เทคนิคการก่อสร้างอุโมงค์รถไฟฟ้าด้วยระบบ EARTH PRESSURE BALANCE (E.P.B.) | |
|
การขุดเจาะอุโมงค์ในกรุงเทพมหานครด้วยระบบหัวขุดเจาะ ได้เริ่มเข้ามาดำเนินการก่อสร้างตั้งแต่ปี พ.ศ. 2519 ในโครงการอุโมงค์ส่งน้ำของการประปานครหลวง ซึ่งกลุ่มบริษัท I.O.N. เป็นกลุ่มแรกที่เข้ามาดำเนินการก่อสร้าง โดยใช้หัวขุดเจาะอุโมงค์ประเภท Semi Mechanical Shield จากประสบการณ์ก่อสร้างอุโมงค์ในกรุงเทพฯ ที่ผ่านมาทำให้ได้ทราบปัญหาในการใช้หัวขุดเจาะประเภท Semi Mechanical (Open TypeShield) ที่มีขีดจำกัดไม่เหมาะสมกับการขุดเจาะอุโมงค์สำหรับโครงการรถไฟฟ้ามหานคร ซึ่งมีสภาพของชั้นดินหลายประเภท ดังนั้น จึงได้มีการพิจารณาเลือกใช้หัวขุดเจาะอุโมงค์ประเภทสมดุลย์แรงดันดิน (Earth Pressure Balance Shield) (E.P.B.) ซึ่งเป็นหัวขุดเจาะที่เหมาะสำหรับการขุดเจาะในทุกสภาพของชั้นดินในกรุงเทพฯ
โครงการที่ได้ดำเนินการก่อสร้างอุโมงค์ด้วยหัวขุดเจาะอุโมงค์ชนิด E.P.B. ซึ่งได้ดำเนินการแล้วเสร็จรวมระยะทาง 12 ก.ม. ในชั้นดินอ่อนและดินแข็งของโครงการบำบัดน้ำเสียระยะที่ 1 กรุงเทพมหานคร สามารถยืนยันได้ว่าหัวขุดเจาะชนิด E.P.B. เหมาะสมกับการก่อสร้างอุโมงค์ในกรุงเทพฯ |
|
เทคนิคการขุดเจาะอุโมงค์ด้วยวิธี Earth Pressure Balance (EPB) |
ลักษณะของหัวขุดแบบ Earth Pressure Balance เป็นหัวขุดแบบปิดหน้า เพื่อกันการพังทลายของหน้าดิน การขนถ่ายดินอาศัยดินที่อยู่ใน Soil Chamber ถูกดูดผ่าน Screw Conveyor เป็นตัวขนถ่ายดินผ่านระบบสายพานอีกชั้นหนึ่ง ซึ่งทางออกของ Screw Con veyor มีประตูปิด-เปิด ด้วยระบบไฮดรอลิกอีกชั้นหนึ่ง ความเร็วของการขนถ่ายดินด้วยระบบ Screw Conveyor ขึ้นอยู่กับแรงดันดินใน Soil Chamber กล่าวคือ ถ้าสภาพดินดีจะไม่มีแรงดันดิน ถ้าสภาพดินเหลวจะทะลักเข้ามาใน Soil Chamber ทำให้เกิดแรงดัน ซึ่งแรงดันนี้จะไปกำหนดความเร็วรอบของ Screw-Conveyor ให้ช้าลง เพื่อต้านดินให้ทะลักเข้ามาน้อยลงหรือปิด Slide Gate ถ้าสภาพดินเหลวและสามารถทะลักผ่าน screw conveyor ได้ |
|
1. |
การควบคุมหัวขุดเจาะอุโมงค์ อุปกรณ์ที่ใช้ในการควบคุมการเคลื่อนตัวของหัวขุดประกอบด้วย |
|
- Shield Jack เป็นแม่แรงขนาดตั้งแต่ 80 ตัน จำนวนขึ้นอยู่กับขนาดของหัวขุดติดตั้งด้านหลังหัวขุด เพื่อใช้ในการถีบตัวไปข้างหน้า โดยอาศัยเปลือกอุโมงค์เป็นตัวรับแรงการบังคับแนวซ้าย-ขวา หรือ ขึ้นบนและลงข้างล่าง ให้พิจารณาเลือกตำแหน่งของ Shield Jack เช่น ต้องการให้หัวขุดเลี้ยวซ้ายให้เลือก Shield Jack ในตำแหน่งขวามือโดยยึดถือการหันหน้าเข้าหัวขุด
- Copy cutter คือ ฟันสามารถยึดตัวออกทางด้านรัศมี เพื่อเพิ่มการกัดหน้าดินให้เส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น เพื่อช่วยให้หัวขุดสามารถเลี้ยวตัวได้มากขึ้น
- Articulated Steering Jack คือ ส่วนของหัวขุดที่สามารถหักงอเพื่อลดรัศมีความโค้งของอุโมงค์
- ระบบควบคุมหัวขุดเจาะอุโมงค์ (TBM Driving control System) ใช้อุปกรณ์ Gyro-Compass & Computerize Level Control System
|
2. |
เทคนิคการคำนวณออกแบบความดันที่หัวเจาะ เพื่อต้านทานแรงดันดินในขณะที่ขุดเจาะ ซึ่งในการคำนวณโครงสร้างของหัวขุดจะต้องพิจารณาแรงดันดิน แรงต้านทานขณะขุดเจาะ ความหนาของ skin plate ความแข็งแรงของ ring girder และความสามารถในการดันและบิดของ cutter head เป็นต้น |
|
3. |
วิธีเลือกตำแหน่งที่จะนำเครื่องมือขุดเจาะอุโมงค์ลงไป และนำดินที่ขุดเจาะออกไปทิ้ง (Construction shaft) จะต้องคำนึงถึงขนาดพื้นที่รวมทั้งทางเข้าออก เพื่อขนถ่ายวัสดุและอุปกรณ์ในการก่อสร้างที่เพียงพอและสะดวก ระยะทางระหว่าง Construction Shaft และ Reception Shaft จะต้องสัมพันธ์กับประสิทธิภาพของหัวขุดและระยะเวลาการก่อสร้าง |
|
4. |
เทคนิคการวางแผนและลำดับขั้นตอนการนำดินที่ขุดเจาะอุโมงค์ไปทิ้ง โดยส่งผลกระทบต่อการจราจรน้อยที่สุด การจราจรในกรุงเทพมีผลต่อการก่อสร้างอุโมงค์มาก ไม่เพียงแต่การขนถ่ายดินเพียงอย่างเดียว การขนถ่ายชิ้นส่วนอุโมงค์ก็มีผลกระทบมาก การวางแผนจะต้องพิจารณาส่วนประกอบดังนี้ |
|
- ขนาดของพื้นที่ทำงานต้องมีขนาดที่เหมาะสมและการจัดการที่ดี เช่น พื้นที่ที่เก็บดิน ต้องเพียงพอต่อการขุดเจาะอุโมงค์ในตอนกลางวันและจะต้องมีการจัดการขนย้ายดินให้หมดในเวลากลางคืน ซึ่งจะไม่กระทบกับการจราจร
- การขนย้ายชิ้นส่วนอุโมงค์จากโรงงานผลิต จะต้องขนย้ายในเวลากลางคืนและไม่ส่งผลกระทบกับการขนย้ายดิน
- ระยะทางจากสถานที่ทิ้งดินและหน่วยงาน ต้องสัมพันธ์กับปริมาณรถในการขนถ่าย จะต้องมีที่ทิ้งดินสำรองเพื่อป้องกันผลกระทบต่อการขุดเจาะอุโมงค์
|
|
ปัญหาอุปสรรคและวิธีการแก้ไขในขณะดำเนินงานขุดเจาะอุโมงค์ |
|
1. |
เมื่อหัวเจาะเคลื่อนออกไปจากแนวที่กำหนด สาเหตุที่หัวเจาะผิดไปจากแนวที่กำหนดมีดังนี้ |
|
- ขาดความรู้และความเข้าใจของวิศวกรและผู้ควบคุมในการควบคุมหัวเจาะ
- ความผิดพลาดในการสำรวจและการคำนวณ
- ขาดความชำนาญและประสบการณ์ ในการควบคุมและประกอบชิ้นส่วนอุโมงค์ การแก้ไขโดยใช้เทคนิคการควบคุมหัวเจาะ
|
2. |
เมื่อพบชั้นทราย, ชั้นดินปนทรายหรือน้ำใต้ดิน ในขณะขุดเจาะลักษณะของหัวขุดแบบ Earth Pressure Balance นั้น สามารถขุดได้ในทุกสภาพชั้นดิน (ยกเว้นชั้นที่เป็นหิน) วิธีการแก้ไขปัญหากรณีนี้ที่พบชั้นดินแต่ละประเภท ทำดังนี้ |
|
- ชั้นดินแข็ง (Stiff Clay) ความจริงหัวขุดประเภทนี้เหมาะสำหรับขุดในชั้นดินอ่อน หากเจอสภาพดินแข็ง จำเป็นต้องฉีดน้ำเข้าไปเพื่อย่อยสลายดินให้อ่อนตัว มิฉะนั้นดินก้อนใหญ่จะก่อปัญหาให้ Screw Conveyor อุดตันได้
- ชั้นดินเหนียว (Medium Dlay) เป็นชั้นดินที่เหมาะสมกับหัวขุดประเภทนี้ปัญหามีน้อย ดินที่ออกมาจะเป็นแท่งอย่างต่อเนื่อง จะต้องตักดินให้ขาด
- ชั้นทราย (Sandy Clay) หากเป็นทรายร่วนจะต้องฉีด Bentonite เข้าไปผสมเพื่อกันไม่ให้หน้าดินบริเวณหน้าหัวขุดพัง การขุดจะต้องมีแรงดันดินหน้าหัวขุดเพื่อป้องกันดินพัง
- ชั้นดินปนทราย ทำเช่นเดียวกับข้อ 3
- น้ำใต้ดิน น้ำใต้ดินโดยเฉพาะในระดับ 20 ม. มีน้อยหากพบก็จะพบในลักษณะที่ซึมเข้ามาตามสภาพชั้นดินยังคงปกติ ถ้าเป็นกรณีที่สภาพดินอ่อนตัวมากวิธีแก้ปัญหาคือ การฉีดน้ำยาประเภท Quick setting compound หรือการทำ Ground treatment
|
3. |
เมื่อพบอุปสรรคขวางหน้า (Obstruction) |
ในกรณีที่พบอุปสรรคขวางแนวขุดเจาะอุโมงค์ หากทราบล่วงหน้า (Known obstruction) เช่น เสาเข็มเขื่อน ถ้ารู้ว่าจำเป็นจะต้องตัดเสาเข็มจะต้องทำ Ground Treatment ไม่ว่ากรณีที่อยู่ในชั้นดินอ่อนหรือดินแข็ง จำเป็นต้องเสริมความแข็งแรงของเสาเข็มโดยเพิ่ม Bearing load แทน Friction load ของเข็มในส่วนที่ถูกตัดออก เมื่อหัวขุดๆ ไปถึงตำแหน่งเสาเข็มก็จะเปิดประตู Soil chamber เพื่อให้คนเข้าไปสกัดนำเอาเสาเข็มออก |
|
|
วิธีการตรวจสอบการทรุดตัวของชั้นดิน (Ground Settlement) |
การดำเนินการและป้องกันการทรุดตัวของชั้นดินขณะดำเนินการก่อสร้าง มีวิธีการตรวจสอบ ดังนี้ |
|
1. |
ตรวจสอบการทรุดตัวของบ่อก่อสร้าง (Working Shaft) |
ขณะดำเนินการก่อสร้างบ่อสร้าง (Working Shaft) ไม่ว่าจะด้วยวิธีการก่อสร้างแบบการจมบ่อ (Sinking Shaft) หรือการสร้างผนังบ่อก่อนการขุดดินภายในบ่อออก การตรวจสอบการเคลื่อนตัวของดินสามารถตรวจสอบด้วยการติดตั้งอุปกรณ์ ดังนี้ |
|
- Inclinometer สำหรับตรวจสอบการเคลื่อนตัวของดินในแนวราบ
- Extensometer สำหรับตรวจสอบการเคลื่อนตัวของดินในแนวดิ่ง
|
2. |
ตรวจสอบการทรุดตัวของสิ่งก่อสร้างข้างแนวขุดเจาะอุโมงค์ |
โดยปกติก่อนการดำเนินการขุดเจาะอุโมงค์ จะมีการสำรวจระดับของผิวดิน หรือผิวจราจรล่วงหน้าก่อนหัวขุดเจาะอุโมงค์จะขุดไปถึง และมีการสำรวจระดับของผิวดิน หรือผิวจราจรหลังจากที่หัวขุดเจาะอุโมงค์ได้ขุดผ่าน โดยแบ่งระยะเวลาในการตรวจสอบ 1, 3, 5 และ 7 วัน ตามลำดับ การตรวจสอบโดยทั่วไปใช้กล้องระดับ |
|
ในกรณีที่มีสิ่งก่อสร้างอาคารอยู่ด้านข้างการขุดเจาะอุโมงค์ จะต้องมีการบันทึกสภาพอาคาร และสิ่งก่อสร้างดังกล่าว ก่อนการดำเนินการก่อสร้าง รวมถึงค่าระดับตัวอาคารและสิ่งก่อสร้าง |
|
3. |
การดำเนินการและป้องกัน (Operation Method & Prevention) |
การขุดเจาะอุโมงค์จำเป็นต้องเกิดช่องว่างขณะที่ปลอกเหล็ก (Tail Shield) ของหัวขุดเลื่อนตัวไปข้างหน้า ช่องว่างที่เกิดจากความหนาของปลอกเหล็กและการขุดในกรณีที่ใช้ Over Cutter จำเป็นต้องได้รับการเติมให้เต็มด้วยวิธีการเกร๊าท์ (Grouting) สารที่ใช้ในการเกร๊าท์ ถ้าใช้วัสดุที่แข็งตัวเร็วจะช่วยลดการทรุดตัวได้มาก โดยปกติจะใช้น้ำยาโซเดียมซิลิเกต (Sodiumsilicate) เข้มข้น 10% เจือจางกับน้ำฉีดพร้อมกับน้ำปูนเข้าไปในช่องว่างผ่านรูเกร๊าท์ (Grout Hole) สารทั้งสองจะฟอร์มตัวในทันที ในกรณีที่จะมีการบรรจบท่อเข้ากับอุโมงค์ โดยเฉพาะอุโมงค์ที่อยู่ในชั้นดินอ่อน จำเป็นต้องเสริมความแข็งแรงของดิน ในบริเวณที่จะบรรจบด้วยวิธีการฉีดน้ำปูนด้วยแรงดันสูง (Jet Grouting) หรือแม้กระทั่งการเริ่มดันหัวขุดเจาะอุโมงค์ จากบ่อก่อสร้างในกรณีที่เตรียมช่องเปิด (Bulkhead) ด้วยเหล็กซึ่งจะต้องตัดเหล็กเพื่อเปิดซองเงื่อนไขและข้อกำหนดสำหรับหัวขุดเจาะอุโมงค์ จำนวนของหัวขุดเจาะที่ใช้ทั้งหมด 8 หัว สำหรับโครงการรถไฟฟ้าใต้ดิน มีดังต่อไปนี้ |
|
- สภาพดินบริเวณที่จะทำการขุดเจาะ (Ground condition)
- ชั้นดิน (Earth profile)
- ความลึกของดินบริเวณขุดเจาะอุโมงค์ 15-20 m
- ระดับน้ำใต้ดิน (Ground Water Level) 0.5-3 m
- ค่าความถ่วงจำเพาะของดิน (Specific Gravity of Soil) 1.45-2.3
- ค่าความเหนียวของดิน (Soil Cohesion) 0.2-32 ton/m2
- ค่า N (N Value) 0-50
- ค่าสัมประสิทธิ์มุมเสียดทานภายในของดิน (Internal Friction Angle of Soil) 0
- ค่าน้ำหนักกดทับ (Surcharge Load) 2.0 ton/m2
|
|
รูปภาพอุโมงค์รถไฟฟ้าใต้ดิน |
|
|
|
ข้อความที่โพสจะต้องไม่น้อยกว่า {{min_t_comment}} ตัวอักษรและไม่เกิน {{max_t_comment}} ตัวอักษร
กรอกชื่อด้วยนะ
_________
กรอกข้อมูลในช่องต่อไปนี้ไม่ครบ
หรือข้อมูลผิดพลาดครับ :
_____________________________
ช่วยกรอกอีกครั้งนะครับ
กรุณากรอกรหัสความปลอดภัย
ความคิดเห็น