VỀ MỘT SỐ ƯU – NHƯỢC ĐIỂM KHI SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TBM TRONG THI CÔNG HẦM

 TS. CHU VIỆT THỨC 

 Khoa Xây dựng, Trường Đại học Điện lực

Công nghệ đào hầm ra đời cách đây gần hai thế kỷ và có những bước tiến vượt bậc trong những năm gần đây với sự ra đời của công nghệ TBM (Tunnel Boring Machine). Công nghệ này đã xuất hiện tại Việt Nam, được áp dụng thi công các dự án tàu điện ngầm, thủy điện, giao thông và đang là công nghệ được lựa chọn số 1 khi thi công các công trình có hạng mục khoan hầm.

1. Lịch sử ra đời của máy TBM

Khoảng giữa thế kỷ 19, ngành Đường sắt phát triển mạnh mẽ kéo theo công nghệ đào hầm ra đời để phục vụ thi công các công trình tàu điện ngầm. Đầu tiên là công nghệ đào hầm nổ mìn cổ điển. Nhược điểm của nó là thi công đào hầm mất nhiều thời gian, độ an toàn thấp vì nổ mìn gây rung chấn, thời gian thi công rất chậm, đặc biệt khó khăn khi thi công các đường hầm dài. Thời kỳ đó, cơ khí, tự động hóa phát triển, công nghệ mới phát triển… là cơ sở thôi thúc các kỹ sư hầm tìm ra công nghệ mới nhằm phục vụ thi công đào hầm được dễ dàng và an toàn hơn.

Năm 1846, tại Turin ( Italia ), mẫu máy TBM tiền thân đã Open, được thử nghiệm và đưa vào vận dụng xây đắp hầm. Cỗ máy này rất cồng kềnh, vận dụng trong thực tiễn không hiệu suất cao. Gần 100 năm sau, đến năm 1930, J.S. Robbins mới điều tra và nghiên cứu và cho sinh ra mẫu máy TBM tiên phong với những tính năng tương đối giống như máy TBM ngày này. Những năm 1950, TBM được vận dụng thoáng đãng trong đào hầm núi đá. Đến nay, máy TBM ngày càng được hoàn thành xong hơn và trở thành công nghệ số 1 trong xây đắp những khu công trình tương quan đến đào hầm như giao thông vận tải, thủy điện .

1. Phạm vi hoạt động của TBM

2.1 Là phương tiện chính để thi công các tuyến tàu điện ngầm

Tàu điện ngầm là khu công trình quan trọng trong cấu trúc giao thông vận tải của những thành phố lớn trên quốc tế. Các khu công trình tàu điện ngầm thường được kiến thiết xây dựng trong những thành phố đông đúc với mục tiêu làm giảm số người sử dụng phương tiện đi lại cá thể để xử lý thực trạng ùn tắc giao thông vận tải, ô nhiễm thiên nhiên và môi trường … Khi TBM chưa sinh ra thì hầm tàu điện ngầm phải thi công bằng giải pháp đào hở ( cut và cover ). Cách làm này ảnh hưởng tác động lớn đến những khu công trình trên mặt đất, chiếm hữu nhiều khoảng trống Giao hàng xây đắp .

Chính vì thế, công nghệ TBM ra đời được đánh giá là cứu cánh cho các dự án tàu điện ngầm vì những ưu điểm của nó. Đào hầm bằng công nghệ TBM thi công phần lớn dưới mặt đất nên không tốn diện tích phục vụ thi công và hầu như không làm ảnh hưởng đến các công trình xây dựng trên mặt đất. Đặc điểm của hầm tàu điện ngầm là rất nông (chỉ khoảng -10 đến -15m so với mặt đất), đa số hầm có địa chất rất phức tạp, mức nước ngầm cao…, nên việc thi công bằng công nghệ TMB đã giải quyết được tất cả những vấn đề trên trong khi tất cả các phương pháp khác không làm được. Hai loại máy TBM thường được dùng nhiều nhất để thi công hầm tàu điện ngầm là EPB (ứng dụng áp lực cân bằng) và Slurry (dùng thủy lực).

Hầu hết những khu công trình tàu điện ngầm trên quốc tế, trong đó có nhiều khu công trình đường hầm dài đều sử dụng hai loại máy này và để lại những dấu ấn về quy trình tiến độ, chất lượng. Có thể kể đến là khu công trình hầm đường tàu nối Pháp với Anh, dài 50,5 km, thi công năm 1988, triển khai xong năm 1994. Gần đây nhất là đường hầm Gotthard dài nhất quốc tế ( 57 km ) ở Thụy Sĩ khánh thành năm năm ngoái. Đường hầm này có địa chất đá rất phức tạp nhưng không gây khó cho những nhà thầu khi họ vận dụng công nghệ TBM thiết kế. Công trình đưa vào sử dụng đạt chất lượng cao, tàu đi qua đường hầm hoàn toàn có thể chạy với tốc độ 250 km / h .

2.2  Sử dụng trong khai thác mỏ

1.  Một số ưu, nhược điểm của TBM

3.1 Ưu điểm

Ngoài việc là công nghệ không hề thay thế sửa chữa khi kiến thiết những khu công trình tàu điện ngầm, công nghệ TBM cũng được nhiều nhà thầu lựa chọn khi thiết kế những khu công trình ngầm bởi nó có nhiều ưu việt, đơn cử là :

+ Độ an toàn: So sánh với các phương pháp đào hầm khác thì đây là phương pháp đào hầm an toàn nhất. Hầm được đào trong vỏ sắt bảo vệ của máy TBM. Hầm đào đến đâu, vỏ bê tông vĩnh cửu được lấp tới đó, khoảng không giữa vỏ bê tông và lớp đất ngoài được phun vữa bê tông chất lượng cao hoặc hỗn hợp silicat đạt tiêu chuẩn nên việc sập hầm không xảy ra. Kỹ sư, công nhân tham gia thi công cũng được an toàn hơn so với các phương pháp khác

+ Tính kinh tế tài chính trong phong cách thiết kế vỏ hầm : Ta biết ưu điểm lớn nhất của công nghệ khoan – nổ mìn chính là hoàn toàn có thể tạo ra hình dạng gương đào bất kể nhưng điểm yếu kém là hoàn toàn có thể bị đào vượt ra ngoài chu tuyến phong cách thiết kế của đường hầm ( đào lẹm hay thừa tiết diện ). Thực tế cho thấy tỉ lệ vượt ngoài tiết diện hoàn toàn có thể từ 10 % ~ 20 %, thậm chí còn nhiều hơn tùy vào giải pháp, trình độ của người lập hộ chiếu nổ mìn và đặc thù của đất đá. Điều này kéo theo phát sinh lượng lớn vật tư, vật tư dùng tăng thêm KCC để bù vào phần đào đã tăng thêm, làm phát sinh chi thêm cả ngân sách nhân công, ca máy dẫn đến tăng tổng mức góp vốn đầu tư cho khu công trình dẫn đến tăng giá thành loại sản phẩm. Đối với công nghệ TBM thì yếu tố này được hạn chế đến mức thấp nhất, theo những nghiên cứu và điều tra gần đây cho thấy lượng lẹm này so với khi thi công bằng TBM chỉ còn nhỏ hơn 5 % .

+ Không ảnh hưởng tác động đến những khu công trình xung quanh : Máy TBM đào đất và lắp vỏ hầm trọn vẹn tự động hóa, nếu xây đắp tàu điện ngầm thì trên mặt đất xe cộ vẫn chạy thông thường. Ngoài ra, việc xây đắp nhanh là ưu điểm điển hình nổi bật của công nghệ TBM vì mỗi ngày hoàn toàn có thể đào và lắp vỏ bê tông trung bình từ 10-20 m. Đó là chưa kể đến những ưu điểm khác như ít làm ô nhiễm thiên nhiên và môi trường, hiệu suất cao kinh tế tài chính cao khi khu công trình được đưa vào sử dụng nhanh hơn .
+ Tốc độ đào hầm : So với chiêu thức khoan – nổ mìn thì khi đào bằng máy TBM vận tốc đào hoàn toàn có thể nhanh hơn từ 3-10 lần. Các khâu đào tiến gương, chọc cạy om đến lắp dựng KCC đều được triển khai đồng điệu, chuyên môn hóa với thời hạn giãn cách giữa hai quy trình liền kề rất ngắn .
+ Ưu thế khi mặt phẳng cắt đào là hình tròn trụ : Mặt cắt đào của máy TBM là hình tròn trụ. Ta biết rằng, trong trong thực tiễn, những dạng mặt phẳng cắt như tường thẳng vòm bán nguyệt, vòm ba tâm, vành móng ngựa, hình tròn trụ tròn đều đã được sử dụng để phong cách thiết kế và thiết kế những đường hầm. Trong những dạng mặt phẳng cắt trên nếu xét trên phương diện chịu lực thì mặt phẳng cắt hình tròn trụ có nhiều lợi thế hơn cả và thường được sử dụng trong vùng đất đá yếu, khu vực có trường địa ứng suất cao hoặc trường ứng suất thủy tĩnh. Ngoài ra, với mặt cát tròn sẽ không gây ra ứng suất tập trung chuyên sâu tại những vị trí trên biên, góc dưới của đường hầm, điều này rất có lợi trong xây đắp và phong cách thiết kế cấu trúc chống đỡ .
+ Khi sử dụng công nghệ TBM quy trình cắt gọt đất đá được triển khai bởi những đĩa làm cho quy trình dỡ tải được diễn ra từ từ, làm giảm nửa đường kính vùng bị ảnh hưởng tác động trong khối đá xung quanh. Hạn chế sự hình thành và tăng trưởng của những khe nứt nguyên sinh, đồng thời hạn chế việc hình thành thêm những khe nứt thứ sinh tác động ảnh hưởng lớn đến đặc thù cơ – lý của khối đá .
+ Giảm sự nhờ vào vào công nhân : Lượng nhân công Giao hàng máy TBM giảm khoảng chừng từ 30 % ~ 40 % so với khi sử dụng công nghệ khác do đó tổng quỹ lương nhân công khi vận dụng công nghệ TBM thấp hơn rất nhiều so với quỹ lương nhân công khi sử dụng công nghệ khai đào khác. Điều này rất có lợi cho những vương quốc có sự thiếu vắng lao động nghiêm trọng như những nước Châu Âu, Nhật bản, Úc …

Hình 3. Máy TBM 390E xây đắp 5 km hầm dự án Bất Động Sản Thủy điện Đa Nhim lan rộng ra

3.2 Nhược điểm

+ Về trình độ kinh nghiệm tay nghề của người quản lý và vận hành : Mặc dù lượng công nhân giảm từ 30 % ~ 40 % so với giải pháp khác, tuy nhiên lại nhu yếu trình độ công nhân, người quản lý và vận hành ở mức cao. Ngoài ra, đi kèm với đó còn là những yếu tố sửa chữa thay thế, bảo trì, phụ tùng thay thế sửa chữa …
+ Suất góp vốn đầu tư bắt đầu : So với những mô hình thiết kế khác thì suất góp vốn đầu tư bắt đầu khi sử dụng TBM lại khá cao, hoàn toàn có thể lên đến hàng triệu đô la. Điều này hoàn toàn có thể là một trong những khó khăn vất vả so với những công ty của những nước đang tăng trưởng khi trong bước đầu tiếp cận với mô hình kiến thiết này .

+ Chỉ thi công được mặt cắt hình tròn: Thực tế, máy TBM chỉ thi công được mặt cắt hình tròn nên thường được sử dụng trong thi công các công trình ngầm có mặt cắt hình tròn như: Tầu điện ngầm, đường hầm dẫn nước, cáp…môt số loại hình công trình khác như hầm giao thông thường ít được sử dụng. Ngoài ra, để thay đổi thông số mặt cắt cũng tương đối khó khăn, nó liên quan đến công suất máy, kích thước đầu đào…đây cũng là nhược điểm lớn của máy TBM.

1. Kết luận

Công nghệ TBM mặc dầu đã và đang được sử dụng để xây đắp những khu công trình ngầm tại nhiều vương quốc trên quốc tế, tuy nhiên so với nước ta công nghệ thiết kế hầm bằng TBM hãy còn tương đối mới mẻ và lạ mắt. Do đó việc điều tra và nghiên cứu, tổng kết và nghiên cứu và phân tích những ưu điểm yếu kém so với giải pháp thiết kế này là rất thiết yếu, giúp những nhà hoạch định chủ trương, những kỹ sư đảm nhiệm thiết kế có cái nhìn tổng quan hơn, giúp những sinh viên ngành thiết kế xây dựng có thêm hiểu biết về một mô hình thiết kế hầm mới, tân tiến đã và đang được sử dụng để xây đắp những tuyến Metro ở cả TP.HN và TP. Hồ Chí Minh .
Tác giả tin rằng với những kinh nghiệm tay nghề về phong cách thiết kế, thiết kế và quản trị những khu công trình đã và đang sử dụng TBM như dự án Bất Động Sản thủy điện Đại Ninh, dự án Bất Động Sản lan rộng ra thủy điện Đa Nhim … thì trong tương lai gần những kỹ sư Nước Ta hoàn toàn có thể trọn vẹn tự tin làm chủ công nghệ này. / .

Source: https://dvn.com.vn
Category: Công Nghệ