Giải mã công nghệ xây dựng đường hầm bằng máy khoan TBM

TBM (Tunnel Boring Machine), hay máy thi công hầm bằng khiên đào, là hệ thống thiết bị cơ giới chuyên dụng được sử dụng để đào và xây dựng đường hầm ngầm. Máy gồm đầu cắt phía trước để đào đất, đá; thân khiên hình trụ có nhiệm vụ chống đỡ khu vực vừa đào; phía sau là hệ thống thủy lực, khí nén, cấp năng lượng và vận chuyển đất đá, bùn thải ra ngoài bằng bơm hoặc băng tải.

Trong quá trình thi công, TBM đồng thời đào đất và lắp dựng các tấm vỏ bê tông cốt thép đúc sẵn, tạo thành kết cấu chính của đường hầm. Công nghệ này đặc biệt phù hợp với các công trình ngầm có đường kính lớn, đường hầm giao thông đô thị như metro, hầm vượt sông...

Thi công được trong nhiều điều kiện địa chất

Một trong những ưu điểm nổi bật của TBM là khả năng thi công trong nhiều loại địa chất, từ đá cứng đến đất yếu, đất sét, đất bồi, đất cát và cả khu vực dưới mực nước ngầm. Công nghệ này có thể được áp dụng cho các tuyến hầm xuyên núi, dưới sông hoặc dưới biển.

So với phương pháp đào hầm truyền thống sử dụng thuốc nổ, TBM có độ an toàn cao hơn, giảm rung chấn và hạn chế tác động đến môi trường. Đây cũng là giải pháp phù hợp với các dự án hạ tầng ngầm tại khu vực đô thị, nơi có mật độ công trình và giao thông cao.

Trong quá trình thi công, máy TBM đào đất, đá và lắp vỏ hầm theo chu trình được kiểm soát chặt chẽ. Nhờ đó, hoạt động giao thông và sinh hoạt trên mặt đất về cơ bản vẫn có thể diễn ra bình thường, đồng thời hạn chế ảnh hưởng đến các công trình lân cận.

Tốc độ thi công cao

Tốc độ thi công là một trong những lợi thế lớn của công nghệ TBM. Tùy điều kiện địa chất, máy có thể đào và lắp vỏ hầm trung bình khoảng 10-20 m/ngày trong nền đất yếu và 50-100 m/ngày trong điều kiện địa chất đá.

Việc rút ngắn thời gian thi công không chỉ giúp đẩy nhanh tiến độ đưa công trình vào khai thác mà còn góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm tác động đến môi trường và khu vực xung quanh.

Về nguyên lý, TBM hoạt động dựa trên việc tạo áp lực cân bằng với áp lực đất và nước ngầm tại gương đào. Cơ chế này giúp hạn chế sự thay đổi trạng thái ứng suất, qua đó giảm nguy cơ mất ổn định, biến dạng và chuyển vị của đất đá phía trước gương hầm.

Hiện có hai loại khiên đào chủ yếu là EPB-TBM và Slurry-TBM. Hai loại máy được phân biệt dựa trên phương thức tạo áp lực cân bằng tại gương đào và điều kiện địa chất phù hợp.

Trong đó, EPB-TBM sử dụng hỗn hợp đất đào kết hợp với phụ gia để tạo áp lực cân bằng, phù hợp với nền đất có nhiều thành phần hạt mịn. Slurry-TBM sử dụng vữa bùn để duy trì áp lực tại gương đào, thích hợp hơn với các loại địa chất rời rạc như đất cát, sỏi.