Trong lĩnh vực xây dựng ngầm, việc khai thác các đường hầm đá cứng đặt ra những thách thức kỹ thuật đáng kể. Các kỹ sư và quản lý dự án thường phải đưa ra quyết định lựa chọn phương pháp khai thác hầm phù hợp nhất. Hai phương pháp được sử dụng rộng rãi trong việc đào hầm đá cứng là đào hầm bằng máy khoan đường hầm (TBM) và phương pháp khoan nổ. Mỗi phương pháp có những ưu và nhược điểm của riêng mình, và việc hiểu rõ sự khác biệt giữa chúng là rất quan trọng để đưa ra các quyết định thông minh cho các dự án đào hầm thành công.
Đào hầm bằng máy khoan đường hầm (TBM):
Máy khoan đường hầm, thường được gọi là TBM, là các thiết bị cơ khí tiên tiến được thiết kế để khai thác các đường hầm với độ chính xác và hiệu quả. TBM thường là các máy có vỏ bọc, chúng khoan qua đá bằng một đầu cắt xoay được trang bị các đĩa cắt hoặc công cụ cắt. Khi TBM tiến lên, nó loại bỏ các tảng đá đã khai thác từ mặt hầm và lót các bức tường hầm với các phân đoạn bê tông hoặc vòng pre-cast.
Ưu điểm của việc đào hầm bằng TBM:
- Tốc độ và hiệu quả: TBM nổi tiếng với khả năng khai thác tốc độ cao của mình, dẫn đến việc hoàn thành dự án nhanh hơn so với các phương pháp khác. Quá trình khai thác liên tục giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động, dẫn đến việc tiết kiệm thời gian đáng kể.
- An toàn: Việc đào hầm bằng TBM mang lại một môi trường làm việc an toàn hơn cho công nhân xây dựng hầm vì hầu hết quá trình khai thác diễn ra trong chính TBM. Điều này giảm thiểu rủi ro liên quan đến việc khoan, nổ và vỡ đá.
- Giảm thiểu sự gián đoạn mặt bằng: TBM rất phù hợp cho môi trường thành thị nơi cần giảm thiểu sự gián đoạn mặt bằng. Hoạt động ngầm của chúng đảm bảo rằng có ít ảnh hưởng lên mặt bằng ở trên, giảm thiểu sự gián đoạn giao thông và các cấu trúc lân cận.
- Đồng nhất trong Đường kính Hầm: TBM tạo ra các Đường kính Hầm Đồng nhất, cho phép thiết kế Hầm chính xác và tích hợp dễ dàng với các yếu tố Hầm khác.
Phương pháp Khoan Nổ:
Phương pháp Khoan Nổ là một kỹ thuật đào hầm truyền thống bao gồm quá trình lặp đi lặp lại của việc khoan lỗ vào mặt đá và sau đó nổ vỡ đá thành các mảnh vụn bằng thuốc nổ. Sau khi nổ, vật liệu đã khai thác được loại bỏ, và hầm được hỗ trợ bằng cọc đá, shotcrete, hoặc các hệ thống hỗ trợ khác.
Ưu điểm của phương pháp Khoan Nổ:
- Đa dạng: Phương pháp Khoan Nổ có thể thích ứng với các điều kiện địa chất biến đổi, làm cho nó phù hợp cho các đường hầm trong các loại hình thành đá cứng khác nhau.
- Hiệu quả về chi phí: Đối với các độ dài hầm ngắn hơn và các dự án nhỏ hơn, phương pháp Khoan Nổ có thể hiệu quả hơn về mặt chi phí so với việc sử dụng TBM lớn. Đầu tư ban đầu thấp hơn: Khác với việc đào hầm bằng TBM, yêu cầu một khoản đầu tư ban đầu cao hơn để mua TBM trước khi bắt đầu xây dựng, phương pháp Khoan Nổ yêu cầu một khoản đầu tư thấp hơn ở giai đoạn bắt đầu của dự án. Linh hoạt trong mặt cắt ngang và căn chỉnh hầm: Khác với TBM, làm cho hầm có mặt cắt ngang tròn, có thể khai thác hầm theo bất kỳ hình dạng nào bằng phương pháp Khoan Nổ. Việc thay đổi cấu trúc của hầm cũng khả thi khi sử dụng phương pháp Khoan Nổ. Khi sử dụng TBM, cần tránh các khúc cua sắc trong căn chỉnh hầm, nhưng phương pháp khoan nổ không có ràng buộc này.
So sánh giữa việc đào hầm bằng TBM và Phương pháp Khoan Nổ:
- Hiệu quả và Tốc độ: Khi nói đến tốc độ và hiệu quả, TBM có lợi thế rõ ràng so với Phương pháp Khoan Nổ. TBM có thể khai thác ở một tốc độ không đổi, trong khi tiến trình của Phương pháp Khoan Nổ phụ thuộc vào hiệu quả của quá trình khoan và nổ, có thể chịu ảnh hưởng của sự biến thiên trong điều kiện đá. An toàn và Tác động môi trường: TBM mang lại một môi trường làm việc an toàn hơn cho các nhóm làm việc trong việc đào hầm vì hầu hết quá trình khai thác diễn ra trong chính TBM. Ngược lại, Phương pháp Khoan Nổ đặt ra những rủi ro liên quan đến việc khoan, nổ và vỡ đá.
- Tác động lên Môi trường: TBM cũng giảm thiểu tác động môi trường so với Phương pháp Khoan Nổ. Do hoạt động ngầm, TBM giảm thiểu sự gián đoạn mặt bằng, giảm thiểu sự gián đoạn giao thông và các cấu trúc lân cận. Trong khi đó, Phương pháp Khoan Nổ có thể gây ra tiếng ồn, rung động và bụi, có thể ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.
- Đầu tư ban đầu và Chi phí: Phương pháp Khoan Nổ yêu cầu một khoản đầu tư ban đầu thấp hơn so với TBM. Tuy nhiên, chi phí hoạt động của Phương pháp Khoan Nổ có thể tăng lên do sự biến thiên trong điều kiện đá và yêu cầu về an toàn lao động. Trong khi đó, dù TBM yêu cầu một khoản đầu tư ban đầu cao hơn, nhưng chi phí hoạt động của nó thường ổn định hơn.
Kết luận:
Cả hai phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng. Lựa chọn giữa TBM và Phương pháp Khoan Nổ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện địa chất, yêu cầu về an toàn, tác động môi trường, chi phí và thời gian dự án. Việc hiểu rõ sự khác biệt giữa chúng là rất quan trọng để đưa ra các quyết định thông minh cho các dự án đào hầm thành công.