Trung Quốc vừa chính thức đưa vào sản xuất máy đào hầm tích hợp khoan - nổ mìn (BBM) đầu tiên trên thế giới. Thiết bị được kỳ vọng sẽ giải quyết bài toán thi công các đường hầm dài trong điều kiện địa chất phức tạp, đồng thời nâng hiệu suất đào hầm thêm khoảng 30% so với máy đào hầm TBM truyền thống.

Theo tờ Global Times, chiếc BBM đầu tiên đã chính thức xuất xưởng hôm 2/8 tại cơ sở sản xuất của Tập đoàn Khoa học và Công nghiệp Đường sắt Trung Quốc (China Railway Science & Industry Group - CRSIC) ở thành phố Vũ Hán, tỉnh Hồ Bắc. Đây được xem là bước tiến quan trọng, lấp đầy khoảng trống về thiết bị đào hầm tích hợp dành cho các dự án có điều kiện địa chất phức tạp.

Tích hợp hai công nghệ đào hầm trong một thiết bị

BBM được phát triển bởi Đại học Thanh Hoa phối hợp với CRSIC, đơn vị thành viên của Tập đoàn Đường sắt Trung Quốc (China Railway Group Ltd.).

Khác với các thiết bị hiện nay, BBM kết hợp hai công nghệ đào hầm phổ biến nhất gồm máy đào hầm TBM (Tunnel Boring Machine) và phương pháp khoan - nổ mìn trong cùng một hệ thống. Theo các nhà phát triển, giải pháp này mở ra hướng tiếp cận mới cho việc xây dựng các đường hầm dài, quy mô lớn trong điều kiện địa chất phức tạp.

CRSIC cho biết đây là một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực thiết bị kỹ thuật ngầm công nghệ cao của Trung Quốc, đồng thời là kết quả của mô hình hợp tác giữa doanh nghiệp, trường Đại học và các viện nghiên cứu.

Theo cổng thông tin khoa học STDaily, việc xây dựng các đường hầm dài và nằm ở độ sâu lớn từ lâu phải đối mặt với nhiều thách thức như đá mềm biến dạng mạnh, hiện tượng nổ đá nghiêm trọng, cùng nguy cơ nước và bùn ngầm tràn vào đường hầm.

Trong khi đó, phương pháp khoan - nổ mìn truyền thống gây áp lực lớn về an toàn lao động và có hiệu quả thi công hạn chế. Ngược lại, các máy đào hầm TBM chuyên dùng cho đá cứng lại thiếu khả năng thích ứng khi gặp điều kiện địa chất bất lợi. Điều này khiến việc kết hợp ưu điểm của cả hai phương pháp trở thành bài toán khó đối với ngành xây dựng hạ tầng.

Chuyển đổi linh hoạt giữa nhiều chế độ thi công

Để khắc phục những hạn chế trên, nhóm nghiên cứu đã phát triển kết cấu đầu cắt rỗng hoàn toàn mới.

Theo CRSIC, nhờ sự phối hợp giữa đầu cắt rỗng và đầu cắt trung tâm, BBM có thể linh hoạt chuyển đổi giữa nhiều chế độ làm việc khác nhau, bao gồm nổ mìn trước rồi đào, đào trước rồi nổ mìn hoặc đào toàn mặt cắt bằng TBM.

Khả năng chuyển đổi liền mạch giữa các phương pháp giúp thiết bị thích ứng với nhiều điều kiện địa chất khác nhau mà không cần thay đổi hệ thống thi công.

Theo China News Service, sự ra đời của BBM được kỳ vọng sẽ giải quyết một trong những thách thức lớn nhất trong lĩnh vực xây dựng đường hầm trên thế giới.

Ông Qin Pengxiang, nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia về Khoa học và Kỹ thuật Thủy văn thuộc Đại học Thanh Hoa, cho biết kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy BBM có thể nâng hiệu suất đào hầm khoảng 30% so với máy TBM truyền thống.

Theo CRSIC, BBM còn được trang bị hàng loạt công nghệ độc quyền nhằm nâng cao khả năng thi công trong điều kiện địa chất phức tạp. Máy sử dụng dao cắt bên có thể thu gọn, cho phép điều chỉnh linh hoạt tiết diện đào và tăng hiệu quả khi di chuyển thiết bị trong đường hầm.

Phần lá chắn đuôi dạng ống lồng thích ứng có thể phù hợp với nhiều loại cấu kiện bê tông khác nhau, cho phép lắp đặt lớp vỏ hầm có đường kính thay đổi tại các khu vực xảy ra nổ đá hoặc biến dạng lớn, qua đó bảo đảm độ ổn định của kết cấu chống đỡ.

BBM cũng được trang bị lá chắn chống nổ, giúp hấp thụ lực từ các vụ nổ mìn và bảo vệ thân máy cùng các linh kiện chính xác bên trong. Ngoài ra, hệ thống băng tải kép hoạt động độc lập có khả năng phân loại và vận chuyển riêng đất đá đào lên và vật liệu xây dựng, góp phần tối ưu hóa quy trình tổ chức thi công.

Sở hữu hoàn toàn công nghệ trong nước

Theo Cục Đổi mới Khoa học và Công nghệ thành phố Vũ Hán, trong bối cảnh Trung Quốc đang đẩy mạnh xây dựng hệ thống hạ tầng hiện đại với sáu mạng lưới hạ tầng trọng điểm gồm giao thông, năng lượng và thủy lợi, BBM đánh dấu bước đột phá khi phá vỡ tư duy thiết kế truyền thống của các thiết bị đào hầm trong và ngoài nước.

Toàn bộ thiết kế của thiết bị cùng các bộ phận cốt lõi đều sở hữu quyền sở hữu trí tuệ độc lập, do Trung Quốc tự nghiên cứu và phát triển.

Theo kế hoạch, BBM sẽ được đưa vào vận hành thử nghiệm tại một dự án xây dựng nhà máy thủy điện tích năng, nhằm đánh giá hiệu quả thực tế của công nghệ mới.

Nhóm nghiên cứu cho biết sẽ tiếp tục thu thập dữ liệu tại hiện trường để tối ưu hóa hiệu suất và hoàn thiện thiết kế của BBM trong quá trình triển khai thực tế.