Theo Sci Tech Daily, các kỹ sư Trung Quốc giải quyết vấn đề lớn trong sản xuất ổ trục chính cho máy đào hầm lớn nhất thế giới nhờ áp dụng kỹ thuật tạo ra thanh kiếm của Việt Vương Câu Tiễn.
Một kỹ thuật cổ đại sử dụng cách đây 2.500 năm để tạo ra thanh kiếm cho Việt Vương Câu Tiễn cung cấp giải pháp cho các kỹ sư nghiên cứu và chế tạo ra đào hầm có biệt danh “vua máy móc xây dựng”. Trong khi tìm cách tạo ra thiết bị lớn nhất thế giới để xây đường hầm, các nhà khoa học và kỹ sư trong dự án đã vượt qua một trở ngại lớn: chưa nước nào có thể tạo ra thép đủ cứng cho cỗ máy đồ sộ này.
Máy đào hầm (TBM) có một ổ trục chính với đường kính 8,61 m, cao ngang tòa nhà 3 tầng. Ổ trục này dẫn động cho cỗ máy khổng lồ nặng hơn 10.000 tấn, tương đương tháp Eiffel. Tất cả tải trọng đó được chống đỡ bởi lớp bề mặt của ổ trục, dày chưa tới một centimet. Vấn đề chính khi sản xuất ổ trục kích cỡ như vậy là nhiệt độ của các khu vực khác nhau thay đổi ở tốc độ khác nhau trong suốt quá trình. Sự thiếu đồng nhất có thể khiến thép yếu đi. Để giải quyết vấn đề, đội phụ trách dự án dựa vào kỹ thuật trong quá khứ.
Một kỹ thuật dùng để tạo ra kiếm Câu Tiễn 2.500 năm tuổi cung cấp giải pháp cho các kỹ sư, theo Science and Technology Daily. Nổi tiếng với độ sắc bén khác thường và thiết kế tinh xảo, thanh kiếm bằng đồng được khai quật từ ngôi mộ cổ đại ở tỉnh Hồ Bắc năm 1965. Chủ nhân của thanh kiếm được cho là Câu Tiễn, vua nước Việt từ năm 496 đến năm 465 trước Công nguyên vào cuối thời kỳ Xuân thu Chiến quốc.
Để tạo ra thanh kiếm bằng đồng, những thợ rèn cổ đại làm cứng nó bằng quá trình mang tên “tôi” (quenching), trong đó kim loại được làm nóng tới nhiệt độ cao, sau đó nguội nhanh trong nước, khí hoặc chất lỏng khác để đạt đặc điểm nhất định như gia tăng độ cứng. Dù tôi khá phổ biến trong sản xuất kiếm, thợ rèn Trung Quốc áp dụng một điểm khác biệt lớn trong lúc chế tác kiếm Câu Tiễn. Họ bao phủ thanh kiếm bằng đất sét trong quá trình tôi để nhiệt độ mỗi phần của nó thay đổi đồng nhất. Sử dụng đất sét làm môi trường trung gian cho ổ trục TBM giúp giải quyết hoàn hảo vấn đề nhiệt độ tôi không đồng đều, theo đội phụ trách dự án.
Máy đào hầm được dùng rộng rãi trong xây dựng dưới lòng đất. Chúng có thể cắt xuyên qua mọi loại vật liệu và địa hình, từ đất sét mềm tới đá granite cứng nhất, nhưng điều này phụ thuộc vào ổ trục chính. Trước đây, ổ trục chính của TBM lớn nhất có đường kính dưới 8 m, lập kỷ lục thế giới khi chế tạo vào năm 2021. Cỗ máy được sản xuất bởi Liebherr, nhà sản xuất thiết bị của Đức – Thụy Sĩ có trụ sở tại Bulle.
Hiện nay, kỷ lục đó bị lu mờ bởi ổ trục do Tập đoàn công nghiệp nặng xây dựng đường sắt Trung Quốc (CRCHI) hồi tháng 10 năm ngoái. Trưởng đội phụ trách dự án là Xie Jindong gần đây chia sẻ quá trình họ vượt qua những thách thức kỹ thuật lớn để chế tạo “vua máy móc xây dựng”. Với hơn 30.000 bộ phận, TBM có thể coi như cột mốc đánh dấu năng lực của Trung Quốc trong sản xuất máy móc xây dựng dưới lòng đất.
Tháng 7/2019, CRCHI quyết định thành lập một viện nghiên cứu và thiết kế ổ trục cho TBM. Năm sau đó, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc cũng bắt đầu dự án kết hợp để sản xuất ổ trục cao cấp. Với sự ra đời của ổ trục to kỷ lục, CRCHI cho biết Trung Quốc có thể duy trì vị thế dẫn đầu trong sản xuất ổ trục chính đường kính cực lớn. Dự án vượt qua khó khăn trong sản xuất nhờ hàng trăm thí nghiệm với nhiều quá trình và vật liệu, giúp ổ trục có tuổi thọ dài và độ chính xác cao.
Thi công đào hầm đô thị bằng TBM
TBM hay máy thi công hầm bằng khiên đào là hệ thống thiết bị cơ giới hoàn chỉnh, bao gồm đầu cắt ở phía trước để đào đất đá, tiếp đó là thân khiên đào hình trụ để chống đỡ tiết diện vừa đào và thi công đổ tại chỗ hoặc lắp ghép vỏ bê tông cốt thép đúc sẵn tạo thành kết cấu chính của đường hầm, phía sau cùng là hệ thống cấp năng lượng, thủy lực, khí nén,… và vận chuyển bùn thải ra bên ngoài bằng hệ thống bơm hoặc băng tải. Thi công hầm bằng khiên đào phù hợp với các công trình ngầm có đường kính lớn, các công trình ngầm giao thông đô thị (đường hầm tàu điện ngầm, đường hầm vượt sông,…).
Ưu điểm của phương pháp thi công hầm bằng khiên đào.
Có thể thi công trên mọi loại địa chất từ đá cứng đến đất yếu, đất sét, đất bồi hay đất cát dưới mực nước ngầm, đi xuyên núi hay dưới lòng biển;
TBM có độ an toàn cao, thân thiện môi trường và không làm rung động, chấn động như nổ mìn;
Thích hợp áp dụng cho đường hầm đô thị;
Thi công không ảnh hưởng đến các công trình xung quanh. Máy TBM đào đất, đá và lắp vỏ hầm theo một chu trình được kiểm soát nghiêm ngặt, khi thi công hầm bằng TBM thì trên mặt đất xe cộ vẫn chạy bình thường;
Thi công nhanh là ưu điểm nổi bật của công nghệ TBM vì mỗi ngày có thể đào và lắp vỏ bê tông trung bình từ 10-20m/ngày trong đất yếu và 50-100m/ ngày trong địa chất là đá. Đó là chưa kể đến những ưu điểm khác như ít làm ô nhiễm môi trường, hiệu quả kinh tế cao khi công trình được đưa vào sử dụng nhanh hơn.
Thanh Hoàn