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
 
  1. สภาพดินบริเวณที่จะทำการขุดเจาะ (Ground condition)
  2. ชั้นดิน (Earth profile)
  3. ความลึกของดินบริเวณขุดเจาะอุโมงค์ 15-20 m
  4. ระดับน้ำใต้ดิน (Ground Water Level) 0.5-3 m
  5. ค่าความถ่วงจำเพาะของดิน (Specific Gravity of Soil) 1.45-2.3
  6. ค่าความเหนียวของดิน (Soil Cohesion) 0.2-32 ton/m2
  7. ค่า N (N Value) 0-50
  8. ค่าสัมประสิทธิ์มุมเสียดทานภายในของดิน (Internal Friction Angle of Soil) 0
  9. ค่าน้ำหนักกดทับ (Surcharge Load) 2.0 ton/m2
 รูปภาพอุโมงค์รถไฟฟ้าใต้ดิน
 
 
 
Suggest website at webmaster@mrta.co.th