Loại Máy Đập Thủy Lực Nào Phù Hợp Với Các Dự Án Xây Dựng Hầm?

Công tác trong hầm đặt ra những ràng buộc mà việc lựa chọn thiết bị tại hiện trường mở thường bỏ qua

Môi trường hầm thêm vào ba ràng buộc mà các hướng dẫn lựa chọn thiết bị cho công tác trên mặt đất không bao giờ đề cập. Thứ nhất, hoạt động lộn ngược và gần như lộn ngược: việc đào, bóc đá rời khỏi trần hầm nghĩa là đục phá vật liệu ở phía trên máy mang, đôi khi phải làm việc gần như hoàn toàn ở tư thế lộn ngược. Một đục thủy lực loại mở tiêu chuẩn khi vận hành ở tư thế lộn ngược sẽ để mỡ bôi trơn dạng keo (chisel paste) chảy từ điểm tra mỡ ở đầu trước trực tiếp xuống các phớt chặn phía dưới và lọt vào khe xilanh — loại mỡ này vốn được thiết kế để nằm giữa dụng cụ và bạc lót, nhưng lại trở thành con đường đưa tạp chất xâm nhập vào bên trong xilanh. Các loại đục chuyên dụng cho hầm khắc phục vấn đề này bằng hệ thống bảo vệ chống bụi được chứng nhận có thể hoạt động hiệu quả ở tư thế lộn ngược và pít-tông làm bằng thép không gỉ, đạt tiêu chuẩn chịu được môi trường ăn mòn phổ biến trong các hầm vừa mới được nổ mìn.

Thứ hai, khí thải xả ra. Trong một mặt cắt hầm kín với hệ thống thông gió hạn chế, mỗi thiết bị vận chuyển chạy bằng động cơ diesel đều trực tiếp làm ảnh hưởng đến chất lượng không khí tại mặt đào. Các quy định về nồng độ dioxide nitơ và carbon monoxide trong các công trình ngầm được áp dụng ở mức giới hạn cụ thể tính theo phần triệu (ppm), mức này thay đổi tùy theo khu vực pháp lý nhưng thường yêu cầu phải thông gió mặt đào trước khi nhân viên quay lại làm việc sau khi thiết bị hoạt động. Các thiết bị vận chuyển sử dụng pin điện hoặc thủy lực điện loại bỏ hoàn toàn khí thải — điều này đặc biệt quan trọng trong công việc thi công vành khuyên máy khoan hầm (TBM), nơi thông gió có thể rất hạn chế, cũng như trong các dự án hầm metro và hầm đường sắt, nơi giám sát môi trường được thực hiện liên tục. Thứ ba, truyền rung động vào lớp chống đỡ đất vừa được lắp đặt. Vữa phun (shotcrete) được phun vài giờ trước khi tiến hành đào bước tiếp theo chưa đạt cường độ đầy đủ. Các va chạm năng lượng cao từ búa phá quá cỡ sẽ truyền rung động vào lớp lót và có thể làm giảm độ bám dính trước khi bê tông đông cứng hoàn toàn.

Năm nhiệm vụ hầm — Yêu cầu về không gian giới hạn, yêu cầu về búa phá và cấu hình

Bảng này mô tả năm nhiệm vụ chính mà máy đục thủy lực được sử dụng trong thi công hầm, các ràng buộc cụ thể mà mỗi nhiệm vụ đặt ra — khác biệt so với công việc trên mặt đất — cấu hình máy đục và lựa chọn đầu công cụ phù hợp, cũng như vấn đề đặc tả không rõ ràng mà hầu hết các hướng dẫn chọn thiết bị thường bỏ sót đối với từng nhiệm vụ.

Điểm khác biệt giữa máy đục đá đạt tiêu chuẩn hầm và máy đục đá thông thường là gì

Không phải mọi máy đục đá cỡ nhỏ đều là máy đục đá dành riêng cho hầm. Sự khác biệt không nằm ở kích thước — mà nằm ở việc thiết kế kỹ thuật các bộ phận cụ thể để đáp ứng điều kiện vận hành liên tục trong hầm, chứ không chỉ thỉnh thoảng như trong các ứng dụng khác. Ví dụ, dòng máy đục đá hầm Epiroc SB kéo dài tuổi thọ piston nhờ cấu tạo bằng thép không gỉ (chống ăn mòn trong môi trường đá ẩm ướt), giảm thiểu mài mòn chỗ lắp bạc lót bằng cách sử dụng bạc lót liền khối kiểu ép chặt, được cố định thêm bằng chốt thay vì cơ cấu giữ tiêu chuẩn, đồng thời bổ sung tấm chống mài mòn thay thế được trên thân máy nhằm hấp thụ tổn thương do mài mòn khi tiếp xúc với thành hầm và trần hầm, giúp tránh phải thay thế toàn bộ thân máy. Ba cải tiến này giải quyết chính xác các dạng hư hỏng đặc trưng thường xảy ra khi vận hành trong hầm, nhưng rất hiếm khi xuất hiện trong khai thác đá hoặc phá dỡ công trình.

Vòi phun hệ thống dập bụi bằng nước tích hợp — có sẵn trên các mẫu máy khoan hầm Epiroc SB và trên các thiết bị BEILITE được cấu hình dập bụi — nhằm giải quyết một mối nguy hiểm đặc thù trong công tác phá vỡ dưới lòng đất: bụi silica tinh thể có khả năng hít phải. Đá vừa mới nổ mìn hoặc bị phá vỡ cơ học sẽ phát tán bụi silica với nồng độ có thể đạt mức phơi nhiễm gây hại chỉ trong vài phút tại mặt cắt hầm kín nếu không áp dụng biện pháp dập bụi chủ động. Khả năng quan sát của người vận hành cũng suy giảm nhanh chóng, dẫn đến giảm độ chính xác trong từng quyết định định vị và kéo dài thời gian thực hiện mỗi lần tiến đào. Việc dập bụi bằng nước ngay tại điểm va chạm — chứ không phun chung vào không khí — là biện pháp kiểm soát hiệu quả duy nhất đối với bụi silica ngay tại nguồn phát sinh trong quá trình phá vỡ.

Việc lựa chọn thiết bị vận chuyển thường quan trọng hơn việc lựa chọn búa phá trong các đường hầm. Máy đào nhỏ gọn có khả năng quay tại chỗ với bán kính quét bằng không (zero-tail-swing), trọng lượng từ 5–12 tấn, phù hợp với phần lớn mặt cắt ngang của các đường hầm giao thông đường bộ và đường sắt tại mặt đào. Nếu dự án liên quan đến công tác dọn sạch các vòng vành (TBM ring) hoặc thi công cải tạo qua các vòng vành đã lắp đặt sẵn, thiết bị vận chuyển phải có thể đi xuyên qua lỗ mở của vòng vành — thường bằng hoặc nhỏ hơn 900 mm — điều này loại bỏ hoàn toàn khả năng sử dụng các máy đào thông thường và hướng tới các robot phá dỡ điều khiển từ xa tích hợp hệ thống thủy lực chạy bằng pin. Búa phá gắn trên robot phá dỡ trong vành TBM cần được chọn kích thước phù hợp với công suất thủy lực của robot, chứ không phải theo công suất thủy lực của máy đào thông thường. Đây là một quy trình lựa chọn hoàn toàn khác biệt so với mọi hướng dẫn lựa chọn búa phá áp dụng cho các công trường ngoài trời.