Thi công bằng máy đào toàn tiết diện

.1. GIỚI THIỆU Sơ LƯỢC
1.1. Sơ luợc ứng dụng ở nuớc ngoài và trong nuớc
Vào những năm 1930 một số nước tiên tién đã bắt đầu thi công hầm bằng máy đào. Tùy theo sự phát triển của kĩ thuật máy đào và tính năng ngày càng hoàn thiện của nó mà thi công bằng máy đào hầm đã được phát triển hiện đại. Thi công hầm bằng máy đào có ưu điếm nổi bật hơn thi công hầm bằng phương pháp khoan nổ. Hiện nay khoa học kĩ thuật phát triển nhanh như vũ bão khiến cho việc sử dụng máy đào hầm càng phổ biến. Tuy nhiên, phương pháp khoan nô trước mắt vẫn là phương pháp thi công đường hầm vùng núi phổ biến nhất, vả lại máy đào không thể thay thế thi công bằng khoan nổ được, nhưng số lượng đường hầm được thi công bằng máy đào vẫn không ngừng tăng lên. Theo thống kê chưa đầy đủ, trên toàn thé giới đã có 1.000 đường hầm được thi công bằng máy đào, chiều dài tổng cộng khoảng 4.000 km. Đặc biệt ở các nước Âu, Mĩ, do sức lao động đắt đỏ, thi công bằng máy đào là một loại phương án được ưu tiên khi tiến hành cân nhắc lựa chọn phương án thi công. Các năm gần đây, đường hầm dài qua eo biển Manche giữa Anh và Pháp đã dùng máy đào để hoàn thành, gồm ba hầm song song, mỗi hầm dài khoảng 50km, đã sử dụng 11 cỗ máy đào, phải mất hơn 3 năm mới hoàn thành. Ngoài ra, có hầm Phí Nhị Ngải Nả ở Thụy Sĩ dài 19 km, trong đó có 9,5km được thi công bằng máy đào đã thông xe vào tháng 4 năm 1997. Ở Thụy Sĩ hầm đường sắt Gothard xuyên qua dãy núi Alpes dài khoảng 57km, cũng dùng máy đào để thi công. Ở nước Mỹ, công trình ngầm thoát nước bẩn và dẫn nước ngầm có khoảng 40km, đều thi công bằng máy đào. Ở Trung Quốc vào cuối năm 1997 trên đường sắt Tây An đến An Khang, lần đầu tiên đã dùng máy đào hầm kiểu TB 880E nhập của Công ty Đức Wirth đã xây dựng hầm Tân Lĩnh dài 18,5km, đường kính đào 8,8m, thông xe vào đầu năm 2000.
Ở Việt Nam ta, đã dùng máy đào kết họp nổ phả đào toàn tiết diện xây dựng đường hầm bộ qua đèo Hải Vân (tỉnh Thừa Thiên – Hué) dài hơn 6,7km, đường kính đào 12,85m, khởi công tháng 10/2000 và hoàn thành theo dự kiến vào 10/2004.
Có thể dự đoán rằng, theo đà phát triển nhanh của khoa học kĩ thuật,theo đà nói chung và hoàn thiện nhanh của kĩ thuật bản thân máy đào, nói riêng thì hiện tại và tương lai sẽ có rất nhiều số lượng đường hầm và công trình ngầm được thi công bằng máy đào.
2. Đặc điểm thi công
So với quá trình thi công đào đường hầm bằng phương pháp khoan nổ, đặc điểm của quá trình sử dụng máy đào để thi công là đặc điểm công trình có tính liên tục, và tính “công xưởng hóa”.
Qua gần một thế kỉ nỗ lực theo đà phát triển của kĩ thuật hiện đại, đặc biệt là các năm gần đày, máy đào không những chỉ có khả năng công tác trong điều kiện đá rắn toàn khối và ma sát cao, mà còn thi công được trong điều kiện địa tầng kém ổn định, vì vậy, mà nó được lựa chọn làm phương án thi công chủ yếu trong nhiều đường hầm và công trình ngầm.
Thi công bằng phương pháp khoan nổ và thi công bằng máy đào có phạm vi thích dụng tốt xấu khác nhau. Phạm vi thích dụng cùa phương pháp thi công bằng khoan nổ rộng không bị kích thước mặt cắt và hình dạng hầm hạn chế, có thể thích dụng cho các loại vi nham, khi đièu kiện địa chất thay đổi công nghệ thi công cũng thay đổi theo một cách cơ động, linh hoạt; việc chuyên đổi giữa công tác lắp ráp thiết bị và công trường cũng đơn giản tiện lợi, hiệu suất dùng đi dùng lại cao; trong nhiều năm đã tích lũy được nhièu kinh nghiệm thi công phong phú và quý báu, hình thành khoa học công nghệ hoàn chỉnh, đó là ưu thế của phương pháp này. Nhưng trong thi công có nhiều trình tự công tác, quá trình thi công cản trở lẫn nhau, tốc độ đào chậm, mặt đào không đèu và nhiều khuyết điểm khấc như: khi nổ phá địa tầng bị xáo động nhiều, an toàn kém, môi trường thi công độc hại, cường độ lao động của công nhân rất nặng. Những khuyết điểm ấy khó lòng khắc phục. Ngoài ra do tốc độ chậm trong thi công đường hầm dài, luôn luôn phải mở các hào đào phụ để tăng thêm mặt công tác, do đó tăng giá thành công trình.
Dùng máy đào thi công có nhiều ưu điểm như: Tốc độ nhanh, thi công liên tục, trình độ cơ giới hóa cao, an toàn, cường độ lao động thấp, đ;a tầng ít bị lay động, chất lượng che chắn bằng vỏ hầm tốt, điều kiện thông gió tốt, giảm hầm lò phụ. Nhưng thi công bằng máy phụ thuộc vào điều kiện địa chất, mỗi khi đã quyết định dùng loại máy nào thì không thể thay đôi kích thước mặt cắt và giá thành đầu tư một lần rất lớn.
3. Loại máy đào
Máy đào hầm trên núi chia làm hai loại lớn: loại đào toàn mặt cắt và loại đào càng treo. Máy đào toàn mặt cắt (Tunnel Boring Machine gọi tắt là TBM) lại chia làm hai loại: loại mui trần và loại khiên bảo vệ. Khiên bảo vệ lại chia làm khiên đơn và khiên đôi. Hiện nay, được dùng nhiều chủ yếu là máy đào toàn mặt cắt còn máy đào càng treo đang ở trong giai đoạn bước đầu phát triển.
Nói chung, máy đào mui trần thích họp với đào hầm đá cứng. Sự khác nhau giữa máy đào mui trần và máy đào khiên bảo vệ ở chỗ trong khi đào, máy đào mui trần dựa vào phản lực 
chống của thiết bị vào vách đá để tiến lên, vi nham lộ ia tại bốn phía của máy sau khi đào xong. Trái lại máy đào khiên bảo vệ trong khi đào sâu, lợi dụng bộ phận đuôi của máy chóng vào các óng bê tông đã lắp sẵn tạo lực đẩy để tiến lên. Vi nham được khiên bảo vệ chống bộc lộ trong suốt phạm vi chiều dài của máy. Vì thế máy đào được khiên bảo vệ thích dụng với chỗ đất đá mềm. Máy đào một khiên bảo vệ thích họp với địa tầng mèm yếu, thời gian tự ổn định tưong đối ngắn (sơ đồ 3.1). ví như tại đường hầm Adler trong thành phố Baxainhị ở Thuy Sĩ, người ta đã dùng một máy đào một khiên bảo vệ đường kính 12,58m để hoàn thành đào 5km trong đá mèm. Khi tiến hành lắp các phiến ống vỏ hầm, máy đào một khiên bảo vệ phải thi công theo thứ tự, có nghĩa là không thi công đồng thòi. Trong khi đào tiến lên, máy dựa vào kích đàng sau đẩy mạnh vào các phiến vỏ hầm đã lắp sẵn (hình 3.2) đê vượt lên trước. Sau khi ngừng tiến, lợi dụng máy lắp các phiến vỏ hầm lắp ráp vỏ hầm đã được đúc sẵn thành một số phiến vào vị trí trên vách hầm.
Máy đào hai khiên bảo vệ (hình 3.3) đều có thể dùng thi công trong đá rắn và đá mềm. Khi thi công trong các điều kiện địa tầng xấu, đất đá không tự ổn định được thì tính ưu việt của máy càng rõ rệt. Máy hai khiên bảo vệ khác máy một khiên ở chỗ máy tăng thêm một khiên bảo vệ. Khi thi công trong đá cứng, lợi dụng hệ chống ngang chống đỡ phản lực do vách hầm truyền lại, cho nên máy có thể lợi dụng lực đẩy của kích lắp ở đuôi máy thúc vào các phiến ống vỏ hầm đã lắp xong làm đà cho máy tiến lên, cũng có thê khi lợi dụng hệ chống ngang đê tiến hành đào, đồng thời lắp ráp các phiến 
óng vó hầm, vì thế máy đào hai khiên bảo vệ làm cho thời gian dừng máy giữa khâu đào và khâu lắp ráp phiến ống vỏ hầm rút ngắn được rất nhiều, ví dụ, trong công trình đường hầm thủy công số 30A ở Cam Túc Trung Quốc, người ra đã sử dụng một máy đào hầm hai khiên bảo vệ đường kính 5,5m hoàn thành đào 1 l,6km đường hầm thủy công, tháng cao nhất đã đào hơn 1000m.