I. Giới thiệu về công nghệ khoan kích ngầm
I.1. Lịch sử phát triển
Công nghệ khoan kích ống ngầm đã xuất hiện từ khoảng 40 năm nay trên thế giới, nhưng mới được ứng dụng vào thi công một số công trình tại Việt Nam như Dự án cải thiện môi trường nước TP. Hồ Chí Minh gói thầu C (năm 2008), đường kính 1.200mm, dài 100m; Dự án vệ sinh môi trường TP. Hồ Chí Minh (Lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè) – gói thầu 7B: Kích đoạn cống bao còn lại băng sông Sài Gòn (năm 2010), đường kính 3.000mm, dài 227m; Dự án đường Tân Sơn Nhất – Bình Lợi – Vành đai ngoài: Khoan kích ống ngầm đường kính D1500 băng đường sắt (năm 2013); Lắp đặt đường cống D1500 băng ngang Quốc lộ 1A – TP. Hồ Chí Minh (năm 2013) đường kính 1.500mm, dài 131m và đang triển khai áp dụng trong Dự án đầu tư xây dựng hệ thống Nhà máy xử lý nước thải Yên Xá - Thành phố Hà Nội.
I.2. Phạm vi ứng dụng và ưu điểm của công nghệ khoan kích ngầm
Công nghệ khoan kích ống ngầm (Pipe Jacking) là công nghệ lắp đặt kỹ thuật ngầm trong lòng đất, thiết bị kích thủy lực được sử dụng để kích các đốt cống nối tiếp nhau theo đầu mũi khoan từ một giếng kích đến một giếng nhận để tạo nên một đường ống dài và thông suốt. Công nghệ này được ứng dụng trong các công trình xây dựng hệ thống cấp thoát nước, điện, viễn thông, …những công trình đi qua đường có mật độ giao thông cao, không thể thi công đào hở từ trên xuống vì có nhiều chướng ngại vật trong tầng đất bề mặt, các đoạn băng qua sông, đường sắt hoặc trong các trường hợp phải lắp đặt ống ở những vị trí sâu.
Công nghệ khoan kích ngầm
- Có thể thi công ở những độ sâu khác nhau. Chiều sâu kinh tế để áp dụng phương pháp kích ống khi độ sâu chôn ống ≥ 6m.
- Ít gây ảnh hưởng tới mặt đất và công trình khác ở phía trên, rủi ro do sụt lún thấp.
- Giảm thiểu khối lượng công tác đào đắp, công tác tái lập (đến 90% khối lượng đào đắp)
- Giảm thiểu khí C02, bụi mịn,…(giảm đến 90%), ít gây ảnh hưởng tới môi trường và dân cư xung quanh khu vực thi công so với phương pháp đào mở truyền thống.
- Có thể sử dụng để chui qua đường bộ, đường sắt, kênh, sông, các tòa nhà …chắn ngang trong các dự án xây dựng ống cống.
- Ứng dụng đặc biệt khác dùng làm đường hầm cho người đi bộ, đường nối giữa hai đường hầm.
II. Biện pháp thi công khoan kích ngầm
II.1. Khảo sát địa kĩ thụât trong công nghệ kích đẩy ống:
Vịêc khảo sát địa kĩ thuật phải được tiến hành một cách chi tiết và đầy đủ tại hiện trường, đặc biệt là về các thông số của đất nền, mực nước ngầm… Tuỳ theo loại nền mà các thông số nền được quan tâm như sau:
- Các thông số cho nền là đất không ổn định: phân loại đất theo sự phân bố thực tế, tính thấm của đất, độ chặt, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn Standart Penetration Test- PST…
- Các thông số cho nền đất dính: lực dính biểu kiến, cường độ nén nở hông, độ chặt, SPT, hàm lựơng ẩm, chỉ số dẻo…
- Các thông số cho nền là đất hỗn hợp: ngoài các thông tin như đối với đất dính còn cần các thông số về mực nước ngầm…
- Các thông số cho nền đất là đá: màu sắc, kích cỡ hạt, kiểu thành tạo địa chất, cường độ đá, chiều dài lõi khoan thu hồi được Total Core Recovery- TCR chiều dài lõi khoan đặc chắc thu hồi đựơc Solid Core Recovery- SCR, chỉ tiêu chất lựơng đá Rock Quality Designation- RQD…
II.2. Trình tự thi công
Sơ đồ công nghệ
1. Thi công giếng kích và giếng nhận.
Tại Việt Nam hiện nay giếng kích và giếng nhận thi công hệ thống thoát nước có thể được thi công theo 2 loại:
- Giếng chìm
- Đóng cừ Larsen
Giếng kích và giếng nhận được tính toán thiết kế dựa trên cơ sở của kết quả khảo sát địa chất đã có. Mặt bằng xây dựng được tổ chức ở khu vực xung quanh miệng giếng kích đẩy, là nơi để bố trí một số thiết bị và dịch vụ phụ trợ, bao gồm: thiết bị xử lý, tập kết và đổ bỏ đất đào; thiết bị trộn, hệ thống bơm hút bùn, vận chuyển và hạ ống…
- Giếng kích đẩy có nhịêm vụ: Là khu vực để bố trí thiết bị kích, đưa ống xuống và vận chuyển đất đào lên mặt đất; là đối tải để truyền lực kích đẩy một cách đồng đều cho các ống; là nơi đặt thiết bị quan trắc; đảm bảo kín nứơc cho khu vực tác nghiệp khi kích đẩy ở vị trí thấp hơn mực nước ngầm; và dùng làm các bộ phận kiểm tra, buồng tác nghiệp công trình sau khi hoàn tất công việc lắp đặt công trình.
- Giếng nhận có nhiệm vụ: là khu vực thu hồi khiên đào; đảm bảo kín nước cho khu vực tác nghiệp khi thi công ở vị trí thấp hơn mực nước ngầml và dùng làm các bộ phận kiểm tra, buồng tác nghiệp công trình sau khi hoàn tất công vịêc lắp đặt công trình.
Việc xác định kích cỡ và sơ đồ bố trí giếng kích đẩy và giếng nhận phụ thuộc vào: kích thước và cấu hình của thiết bị kích; kiểu loại khiên; kích cỡ của các bộ phận của khiên; độ dài và kích thước của đốt ống; các điều kiện về đất và nước ngầm; và kiểu hệ thống chống đỡ được sử dụng.
2. Lắp đặt các thiết bị hỗ trợ trên mặt đất cho công tác kích:
Xe cẩu, bể lắng bùn, xe hút bùn, máy phát điện, trạm bơm Bentonite. Trạm bơm Bentonite có mục đích bơm vữa Bentonite ra bên ngoài xung quanh thân ống để làm giảm lực ma sát giữa đất và thành ống.
3. Lắp đặt các bộ phận khung kích và kích thuỷ lực
Lắp đặt tường phản lực (tường kích), các bộ phận khung kích, hệ thống ray đỡ và kích thủy lực, điều chỉnh kích thủy lực cho đúng với tim tuyến và độ dốc tuyến như thiết kế;
Tường phản lực
4. Lắp đặt hệ dẫn hướng bằng laze laser guidance system:
Khi hệ thống này hoạt động, các tia laze sẽ xác định các điểm được chỉ định theo thiết kế. Trong suốt quá trình thao tác kích đẩy ống, cần liên tục kỉêm tra sự chính xác của tim tuyến đào thực tế dựa vào hệ thống này, các sai lệch cần được điều chỉnh lập tức;
5. Lắp đặt các thiết bị hỗ trợ trong giếng phục vụ công tác kích:
Hệ thống bơm hút (bơm bùn), hệ thống thông gió, hệ thống điều khiển, hệ thống thủy lực, hệ thống điện, hệ thống bơm bentonite, gioăng kích ngăn nước, tường phản lực…
6. Lắp đặt thiết bị đào
Thiết bị đào được hạ xuống giếng kích, lắp vào vị trí quy định trên hệ thống ray đỡ và điều chỉnh cho phù hợp với các yêu cầu thiết kế.
Lắp đặt thiết bị trong giếng kích
7. Vận chuyển các cống kích về công trình
Các cống kích có cấu tạo khác với cống thi công đào hở để phù hợp với công tác kích ống. Có 3 loại cống kích:
- Cống thường (Standard pipe): Cống này có cấu tạo bình thường, chỉ có vị trí móc cẩu để hạ cống vào vị trí kích.
- Cống bơm vữa Bentonite (Grouting pipe): Cống này có cấu tạo giống cống thường nhưng có thêm 3 lỗ bố trí cách nhau 120o theo chu vi của cống phục vụ công tác bơm vữa Bentonite bôi trơn xung quanh thành cống.
- Cống trung gian (Intermediate pipe): Đây là một cặp cống bao gồm cống đực (Male pipe) và cống cái (Female pipe). Kích trung gian được bố trí giữa 2 cống này. Sau khi kích xong toàn bộ tuyến cống, kích trung gian được tháo dỡ và được đẩy khít lại với nhau.
Loại ống sử dụng trong công nghệ kích đẩy cần có khả năng truyền được lực kích đẩy thiết kế từ các bản kích từ giếng kích đẩy đến khiên kích hoặc TBM. Những loại vật liệu thường được sử dụng là ống thép, ống BTCT, ống chất dẻo cốt sợi… Loại ống bê tông polyme thường đuợc sử dụng trong các dự án xây dựng công trình ngầm ở châu Âu theo công nghệ này. Cần sử dụng một loại vật liệu đệm phù hợp nối giữa các đốt ống để phân phối lực kích đẩy trên toàn bộ mặt cắt ngang của ống tại mối nối.
8. Quá trình khoan kích ngầm
- Đẩy thiết bị khoan qua lỗ đã chuẩn bị trước tại giếng kích đẩy. Bắt đầu quá trình đào và vận chuyển đất đào về phía giếng kích đẩy để đưa lên mặt đất . Dịch chuyển của thiết bị kích đẩy được kiểm tra bởi trung tâm điều khiển đặt bên ngoài, trung tâm này nhận được tín hiệu trong quá trình đào bởi các thiết bị định hướng đặt trong thiết bị đào.
- Co các đầu kích lại và đẩy các bản kích để tạo ra một khoảng trống để lắp các đốt ống;
- Lắp đặt đốt ống đầu tiên vào rãnh kích đẩy.
- Liên kết bản kích đẩy với ống và ống với thiết bị đào (đốt ống cống được lắp đặt trực tiếp sau thiết bị đào).
- Đẩy ống về phía trước, đào, vận chuyển đất ra giếng kích đẩy và đưa lên mặt đất;
- Thực hiện tương tự với các đốt cống tiếp theo cho đến khi đạt được độ dài đường ống như thiết kế. Trong quá trình thi công, vữa bôi trơn sẽ được bơm vào để giảm ma sát giữa bề mặt ngoài của ống với lỗ đào và bùn sẽ được hút ra ngoài qua hệ thống bơm hút bùn;
Quá trình thi công
- Tại giếng nhận thu hồi lại thiết bị đào, tại giếng kích thu hồi lại thiết bị kích, rãnh kích, các trạm kích trung gian...;
- Dọn dẹp mặt bằng thi công.
III. Kết luận
- Trong kĩ thụât đào kín, công nghệ kích đẩy ống Pipe Jacking là một công nghệ khá phù hợp khi xây dựng các công trình ngầm đô thị đặt sâu, đặc biệt là tại các đô thị có địa chất phức tạp như thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh.
- Do tính phức tạp của công nghệ, khi xây dựng các dự án theo công nghệ này cần có những nghiên cứu và tìm hiểu kĩ lưõng các vấn đề: về khảo sát địa kĩ thụât, về lựa chọn phương pháp đào và các giải pháp chống đỡ nền các, về phân tích thiết kế, về ảnh huởng của quá trình công nghệ đến lúc bề mặt, về kết cấu và vật liệu ống, về vật liệu mối nối và chống thấm, cũng như trang thiết bị thi công đặc biệt là khiên đào và hệ kích đẩy.