Khoa Kỹ thuật - Công nghệ
Phương pháp đào hầm bằng tổ hợp đào hầm TBM là phương pháp hiện đại, an toàn và ít tác động đến môi trường xung quanh, phù hợp với thi công hầm trong đô thị. Công nghệ TBM đã được áp dụng cho các tuyến Metro tại thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội. Quá trình thi công đào hầm bằng máy TBM mang tính chu kỳ, là sự kết hợp liên tục của công tác đào đất, vận chuyển đất và lắp vỏ hầm. Tuy nhiên quá trình khởi tạo và chạy thử của máy TBM có những yêu cầu khác biệt so với quá trình vận hành chính thức. Bài viết giới thiệu giải pháp gia cố đất tại đầu ra và đầu vào của máy TBM, khung đẩy được áp dụng như là các biện pháp hiệu quả cho quá trình khởi tạo ban đầu của máy TBM.
Giải pháp gia cố nền đất tại đầu ra và vào của máy TBM tại vị trí các nhà ga
Có hai loại máy TBM được sử dụng để đào hầm trong đất yếu là: TBM cân bằng áp lực đất (Earth pressure balanced (EPB)) và TBM cân bằng áp lực vữa (Slurry type) [1]. Máy TBM EPB chuyển đất đào được thành dạng bùn lỏng và giữ nó lại trong buồn đào bằng áp lực để giữ ổn định gương đào trước đầu cắt. Về cơ bản máy EPB có đầu cắt để phá đất đá, một hệ thống trộn để trộn đất đào được với các thành phần phụ gia (chủ yếu là betonite) để chuyển về dạng bùn lỏng có áp suất, một hệ thống lấy đất và bộ phận kiểm soát áp lực gương sao cho áp lực này ổn định trong quá trình đào.
Trong quá trình khởi tạo, khi đầu cắt TBM vừa cắt xong tường vây và đi vào môi trường đất phía ngoài nhà ga (hình 1) áp lực gương chưa thể được duy trì, buồng đào chỉ được lấp đầy một phần. Lúc này máy TBM đang làm việc ở trạng thái mở (áp suất buồng đào bằng áp suất khí quyển). Nếu không có biện pháp xử lý đất trước, sẽ có rất nhiều rủi ro có thể xảy ra: đất và nước ngầm có thể bị đẩy vào trong khoang đào; có thể gây sụt lún cục bộ trên mặt đất; mất ổn định gương hầm có thể xảy ra dẫn tới sụt lún diện rộng [2].
Hình 1. Gương hầm trong quá trình khởi tạo của máy TBM
Nhằm đảm bảo quá trình chạy khởi tạo của máy TBM ở trạng thái mở được an toàn, điểm ra của TBM cần được gia cố. Việc này sẽ đảm bảo sự ổn định của mặt gương hố đào và ngăn chặn nước ngầm khi máy TBM vừa khoan phá tường vây xong. Tại dự án Metro line 3, phương pháp khoan phụt vữa (Jet Grouting) được áp dụng. Khối gia cố được thiết kế để che phủ hoàn toàn đường hầm và đảm bảo toàn bộ phần khiên chắn của TBM nằm trong khối gia cố trước khi đào vào đất tự nhiên. Theo thiết kế, phạm vi của khối gia cố là khoảng 14.9 m trong khi đó tổng chiều dài của khiên chắn TBM và đầu cắt là 10.0m [3]. Khối gia cố được thi công bằng công nghệ khoan phụt vữa đường kính lớn (BDJ-big diameter jet grouting) với đường kính của cọc là 3.0m, cường độ thiết kế là 3000 kPa (cường độ nén một trục nở hông).
Hình 2. Kích thước khối gia cố bằng phương pháp JG tại nhà ga S9 [3]
Các cọc vữa được thiết kế chồng vào nhau 0.5m (hình 3) để đảm bảo rằng khối gia cố kín nước hoàn toàn. Đường kính của khiên TBM là 6.3m, trong khi đó đường kính bao của khối gia cố là 10.3m (hình 4), điều này đảm bảo máy TBM sẽ nằm hoàn toàn trong môi trường nền ổn định trong quá trình khởi tạo.
Hình 3. Bố trí hình học các cọc vữa
Hình 4. Bố trị cọc vữa theo mặt đứng
Bước đào ban đầu của máy TBM thì vấn đề nước ngầm phải đặc biệt được quan tâm [4]. Máy TBM sẽ đào trong khối gia cố JG, là vật liệu có thể ngăn nước và báo cáo khảo sát địa chất tại nhà ga S9 cho thấy mực nước ngầm nằm dưới cao độ đáy của đường hầm nên dự tính đường hầm sẽ được đào trong điều kiện hoàn toàn khô ráo. Tuy nhiên trong mọi điều kiện thì sẽ cần biện pháp bổ sung để kiểm tra nước ngầm trước gương đào trước khi tiến hành quá trình khởi tạo của máy TBM [4]. Hai mũi khoan thăm dò sẽ được thực hiện, độ sâu của mũi khoan sẽ đủ để đảm bảo vượt qua chiều dày tường vây (1.2m) và khảo sát được nước ngầm trước gương hầm. Hai mũi khoan sẽ được thực hiện cho một đường hầm, một ở phía dưới đỉnh hầm 1.0m và một ở phía trên đáy hầm 1.0m.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. ACI PRC-440.1-15 Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with Fiber-Reinforced Polymer Bars
2. Nicolla Della Valle and ect. TBM SHIELD MACHINES BREAK IN AND BREAK OUT. ternational Tunneling Symposium in Turkey: Challenges of Tunneling (TunnelTurkey, Istanbul) Istanbul, 02–03 December 2017.
3. Soft-Eye Design. Design report: Technical design. Ha Noi pilot light Metro line 2012
4. Soft-Eye: Turnkey solution for efficient boring of reinforced concrete strutures. Dextra group
TS. Võ Nhật Luân (Khoa Kỹ thuật - Công nghệ, Trường Đại học Văn Hiến)