Chương II. Máy và thiết bị trong các công nghệ đào hở
§ 2.1. Tổng quan các công nghệ đào hở
Công nghệ thi công tuyến ngầm bằng phương pháp hở (còn gọi là
phương pháp lộ thiên) bao gồm các công nghệ sau:
-

Thi công hở theo phương pháp hố móng;

-

Đào hào phân đoạn kết hợp với tường trong đất;

-

Đào hào phân đoạn kết hợp với khiên đào hở;

-

Hạ dần các kết cấu từng đoạn một;

-

Hạ chìm.

1. Phương pháp hố móng:
Bản chất phương án là người ta sử dụng các máy đào đất thông thường
(máy đào một gầu và máy đào gầu ngoạm) để đào hố móng theo toàn bộ chiều
rộng tới độ sâu đặt móng tuyến ngầm, vách hố móng không cần phải gia cường
mà nghiêng một góc phù hợp với góc trượt tự nhiên của đất hoặc được gia
cường bằng cừ thép nếu đào thẳng đứng. Kết cấu bê tông được thi công trong
hố móng bằng các phương án thi công thông thường, sau đó thì lấp đất.

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thiết bị thi công tuyến ngầm bằng phương pháp hố móng:
1 – Phần đất cần bốc xúc bằng máy đào một gầu hoặc gầu ngoạm; 2 - vách hố móng (sau khi
đào) không cần phải gia cường mà nghiêng một góc phù hợp với góc trượt tự nhiên của đất ; 3
– máy xúc một gầu hoặc máy xúc gầu ngoạm (khi chiều sâu lớn hơn 9 m); 4 — ô tô tự đổ; 5 —
Cổng trục (dùng khi thi công bê tông lắp ghép)

2. Đào hào phân đoạn kết hợp với tường trong đất
Nội dung của công nghệ này là thi công tường trong đất (tường bê tông
cốt thép hoặc tường bê tông đất) gồm hai đoạn tường song song có khoảng
cách lớn hơn hoặc bằng chiều rộng của tuyến ngầm tương lai. Dùng máy đào
một gầu hoặc máy đào gầu ngoạm để đào đất tới độ sâu đáy móng tuyến
ngầm, sau đó thi công kết cấu bê tông cốt thép bằng các phương pháp thông
30


thường và cuối cùng là lấp đất lên tuyến ngầm đã thi công để chuyển sang
đoạn hào tiếp theo.

Hình 2.2. Công nghệ đào hào phân đoạn kết hợp với tường trong đất:
1 – móng; 2 - tường trong đất; 3 – máy xúc một gầu hoặc máy xúc gầu ngoạm; 4 — ô tô tự đổ;
5 — cổng trục (dùng khi thi công bê tông lắp ghép)

3. Phương pháp đào hào phân đoạn kết hợp với khiên đào hở

Hình 2.3. Công nghệ đào hào phân đoạn kết hợp với khiên đào hở:
1 — kết cấu bê tông tuyến ngầm (lắp ghép từng đốt hoặc bê tông cốt thép liền khối); 2 – khiên
hở hình chữ U tiến về phía trước nhờ kích đẩy vào vỏ tunnel đã lắp, 3 – máy xúc một gầu hoặc
máy xúc gầu ngoạm; 4 — ô tô tự đổ; 5 — cổng trục (dùng khi thi công bê tông lắp ghép)


Khiên hở có kết cấu khá đơn giản: có dạng hình chữ U với hai thành bên có
nhiệm vụ chống sạt lở, sàn đáy chỉ có nhiệm vụ như một sàn vàn khuôn đáy,
đôi khi trong lòng khiên hình chữ U người ta bố trí các thanh chống ngang và
xiên có nhiệm vụ tăng cường khả năng chống áp lực sạt lở của đất. Khiên tiến
lên phía trước nhờ kích thuỷ lực một đầu kích đẩy vào bê tông cốt thép vừa thi
công xong, một đầu đẩy vào gờ gia cường hình chữ U phía sau. Bản chất của
khiên đào hở chữ U là kết cấu thép có chiều sâu đúng bằng chiều sâu tuyến
ngầm có các vành gia cường hình chữ U trước, sau thép gia cường dọc và đôi
khi trong quá trình thi công người ta bố trí thêm thép gia cường ngang và chéo.
Kết cấu thép này tự di chuyển về phía trước nhờ các kích thuỷ lực.
31


Hình 2.4.Khiên hở hình chữ “U” với các thanh chống ngang có nhiệm vụ tăng
cường khả năng chống áp lực ngang của đất và tiến về phía trước nhờ kích đẩy
vào vỏ tunnel đã lắp
4. Phương pháp hạ chìm
Phương pháp này thường được dùng khi thi công các tuyến ngầm vượt
sông hoặc đầm lầy có nước. Kết cấu đường hầm được chế tạo sẵn thành từng
đoạn (từng đốt), vỏ hầm được bịt kín tạm thời và kéo nổi theo đường sông nhờ
các xà lan tải trọng phù hợp. Để hạ kết cấu đường hầm người ta cho nước vào
trong đốt hầm với khối lượng nước phù hợp sao cho trọng lượng của đốt và
nước không quá nặng rồi hạ chìm vào vị trí lắp đặt. Vị trí lắp đặt có thể là hào
dưới lòng sông (nếu mực nước nông) hoặc lơ lửng (nếu mực nước sâu) thì đặt
trên móng được thi công trước đó. Sau đó các đốt hầm được ghép nối với nhau
hút hết nước ra để tạo thành đường hầm hoàn chỉnh, cuối cùng là cho đất đá
lấp vào nóc và sườn của hầm.
5. Phương pháp hạ dần
Trong phương pháp hạ dần các kết cấu đường hầm được chế tạo sẵn
thành từng đoạn (từng đốt) ngay trên bề mặt và được hạ dần xuống tới cốt nền

thiết kế nhờ lấy dần khối đất ở phía dưới đáy của đốt hầm. Phương pháp này
thích hợp để thi công các tuyến tunnel đi qua các vùng đất mềm phù sa không
có đá mồ côi. Kết cấu hầm sau đó sẽ nằm ổn định trên lớp đất cứng hoặc lớp
móng đã được gia cố từ trước đó. Trên thực tiễn phương án này thường được
dùng để thi công các giếng đứng hoặc giếng đầu và giếng cuối của các đoạn
đường ngầm.
Trên đây là tổng quan các công nghệ thi công công trình ngầm
bằng các phương án đào hở, các thiết bị chính để thi công các công nghệ
này là máy đào một gầu, máy thi công tường trong đất và các máy vận
chuyển lên cao mà chủ yếu là cổng trục. Dưới đây xin giới thiệu lần lượt
các máy đó
32


§ 2.2. Máy đào một gầu
I. Công dụng và phân loại
1) Công dụng:
Máy xúc một gầu hay còn gọi là máy đào một gầu là một trong những
loại máy chủ đạo trong công tác đào đất trong xây dựng nói chung và xây dựng
tuyến ngầm bằng các công nghệ đào hở nói riêng. Máy xúc một gầu làm nhiệm
vụ khai thác đất tạo hố móng và đổ vào phương tiện vận tải hoặc đổ thành
đống để các máy khác bốc lên phương tiện vận tải.
Máy xúc một gầu làm việc theo chu kỳ gồm các nguyên công:
- Tiến tới vị trí bốc xúc đất;
- Đào và tích đất vào gầu;
- Nâng gầu lên và quay tới vị trí cần đổ;
- Đổ vào phương tiện vận tải hoặc đổ thành đống.
2) Phân loại: Máy xúc một gầu có thể phân loại theo các dấu hiệu sau:
- Theo cơ cấu di chuyển;
- Theo kiểu dẫn động điều khiển gầu;

- Theo kiểu treo gầu.
a) Theo cơ cấu di chuyển máy xúc một gầu được chia thành những
nhóm sau:
- Loại bánh lốp: loại này cơ động phù hợp với các công trình phân tán có
khối lượng bốc xúc không lớn;
- Loại bánh xích: đây là loại làm việc ổn định, thể tích gầu bốc có thể tích
khác nhau phù hợp với các công trường có khối lượng bốc xúc lớn;
b) Theo cơ cấu điều khiển dẫn động gầu, máy xúc một gầu có thể được
chia thành 2 nhóm sau:
- Loại điều khiển dẫn động gầu kiểu cơ khí, tức là bằng puli, tời và cáp
như EO-3311G, EO-4111B, EO-5114, EO-6112B v.v…của LB Nga.
- Loại máy xúc thuỷ lực với dẫn động điều khiển gầu bằng các xi lanh
thuỷ lực.
d) Theo kiểu treo gầu:
- Máy xúc gầu thuận (còn gọi là máy xúc gầu ngửa);
- Máy xúc gầu nghịch (còn gọi là máy xúc gầu sấp);
- Máy xúc gầu quăng (còn gọi là máy xúc gầu dây);
- Máy xúc gầu ngoạm.

33


Trong các công nghệ thi công công trình ngầm bằng phương pháp đào
hở người ta thường sử dụng hai loại máy đào một gầu đó là: Máy đào gầu
nghịch dẫn động thuỷ lực dùng để đào đất hố móng ở độ sâu ≤ 10 m và máy
đào gầu ngoạm dẫn động cơ khí dùng để đào đất hố móng ở độ sâu > 10 m.
II. Máy xúc gầu nghịch dẫn thuỷ lực:
1) Cấu tạo:
Kết cấu của máy gồm hai phần chính: phần máy cơ sở (máy kéo xích)
và phần thiết bị công tác (thiết bị làm việc).

Trên hình 2.5 phần máy cơ sở gồm: Cơ cấu di chuyển 1 chủ yếu để máy
di chuyển trong phạm vi công trường. Nếu cần di chuyển máy với cự ly lớn phải
có thiết bị vận chuyển chuyên dùng. Cơ cấu quay 2 dùng để thay đổi vị trí của
gầu trong mặt phẳng ngang trong quá trình đào và xả đất. Trên bàn quay 3
người ta bố trí động cơ, các bộ truyền động cho các cơ cấu…Ca bin 10 nơi tập
trung cơ cấu điều khiển toàn bộ hoạt động của máy. Đối trọng 12 là bộ phận
cân bằng bàn quay và ổn định của máy (một số mã hiệu máy có thể không có
bộ phận này).

Hình 2.5. Sơ đồ cấu tạo máy xúc gầu nghịch dẫn động thuỷ lực:
1 – cơ cấu di chuyển; 2 – cơ cấu quay; 3 – bàn quay; 4 – XLTL nâng hạ cần (2 chi ếc); 5 –
gầu; 6 – XLTL điều khiển gầu; 7 – tay gầu; 8 – XLTL điều khiển tay gầu; 9 – cần; 10 – ca bin;
11 - động cơ đốt trong; 12 - đối trọng.

Phần thiết bị công tác: Cần 9 một đầu được ghép khớp bản lề với bàn
quay, đầu kia được lắp khớp bản lề với tay gầu. Cần được nâng lên - hạ xuống
nhờ xilanh 4. Điều khiển gầu xúc 5 nhờ xilanh 6. Gầu thường được lắp thêm
các răng để gia công đất cứng.
2) Nguyên lý làm việc:
34


Máy xúc gàu nghịch chủ yếu để gia công đất ở vị trí thấp hơn mặt bằng
đứng của máy (cũng có những trường hợp máy khai thác đất ở nơi cao hơn,
nhưng nền đất mềm và chỉ có xilanh quay gầu để cắt đất). Đất được xả (đổ)
qua miệng gầu. Máy làm việc theo chu kỳ, một chu kỳ làm việc của máy bao
gồm những nguyên công sau:
Máy đến vị trí làm việc. Đưa gầu vươn ra xa (xilanh 8 rút lại) và hạ xuống
(hai xilanh 4 rút lại), răng gầu tiếp xúc với nền đất (vị trí I, hình 2.5). Gầu tiến
hành cắt đất và tích đất vào gầu từ vị trí I đến II nhờ xi lanh 8 và xilanh 4 cùng

đẩy ra.
Quỹ đạo chuyển động của răng gầu trong quá trình cắt đất là một đường
cong. Chiều dày phoi cắt thông thường thay đổi từ bé đến lớn. Tại vị trí II gầu
đầy đất và có chiều dày phoi đất lớn nhất. Đưa gầu ra khỏi tầng đào và nâng
gầu lên nhờ hai xilanh 4 đẩy ra. Quay máy về vị trí xả đất nhờ cơ cấu quay 2.
Đất có thể xả thành đống hoặc xả vào phương tiện vận chuyển. Đất được xả ra
khỏi miệng gầu nhờ xilanh 6 rút lại. Quay máy về vị trí xúc ban đầu để thực
hiện chu kỳ tiếp theo.
III. Máy đào gầu ngoạm dẫn động cơ khí
1) Công dụng và vị trí máy trong sơ đồ công nghệ:
Máy xúc gầu ngoạm dùng để xúc đất trong các hố móng có chiều sâu >
10. Ở độ sâu này nếu dùng máy xúc gầu nghịch dẫn động thuỷ lực thì tay gầu
sẽ rất dài, độ ổn định của máy kém và dung tích gầu xúc nhỏ dẫn tới năng suất
thấp.

Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thiết bị thi công công trình ngầm với máy xúc gầu
ngoạm:
1 – ô tô tải tự hành; 2 – máy cơ sở (cần trục cơ khí bánh xích); 3 - cơ cấu công tác (gầu
ngoạm); 4 - thùng chứa đất; 5 – máy xúc loại nhỏ gom đất vào thùng 4; 6 - cột chống và sàn
công tác; 7 - tường trong đất; 8 - neo

Sơ đồ bố trí máy xúc gầu ngoạm được thể hiện trên hình 2.6, sơ đồ này
không chỉ dùng thi công tuyến ngầm mà còn được dùng để thi công các công
35


trình ngầm của các toà nhà cao tầng bằng công nghệ top – down. Trên hình 2.6
máy xúc gầu ngoạm 2 đứng trên sàn công tác 6 sẽ xúc đất từ thùng chứa đất
số 4. Môt máy xúc loại nhỏ 5 có nhiệm vụ xúc đất từ hố móng vào thùng 4 để
máy xúc gầu ngoạm xúc và đổ vào xe tải số 1. Sàn công tác số 6 có các cột

thép tạm chống và đế móng để đỡ toàn bộ máy đứng trên sàn.
2) Cấu tạo: Cấu tạo chung của máy xúc gầu ngoạm gồm máy cơ sở là cần trục
bánh xích dẫn động cơ khí sau khi cơ cấu nâng-hạ vật được thay bằng cơ cấu
công tác gầu ngoạm.Trên hình 2.7 máy cơ sở là máy kéo bánh xích, trong
khoang máy có các tời nâng-hạ cần và tời nâng-hạ gầu, đóng-mở gầu. Cáp 5 là
cáp đóng-mở gầu, khi thả chùng thì gầu mở, còn khi kéo căng thì đóng các má
gầu vào để ngoạm đất và khi đất đã đầy gầu thì cáp 6 kéo gầu lên khỏi nơi đào
đất. Trên hai cáp 5 và 6 có các cơ cấu chống xoắn cáp cho phép đoạn trên và
đoạn dưới của cáp quay tròn tự do chống hai cáp quấn vào nhau.

Hình 2.7. Cấu tạo chung của máy xúc gầu ngoạm:
1 – máy cơ sở; 2 – cáp nâng hạ cần; 3 – cáp nâng hạ gầu;4 – cáp đóng mở gầu; 6 - gầu
ngoạm; 7 - cần; 8 - tời đóng mở và nâng gầu; 9 - tời để nâng hạ cần; 10 – khoang chứa động
cơ và các tời điều khiển.

3) Nguyên lý làm việc: Máy đến vị trí làm việc. Đưa gầu 6 / đến vị trí bên trên
thùng chứa đất bằng cách nâng hoặc hạ cần 7 thông qua palăng cáp sau đó cố
định góc nghiêng cần nhờ thanh chống xiên . Cáp nâng gầu 6 được nối với đầu
đỡ trên, còn cáp đóng-mở gầu 5 được nối với đầu đỡ dưới thông qua hệ thống
palăng đóng-mở gầu.
Có thể chia chu kỳ làm việc của gầu ngoạm thành 4 giai đoạn sau hình 2.8:
Giai đoạn a: Hạ gầu rỗng xuống thùng đất. Trong giai đoạn này khi cáp nâng 6
đi xuống, cáp đóng mở gầu 5 chùng, gầu sẽ tự động đi xuống và nhờ trọng
lượng các má và liên hệ động học của cơ cấu đóng-mở gầu nên hai má gầu ở
36


trạng thái mở. Yêu cầu đặt ra cho quá trình hạ gầu là vận tốc của cáp 6 hạ gầu
và cáp 5 đóng-mở gầu phải bằng nhau và cáp 5 chùng hơn. Khi gầu rơi xuống
nhờ trọng lượng của mình mà cả 2 má gầu lún sâu vào đống đất.


Hình 2.8. Các bước làm việc của gầu ngoạm:
6– Cáp nâng gầu; 5– Cáp đóng mở gầu

Giai đoạn b: Giai đoạn xúc (ngoạm) đất.
Việc xúc đất được thực hiện khi cáp nâng 6 để chùng, còn cáp đóng-mở gầu
5 để căng. Nhờ có hệ palăng, đầu trên của gầu sẽ đi lên và do đó 2 má gầu
đóng lại, thực hiện quá trình ngoạm đất vào trong gầu.
Giai đoạn c: Nâng gầu chứa đầy đất.
Việc nâng gầu được thực hiện khi cáp 6 được kéo lên và cáp đóng-mở gầu
5 luôn ở trạng thái giữ căng, tốc độ của cáp 5 và cáp 6 trong giai đoạn này
bằng nhau.
Giai đoạn d: Giai đoạn xả đất vào xe tải.
Sau khi thực hiện nâng gầu đầy tải, máy được quay đến vị trí xả đất vào xe
tải . Quá trình xả đất vào xe tải được thực hiện khi cáp đóng-mở gầu 5 thả
chùng, cáp nâng 6 giữ nguyên ở trạng thái căng. Khi đó cụm puly tụt xuống
phía dưới nhờ trọng lượng bản thân và hai má gầu tự mở để xả xả đất vào xe
tải.
Giai đoạn e: Thả gầu rơi tự do xuống vị trí xúc đất.
VI. Năng suất và các biện pháp tăng năng suất máy xúc một gầu
1) Năng suất thực tế của máy xúc một gầu được tính theo công thức sau:
Ns = q0.(Kđ/Kt). nck. Ktg m3/h

[2.1]

trong đó:
• q0– dung tích hình học của gầu, m3
• Kđ - hệ số đầy gầu, Kđ = 0,8 - 1,25;
• Kt - hệ số tơi của đất = 1,08 ÷ 1,45 ;
37



• Ktg – hệ số sử dụng thời gian làm việc của máy, Ktg = 0,8 ÷ 0,9;
• nck – số chu kỳ công tác thực hiện được trong 1 giờ.
2) Các biện pháp tăng năng suất máy xúc một gầu:
Để đảm bảo năng suất cao phải đưa ra giải pháp thi công hợp lý, chọn
chế độ làm việc và các giải pháp kỹ thuật tối ưu cho máy, ngoài ra thợ máy cần
lưu ý thêm:
+ Chọn đường cong khai thác đất hợp lý;
+ Kết hợp các thao tác có thể vận hành đồng thời;
+ Bố trí phương tiện vận tải đứng ở nơi có góc quay nhỏ nhất;
+ Nếu góc quay lớn hơn 1500 thì cho toa máy quay trọn vòng 3600 khi xả
đất.
§ 2.3. Máy thi công cọc barrete và tường trong đất
I. Công nghệ thi công cọc barrete và tường trong đất
Nguyên lý làm cọc nhồi và cọc barrete là tạo nên những lỗ cọc trong nền
đất, sau đó rót trực tiếp vật liệu (bê tông, bê tông cốt thép v.v…) vào những lỗ
đó để tạo thành cọc. Như vậy, cọc được chế tạo tại chỗ, không mất công vận
chuyển ở nơi khác đến, do đó đỡ tốn kém hơn.
Từ phương pháp thi công cọc khoan nhồi (cọc tròn) và cọc Barrete (cọc chữ
nhật) đối với các tuyến ngầm thi công phân đoạn và nhà cao tầng nhiều khi
phải xây dựng tầng hầm người ta kết hợp giữa cọc chịu lực và tường tầng hầm
dẫn đến ý tưởng làm móng tường trong đất, trường hợp này tường trong đất có
thể được thiết kế và tính toán như một loại móng sâu.
Quy trình thi công tường trong đất kết hợp cọc barrete:
-

Thi công tường dẫn;

-


Đào đất;

-

Giữ vách hố đào bằng dung dịch bentonite;

-

Thổi rửa hố đào bằng phương pháp luân chuyển bentonite;

-

Đặt ván khuôn tạo khớp và gioăng chống thấm nước;

-

Gia công lắp đặt cốt thép, ống đổ bê tông và đổ bê tông theo phương
pháp rút ống.

Tường chắn được thi công thành từng tấm panel riêng biệt, giữa chúng
là khớp nối và thường là một gioăng cao su chắn nước. Có 3 loại tấm panel
được dùng là: panel khởi đầu, panel tiếp và panel đóng.

38


Hình 2.9. Sản phẩm tường trong đất:
1 - tấm panel tường bê tông cốt thép trong đất; 2 – gioăng chống thấm


II. Công tác đào đất và máy đào đất thi công cọc barrete (tường trong đất)
1) Công tác đào đất tạo hố
Đào đất dùng gàu chữ nhật do cẩu điều khiển bằng cáp hoặc thuỷ lực. Trong
khi đào dung dịch bentonite được giữ ở mức độ cách cốt đỉnh tường dẫn 0,4m,
độ thẳng đứng của hố đào được kiểm tra bằng mắt thường theo dây cáp cẩu
khi hạ gàu vào hố đào. Máy đào đất nên đứng cách mép hố đào tối thiểu là 4m.
Mọi sự di chuyển của máy phải hết sức thận trọng tránh làm sạt vách hố.

Hình 2.10. Các bước đào đất tạo lỗ thi công một tấm panel
2) Các máy đào đất thi công cọc barrete:
Các máy đào đất thi công cọc barrete có 4 loại thường được dùng:
- Máy đào dẫn động cơ khí cắt đất bằng phương án rơi tự do;
- Máy đào dẫn động thuỷ lực nâng hạ gầu bằng cáp;
- Máy đào dẫn động thuỷ lực nâng hạ gầu nhờ cáp kết hợp với dẫn hướng
cứng;

39


- Máy đào dẫn động thuỷ lực nâng hạ gầu bằng cần dẫn hướng cứng kiểu
ống lồng.
Các hãng sản suất máy nổi tiêng trên thê giới có thể kể đến là:
- Liebherr - CHLB Đức
- Bauer - CHLB Đức
- Casagrande USA vv…
3) Máy đào dẫn động cơ khí cắt đất bằng phương án rơi tự do
Nguyên lý hoạt động:
Trong hình 2.11.b đưa gầu vào hố đào bằng cáp nâng-hạ gầu 3, khi gầu
chuyển động trong hố đào thì hạ chùng cáp đóng-mở gầu 4, hai má gầu được
mở ra nhờ dẫn hướng 2 đi xuống do trọng lượng bản thân, xuống tới đáy hố

răng gầu cắm vào đất nhờ trọng lượng và động năng của gầu, sau đó kéo
cáp 4 để cắt đất, đóng gầu. Sau khi đóng gầu thì kéo gầu lên bằng cả hai cáp
3 và 4, khi lên đến chỗ đổ thì giữ cáp 3 và thả chùng cáp 4, gầu được mở ra
nhờ trọng lượng của khớp trượt 2 và đất được đổ ra ngoài. Chu kỳ tiếp theo
lặp lại các thao tác vừa nêu.

b)
a)
Hình 2.11. Máy đào dẫn đông cơ khí cắt đất bằng phương án rơi tự do:
a) cấu tạo chung; b) cấu tạo của cơ cấu công tác

Phương án này có những ưu và khuyết điểm sau:
a) Ưu điểm:
40


- Phương án này do dùng cáp để đóng-mở gầu nên dễ chế tạo, dễ thay
thế và sửa chữa. Phương án này cũng kinh tế do không cần phải có thêm
một động cơ thuỷ lực, xilanh và các thiết bị thuỷ lực đắt tiền và phức tạp.
b) Nhược điểm: Phương án đóng mở gầu bằng cáp thường lực đóng gầu
không lớn, lực mở gầu phụ thuộc vào trọng lượng của đầu dẫn hướng và
không có lực đóng gầu cưỡng bức như các máy đào dẫn động thuỷ lực.
4) Máy đào dẫn động thuỷ lực nâng hạ gầu bằng cáp
Để khắc phục nhược điểm của gầu ngoạm đóng-mở bằng cáp trong thi
công cọc barette hiện nay thường dùng gàu ngoạm đóng mở bằng xilanh thủy
lực mà thông thường mỗi má gàu được đóng mở bằng một xilanh . Hình 2.13
và hình 2.14 trình bày nguyên lý hoạt động của gầu ngoạm đóng-mở má gầu
bằng một và hai xilanh thuỷ lực với bơm thủy lực đặt ở phần máy cơ sở.
Nguyên lý làm việc chung của gầu ngoạm loại này là việc đóng hoặc mở gầu
nhờ các xilanh công tác . Xilanh (hoặc các xilanh) này được dẫn động nhờ bơm

thuỷ lực đặt ở máy cơ sở. Hành trình đóng-mở được truyền đến con trượt 8 (ở
gầu một xilanh) hoặc trực tiếp đến thanh giằng. Nhờ đó gầu được đóng hoặc
mở. Ống dẫn dầu thuỷ lực 2 là ống mềm chịu áp lực cao được cuốn quanh
tang 4. Khi gầu đi lên hoặc xuống (nâng hoặc hạ) nó sẽ được quấn vào hoặc
nhả ra cùng với vận tốc nâng hoặc hạ của gầu đào.
Dễ nhận thấy rằng về mặt kết cấu hệ thống đóng-mở gầu bằng xilanh thủy
lực phức tạp hơn nhiều so với gầu ngoạm được đóng-mở bằng cáp, nhất là
viêc thực hiện tốc độ cuốn (hoặc nhả) ống dẫn thủy lực bằng với vận tốc nâng
(hoặc hạ) gầu.
Giống như máy khoan cọc nhồi, thiết bị công tác của máy thi công cọc
barrette (gầu) đóng-mở bằng xilanh thuỷ lực cũng được lắp đặt trên một máy
cơ sở có sẵn và thường là cần trục bánh xích. Có nhiều phương pháp liên kết
giữa bộ phận công tác và máy cơ sở. Hình 2.12 trình bày phương án treo thiết
bị công tác bằng cáp nâng hạ của máy cơ sở.
Với phương án treo như trên khi làm việc gầu được hạ xuống tầng đào nhờ
cáp 4. Khi gặp tầng đào điều khiển xilanh thuỷ lực 9 để thực hiện quá trình đào.
Khi gầu đầy đất nhờ cáp 4 gầu được nâng lên và quay đến vị trí đổ. Trong quá
trình hạ và nâng gầu tang cuốn ống dầu 5 nhả hoặc cuốn ống với cùng tốc độ
hạ và nâng nhờ đó luôn đảm bảo quá trình làm việc bình thường của xy lanh
đóng-mở gầu 9.
41


Hình 2.12. Cấu tạo chung máy đào dẫn động thuỷ lực cắt đất bằng phương
án rơi tự do - thiết bị công tác được treo bằng cáp:
1 – hệ thuỷ lực; 2 – máy cơ sở; 3 – cần; 4 – cáp treo; 5 – tang cuốn ống dẫn dầu thuỷ lực;
6 – ống dẫn dầu; 7 – khung gầu( dẫn hướng gầu); 8 – cụm puli;
9 –xilanh thuỷ lực đóng-mở gầu ; 10 – thanh dẫn hướng; 11 – má gầu

Hình 2.13. : Sơ đồ nguyên lý

dẫn động bằng 1 xilanh thuỷ lực:

Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý dẫn động
bằng 2 xilanh thuỷ lực:

1- thùng dầu; 2- bơm thuỷ lực; 3- van
phân phối; 4- tang cuốn ống dẫn dầu; 5động cơ thuỷ lực; 6- hệ treo; 7- xilanh
thuỷ lực; 8- con trượt; 9- thanh giằng; 10gầu; 11- gá dẫn hướng; 12- ống dẫn dầu
thuỷ lực

1- thùng dầu; 2- bơm thuỷ lực; 3- van phân
phối; 4- tang cuốn ống dẫn dầu; 5-động cơ thuỷ
lực; 6- hệ treo; 7- xilanh thuỷ lực; 8- gầu; 9khung dẫn hướng;10- ống dẫn dầu thuỷ lực

+ Ưu điểm cơ bản của máy đào dẫn động thuỷ lực nâng-hạ gầu bằng
cáp:
42


- Có thể điều chỉnh được một cách dễ dàng lực đóng mở gầu, tạo được
lực cắt đất lớn, khắc phục được nhược điểm của gầu đóng-mở bằng cáp, ít
gây lắc ngang khi gầu cắt đất và nhờ đó tránh được hiện tượng lở thành hố
đào.
- Trọng lượng gầu nhẹ hơn so với phương pháp đóng-mở bằng cáp.
- Dễ vận chuyển, lắp đặt.
+ Nhược điểm:
- Gầu làm việc thường không ổn định (bị rung động, bị lắc…) và do đó
khó điều khiển, dễ gây va chạm vào thành hố móng khi nâng và hạ làm lở,
thậm chí sập hố đào.
- Yêu cầu trình độ tay nghề người vận hành máy cao.

- Thời gian dùng cho di chuyển máy lớn.
5) Máy đào dẫn động thuỷ lực nâng hạ gầu nhờ cáp kết hợp với dẫn hướng
cứng

Hình 2.15. Máy đào dẫn động thuỷ lực nâng hạ gầu nhờ cáp kết hợp với dẫn
hướng cứng:
1 – nguồn thuỷ lực; 2 – máy cơ sở; 3 – cần của cầu trục; 4 – cơ cấu quay thiết bị công tác;
5 ,8 ,9 – dẫn hướng; 6 – tang cuốn ống dẫn thuỷ lực; 7 – ống dẫn dầu; 10 – con trượt;
11 – khung (má dẫn hướng); 12 – gầu; 13 – xilanh thuỷ lực đóng mở gầu

43


Để khắc phục các nhược điểm trên đây có thể dùng phương pháp treo
kết hợp với hộp dẫn hướng để nâng gầu (hình 2.15).
Với kết cấu nêu trên có thể nhận thấy rằng khác với phương pháp treo
thuần tuý bằng cáp, ở đây ngoài cáp treo thì gầu còn được định hướng theo
phương đứng nhờ hệ thống trượt 5, 8 và 9. Các hệ này sẽ hạn chế lắc ngang
của gầu khi nó làm việc. Mặc khác nhờ có cơ cấu quay 4 mà toàn bộ thiết bị
công tác có thể quay được khi gầu còn ở trên mặt đất. Nhờ chuyển động này
mà khi làm việc máy cơ sở ít phải di chuyển khi có sự đổi hướng đào. Khi gầu
đào được đưa xuống đất, đốt dẫn hướng 9 tách khỏi đốt dẫn hướng 8, gầu
được treo hoàn toàn bằng cáp nâng gầu, quá trình làm việc của gầu hoàn toàn
như đã nêu ở phía trên.
6) Máy đào dẫn động thuỷ lực nâng hạ gầu bằng cần dẫn hướng cứng kiểu
ống lồng
Hình 2.15 là sơ đồ cấu tạo chung của máy đào dẫn động thuỷ lực nâng hạ gầu
bằng cần dẫn hướng cứng kiểu ống lồng
Trên hình 2.16: 1 – máy cơ sở
được dẫn động bởi động cơ

diesel với các hệ thống dẫn
động cáp và dẫn động thuỷ lực.
Palăng cáp 2 thay đổi tầm với
của gầu thông qua giá đỡ 3
ghép với khung máy bằng khớp
trụ, xi lanh thuỷ lực 4 điều chỉnh
độ thẳng đứng của cần dẫn
hướng ống lồng 5. Máy đào dẫn
động thuỷ lực nâng- hạ gầu
bằng cần dẫn hướng cứng kiểu
ống lồng khắc phục được các
nhược điểm của các loại máy đã
trình bày trước đó. Máy này đặc
biệt hiệu quả khi thi công tường
trong đất với độ sâu lớn do đảm
Hình 2.16. Máy đào với dẫn hướng cứng
kiểu ống lồng

bảo độ thẳng đứng của vách hố
đào.
44


7) Máy đào gầu ngoạm dẫn động thuỷ lực trên cơ sở máy đào một gầu
Đây là loại máy đào gầu ngoạm trên cơ sở máy đào một gầu với cơ cấu
công tác là gầu ngoạm dùng để thi công tường trong đất có độ sâu ≤ 10m.
Sơ đồ cấu tạo máy đào gầu ngoạm dẫn động thuỷ lực trên cơ sở máy
đào một gầu thể hiện trên hình 2.17. Thiết bị gầu ngoạm gồm: Cần 4 lắp với
bàn quay 2 của máy cơ sở 1 bằng khớp bản lề O 1 ở chân cần. Cần được nâng
lên hạ xuống nhờ xi lanh thuỷ lực 3. Tay gầu 6 có chiều dài đủ lớn để đạt độ

sâu của tường và ghép với cần 4 bằng khớp bản lề O 2 . Khi làm việc tay gầu 6
quay quanh khớp bản lề O 2 nhờ xi lanh thuỷ lực 5. Gầu 7 có hai má ngoạm đất,
liên kết với tay gầu bằng thanh giằng và được đóng mở nhờ xi lanh thuỷ lực 8.
Điểm khác biệt của máy đào gầu ngoạm dẫn động thuỷ lực trên cơ sở máy đào
một gầu nghịch như đã xét ở bài § 2.2 là các xi lanh thuỷ lực 3 và 5 có hành
trình rất lớn đủ để gầu 7 hạ đủ sâu và nâng lên đủ cao đổ vào phương tiện vận
tải.
So với các máy đào gầu ngoạm đã nghiên cứu ở trên, máy đào gầu
ngoạm dẫn động thuỷ lực trên cơ sở máy đào một gầu có kết cấu gọn nhẹ hơn,
điều khiển nhẹ nhàng và êm, đồng thời đảm bảo độ chính xác.
Máy đào gầu ngoạm dẫn động thuỷ lực trên cơ sở máy đào một gầu
dùng để thi công các hố móng sâu, hố móng cho tường trong đất có độ sâu ≤
10m.

Hình 2.17. Máy đào gầu ngoạm dẫn động thuỷ lực trên cơ sở máy đào một gầu

§ 2.4. Cổng trục
I. Công dụng và phân loại
Cổng trục được sử dụng rộng rãi để cơ giới hoá công tác vận chuyển
các cấu kiện xây dựng và thi công lắp ráp trong hầu hết các công nghệ thi công
45


tuyến ngầm bằng phương pháp đào hở. Cổng trục có thể phục vụ toàn tuyến
thi công bằng cách lắp đường ray di chuyển dọc theo tuyến công trình, nhờ có
công sơn bên ngoài đường ray mà nó có thể hạ tải các cấu kiện từ phương tiện
vận tải và đưa xuống hố móng để lắp ráp.
So với cần trục kiểu cần, cổng trục có tải trọng nâng không đổi trong
khoảng không gian phục vụ của nó, độ ổn định cao hơn.
Cổng trục có hai loại: Cổng trục có công dụng chung và cổng trục dùng

để lắp ráp. Cổng trục có công dụng chung được chế tạo với tải trọng nhỏ ≤ 5T
chủ yếu dùng trong công tác xếp dỡ. Cổng trục dùng để lắp ráp có tải trọng tới
500 tấn. Trong lắp ráp tuyến ngầm bằng phương pháp hở người ta sử dụng
các cổng trục có tải trọng hàng nghìn tấn. Các thông số cơ bản cần lưu tâm khi
lựa chọn cổng trục:
-

Tải trọng nâng;

-

Chiều cao nâng;

-

Khẩu độ dầm;

-

Tốc độ nâng vật;

-

Tốc độ di chuyển xe con;

-

Tốc độ di chuyển dọc ray đường sắt.

II. Cấu tạo chung của cổng trục

Kết cấu thép của cổng trục gồm dầm cầu 2 và các chân cổng 7 (hình
2.18). Xe con nâng vật 3 chạy dọc theo dầm cầu nhờ cáp kéo. Các chân cổng
tựa trên các cơ cấu di chuyển 8 cho phép cổng trục chạy trên ray trên các bánh
xe bằng thép. Dầm cầu của cổng trục có tải trọng nâng đến 5t thường là dầm
hộp hoặc giàn không gian có tiết diện hình tam giác với ray treo hình chữ I để
palăng điện chạy dọc theo dầm cầu. Dầm cầu của cổng trục có tải trọng nâng
vừa và lớn thường có dạng dàn không gian với tiết diện hình chữ nhật hoặc
hình thang. Xe con nâng vật 3 với móc treo chính chạy theo ray phía trên dầm
cầu, còn móc treo phụ với tải trọng nâng nhỏ của palăng điện 9 có thể chạy
theo ray treo phía dưới dầm cầu. Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà dầm cầu có
thể không có côngxon hoặc có côngxon ở một hay cả hai đầu. Chiều dài
côngxon có thể đạt tới 25-30% chiều dài của khẩu độ dầm (khoảng cách theo
phương ngang giữa các đường ray di chuyển cổng trục). Nếu khẩu độ dầm
không lớn, các chân cổng có thể liên kết cứng với dầm cầu. Trường hợp cổng
trục có khẩu độ dầm lớn, một chân cổng liên kết cứng với dầm còn chân cổng

46


kia được nối khớp với dầm để bù trừ độ xô lệch của cổng trục khi di chuyển,
tránh khả năng kẹt các bánh xe di chuyển cổng trục trên ray.
Xe con nâng vật di chuyển dọc theo dầm cầu nhờ cáp kéo và tời điện đảo
chiều 1 (hình 2.18, b). Cơ cấu nâng chính của cần trục có hai palăng nâng vật 4
đặt đối xứng tại hai phía của dầm cầu và đồng thời nâng dầm đỡ 5 của móc
treo. Các cổng trục có tải trọng nâng lớn dùng trong lắp ráp các cấu kiện sử
dụng bốn cơ cấu nâng với cách mắc cáp như ở hình 2.18, c. Tốc độ nâng hạ
vật có thể được điều khiển bằng các cách sau: cả bốn tời cùng làm việc theo
chiều nâng hoặc hạ; các tời 10 và 13 làm việc theo chiều nâng còn tời 11 và 12
làm việc theo chiều hạ hoặc ngược lại; các tời 10 và 13 làm việc còn tời 11 và
12 dừng hoặc ngược lại. Để giảm tải trọng tác dụng lên dầm cầu, cơ cấu nâng

và di chuyển xe con được đặt trên các chân cổng hoặc trên các thanh giằng
cứng của chân cổng. Điều khiển cổng trục từ cabin 3. Trên các xe con di
chuyển cổng trục phải có thiết bị kẹp ray dẫn động máy. Khi tốc độ gió vượt
quá giới hạn cho phép, động cơ của thiết bị kẹp ray tự động làm việc do tác
động của thiết bị đo gió trên cần trục.
Sơ đồ kết cấu của cổng trục trên hình 2.18 được sử dụng để lắp ráp các
cấu kiện bêtông vỏ hầm có trọng lượng lớn trên các công trường xây dựng
tuyến ngầm theo công nghệ đào hở. Cần trục có tải trọng nâng của móc treo
chính >100t, tải trọng nâng của móc treo phụ 10 - 15t, khẩu độ dầm 31m, chiều
cao nâng 37,5m và trọng lượng bản thân cổng trục 225t. Mỗi xe con di chuyển
cổng trục chạy trên hai ray đặt song song.

Hình 2.18. Cổng trục tải trọng nâng ≥ 100t:
a) sơ đồ kết cấu; b) sơ đồ mắc cáp cơ cấu di chuyển xe con; c) sơ đồ mắc cáp cơ cấu nâng

47


48