dụng để hỗ trợ các băng tải và các bộ phận khác của máy.
Thanh điều khiển (Segment erector): EPB TBM có thể điều khiển bằng tay hoặc tự động. Thanh điều khiển được sử dụng để định vị và điều khiển vị trí của TBM trong quá trình đào hầm.
Hệ thống đẩy (Thrust System): Hệ thống đẩy là phần giúp máy đào TBM tiến về phía trước trong quá trình đào hầm. Hệ thống này sẽ đẩy TBM đi thêm vào trong hầm sau khi đã đào ra đủ đoạn.
Hệ thống cắt (Cutterhead): Cutterhead của EPB TBM thường có các đao cắt giống như dao cắt trong chế độ Slurry TBM, nhưng nó thường không sử dụng nước làm hỗ trợ hầm.
EPB TBM là một công nghệ đào hầm hiệu quả trong đất bùn và đất cát. Nó cho phép thi công an toàn và giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường xung quanh do việc duy trì áp suất cân bằng trong quá trình đào.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét