CÔNG NGHỆ TBM TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM ĐÔ THỊ

1. Tổng quan về công nghệ đào hầm bằng TBM

TBM (Tunnel Boring Machine - Máy đào hầm bằng khiên đào) là một hệ thống thiết bị cơ giới hóa toàn diện và khép kín, chuyên dụng cho việc thi công các công trình ngầm. Cấu tạo và quy trình hoạt động của TBM bao gồm ba phần chính:

• Phía trước: Đầu cắt (cutterhead) mạnh mẽ có nhiệm vụ phá vỡ cấu trúc đất đá.

• Thân khiên đào: Khối hình trụ đóng vai trò chống đỡ vách hầm vừa đào, đồng thời thực hiện việc đổ bê tông tại chỗ hoặc lắp ghép các tấm vỏ hầm (segment) bằng bê tông cốt thép đúc sẵn để tạo thành kết cấu chịu lực chính.

• Phía sau: Hệ thống hậu cần (back-up) cung cấp năng lượng, thủy lực, khí nén, và vận chuyển bùn đất thải ra ngoài bằng băng tải hoặc hệ thống bơm áp lực.

Ứng dụng chính: Công nghệ này đặc biệt phù hợp với các công trình ngầm đô thị có đường kính lớn như hệ thống tàu điện ngầm (Metro), hầm giao thông vượt sông, hoặc hệ thống thoát nước ngầm quy mô lớn.

2. Các ưu điểm vượt trội của phương pháp TBM

So với các phương pháp đào hầm truyền thống, TBM sở hữu nhiều lợi thế mang tính đột phá:

• Thích ứng địa chất linh hoạt: Có khả năng thi công trên mọi loại địa hình, từ đá móng độ cứng cao đến các vùng đất yếu, đất sét, cát mịn dưới mực nước ngầm, xuyên núi hay dưới lòng biển.

• An toàn và thân thiện với môi trường: Quá trình vận hành hạn chế tối đa độ rung chấn và tiếng ồn (không gây chấn động như phương pháp nổ mìn), đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người lao động và khu vực xung quanh.

• Tối ưu hóa cho đô thị: Do máy TBM đào đất và lắp vỏ hầm theo chu trình khép kín, kiểm soát nghiêm ngặt ở lòng đất, các hoạt động giao thông và đời sống dân cư phía trên mặt đất vẫn diễn ra bình thường.

• Tốc độ thi công nhanh chóng: Đây là ưu điểm lớn nhất giúp đẩy nhanh tiến độ dự án. Trung bình một ngày, robot TBM có thể đào và hoàn thiện từ 10–20m hầm trong điều kiện đất yếu, và đạt từ 50–100m đối với địa chất đá cứng.

• Hiệu quả kinh tế dài hạn: Rút ngắn thời gian thi công giúp công trình sớm đưa vào khai thác, giảm thiểu chi phí cơ hội và chi phí xử lý môi trường.

• 

3. Nguyên lý hoạt động và phân loại robot TBM

Nguyên lý cân bằng áp lực gương hầm

Thi công bằng TBM dựa trên nguyên tắc tạo ra một áp lực đối kháng, cân bằng chính xác với áp lực của đất và nước ngầm tại vị trí gương đào. Cơ chế này giữ cho trạng thái ứng suất của khối đất đá xung quanh không bị biến động, từ đó ngăn ngừa triệt để hiện tượng sụt lún, sạt lở hoặc biến dạng bề mặt.

Phân loại công nghệ TBM phổ biến

Tùy thuộc vào giải pháp tạo áp lực cân bằng và điều kiện địa chất, robot TBM được chia thành hai loại chính: