Phân loại và cấu tạo của Khiên (P1)

.1. Phân loại khiên
Khiên là một loại cơ giới thi công cỡ lớn đào các đường hầm ngầm có nhiều chức năng tập trung thống nhất như dào, che chống, làm vỏ hầm. Loại máy này chủ yếu dùng cho thi công đường hầm có địa tầng mềm yếu, phức tạp. Khiên có nhiều loại, có thể dựa vào hình dạng mặt cắt của khiên, vào phương thức đào, vào cấu tạo bộ phận trước của khiên và dựa vào phương thức thoát nước cùng ổn định mặt đào để phân loại.
Dựa vào hình dạng mặt cắt khiên: có thể chia thành 4 loại khiên: khiên tròn, khiên hình nón, khiên hình chữ nhật và khiên hình móng ngụa. Do khiên hình tròn có thể chống lại áp lực đất và áp lực nước tương đối tót, lắp ráp vỏ hầm tương đối giản tiện, có thể dùng cấu kiện thông dụng, dễ thay thế, vì thế được dùng tương đối rộng rãi.
Dựa theo cách đào đất khác nhau: có thể chia khiên ra làm 3 loại: loại đào thủ công, loại đào bán cơ giới, và loại đào cơ giới hoả toàn bộ.
Dựa vào cấu tạo bộ phận trước: chia khiên ra làm hai loại: loại ngực trần và loại ngực bịt.
Dựa vào phương thức thoát nước ngầm và ổn định mặt đào khác nhau mà chia khiên ra các loại: loại hạ nước ngầm thủ công bằng giếng kim, loại nén bùn và nước, loại cân bằng áp lực đất không dùng khí nén, loại dùng khí nén cục bộ, loại khiên dùng toàn bộ khí nén v.v…
Theo đà phát triển của đường hầm và công trình ngầm các loại khiên cơ giới càng ngày càng nhiều, tính thích dụng càng thêm rộng rãi, đê tiến lên một bước tìm hiểu tính năng và tính thích dụng của khiên, có thể lập bảng và phân tích như sau (bảng 5.1):
Bảng 5.1

Phân loại và cấu tạo của Khiên (P1) 1

2. Cấu tạo máy móc của khiên
I. Khiên đào bằng thủ công
Khiên đào băng thủ công là hình thức cơ bản nhất của khiên, phần lớn được dùng để đào trong tầng đất cơ bản có thê tự ổn định được. Chủ yéu là năm bộ phận gộp lại: vỏ khiên, kết cấu che chống, cơ cấu đẩy, cơ cấu lắp ráp và các thiết bị phụ thuộc khác (hình 5.3).
u. Vó khiên
Vỏ khiên là loại vỏ hình tròn do các tấm thép hàn Hình 5 2 vỏ khiên
lại do ba bộ phận tạo thành: vòng miệng cắt, vòng che 1. Vòng miệng cắt; 2. Vòng che chống;
chống và đuôi khiên (hình 5.2). 3- v°ns đuôi>, 4- Sườn gia cố;
5. Sườn gia cố hình vòng
– Vòng miệng cắt:
Vòng miệng cắt là bộ phận phía trước của khiên có lắp lưỡi dao, khi thi công có thể xén vào trong đất. Lưỡi dao làm bằng thép cứng chịu được mài mòn có sườn tăng cường và được ché tạo hình vát, do đó giảm được lục cản khi xén đất. Trong địa tầng ổn định chièu dài vòng miệng cắt phía trên và phía dưới bằng nhau. Khi đào địa tầng không thê tự ổn định được (như bùn, cát chảy) bộ phận trên của vòng cắt dài hơn bộ phận dưới, bộ phận dài trên đó được gọi là diềm trước, đê che chắn cho công nhân được an toàn khi đào đất. Có loại khiên được trang bị diềm trước có kích điều khiển có thể đua dài ra đằng trước, để tăng thêm chiều dài che chắn. Nói chung vòng miệng cắt không nên quá dài, nếu không tính ổn định của khiên sẽ kém đi và tăng thêm lực cản tiến lên của khiên.
– Vòng che chống:
Vòng che chống nằm ở bộ phận giữa của khiên là bộ phận chịu lực chủ yếu của khiên. Vòng này do vỏ ngoài, sườn gia cố hình vòng và sườn gia số hướng dọc lắp ghép lại. Sườn gia cố hình vòng được hàn ở hai đầu vòng che chống, sườn gia cố hướng dọc được hàn giữa sườn gia cố hình vòng. Các kích của khiên sẽ được bố trí trong khoảng này và sẽ dùng lực đẩy chuyến cho vỏ khiên. Đe tăng thêm độ cứng cho khiên cần gia cố vòng che chống. Trong vòng che chống bố trí các tấm ngăn hướng đứng và hướng ngang hình thành giá ngăn ô vuông. Trẽn tấm ngăn hai tầng ngang bố trí sàn công tác.
– Đuôi khiên:
Đuôi khiên nằm ở bộ phận sau của khiên, do vỏ ngoài hình vòng và thiết bị bịt kín lắp ráp phía bên trong lắp lại mà thành. Tác dụng của nó là che chống chu vi hầm đề phòng nước ngầm và vật liệu vữa lọt vào trong hầm do khiên đã đào. Đồng thời cũng là nơi tiến hành lắp ráp vỏ hầm. Vỏ ngoài hình vòng của đuôi khiên đều được chế tạo bằng các tấm thép hình mỏng cường độ cao, nhằm giảm thiểu khe hở hình vòng mà khiên để lại sau khi tiến lên phía trước.

Vật liệu bịt kín ở đuôi khiên, thường được lắp ráp tại tấm thép sau đuôi khiên và tại mặt ngoài phiến ống. Ngoài tác dụng có thể ngăn vữa phun và nước ngầm lọt vào khiên ra, trong phía sau của khiên nén bùn và nước cùng khiên cân bằng áp lực đất nói trên còn có tác dụng như vữa bùn giữ áp lực cho bản thân khiên. Đe nâng cao tính bịt kín, có khi cần lắp mấy đoạn vật liệu bịt kín. Số đoạn cần lắp ghép, phải dựa vào đường kính ngoài của khiên. Điều kiện địa chất và vật liệu bịt kín cần thay mới khi thi công cùng một số điều kiện khác đê quyết định. Vật liệu bịt kín có: cao su, nhựa tổng họp, đồng, thép không gỉ hoặc vật liệu do chúng họp lại. Hình dạng vật liệu có hình tấm, hình bàn chải v.v… Tuổi thọ của vật liệu tuỳ theo chất lượng, cấu tạo mà định, ngoài ra còn liên quan đến chất lượng ống và độ chính xác lắp ghép vỏ hầm.
Thiết bị bịt kín đuôi khiên của loại khiên đào bằng thủ công, phần lớn dùng kết cấu thiết bị bịt kín hai cấp (hình 5.4).