Bộ khoa học công nghệ
đề tài độc lập cấp nhà nớc

Báo cáo khoa học đề tài
nghiên cứu thiết kế, chế tạo trong nớc một số trang bị
để cơ giới hoá đồng bộ quá trình thi công đờng hầm
Khẩu độ vừa và nhỏ dùng cho quốc phòng
mã số ĐTĐL - 2006/05G

chủ nhiệm đề tài :

Đại tá - Kỹ s Phan Đức Tuấn
Phó t lệnh Công binh

7916

hà nội 9 - 2009


Bộ khoa học & công nghệ
Bộ quốc phòng
bộ t lệnh công binh

Báo cáo khoa học đề tài
nghiên cứu thiết kế, chế tạo trong nớc một số trang bị
để cơ giới hoá đồng bộ quá trình thi công đờng hầm
Khẩu độ vừa và nhỏ dùng cho quốc phòng
mã số ĐTĐL - 2006/05G

chủ nhiệm đề tài


TT

1.1.
1.2
1.3.
1.3.

2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.

3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.

Nghiên cứu hoàn thiện kỹ thuật khoan, nổ trong thi công đờng hầm.
H s thit k bn v thi cụng mu phn khoan n.
Xõy dng phn mm tớnh h chiu khoan n v v thit k khoan n.
Ti liu tp hun cho cỏn b k thut thi cụng.
Kết luận chơng 3
Chơng 4: Nghiên cứu thiết kế thiết bị khoan
Công tác khoan và phơng pháp tiếp cận nghiên cứu
Thiết kế tổng thể thiết bị khoan
Tính toán thiết kế thiết bị khoan
Tính toán động học thiết bị khoan
Tính ổn định thiết bị khoan
Tính toán kiểm nghiệm bền thiết bị công tác
Kết luận chơng 4
Chơng 5: Nghiên cứu thiết kế thiết bị bốc xúc vật liệu
Các dạng máy bốc xúc và phơng pháp nghiên cứu
Lựa chọn các phơng án thiết kế máy bốc xúc
Phơng án thiết kế tổng thể máy bốc xúc
Tính toán thiết kế máy bốc xúc
Tính toán kiểm tra, hiệu chỉnh máy bốc xúc
Kết luận chơng 5
Chơng 6: Nghiên cứu thiết kế thiết bị vận chuyển
Cụng tỏc vn chuyn t ỏ trong thi cụng ng hm
Chn phng ỏn c gii hoỏ cụng tỏc vn chuyn
xut cỏc phng ỏn v la chn cỏc thit b
Tớnh toỏn c bn kt cu v n nh cỏc thit b ó la chn
Tớnh s b thi gian bc xỳc v vn chuyn bng phng phỏp c gii hoỏ
Kt lun chng 6

3


96
99
100
100
100
102
104
114
120
121
121
121
121
129
141
142


TT
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
7.6.
8.1.
8.2.
8.3.
8.4.
8.5.

Chơng 7: Nghiên cứu thiết kế thiết bị ván khuôn di động
Các yêu cầu cơ bản của ván khuôn khi thiết kế
Phơng án thiết kế ván khuôn di động
Tớnh toỏn vỏn khuụn di ng
Tớnh kim nghim bn cho khung c nh
Tớnh lc cn thit di chuyn khung di ng v khung c nh
Kết luận chơng 7
Chơng 8: Nghiên cứu thiết kế thiết bị bơm bê tông
Công tác thi công bê tông trong xây dựng đờng hầm quân sự
Phân tích lựa chọn phơng án kỹ thuật cho bơm bê tông
Xõy dng mụ hỡnh ng lc hc vn chuyn hn hp bờ tụng.
Tớnh toỏn, thit k k thut mỏy bm bờ tụng
Kt lun chng 8
Chơng 9: Nghiên cứu thiết kế thiết bị phân loại vật liệu
Tổng quan về máy phân loại vật liệu
Xác định chỉ tiêu của thiết bị nghiên cứu
Lựa chọn phơng án thiết kế thiết bị phân loại vật liệu
Tính toán chi tiết các thông số máy sàng rung
Tính bền cho kết cấu hộp sàng và khung đỡ.
Kết luận chơng 9
Chơng 10: Nghiên cứu thiết kế hệ thống bảo đảm cung cấp năng lợng
Yêu cầu chung khi tính, chọn nguồn cung cấp năng lợng
Các phơng án và lựa chọn hệ thống bảo đảm cung cấp năng lợng
Tính chọn hệ thống cung cấp năng lợng
Kết luận chơng 10
Phần III: Chế thử và thử nghiệm sản phẩm nghiên cứu
Chơng 11: Tổ chức chế thử sản phẩm
Lựa chọn đơn vị chế thử
Triển khai công việc chế thử
Kết quả chế thử các sản phẩm nghiên cứu

156
159
164
170
171
171
171
173
177
190
195
196
196
196
203
211
213
213
213
214
217
217
220
220
220
220
221
224
225
225

KTCB
TBKT
TT
TCKT
TBM
XDCT

giải thích

Bảo vệ Tổ quốc
Bộ Quốc phòng
Bộ t lệnh
Bộ Xây dựng
Công nghệ cao
Cơ giới hóa
Công trình quốc phòng
Đề tài độc lập
Hệ số kiên cố của đất đá
Nhà nớc
Công nghệ thi công hầm theo phơng pháp áo mới
Mỏ - Địa chất
Giao thông vận tải
Học viện kỹ thuật quân sự
Kỹ thuật cơ giới
Khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự
Khoa học và công nghệ
Khoa học công nghệ và môi trờng
Kỹ thuật công binh
Trang bị kỹ thuật
Trung tâm

một số trang bị nhỏ và mở đề tài nghiên cứu thăm dò về các trang bị cơ giới hoá
thi công đờng hầm nh: thiết bị khoan tự dẫn tiến, máy bơm bê tông dùng khí
nén, thiết bị bốc xúcNhng do nhiều điều kiện chi phối, nên kết quả mới giải
quyết những khó khăn tạm thời trớc mắt; việc nghiên cứu thăm dò mới chỉ
khẳng định bớc đầu về tính khả thi của hớng triển khai nghiên cứu tiếp theo.
Mục tiêu nghiên cứu đề tài là nghiên cứu giải pháp công nghệ thi công
đờng hầm quân sự khẩu độ vừa và nhỏ theo hớng cơ giới hoá phù hợp với Việt
Nam. Trên cơ sở đó đi đến thiết kế, chế tạo trong nớc một số trang bị phù hợp
với quy trình thi công nghiên cứu để nâng cao mức độ cơ giới hoá trong thi công
đờng hầm quân sự khẩu độ vừa và nhỏ .
Đề đạt mục tiêu, nội dung cơ bản của đề tài là: nghiên cứu cơ sở định
hớng cơ giới hoá thi công đờng hầm; hoàn thiện kỹ thuật khoan nổ; thiết kế,
chế tạo các thiết bị: Bốc xúc, Khoan, Ván khuôn di động, Phân loại vật liệu,
Bơm bê tông, Thiết bị vận chuyển đất đá và thiết kế Hệ thống cấp điện, khí nén,
thông gió để phục vụ thi công cơ giới hoá đờng hầm khẩu độ vừa và nhỏ.
Đối tợng nghiên cứu đề tài là quy trình, biện pháp kỹ thuật và một số
thiết bị thi công nhằm để cơ giới hóa đồng bộ công việc thi công đờng hầm
quân sự khẩu độ vừa và nhỏ. Với điều kiện khả năng hiện có, phạm vi các nội
dung nghiên cứu đề tài chủ yếu tập trung giải quyết cho loại đờng hầm có hệ số
kiên cố fkp > 4 và đợc thi công theo phơng pháp mỏ truyền thống hiện nay.

6


Phơng pháp tiếp cận và nghiên cứu đề tài là dựa trên cơ sở yêu cầu kỹ,
chiến thuật của đờng hầm quân sự; các kiến thức mới về công nghệ thi công
đờng hầm; kinh nghiệm nhiều năm thi công đờng hầm của Bộ đội Công binh;
những kết quả ứng dụng công nghệ, thiết bị mới của ngành khai thác mỏ, tiến
hành lựa chọn quy trình công nghệ thi công phù hợp với năng lực và khả năng
của ngành cơ khí trong nớc. Khi nghiên cứu chế tạo các thiết bị, cán bộ thực

- Đề tài ĐTĐL 05/ G6: Nghiên cứu thiết bị bơm bê tông.
+ Đơn vị thực hiện: Viện KTCG/ TCKT.
+ Chủ nhiệm ĐT: Đại tá TS Nguyễn Hoàng Thanh
- Đề tài ĐTĐL 05/ G7: Nghiên cứu thiết bị vận chuyển.
+ Đơn vị thực hiện: Viện KTCG/ TCKT.
+ Chủ nhiệm ĐT: Thợng tá KS Phạm Quang Vinh
- Đề tài ĐTĐL 05/ G8: Nghiên cứu thiết kế hệ thống cấp điện, khi nén và
thông gió cho thi công đờng hâm.
+ Đơn vị thực hiện: Viện KTCG/ TCKT.
+ Chủ nhiệm đề tài: Thợng tá ThS Mai Chí Thành
7


Nhằm tạo điều kiện cho cán bộ tham gia hiểu rõ thực trạng thi công và tìm
hiểu các trang bị mới có thể ứng dụng khi nghiên cứu, Đề tài đã tổ chức 3
chuyến đi nghiên cứu khảo sát tại các đơn vị thi công của QK1, QK3, QK4,
QK5, Tổng công ty Đông Bắc và các đơn vị trực thuộc BTLCB. Sau chuyến đi,
các cán bộ nghiên cứu đã thu thập đợc những số liệu cần thiết để làm cơ sở
nghiên cứu cho các nội dung phân công.
Bớc vào nghiên cứu lý thuyết, Đề tài đã mở lớp tập huấn chơng trình
phần mềm Inventor cho 20 đồng chí cán bộ của Binh chủng Công binh, Viện
KTCG và Học viện KTQS. Kết quả, các đồng chí tham gia đã có thêm công cụ,
kiến thức thuận lợi để nghiên cứu đề tài cũng nh công tác ở đơn vị sau này.
Quá trình thực hiện, Đề tài đã tổ chức 2 đợt hội thảo (19 buổi), để thông
qua phơng án thiết kế (đợt 1) và đánh giá kết quả nghiên cứu lý thuyết (đợt 2)
của các Nhánh đề tài. Các hội thảo đã có sự tham gia cộng tác của nhiều chuyên
gia, các nhà khoa học trên các lĩnh vực đề tài quan tâm. Qua hội thảo, Đề tài đã
tiếp thu đợc nhiều ý kiến đóng góp quý báu, để hoàn thiện kết quả nghiên cứu
của mình có chất lợng cao hơn.
Nhằm khẳng định thêm tính khả thi của kết quả nghiên cứu trớc khi chế



+ Phần 4; Kết luận và đề nghị.
Trong thời gian tới, khối lợng thi công đờng hầm khẩu độ vừa và nhỏ
của các đơn vị Công binh rất nặng nề. Thực hiện Đề tài: nghiên cứu thiết kế, chế
tạo trong nớc một số trang bị để cơ giới hoá đồng bộ quá trình thi công đờng
hầm khẩu độ vừa và nhỏ là để nâng cao năng lực thi công của các đơn vị Công
binh xây dựng đờng hầm trớc những đặc điểm, yêu cầu của nhiệm vụ đã nêu.
Bộ t lệnh Công binh và các đơn vị phối hợp tham gia thực hiện đề tài xin
trân trọng cảm ơn tới các cơ quan của Bộ KH&CN, Cục KHCN&MT/ BQP đã
quan tâm, chỉ đạo, tạo điều kiện giúp đỡ Đơn vị trong quá trình thực hiện đề tài.
Bộ t lệnh Công binh cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các nhà khoa học, chuyên
gia thuộc lĩnh vực nghiên cứu đề tài công tác tại: Học viện KTQS, Viện kỹ thuật
CGQS/ TCKT, Viện KH&CN Quân sự/BQP, Trờng đại học mỏ - địa chất,
Trờng đại học xây dựng, Trờng đại học giao thông vận tải, Trung tâm kiểm
định kỹ thuật an toàn lao động/ BXD là những ngời đã giành nhiều thời gian và
công sức để tham gia t vấn, đóng góp ý kiến cho nội dung, kết quả nghiên cứu
đề tài.
Tuy nội dung nghiên cứu đề tài rất cấp thiết và kết quả đạt đợc đã bám
sát mục tiêu nghiên cứu, nhng có thể sản phẩm đề tài về mặt trình độ khoa học
công nghệ còn khiêm tốn và cha giải quyết hết những mong muốn của thực tiễn
đặt ra. Nhằm có cơ hội tiếp thu, rút kinh nghiệm cho lần nghiên cứu sau (khi có
điều kiện) đạt bớc phát triển cao hơn, đội ngũ cán bộ và các đơn vị tham gia đề
tài xin chân thành cảm ơn mọi ý kiến đóng góp của các cá nhân và tập thể quan
tâm đến nội dung, kết quả đề tài.
Ban Chủ nhiệm đề tài ĐTĐL-2006/05G

9



Bổ sung
Kiểm tra hệ chống tạm
Hoặc thay thế

Thi công vỏ hầm vĩnh cửu

Hoàn thiện công trình

Hình 1.1. Quy trình thi công hầm theo phơng pháp mỏ truyền thống

* Trình tự triển khai các bớc thi công
Thi công theo phơng pháp mỏ truyền thống gồm các công đoạn: đo,
chống tạm, đổ vỏ hầm, hoàn thiện. Các công đoạn đó liên hệ chặt chẽ với nhau
v phụ thuộc rất nhiều vo điều kiện đất đá, kích thớc mặt cắt ngang đờng
hầm cũng nh lực lợng, trang bị thi công.
9


Quá trình đào đất đá (đối với đờng hầm ngang) có thể phân thnh: Đo
ton mặt cắt; đo kiểu bậc thang (trên, dới); đo hang dẫn ( hang dẫn giữa,
hang dẫn tờng, hang dẫn trên, hang dẫn giữa hoặc kết hợp nhiều hang dẫn...)
Quá trình thi công vỏ hầm thờng có thể chia lm 2 loại: Phơng pháp
tờng trớc, vòm sau v phơng pháp vòm trớc, tờng sau.
+ Phơng pháp tờng trớc, vòm sau: thờng gọi đây l phơng pháp
thuận, phơng pháp ny phù hợp với điều kiện đất đá ít ổn định.
+ Phơng pháp vòm trớc, tờng sau: thờng gọi đây l phơng pháp
nghịch. Trớc tiên đo phần trên của mặt cắt đờng hầm, tiến hnh xây dựng vỏ
và đào phần bên dới, sau đó mới thi công phần tờng hầm. Phơng pháp này
đợc sử dụng đối với đờng hầm có tiết diện lớn, điều kiện đất đá ổn định.
* u nhợc điểm của phơng pháp


kết cấu chống

No

Đo đạc
giám sát biến dạng
So sánh với tiêu chuẩn

No

yes
Thi công lớp cách nớc

Thi công lớp vỏ sau cùng

Hoàn thiện công trình

Hình 1.2. Quy trình các bớc thi công hầm theo NATM

* u nhợc điểm của phơng pháp
- u điểm: áp dụng rộng rãi cho các loại địa chất khác nhau. Phát huy đợc
khả năng tự chịu tải của đất đá. Tốc độ thi công tơng đối nhanh
- Nhợc điểm: Chỉ phát huy đợc u điểm của nguyên lý làm việc đối với tiết
10


diện tròn hoặc gần tròn, đòi hỏi phải có nhiều trang thiết bị và trình độ đội ngũ
thi công cao.
c. Phơng pháp thi công kiểu Khiên đào (Shield method- SM)

nhân viên và phơng tiện chuyên chở vật liệu, quạt thông gió và các vật dụng
khác. TBM là một hệ thống đảm nhiệm các chức năng: đẩy, quay xoắn, giữ ổn
định khi luân chuyển, vận chuyển đất đào, lái, thông gió và chống đỡ nền quanh
11


hang đào. Trong hầu hết các trờng hợp, những chức năng này có thể đợc thực
hiện liên tục trong mỗi chu trình đào.
- Thiết bị máy khoan đào hầm điển hình: Đào hầm bằng máy liên hợp, Thiết
bị mở hầm liên hợp loại bánh xích và loại rô to.
* Ưu nhợc điểm của việc sử dụng TBM
- Ưu điểm: Tốc độ đào cao, vận hành liên tục. Mức độ huỷ hoại khối nền đá
ít hơn. Biên đào nhẵn, giảm thiểu diện tích đào thừa, yêu cầu chống đỡ ít. Đất
vụn đào thải có tính chất đồng đều. An toàn nhân lực và bảo vệ môi trờng cao
hơn. Có khả năng cơ giới hoá toàn bộ quá trình xây dựng. Có thể áp dụng tối đa
các cấu kiện đúc sẵn. Có thể điều khiển tự động hoá từ xa.
- Nhợc điểm: Chỉ áp dụng khi dạng hình học thờng cố định là tròn. Công
trình ngầm thờng đào qua nhiều loại địa chất và địa chất thuỷ văn khác nhau.
Khi đào bằng TBM mức độ rủi ro cao, đòi hỏi phải có các biện pháp gia cố, xử lý
phụ trợ, tính linh hoạt bị hạn chế đối với các điều kiện địa chất phức tạp. Chi phí
đầu t cao, khó có thể khấu hao hết cho một dự án xây dựng. Công tác lắp đặt
các hệ thống chống giữ ở gơng rất khó khăn, phức tạp khi thi công bằng TBM
gặp phải đất yếu, chảy lỏng. TBM đòi hỏi vật t, phụ tùng thay thế rất đặc
chủng, đắt và trong nớc cha sản xuất đợc.
* Ngoài các phơng pháp đã giới thiệu ở trên ngời ta còn sử dụng phơng
pháp thi công dùng kích đẩy (Pipe jacking)
1.1.2. Các trang thiết bị điển hình phục vụ thi công
Hiện nay, phơng pháp thi công đờng hầm đang đợc sử dụng rộng rãi và
phổ biến nhất là thi công bằng phơng pháp khoan nổ, chu kỳ của quá trình thi
công đờng hầm bằng phơng pháp khoan nổ thể hiện nh sau (Hình 1.4)

Thiết bị khoan cầm tay của nớc ngoài chế tạo sử dụng chủ yếu nguồn
năng lợng bằng khí nén hoặc thủy lực. Đặc điểm của máy khoan này là dễ sử
dụng, triển khai nhanh chóng, hoạt động tiện lợi và đạt hiệu quả kinh tế trong thi
công; có độ tin cậy và độ bền của thiết bị cao nên nó đợc sử dụng phổ biến trên
nhiều nớc và ở nhiều vùng lãnh thổ. Nhng nhợc điểm là các thiết bị khoan này
12


chủ yếu chỉ có máy khoan, không có giá, khi sử dụng cầm bằng tay hoặc vác
trên vai tạo ra sự làm việc rất nặng nhọc cho ngời vận hành khoan. Do đó, nó
chỉ phù hợp với làm thủ công và làm trong thời gian khoan ngắn hoặc ở những vị
trí không thể cơ giới hoá. Có một số loại thiết bị khoan cầm tay điển hình nh sau:
- Hãng Furukawa của Nhật Bản có các loại khoan cầm tay dẫn động bằng
khí nén: 6D, 6D-V, 112D, 112D-V, 217D, 217D-V, 22D, 22D-V và các loại
khoan cầm tay có chân nh 312D, 317D, 322D và PD 90L ...
- Trung Quốc có các loại khoan cầm tay dẫn động bằng khí nén nh:YT-24,
YL-18, YO-18...
- Nga có các loại khoan cầm tay nh dẫn động bằng khí nén nh: -13,
-19, -20, PK-60, PK-75...và dẫn động thuỷ lực nh XGR-3...
- ấn Độ có các loại khoan cầm tay dẫn động bằng khí nén nh MDS 505L,
MDS 404W, MDS 505L/FR, MDS 62K ...
* Thiết bị khoan bán cơ giới
Thiết bị khoan bán cơ giới nhằm giảm bớt sự nặng nhọc trong quá trình
khoan, các máy khoan đợc đặt trên các bộ giá khoan, ngời vận hành chỉ phải
tác động lực đẩy khoan. Đặc điểm sử dụng loại này là phải triển khai giá khoan,
sau đó lắp đặt máy khoan lên giá và vận hành khoan. So với thiết bị khoan cầm
tay, thời gian triển khai và thu hồi thiết bị lâu hơn, nhng hiệu quả khoan tốt hơn
và thời gian làm việc dài hơn. Việc định vị các lỗ khoan dễ dàng và nhanh chóng
hơn, do đó làm tăng năng suất và chất lợng khoan. Ngoài ra, các bộ giá khoan
có kết cấu đơn giản, gọn nên dễ triển khai và chiếm không gian gơng hầm

gơng hầm vừa và lớn.
- Xe khoan tự hành Hãng TamRock của Thụy Điển: Có các loại xe khoan tự
hành TamRock Axera một và nhiều máy khoan, nh các loại xe khoan AXERA
D05-126(H); AXERA D05-226(H); AXERA LP-126(H); MERCURY 1F/D4E50; QUASAR 1F/D3-E50; QUASAR 1F XL/D3-E50. Đặc điểm của các loại xe
khoan này là máy khoan đợc đặt trên thiết bị công tác dạng cần, thiết bị này
đợc đặt trên các xe cơ sở bánh lốp nên vận tốc di chuyển lớn hơn bánh xích.
Dẫn động khoan, thiết bị công tác và hệ thống di chuyển bằng hệ thống truyền
động thuỷ lực.
- Xe khoan tự hành Hãng Atlas Copco của Thụy Điển: Có các loại xe khoan
tự hành một hoặc hai cần khoan, nh xe khoan Rocket Boomer 104; Rocket
Boomer 281; Rocket Boomer 282 ; Rocket Boomer S1L; Rocket Boomer L2D.
Cũng giống nh các xe khoan của Hãng Tamrock, đặc điểm các xe khoan của
Hãng Atlas Copco là máy khoan đợc đặt trên thiết bị, thiết bị này đặt trên xe cơ
sở bánh lốp. Dẫn động khoan, thiết bị công tác và hệ thống di chuyển bằng hệ
thống truyền động thuỷ lực.

Hình 1.5. Máy khoan tự hành Rocket Boomer 282

- Ngoài ra, Hãng MTI của Canada có các loại xe khoan tự hành một hoặc
hai cần khoan, nh xe khoan Drift Runner MTI-1SB; Ramp Runner MTI-2MB;
Vein Runner MTI-1XSB. Hãng SANDVIK của Pháp có các loại xe khoan
Robolt 5-126 XL; Robolt 5-126 dùng để khoan các giếng đứng. Trung quốc
cũng chế tạo đợc một số loại xe khoan dùng trong công tác khai thác mỏ và xây
dựng đờng hầm.
Các loại xe khoan tự hành đều có những tính năng u việt riêng và khả năng
vợt trội khi khoan đá. Song giá thành của các sản phẩm này rất cao, kích thớc
rất lớn nên chỉ phù hợp với thi công đờng hầm khâu độ lớn, không phù hợp với
việc thi công xây dựng những đờng hầm khâu độ vừa và nhỏ.
b. Nhóm thiết bị bốc xúc
Căn cứ vào điều kiện làm việc thực tế, nhóm trang bị bốc xúc đợc thiết kế

bốc xúc độc lập, không cần có phơng tiện vận chuyển. Gầu xúc có thể đổ đằng
trớc hay đổ sang một bên. Khi đổ lên phơng tiện, máy cần có chuyển động
quay vòng, khi tự vận chuyển máy chỉ thực hiện chuyển động tiến và lùi. Vận
tốc di chuyển khá lớn và năng suất bốc xúc cao.
Loại này có thể bốc xúc các loại đất đá có kích thớc và độ kết dính khác
nhau theo tính năng của máy, đặc biệt là các cục đá đợc tạo ra sau khi khoan
nổ. Do vậy loại máy này có thể sử dụng cơ giới hoá quá trình bốc xúc đất đá
trong các đờng hầm có khâu độ lớn và vừa, nhng phải bảo đảm khả năng
thông gió để giảm bớt lợng khí thải do động cơ đốt trong tạo ra. Đối với đờng
hầm khâu độ nhỏ, việc sử dụng loại máy này ở dạng mi ni phụ thuộc vào chiều
rộng và dài đờng hầm, nhng hiệu quả sẽ không cao.

Hình 1.6. Một số dạng máy bốc xúc

15


+ Máy bốc xúc đất đá kiểu cào vơ
Nguyên lý hoạt động của dạng này là đất đá ở dạng hạt rời đợc thiết bị
cào vào băng tải, băng tải đổ vào phơng tiện vận chuyển hoặc đến vị trí đổ vật
liệu. Thiết bị cào có nguyên lý hoạt động theo kiểu gạt ngang và kiểu gạt đứng.
+ Máy cào vơ kiểu gạt ngang:
Loại máy này thờng di chuyển bằng bánh xích, điều khiển bằng điện.
Điển hình nh Máy cào vơ 1PNB2U của Nga. Để mở rộng khả năng làm việc
của thiết bị bốc xúc, ngoài càng cua để bốc đất đá, trên thiết bị có bố trí thiết bị
khoan nh máy MPNB và 1GPKS của Nga.
Do bị càng cua gạt đất đá hạn chế, cho nên chỉ dùng gạt đất có độ dính
kết nhỏ, gạt than hoặc đá có kích cỡ hạt không lớn. Máy chỉ phù hợp với việc cơ
giới trong đờng hầm khâu độ vừa với kích cỡ sản phẩm nổ tạo ra tơng đối
đồng đều và có độ kết dính nhỏ.

16


thờng đợc sử dụng bốc xúc trong những đờng hầm khai thác mỏ than hoặc
quặng, trên các bãi chứa than, cát hay sỏi có phơng tiện vận chuyển lớn, dây
truyền vận chuyển dạng liên tục băng tải hoặc dạng đoàn xe goòng, ít sử dụng
trong thi công các loại đờng hầm.
c. Nhóm thiết bị vận chuyển
Hiện nay, thiết bị vận chuyển đang sử dụng bao gồm các dạng sau: xe
hầm bánh lốp, máy bốc xúc kiểu xúc lật, xe goòng chạy trên ray với nguồn dẫn
động là động cơ điện, động cơ đốt trong hoặc bằng tay, hệ thống băng tải.
Trong các đờng hầm khâu độ vừa và lớn, xe hầm bánh lốp đợc sử dụng
rất phổ biến. Đây là các xe vận tải chuyên dụng bánh lốp với thùng ben tự đổ, sử
dụng động cơ đốt trong. Các xe này có vận tốc chuyển động và khả năng chuyên
chở lớn (thể tích thùng ben thờng từ 8-15m3) nên đáp ứng đợc nhịp độ bốc xúc
của các thiết bị bốc xúc. Các Hãng chế tạo của nớc Nga, Đức, Nhật, Pháp, Hàn
Quốc, Trung Quốc, Mỹđều chế tạo các xe hầm đồng bộ với thiết bị bốc xúc.
Hãng Zanam-Legmet (Đức) có xe hầm WOW-10; Hãng Caterpilar (Mỹ) có xe
hầm K250-21 CAT.
Phơng tiện vận chuyển dạng xe goòng chạy trên ray rất phổ biến trong
thi công đờng hầm khâu độ vừa và nhỏ, có chiều dài tuỳ ý. Đặc điểm của dạng
vận chuyển này là một hoặc đoàn xe goòng liên kết với nhau chuyển động trên
hai ray đặt trên nền hầm. Nguồn dẫn động thờng là động cơ đốt trong hoặc
động cơ điện chạy bằng ác qui, đôi khi sử dụng bằng tay. Do di chuyển trên ray
nên lực cản chuyển động không lớn so với di chuyển bánh lốp nên công suất dẫn
động di chuyển không lớn, phải chi phí thêm thời gian cho việc đặt ray đến vị trí
gơng khoan nổ trớc khi bốc xúc. Kết cấu của các xe goòng phải có khả năng
tự đổ vật liệu chuyên chở. Việc chất tải lên các xe goòng đợc thực hiện bằng
các phơng tiện bốc xúc có sử dụng băng tải hoặc máy bốc xúc kiểu xúc lật.
Hệ thống vận chuyển băng tải bao gồm các băng tải bố trí nối tiếp nhau

kết lắng của bê tông, khối lợng vận chuyển không lớn, phải có khả năng tự trút
đổ vào bơm bê tông. Đối với những đờng hầm khâu độ vừa và lớn có thể sử
dụng các loại xe vận chuyển bê tông thông dụng nh xe Huydai (Hàn Quốc), có
dung tích thùng là 6m3. Đối với những đờng hầm khâu độ nhỏ, việc vận chuyển
bê tông là hết sức khó khăn, do đó phải sử dụng các xe vận chuyển chuyên dùng
có kích thớc phù hợp với khâu độ đờng hầm.
Để đa bê tông từ mặt nền lên thành và đỉnh vòm cần phải sử dụng thiết bị
bơm bê tông. Đặc điểm của thiết bị này khi làm việc là đẩy bê tông bằng đờng
ống lên độ cao, đảm bảo bê tông không bị phân tầng, phân lớp, không làm ảnh
hởng đến độ đông kết của bê tông. Hiện nay, các bơm bê tông đẩy bê tông
trong đờng ống theo nguyên lý trục vít (dạng bơm) hoặc dùng khí nén (dạng
bơm-phun). Cấu tạo chung của các bơm bê tông gồm nguồn động lực, khoang
chứa, đờng ống và thiết bị điều khiển. Một số loại bơm bê tông điển hình của
Đức và Pháp nh : Tumac P18, Mecbo...

Hình 1.8. Một số loại bơm bê tông của Đức và của Pháp

* Thiết bị ván khuôn (Cốt pha)
Trang thiết bị cốt pha đóng vai trò quan trọng trong công nghệ thi công
đờng hầm, đợc sử dụng để chống tạm và ghép đổ thành bê tông chịu lực cho
vỏ hầm. Đây là nhóm thiết bị liên quan rất lớn đến vấn đề an toàn, chống sập
18


vòm hầm và lở thành hầm, đặc biệt ở những vị trí đất đá có tính chất cơ lý không
cao nh các đờng hầm đất cát, đất á sét và đá sét kếtHiện nay, các đờng
hầm sử dụng các dạng thiết bị cốt pha nh sau: loại định hình đợc chế thức sẵn,
và loại không định hình, trong đó loại định hình đợc sử dụng phổ biến nhất.
Loại thiết bị cốt pha định hình đợc chế tạo bằng vật liệu là thép hoặc gỗ
theo các mô đun khác nhau, phù hợp với qui chuẩn kích thớc của từng đờng


19


g. Nhóm trang thiết bị cung cấp năng lợng phục vụ thi công
Trong phạm vi nghiên cứu, chúng ta chỉ đề cập đến nhóm trang thiết bị cung
cấp năng lợng điện và khí nén.
Hiện nay, trang thiết bị cung cấp năng lợng điện chủ yếu là các loại máy phát
điện của Trung Quốc, Nga, Đứcchạy bằng nhiên liệu diezel hoặc xăng để kéo đầu
máy phát xoay chiều 3 pha hoặc 1 pha, với bộ điều khiển và thiết bị đóng ngắt tự
động ATS, sử dụng két nớc làm mát. Toàn bộ động cơ, đầu máy phát và các thiết bị
đợc đặt trên khung giá và đợc bao kín bằng vỏ cách âm. Trên vỏ máy có các cửa
mở để kiểm tra và vận hành máy. Công suất trung bình từ 50-150 KVA, công suất
lớn từ 200-500 KVA.
Ngoài thiết bị cung cấp năng lợng điện cho các trang thiết bị dùng điện, trong
quá trình thi công đờng hầm bằng phơng pháp khoan nổ có sử dụng một số trang
bị cung cấp năng lợng dạng khí nén cho các thiết bị phục vụ thi công đờng hầm.
Đó là các thiết bị khoan máy hoặc cầm tay, máy bơm bê tông, máy làm sạch bề mặt
đờng hầm hoặc bê tông, máy phun vữa và các chất chống thấmĐể đảm bảo cung
cấp đầy đủ và hợp lý năng lợng khí nén, các máy nén khí đợc bố trí ở các đầu
đờng hầm và cấp khí qua hệ thống đờng ống. Điển hình là Máy nén khí PDS6556
của Đức; Máy nén khí VY-9/7 của Trung Quốc.
Để đảm bảo thông khí tạo ra sau nổ mìn và cung cấp không khí sạch cho
ngời thi công trong các đờng hầm có chiều dài lớn, dọc theo trục hầm phải bố
trí hệ thống thông khí. Không khí lu thông đợc tạo ra từ các máy nén khí đặt ở
cửa đờng hầm và thờng đợc dẫn vào trong hầm nhờ hệ thống ống mềm với áp
suất cao nhằm đẩy không khí trong hầm ra ngoài. Máy thông khí có nhiều loại nh
quạt ly tâm trung áp, quạt ly tâm gián tiếp, quạt ly tâm cao áp, quạt tròn cao áp. Hiện
nay, khi thông gió các đờng hầm, thờng sử dụng quạt thông gió ly tâm gián tiếp.
1.2. Tình hình sử dụng trang bị thi công đờng hầm trong nớc

định vị hiện đại TCRA của Thuỵ Sĩ, sử dụng quạt thông gió Côrêman với ống gió
mềm đờng kính 900mm, bốc xúc bằng máy xúc Tôrô-400 dung tích gầu 4,5m3,
vận chuyển bằng xe Vônvô của Thuỵ Sĩ tải trọng 20 tấn và xe Huyn dai của Hàn
Quốc tải trọng 15 tấn. Sử dụng máy phun vữa Mêco của Thuỵ sĩ với công suất
phun vữa từ 6ữ21m3/h, vận chuyển vữa phun bằng xe Hyndai dung tích 6m3, sử
dụng hệ thống cốt pha di động, định vị khối bê tông đổ bằng máy TCRA-1101
của Thuỵ sĩ có cài đặt phần mềm Tênarốt để xử lý số liệu. Dùng máy bơm bê
tông BY-21 của Nhật với công suất 60m3/h, vận chuyển bê tông bằng xe Huyn
dai dung tích 6m3, đầm bê tông bằng đầm rung gắn bên ngoài cốt pha kết hợp
với đầm dùi.
1.3. Những vấn đề về thi công đờng hầm quân sự
1.3.1. Các yếu tố địa chất ảnh hởng thi công đờng hầm quân sự
1.3.1.1. ảnh hởng của địa chất công trình
Điều kiện địa chất công trình (ĐCCT) của một khu vực không gian cụ thể
nào đó là tổng hoà các yếu tố sau:
+ Điều kiện địa hình, địa mạo; + Cấu trúc địa chất;
+ Tính chất cơ lý của đất đá;

+ Địa chất thuỷ văn;

+ Các quá trình địa chất vật lý bất lợi.
Dựa vào các yếu tố này ngời ta chia ra ba cấp độ phức tạp của điều kiện
địa chất công trình là: đơn giản, trung bình và phức tạp.
Nếu một yếu tố nào đó có mức độ phức tạp nhất định, có ý nghĩa quyết định
các giải pháp xây dựng công trình thì mức độ phức tạp của điều kiện địa chất
công trình vùng (địa điểm) xây dựng phải đợc xác định theo yếu tố ấy. Lúc đó
phải tăng thêm hoặc bổ sung khối lợng công tác khảo sát cần thiết để đảm bảo
làm sáng tỏ ảnh hởng của chúng tới công trình thiết kế.
1.3.1.2. ảnh hởng của đất, đá
Theo nguồn gốc, đá đợc chia ra 3 nhóm sau:

- Sa thạch (cát kết): Sa thạch khi bị phong hoá có màu nâu, vàng nhạt hoặc nâu
đỏ...Đào đờng hầm vào sa thạch cha phong hoá thì ổn định, chất lợng công
trình cao. Đào vào loại sa thạch mềm bở thì hay sinh ra hiện tợng sụt lở, chất
lợng công trình kém.
- Đá phấn sa (bột kết, hay alevrôlit): Độ cứng của loại đá này rất thấp, hệ số
kiên cố cao nhất cũng chỉ đạt đợc giá trị bằng 4. Đào đờng hầm vào đá phấn
sa không ổn định, hay bị sụt lở nhất là hầm khâu độ rộng. Về mùa ma, thi công
gặp rất nhiều khó khăn do nớc ngấm vào gây ra sụt lở nghiêm trọng.
- Đá sét (sét kết): Trên lãnh thổ nớc ta đá sét kết thờng cấu tạo dạng lớp
mỏng hoặc dạng lá, đào đờng hầm vào loại đá này không ổn định, dễ bị sụt lở,
chất lợng công trình kém.
- Diệp thạch: Đặc tính của đá diệp thạch là phân lớp rất mỏng, độ cứng không
cao, dễ bị phong hoá. Diệp thạch khi bị phong hoá biến thành đất vàng nhạt hoặc
nâu nhạt. Đào đờng hầm trong đá phân bố hoàn chỉnh cũng tơng đối ổn định,
ít sinh ra sụt lở, thi công nhanh. Nếu diệp thạch mà nằm xen vào các loại đá khác
thì khi đào đờng hầm rất dễ bị sụt lở ở những chỗ gặp diệp thạch.
- Đá vôi: Độ cứng của đá vôi cũng thay đổi nhiều, có loại fkp=10ữ15, có loại chỉ
đạt fkp= 5ữ7. Đào đờng hầm vào khu vực đá vôi hoàn chỉnh rất ổn định, song
chúng thờng có khe nứt lớn, hang hốc, bọng nớc nên cũng gây ra một số trở
ngại nhất định trong quá trình thi công, nớc ngầm chảy ra từ các hốc đá vôi vào
công trình.
Trong núi đá vôi thờng có những hang động rất lớn. Trớc đây trong thời
gian kháng chiến chống Pháp và Mỹ chúng ta đã tận dụng các hang động này
làm kho trạm cất dấu vũ khí trang bị Quốc phòng, hầm phòng tránh bom đạn cho
bộ đội, sở chỉ huy cho các đồng chí lãnh đạo nhà nớc và quân đội, bệnh xá, nhà
máy v.v...Ngày nay việc cải tạo hang động phục vụ cho mục đích an ninh quốc
phòng đợc đặc biệt lu ý.
c. Đá biến chất: Là loại đá đợc tạo thành do quá trình biến đổi các loại đá ban
đầu nh mac ma, trầm tích (có thể là đá biến chất sơ cấp) dới nhiệt độ và áp
suất cao. Một vài loại đá biến chất thờng gặp và ảnh hởng của nó tới xây dựng

1.3.1.3. ảnh hởng của sự phân lớp đất đá
Qua thực tế xây dựng đờng hầm, ta thấy lớp đá càng dày đào đờng hầm
càng ổn định, sụt lở ít xảy ra và ngợc lại, lớp đá càng mỏng đào đờng hầm
càng kém ổn định, dễ sinh ra sụt lở. Ngay trong một loại đá, nơi nào tính phân
lớp dày đào ổn định hơn nơi đá phân lớp mỏng. Vì vậy đào đờng hầm vào đá
cấu tạo đồng nhất ổn định hơn đào vào đá cấu tạo không đồng nhất. Kinh
nghiệm cho thấy, đào hầm vào nơi các lớp đá cứng xen kẽ với các lớp đá mềm
gặp nhiều khó khăn, dễ sinh ra sụt lở.
Về yếu tố thế nằm cũng liên quan tới ổn định khi đào đờng hầm. Theo
kinh nghiệm thực tế và theo lý thuyết áp lực đá thì trục đờng hầm chạy song
song với đờng phơng của lớp đá khi đào đờng hầm cũng hay sinh ra sụt lở.
Vì thế khi chọn trục hầm phải cắt đờng phơng của lớp đá một góc 25o trở lên.
Góc dốc của lớp đá cũng có quan hệ trực tiếp tới tính ổn định khi đào đờng
hầm. Theo kinh nghiệm nếu góc dốc thoải, các lớp đá trên nóc hầm dễ bị bẻ gãy,
nếu góc dốc quá lớn (70o ữ 90o) thì các lớp đá trên nóc dễ bị tụt.
1.3.1.4. ảnh hởng của sự uốn nếp, đứt gẫy
a. ảnh hởng của uốn nếp của đá
Các lớp đá khi bị uốn nếp thờng sinh ra kẽ nứt. Các kẽ nứt lại tập trung ở
23