Ở Hoa Kỳ, chúng tôi thường gọi việc đào hầm bằng khoan và nổ là đào hầm “thông thường”, mà tôi đoán khiến việc đào hầm bằng TBM hoặc các phương tiện cơ giới hóa khác được gọi là “Độc đáo”.Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ TBM, việc đào hầm bằng khoan và nổ ngày càng trở nên hiếm hơn và do đó, chúng ta có thể muốn nghĩ đến việc đảo ngược cách diễn đạt và bắt đầu coi việc đào hầm bằng khoan và nổ là “khác thường”. “đào hầm.
Đào hầm bằng khoan và nổ vẫn là phương pháp phổ biến nhất trong ngành khai thác mỏ ngầm trong khi đào hầm cho các dự án cơ sở hạ tầng ngày càng trở thành đào hầm cơ giới hóa bằng TBM hoặc các phương pháp khác.Tuy nhiên, trong các đường hầm ngắn, đối với mặt cắt lớn, xây dựng hang động, đường hầm ngang, đường hầm ngang, hầm, ống áp lực, v.v., Khoan và nổ thường là phương pháp khả thi duy nhất.Bằng Khoan và Nổ, chúng tôi cũng có khả năng linh hoạt hơn để áp dụng các cấu hình khác nhau so với đường hầm TBM luôn có mặt cắt ngang hình tròn, đặc biệt đối với các đường hầm đường cao tốc dẫn đến việc phải đào quá nhiều so với mặt cắt thực tế cần thiết.
Ở các nước Bắc Âu, nơi hình thành địa chất của công trình ngầm thường là đá Granite và Gneiss cứng rắn, tạo điều kiện cho việc khai thác Khoan và nổ rất hiệu quả và kinh tế.Ví dụ, Hệ thống tàu điện ngầm Stockholm thường bao gồm bề mặt Đá lộ thiên được xây dựng bằng cách sử dụng Máy khoan và nổ mìn và được phun bê tông phun làm lớp lót cuối cùng mà không có bất kỳ lớp lót đúc tại chỗ nào.
Hiện tại dự án của AECOM, Đường vòng Stockholm bao gồm 21 km (13 dặm) đường cao tốc, trong đó 18 km (11 dặm) nằm dưới lòng đất dưới quần đảo phía tây của Stockholm đang được xây dựng, xem Hình 1. Những đường hầm này có mặt cắt thay đổi, để bố trí ba làn đường mỗi hướng và các đường dốc vào và ra kết nối với bề mặt đang được thi công bằng kỹ thuật Khoan và Nổ.Loại dự án này vẫn đang có tính cạnh tranh như Khoan và Nổ do địa chất tốt và nhu cầu mặt cắt thay đổi để đáp ứng yêu cầu về không gian.Đối với dự án này, một số đường dẫn vào đã được phát triển để chia các đường hầm chính dài thành nhiều nhóm nhằm rút ngắn tổng thời gian đào đường hầm.Hỗ trợ ban đầu của đường hầm bao gồm các bu lông đá và bê tông phun 4” và lớp lót cuối cùng bao gồm màng chống thấm và bê tông phun 4 inch được treo bằng các bu lông cách nhau khoảng 4 x 4 feet, được lắp cách bề mặt đá lót bê tông phun 1 foot, hoạt động như nước và sương giá vật liệu cách nhiệt.
Na Uy thậm chí còn khắc nghiệt hơn khi nói đến việc đào hầm bằng Khoan và Nổ và trong nhiều năm đã cải tiến các phương pháp Khoan và Nổ đến mức hoàn hảo.Với địa hình nhiều núi ở Na Uy và các vịnh hẹp rất dài cắt vào đất liền, nhu cầu về các đường hầm dưới vịnh hẹp cho cả Đường cao tốc và Đường sắt là rất quan trọng và có thể giảm đáng kể thời gian di chuyển.Na Uy có hơn 1000 đường hầm, nhiều nhất thế giới.Ngoài ra, Na Uy còn là nơi có vô số nhà máy thủy điện với đường hầm, trục áp lực được thi công bằng công nghệ Drill and Blast.Trong giai đoạn 2015-2018, chỉ riêng ở Na Uy đã có khoảng 5,5 triệu CY khai thác đá ngầm bằng phương pháp Khoan và Nổ.Các quốc gia Bắc Âu đã hoàn thiện kỹ thuật Khoan và Nổ và khám phá các công nghệ cũng như hiện đại của nó trên khắp thế giới.Ngoài ra, ở Trung Âu, đặc biệt là ở các quốc gia vùng núi cao, Khoan và nổ vẫn là một phương pháp mang tính cạnh tranh trong việc đào hầm mặc dù đường hầm có chiều dài dài.Sự khác biệt chính so với các đường hầm ở Bắc Âu là hầu hết các đường hầm ở dãy Alps đều có lớp lót bê tông đúc tại chỗ cuối cùng.
Ở Đông Bắc Hoa Kỳ và ở các vùng Dãy núi Rocky có những điều kiện tương tự như ở Bắc Âu với đá cứng có khả năng cho phép sử dụng Khoan và Nổ một cách tiết kiệm.Một số ví dụ bao gồm Tàu điện ngầm Thành phố New York, Đường hầm Eisenhower ở Colorado và Đường hầm Mt McDonald ở Rockies Canada
Các dự án giao thông gần đây ở New York như Tàu điện ngầm Đại lộ số 2 mới hoàn thành hay dự án East Side Access đã có sự kết hợp giữa các đường hầm chạy bằng máy đào TBM với Hang động Ga và không gian phụ trợ khác do Drill and Blast thực hiện.
Việc sử dụng máy khoan jumbo đã phát triển qua nhiều năm từ máy khoan cầm tay nguyên thủy hoặc máy khoan jumbo một cần đến máy khoan nhiều cần tự khoan được vi tính hóa, trong đó các mẫu khoan được đưa vào máy tính trên máy cho phép khoan nhanh và có độ chính xác cao trước -set mẫu khoan được tính toán chính xác.(xem Hình 2)
Máy khoan cỡ lớn tiên tiến có dạng hoàn toàn tự động hoặc bán tự động;trước đây, sau khi hoàn thành lỗ, máy khoan sẽ quay lại và tự động di chuyển đến vị trí lỗ tiếp theo và bắt đầu khoan mà không cần người vận hành định vị;đối với cần bán tự động, người vận hành di chuyển mũi khoan từ lỗ này sang lỗ khác.Điều này cho phép người vận hành xử lý hiệu quả máy khoan cỡ lớn với tối đa ba cần bằng cách sử dụng máy tính trên máy.(xem Hình 3)
Với sự phát triển của Máy khoan đá từ công suất va chạm 18, 22, 30 và lên đến 40 kW và máy khoan tần số cao có bộ cấp liệu chứa thanh trôi tới 20' và việc sử dụng Hệ thống thêm thanh tự động (RAS), sự tiến bộ và tốc độ Khả năng khoan đã được cải thiện đáng kể với tốc độ tiến thực tế lên tới 18' mỗi vòng và độ chìm lỗ trong khoảng 8 - 12 ft/phút tùy thuộc vào loại đá và máy khoan được sử dụng.Một máy khoan khổng lồ 3 cần tự động có thể khoan 800 – 1200 ft/giờ với Thanh Drifter 20 ft.Việc sử dụng cần trôi dạt 20 FT cần có kích thước đường hầm tối thiểu nhất định (khoảng 25 FT) để cho phép khoan bu lông đá vuông góc với trục đường hầm bằng cùng một thiết bị.
Một bước phát triển gần đây là việc sử dụng các thiết bị jumbo đa chức năng được treo trên đỉnh đường hầm cho phép thực hiện đồng thời nhiều chức năng như khoan và đục lỗ.Jumbo cũng có thể được sử dụng để lắp đặt dầm lưới và bê tông phun.Cách tiếp cận này chồng chéo các hoạt động tuần tự trong đường hầm dẫn đến tiết kiệm thời gian trong lịch trình.Xem Hình 4.
Việc sử dụng nhũ tương số lượng lớn để nạp các lỗ từ một xe tải nạp riêng biệt, khi máy khoan khổng lồ đang được sử dụng cho nhiều nhóm hoặc như một tính năng tích hợp cho máy khoan khổng lồ khi đào một nhóm duy nhất, đang trở nên phổ biến hơn trừ khi có những hạn chế cục bộ đối với ứng dụng này.Phương pháp này được sử dụng phổ biến ở nhiều khu vực khác nhau trên thế giới, có thể sạc hai hoặc ba lỗ cùng một lúc;nồng độ của nhũ tương có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào lỗ nào được tích điện.Các lỗ cắt và lỗ đáy thường được tích điện với nồng độ 100% trong khi các lỗ đường viền được tích điện với nồng độ nhẹ hơn nhiều khoảng 25%.(xem Hình 5)
Việc sử dụng nhũ tương số lượng lớn cần có chất tăng cường ở dạng que thuốc nổ đóng gói (mồi) cùng với ngòi nổ được đưa vào đáy lỗ và cần thiết để đốt cháy nhũ tương số lượng lớn được bơm vào lỗ.Việc sử dụng nhũ tương số lượng lớn giúp giảm thời gian sạc tổng thể so với hộp mực truyền thống, nơi có thể sạc 80 – 100 lỗ/giờ từ xe tải sạc được trang bị hai máy bơm sạc và giỏ dành cho một hoặc hai người để đạt được toàn bộ mặt cắt ngang.Xem Hình 6
Việc sử dụng máy xúc bánh lốp và xe tải vẫn là cách phổ biến nhất để làm sạch kết hợp với Khoan và Nổ đối với các đường hầm có lối vào thích hợp trên bề mặt.Trong trường hợp tiếp cận qua các trục, chất bẩn sẽ được vận chuyển chủ yếu bằng máy xúc bánh lốp đến trục nơi nó sẽ được nâng lên mặt đất để tiếp tục vận chuyển đến khu vực xử lý cuối cùng.
Tuy nhiên, việc sử dụng máy nghiền ở mặt đường hầm để phá vỡ các mảnh đá lớn hơn nhằm cho phép vận chuyển chúng bằng băng chuyền để đưa bùn lên bề mặt là một cải tiến khác được phát triển ở Trung Âu thường dành cho các đường hầm dài xuyên dãy Alps.Phương pháp này giúp giảm đáng kể thời gian làm sạch, đặc biệt đối với các đường hầm dài và loại bỏ các xe tải trong đường hầm, từ đó cải thiện môi trường làm việc và giảm công suất thông gió cần thiết.Nó cũng giải phóng đường hầm đảo ngược cho các công trình bê tông.Nó còn có một lợi thế nữa nếu đá có chất lượng tốt đến mức có thể sử dụng để sản xuất tổng hợp.Trong trường hợp này, đá nghiền có thể được xử lý ở mức tối thiểu cho các mục đích sử dụng có lợi khác như cốt liệu bê tông, đá dăm đường ray hoặc mặt đường.Để giảm thời gian từ khi nổ mìn đến khi thi công bê tông phun, trong trường hợp thời gian chờ có thể là một vấn đề, lớp bê tông phun ban đầu có thể được thi công trên mái nhà trước khi hoàn tất việc lót.
Khi đào các mặt cắt lớn kết hợp với điều kiện đá kém, phương pháp Khoan và Nổ cho chúng ta khả năng chia mặt thành nhiều tiêu đề và áp dụng phương pháp Phương pháp đào tuần tự (SEM) để đào.Một hướng dẫn thí điểm ở giữa theo sau là các chuyển động ngang so le thường được sử dụng trong SEM trong đào hầm như có thể thấy trong Hình 7 cho việc đào hướng dẫn trên cùng của Ga Đường 86 trong dự án Tàu điện ngầm Đại lộ số 2 ở New York.Phần trên cùng được khai quật thành ba đợt, và sau đó được tiếp tục bằng hai đợt khai quật bằng băng ghế để hoàn thành mặt cắt ngang hang động rộng 60' x cao 50'.
Để giảm thiểu sự xâm nhập của nước vào đường hầm trong quá trình đào, việc phun vữa trước khi đào thường được sử dụng.Việc phun vữa đá trước khi đào là bắt buộc ở Scandinavia nhằm giải quyết các yêu cầu về môi trường liên quan đến rò rỉ nước vào đường hầm nhằm giảm thiểu tác động của việc xây dựng đến chế độ nước tại hoặc gần bề mặt.Việc rót vữa trước khi đào có thể được thực hiện cho toàn bộ đường hầm hoặc cho một số khu vực nhất định nơi điều kiện đá và chế độ nước ngầm yêu cầu phải phun vữa để giảm sự xâm nhập của nước xuống mức có thể quản lý được chẳng hạn như ở các vùng đứt gãy hoặc vùng cắt.Trong quá trình rót vữa trước khi đào có chọn lọc, 4-6 lỗ thăm dò được khoan và tùy thuộc vào lượng nước đo được từ các lỗ thăm dò liên quan đến yếu tố kích hoạt phun vữa đã thiết lập, việc phun vữa sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng vữa xi măng hoặc vữa hóa học.
Thông thường, quạt phun vữa trước khi đào bao gồm 15 đến 40 lỗ (dài 70-80 ft) được khoan trước mặt và phun vữa trước khi đào.Số lượng lỗ phụ thuộc vào kích thước đường hầm và lượng nước dự kiến.Sau đó, việc đào được thực hiện để lại một vùng an toàn cách vòng cuối cùng 15-20 ft khi việc thăm dò tiếp theo và bơm vữa trước khi đào được thực hiện.Việc sử dụng Hệ thống thêm thanh tự động (RAS), được đề cập ở trên, giúp việc khoan lỗ thăm dò và lỗ vữa với công suất từ 300 đến 400 ft/giờ trở nên đơn giản và nhanh chóng.Yêu cầu bơm vữa trước khi đào sẽ khả thi và đáng tin cậy hơn khi sử dụng phương pháp Khoan và Nổ so với sử dụng TBM
An toàn trong đào hầm khoan và nổ mìn luôn là mối quan tâm lớn đòi hỏi phải có những biện pháp an toàn đặc biệt.Ngoài các vấn đề an toàn truyền thống trong đào hầm, thi công bằng Khoan và Nổ, các rủi ro gặp phải bao gồm khoan, nạp, nạo vét, v.v. còn bổ sung thêm các rủi ro an toàn cần được giải quyết và lập kế hoạch.Với sự tiến bộ của công nghệ trong kỹ thuật Khoan và Nổ và áp dụng phương pháp giảm thiểu rủi ro về mặt an toàn, độ an toàn trong đào hầm đã được cải thiện đáng kể trong những năm gần đây.Ví dụ, với việc sử dụng máy khoan khổng lồ tự động với mẫu khoan được tải lên máy tính trên máy bay, không cần có ai ở phía trước cabin khoan khổng lồ, do đó làm giảm khả năng tiếp xúc của người lao động với các mối nguy hiểm tiềm ẩn và do đó làm tăng sự an toàn của họ.
Tính năng liên quan đến An toàn tốt nhất có lẽ là Hệ thống thêm thanh tự động (RAS).Với hệ thống này, chủ yếu được sử dụng để khoan lỗ dài liên quan đến việc phun vữa trước khi đào và khoan lỗ thăm dò;việc khoan mở rộng có thể được thực hiện hoàn toàn tự động từ cabin của người vận hành và do đó giúp loại bỏ nguy cơ chấn thương (đặc biệt là chấn thương ở tay);mặt khác, việc thêm thanh được thực hiện thủ công và công nhân có thể bị thương khi thêm thanh bằng tay.Điều đáng chú ý là Hiệp hội đào hầm Na Uy (NNF) đã ban hành ấn phẩm số 27 vào năm 2018 với tựa đề “An toàn trong đào hầm nổ và khoan ở Na Uy”.Ấn phẩm đề cập một cách có hệ thống các biện pháp liên quan đến quản lý sức khỏe, an toàn và môi trường trong quá trình đào hầm bằng phương pháp Khoan và Nổ và nó cung cấp các phương pháp thực hành tốt nhất cho người sử dụng lao động, quản đốc và công nhân xây dựng đường hầm.Ấn phẩm này phản ánh trình độ tiên tiến về an toàn trong xây dựng Khoan và Nổ và có thể tải xuống miễn phí từ trang web của Hiệp hội Đường hầm Na Uy: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
Khoan và nổ được sử dụng theo đúng khái niệm, ngay cả đối với các đường hầm dài, với khả năng chia chiều dài thành nhiều hướng, vẫn có thể là một giải pháp thay thế khả thi.Những tiến bộ đáng kể gần đây đã được thực hiện về thiết bị và vật liệu giúp nâng cao tính an toàn và tăng hiệu quả.Mặc dù việc đào bằng cơ giới hóa bằng TBM thường thuận lợi hơn đối với các đường hầm dài có mặt cắt ngang không đổi, tuy nhiên, trong trường hợp TBM gặp sự cố dẫn đến phải dừng lâu, toàn bộ đường hầm sẽ dừng lại trong khi ở hoạt động Khoan và Nổ với nhiều hướng Việc xây dựng vẫn có thể tiến triển ngay cả khi một hạng mục gặp sự cố kỹ thuật.
Lars Jennemyr là Kỹ sư Xây dựng Đường hầm chuyên nghiệp tại văn phòng AECOM New York.Ông có kinh nghiệm dày dặn trong các dự án ngầm và đường hầm từ khắp nơi trên thế giới bao gồm Đông Nam Á, Nam Mỹ, Châu Phi, Canada và Hoa Kỳ trong các dự án vận tải, nước và thủy điện.Ông có nhiều kinh nghiệm về đào hầm thông thường và cơ giới hóa.Chuyên môn đặc biệt của ông bao gồm xây dựng đường hầm đá, khả năng xây dựng và quy hoạch xây dựng.Trong số các dự án của ông có: Tàu điện ngầm Đại lộ số 2, Ga 86th St. ở New York;mở rộng tuyến tàu điện ngầm số 7 ở New York;Đường kết nối khu vực và Đường mở rộng màu tím ở Los Angeles;Citytunnel ở Malmo, Thụy Điển;dự án thủy điện Kukule Ganga, Sri Lanka;Dự án thủy điện Uri ở Ấn Độ;và Đề án thoát nước chiến lược của Hồng Kông.
Thời gian đăng: May-01-2020