Tunelowe maszyny nudne (TBM) to wyrafinowane elementy sprzętu, które zrewolucjonizowały podziemną konstrukcję. Są to zasadniczo mobilne fabryki zaprojektowane do wykopywania tuneli z minimalnym zakłóceniami otaczającego gruntu.
Jak działa TBMS: fundamentalny proces
Podstawowe działanie TBM obejmuje kilka ciągłych kroków:
-
Wykop: Z przodu TBM znajduje się masywna, obracająca się głowica noża. Ten stalowy dysk jest wyposażony w różne narzędzia tnące, takie jak nożyce do twardej skały lub kawałki noża i scalki dla bardziej miękkiego podłoża. Gdy głowica noża obraca się, szlifuje, zadrapuje lub ścina materiał na twarzy tunelu.
-
Usuwanie błota: Wykopany materiał, znany jako „błoto”, spada przez otwory w głowicy nożnej do komory. Stamtąd jest zwykle transportowany przenośnikiem śrubowym (dla miękkich tbmów uziemienia) lub załadowany na serię przenośników (dla TBM z twardym skalą), które biegną do tunelu. Ten błoto jest następnie ciągle usuwane na powierzchnię w celu usunięcia lub recyklingu.
-
Pchnięcie i postęp: TBM jest napędzany do przodu przez potężne cylindry oporowe (podnośniki) znajdujące się za głową noża. Cylindry te odpycha się na wcześniej zainstalowane segmenty podszewki tunelu, tworząc niezbędną siłę, aby awansować głowicę noża do ziemi.
-
Instalacja podszewki tunelu: Bezpośrednio za głowicą nożną, w obrębie ochronnej skorupy TBM (tarcza), leży erektor. To robotyczne ramię podnosi prefabrykowane betonowe segmenty (zwykle zakrzywione, trapezoidalne elementy) i skrupulatnie umieszcza je w celu utworzenia pełnego pierścienia podszewki tunelowej. Segmenty te są ze sobą przykręcane, tworząc silną, wodoszczelną i stałą konstrukcję, która podtrzymuje ziemię i tworzy gotową ścianę tunelową.
-
Fugacja: Po zainstalowaniu pierścienia segmentów pustka między zewnętrzną częścią segmentów a wykopanym podłożem („pustka ogona”) jest natychmiast wypełniona specjalistyczną fugą. Ta fuga zestala się, zapewniając dodatkowe wsparcie podszewce tunelu, zapobiegając osiedleniu naziemnym i zapewniając ścisłe dopasowanie.
-
Kierowanie i nawigacja: TBM są wyposażone w wyrafinowane laserowe systemy wskazówek i instrumenty badań. Operatorzy mogą precyzyjnie kontrolować kierunek TBM, dostosowując ciąg poszczególnych gniazd, zmieniając prędkość obrotową głowicy nożnej lub za pomocą połączeń artykulacyjnych w maszynie. To pozwala im utrzymać planowane wyrównanie i gradient, a nawet nawigację krzywych.
-
Sprzęt (system kopii zapasowej): Za głównym korpusem TBM pojawia się seria wyartykułowanych przemyków lub przyczep („system zapasowy”). W tym sprzęcie końcowym mieści niezbędne systemy wsparcia, w tym:
- Zasilanie i pomieszczenia kontrolne
- Systemy wentylacyjne
- Przenośniki usuwania błota
- Pompy zaprawy i rośliny mieszające
- Linie wodne i medialne
- Sprzęt do dostępu do personelu i bezpieczeństwa.
Rodzaje TBM i ich aplikacji
Wybór typu TBM ma kluczowe znaczenie i zależy w dużej mierze od warunków geologicznych gruntu, które mają zostać tunelowane:
-
Hard Rock TBMS (TBMS TBMS Otwarty Gripper / Oszyty Hard Rock): Te TBM są zaprojektowane do formacji solidnych skalnych. Używają noży, które wytwarzają mikro-pęcherzyki w skalnej twarzy.
- Otwarty Gripper TBMS: Postęp, chwytając ściany tunelowe (skalne) z podkładkami z chwytakiem.
- Oszyte TBM Hard Rock: Używany, gdy warunki skalne są złamane lub mieszane, zapewniając pełne wsparcie naziemne z osłoną i często instalując podszewkę segmentową.
-
Bilans ciśnienia ziemi (EPB) TBMS: Idealny do miękkich, spójnych gleb (gliny, mułu, piasku), które mogą stać bez wsparcia przez krótki czas. EPB TBM używa samego wykopanego materiału do stworzenia „ciasta błota”, który wywiera nacisk na twarz tunelu, równoważąc otaczające ciśnienie ziemi. Przenośnik śruby reguluje usuwanie błota przy jednoczesnym zachowaniu tej równowagi.
-
TBMS Glury: Najlepiej nadaje się do luźnych, zawierających wodę gleby (piaski, żwiry, nasycone podłoże). W zawiesinach głowica noża działa w komorze wypełnionej zawiesiną. Zawiesina stabilizuje twarz tunelu i przenosi wykopany materiał na powierzchnię przez rury, gdzie jest on przetwarzany w celu oddzielenia ciał stałych od cieczy.
-
Mieszane TBMS (zmienna gęstość TBMS): Są to wszechstronne maszyny, które mogą dostosować się do różnych warunków gruntowych, czasami łącząc cechy EPB i gnojowicy TBM. Mogą dostosowywać parametry, takie jak ciśnienie twarzy i prędkości usuwania błota, aby pasowały do zmieniających się właściwości gleby.
-
Maszyny do podnośnika rur (Microtunneling TBMS): Mniejsze wersje TBM, często zdalnie sterowane, używane do instalowania rurociągów lub mniejszych przewodów użytkowych. Pychają rury bezpośrednio za głową nożną.
Zalety korzystania z TBMS
- Szybkość i wydajność: TBMS mogą nurkować w sposób ciągły i ogólnie wykopać tunele znacznie szybciej niż konwencjonalne metody, takie jak wiercenie i wybuchy.
- Bezpieczeństwo: Zatrzymana tarcza TBM zapewnia bezpieczniejsze środowisko pracy dla personelu, chroniąc go przed zawaleniami i wnikaniem wód gruntowych.
- Minimalne zaburzenia powierzchni: Podczas obsługi pod ziemią TBM znacznie zmniejszają zakłócenia infrastruktury powierzchniowej, ruchu i społeczności, co czyni je idealnymi dla obszarów miejskich.
- Zmniejszony wpływ na środowisko: Niższe poziomy wibracji i mniej hałasu w porównaniu do wybuchu, z mniejszą liczbą pali na powierzchni.
- Spójny kształt tunelu: TBM wytwarzają gładki, okrągły otwór tunelu, który często zmniejsza wymaganą wtórną podszewkę.
- Automatyzacja: Wiele funkcji TBM jest zautomatyzowane, co prowadzi do spójnej wydajności i zmniejszenia pracy fizycznej.
Godne uwagi projekty TBM
TBMS odegrały kluczową rolę w budowie jednych z najbardziej imponujących projektów infrastrukturalnych na świecie, w tym:
- Tunel kanałowy (Eurotunnel): Łączenie Wielkiej Brytanii i Francji pod kanałem La Manche.
- GOTTHARD BASE TUNNEL: Najdłuższy na świecie tunel kolejowy, biegający przez Alpy w Szwajcarii.
- Crossrail (Elizabeth Line) w Londynie: Ogromny system kolei podziemnej.
- Subway Second Avenue w Nowym Jorku: Rozszerzanie sieci metra.
- Tunel SR 99 w Seattle (Bertha): Tunel autostrady o dużej średnicy.
Podsumowując, TBMS to cuda inżynieryjne, które przekształciły sposób, w jaki budujemy pod ziemią. Ich wydajność, bezpieczeństwo i zdolność do radzenia sobie z różnorodnymi warunkami geologicznymi czynią je niezbędnymi narzędziami do tworzenia istotnych ukrytych tętnic współczesnego społeczeństwa.
