Cách chọn phụ gia phù hợp cho máy đẩy ống cân bằng áp lực đất trong đất sét pha cát?

Việc lựa chọn phụ gia đúng là một trong những quyết định quan trọng nhất mà người vận hành phải thực hiện khi điều khiển một máy đẩy ống cân bằng áp suất đất máy đẩy ống cân bằng áp lực đất qua đất sét pha cát. Việc lựa chọn sai phụ gia có thể làm suy giảm hiệu quả xử lý đất, phá vỡ sự ổn định của mặt đào và dẫn đến chậm tiến độ dự án tốn kém. Do đó, việc hiểu rõ mối quan hệ giữa tính chất đất và thành phần hóa học của phụ gia là điều thiết yếu trước khi bắt đầu bất kỳ ca đào nào.

Đất sét pha bùn gây ra những thách thức đặc biệt đối với máy đẩy ống cân bằng áp suất đất . Độ thấm thấp, cấu trúc dính kết và xu hướng bám vào các dụng cụ cắt của nó đòi hỏi việc lựa chọn phụ gia phù hợp một cách cẩn thận nhằm duy trì độ nhất quán của đất đào ổn định và dễ thi công bên trong buồng áp lực. Hướng dẫn này giải thích cách đánh giá và lựa chọn phụ gia phù hợp để mọi máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất (EPB) hoạt động trong đất sét pha bùn đều đạt được tiến độ an toàn, hiệu quả và dự đoán được.

Hiểu rõ hành vi của đất sét pha bùn trong quá trình khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất (EPB)

Các đặc tính đất chủ yếu ảnh hưởng đến việc lựa chọn phụ gia

Trước khi lựa chọn bất kỳ phụ gia nào cho máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất, đội dự án phải mô tả chi tiết đặc tính của lớp đất sét pha cát. Đất sét pha cát thường có chỉ số dẻo nằm trong khoảng từ 10 đến 30, hệ số thấm rất thấp và độ dính kết cao. Những đặc tính này khiến đầu cắt của máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất gặp phải đất có xu hướng vón cục tự nhiên, bám dính lên các lưỡi cắt đĩa và cản trở dòng chảy tự do qua băng tải xoắn. Nếu không xử lý đất trước, máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất sẽ không thể duy trì áp lực đất ổn định trong buồng áp lực, dẫn đến nguy cơ lún bề mặt hoặc phun trào đất.

Phân bố cỡ hạt, độ ẩm tự nhiên và giới hạn Atterberg là ba thông số quan trọng nhất cần đo lường trước khi máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất bắt đầu đào trong đất sét pha cát. Một loại đất có độ ẩm gần với giới hạn chảy đã đủ mềm để máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất xử lý hiệu quả với lượng bọt tối thiểu. Ngược lại, đất sét pha cát khô hoặc cứng buộc người vận hành máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất phải tiêm lượng phụ gia lớn hơn nhằm làm dẻo đất đào một cách hiệu quả.

Phản ứng của đất sét pha cát đối với các loại phụ gia phổ biến

Bọt, vữa bentonite và dung dịch polymer là ba loại phụ gia chính được sử dụng cùng với máy đẩy ống cân bằng áp lực đất trong đất sét pha cát. Mỗi loại tương tác khác nhau với ma trận đất. Bọt làm giảm ma sát nội tại của đất đào đã được xử lý và giúp máy đẩy ống cân bằng áp lực đất duy trì mô-men xoắn ổn định. Vữa bentonite tăng độ dẻo và giảm độ bám dính trên đầu cắt của máy đẩy ống cân bằng áp lực đất. Dung dịch polymer điều chỉnh độ nhớt và hỗ trợ ổn định mặt đào khi máy đẩy ống cân bằng áp lực đất gặp các lớp đất có hàm lượng cát cao hơn. Việc lựa chọn giữa các loại phụ gia này phụ thuộc vào kết quả kiểm tra đất thực tế, chứ không dựa trên giả định.

Lựa chọn phụ gia phù hợp cho điều kiện đất sét pha cát

Xử lý bằng bọt như chiến lược phụ gia chính

Bọt là phụ gia được sử dụng phổ biến nhất khi vận hành máy đẩy ống cân bằng áp lực đất trong đất sét pha cát. Hệ thống phun bọt trên máy đẩy ống cân bằng áp lực đất đưa trực tiếp hỗn hợp bọt đã được tạo sẵn—gồm chất tạo bọt, nước và không khí nén—vào đầu cắt. Quá trình này chuyển đổi đất sét pha cát đã đào lên thành một khối hồ nhão đồng nhất, dẻo, giúp máy đẩy ống cân bằng áp lực đất xử lý hiệu quả. Tỷ lệ giãn nở bọt và tốc độ phun cần được hiệu chuẩn dựa trên hàm lượng nước tự nhiên của đất. Đối với đất sét pha cát có độ ẩm trung bình, máy đẩy ống cân bằng áp lực đất thường yêu cầu tỷ lệ giãn nở bọt từ 5 đến 15, với thể tích bọt phun vào tương đương khoảng 20–40% thể tích đất đào được trên mỗi mét tiến sâu. Người vận hành cần theo dõi liên tục đồng hồ đo áp suất buồng của máy đẩy ống cân bằng áp lực đất để xác nhận việc điều kiện hóa đất đạt yêu cầu và điều chỉnh liều lượng bọt theo thời gian thực.

Kết hợp phụ gia bentonite và polymer với bọt

Trong nhiều lớp đất sét pha cát, việc sử dụng một loại phụ gia duy nhất là chưa đủ, do đó máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất được hưởng lợi từ cách tiếp cận kết hợp. Việc bơm vữa bentonite qua các cổng tiêm thứ cấp của máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất giúp giảm hiện tượng bám dính vào đầu cắt và bôi trơn khe hở hình vành khuyên giữa thân máy và chuỗi ống. Điều này đặc biệt quan trọng khi máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất gặp phải các lớp đất sét pha cát cứng, làm tăng lực đẩy và mô-men xoắn cần thiết. Các dung dịch polymer có thể được bổ sung cùng với bọt khi máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất đi qua các vùng chuyển tiếp nơi hàm lượng cát pha tăng mạnh. Polymer cải thiện độ bền gel của đất đào đã được xử lý, ngăn ngừa hiện tượng phân tầng bên trong băng tải xoắn của máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất và duy trì gradient áp lực ổn định trong buồng áp lực.

Tối ưu hóa liều lượng cho máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất kết hợp nhiều phụ gia đòi hỏi việc bơm thử nghiệm có hệ thống trước khi khởi động bộ truyền động chính. Đội dự án cần tiến hành các thử nghiệm trên bàn thí nghiệm bằng mẫu đất lấy từ tuyến đường hầm và quan sát cách độ đặc của đất đào dự kiến từ máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất phản ứng với các tỷ lệ phụ gia khác nhau. Các kết quả thử nghiệm được ghi chép đầy đủ sẽ giúp người vận hành máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất bắt đầu quá trình khoan với một quy trình điều kiện hóa đã được xác định rõ, thay vì phải phản ứng một cách mù quáng dưới lòng đất.

Giám sát hoạt động và điều chỉnh phụ gia

Các chỉ số thời gian thực về hiệu suất của phụ gia

Máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất cung cấp cho người vận hành nhiều tín hiệu thời gian thực nhằm xác định xem phụ gia đã chọn có đang hoạt động hiệu quả trong lớp đất sét pha cát hay không. Mô-men xoắn đầu khoan là chỉ số chính: nếu mô-men xoắn tăng lên dù áp lực mặt cắt vẫn ổn định, điều này thường cho thấy hiện tượng bám dính đang tích tụ và cần tăng lưu lượng phun bentonite ngay lập tức. Sự ổn định của áp lực buồng khoan là chỉ số quan trọng thứ hai; một máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất có biểu hiện dao động áp lực thất thường thường do việc phun bọt làm điều kiện đất chưa đủ. Tính đồng nhất của vật liệu thải ra từ băng tải xoắn là tín hiệu thứ ba. Vật liệu thải từ máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất được điều kiện hóa đúng cách phải thoát ra dưới dạng hỗn hợp nhão, ẩm và không dính. Nếu vật liệu thải khô hoặc vón cục, điều này báo hiệu rằng máy khoan đẩy ống cân bằng áp lực đất cần tăng ngay lập tức lưu lượng phun bọt.

Điều chỉnh chiến lược sử dụng phụ gia theo sự thay đổi của các lớp đất

Các lớp đất sét pha cát thường hiếm khi duy trì độ đồng nhất trên toàn bộ hành trình khoan. Máy khoan ống đẩy cân bằng áp lực đất có thể gặp phải các vùng đất sét pha cát, các tạp chất hữu cơ hoặc các lớp đất sét cứng, mỗi loại đều đòi hỏi phản ứng khác nhau đối với phụ gia. Đội ngũ vận hành máy khoan ống đẩy cân bằng áp lực đất cần xem xét kỹ báo cáo khảo sát địa chất từ lỗ khoan trước mỗi ca làm việc và lập kế hoạch điều chỉnh phụ gia trước nhằm ứng phó với những thay đổi dự kiến về loại đất. Khi máy khoan ống đẩy cân bằng áp lực đất đi vào ranh giới của lớp đất sét pha cát mềm hơn và ẩm hơn, lượng bọt cần được giảm xuống để tránh tình trạng xử lý quá mức và mất áp lực mặt cắt đầu khoan. Khi máy khoan ống đẩy cân bằng áp lực đất đi vào các lớp đất cứng hơn, liều lượng bọt và bentonite phải tăng lên tương ứng. Việc ghi chép dữ liệu tiêu thụ phụ gia từ máy khoan ống đẩy cân bằng áp lực đất kết hợp với tốc độ tiến và loại đất sẽ giúp liên tục tối ưu hóa quy trình trong suốt hành trình khoan.

Câu hỏi thường gặp

Điều gì xảy ra nếu không sử dụng phụ gia trong máy đẩy ống cân bằng áp lực đất khi thi công qua lớp đất sét pha cát?

Nếu không sử dụng phụ gia, máy đẩy ống cân bằng áp lực đất thi công qua lớp đất sét pha cát sẽ gặp phải tình trạng tắc nghẽn nghiêm trọng tại đầu cắt, áp lực buồng điều khiển mất kiểm soát và mô-men xoắn tăng cao vượt mức. Đất đào bên trong máy đẩy ống cân bằng áp lực đất sẽ bị nén chặt thành một nút cứng, làm tắc vít tải, buộc phải thực hiện các biện pháp can thiệp tốn kém và có nguy cơ gây hư hại mặt đất phía trên tuyến thi công.

Tần suất tính lại liều lượng phụ gia cho máy đẩy ống cân bằng áp lực đất khi thi công qua lớp đất sét pha cát là bao nhiêu?

Liều lượng phụ gia cho máy đẩy ống cân bằng áp lực đất cần được rà soát ít nhất mỗi 5 mét tiến độ hoặc bất cứ khi nào phát hiện lớp đất mới. Việc ghi chép liên tục các thông số như áp lực buồng, mô-men xoắn và hình dạng đất đào từ máy đẩy ống cân bằng áp lực đất sẽ cung cấp dữ liệu cần thiết để tính toán lại và điều chỉnh chính xác lưu lượng phun phụ gia trong suốt quá trình thi công.

Chỉ sử dụng nước có thể điều chỉnh độ sét pha cát cho máy đẩy ống cân bằng áp lực đất được không?

Chỉ sử dụng nước thường là không đủ đối với máy đẩy ống cân bằng áp lực đất khi làm việc trong đất sét pha cát. Mặc dù nước có thể làm mềm nhẹ đất sét pha cát khô, nhưng nó không cung cấp độ dẻo, khả năng bôi trơn hoặc kiểm soát độ dính cần thiết cho máy đẩy ống cân bằng áp lực đất. Luôn khuyến nghị sử dụng bọt chuyên dụng hoặc chất phụ gia bentonite để bảo vệ máy đẩy ống cân bằng áp lực đất và đảm bảo tiến độ ổn định, hiệu quả.