Jak działa nudna maszyna tunelowa?

A Nudna maszyna tunelowa (TBM) jest zasadniczo samodzielną fabryką na szynach, zaprojektowanej do wykopaliska tuneli dokładnie i wydajnie. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod wiertarki i blastu, TBMS oferuje znaczące zalety pod względem szybkości, bezpieczeństwa i wpływu na środowisko.

Sercem każdego TBM jest Cutterhead . To masywne obracające się koło jest wyposażone w przecinniki, krojenie bitów lub skrobaków, w zależności od warunków geologicznych. Gdy głowica obraca się i jest popychany do przodu o twarz tunelu, narzędzia te wykopują materiał. Wykopany łup jest następnie kierowany przez otwory na głowicy nożnej do System przenośnika (Często śrubne przenośniki lub przenośniki pasowe), który przenosi go do tyłu maszyny w celu usunięcia z tunelu.

Kluczowe elementy i ich funkcje:

• Cutterhead: Najwyższa część TBM, odpowiedzialna za wykopanie ziemi. Rodzaj futrów jest różne:

  • Nożyce są używane do twardego skały, miażdżąc skałę, gdy się nad nią toczą.

  • Cutowanie kawałków i setków są bardziej powszechne w przypadku bardziej miękkich gleb, cięcia i skrobania materiału.

• System ciągu: Za głowicą nożą znajdują się mocne cylindry hydrauliczne, które popychają TBM do przodu. Te cylindry zazwyczaj naciskają na wcześniej zainstalowane segmenty podszewki tunelu lub na chwytaki, które wywierają nacisk na ściany tunelu.

• Tarcza: Jest to główny korpus TBM, zapewniający wsparcie wydobywanej gruntu i chroniąc działającą załogę i maszyny przed upadkami. W tarczy znajdują się również różne systemy.

• System erekcji: W miarę postępu TBM, jednocześnie instaluje prefabrykowane segmenty betonowe które tworzą stałe podszewkę tunelu. Ramię erector podnosi te segmenty i dokładnie umieszcza je w celu stworzenia pierścienia.

• System fugowania: Po zainstalowaniu pierścienia tunelowego Fuga jest wstrzykiwana do pierścienia między zainstalowanymi segmentami a wykopanym podłożem. Służy to stabilizacji ziemi, przeniesienia obciążeń i zapobiegania wnikaniu wody.

• System usuwania błota: Jak wspomniano, przenośniki przenoszą wykopany materiał („błoto”) z tyłu TBM, gdzie jest ładowany na pociągi, ciężarówki lub inne systemy do usuwania z tunelu.

• System wskazówek: Współczesne TBM wykorzystują wyrafinowane systemy poradnictwa laserowego, GPS i inne urządzenia do badań, aby zapewnić wykopanie tunelu dokładnie wzdłuż zaprojektowanego wyrównania i gradientu.

• Sprzęt (system kopii zapasowej): Rozciągając się za tarczą TBM na setki metrów, sprzętowe sprzęty znajdują się kluczowe systemy wsparcia. Obejmuje to transformatory energetyki, kanały wentylacyjne, linie wodne i zaprawy, pomieszczenia kontrolne i ekipy.

Rodzaje TBM:

Wybór typu TBM jest kluczowy i zależy w dużej mierze od warunków geologicznych i obecności wód gruntowych:

• TBMS z otwartą twarzą (chwytak): Idealny do stabilnych warunków skalnych. Postępują, chwytając ściany tunelu i pchając się do przodu.

• TBMS THEALD: Stosowane w niestabilnych warunkach gruntowych, w których wymagane jest natychmiastowe wsparcie. Tarcza chroni ziemię do momentu zainstalowania segmentów.

  • Maszyny bilansu ciśnienia ziemskiego (EPBM): Powszechnie stosowane w miękkim podłożu o różnej konsystencji. Utrzymują równowagę między ciśnieniem wykopanej gleby w komorze a ciśnieniem wymaganym do wsparcia twarzy tunelu, zapobiegając osiedleniu się gruntu.

  • TBMS Glury: Najlepiej nadaje się do bardzo mokrego, nasyconego ziemi lub podłoża o wysokim ciśnieniu wody. Do podparcia twarzy tunelu stosuje się zawiesinę (mieszaninę bentonitową lub polimerową), a wykopany materiał jest mieszany z tym zawiesiną i wypompowuje.

  • Single Shield TBMS: Działaj w spójnym podłożu, w którym grunt może stać przez krótki okres przed instalacją.

  • Podwójna tarcza tbms: Stosowane w złamanej skale lub mieszanej ziemi. Mają dwa tarcze, które pozwalają na ciągłe wykopy i erekcję segmentu, co prowadzi do szybszych stawek zaliczki.

Zalety TBMS:

• Prędkość: TBMS może osiągnąć znacznie szybsze wskaźniki wykopu w porównaniu z metodami konwencjonalnymi, szczególnie na duże odległości.

• Bezpieczeństwo: Zapewniają bezpieczniejsze środowisko pracy, natychmiast wspierając ziemię za głowicą nożną, zmniejszając ryzyko upadków i narażenie na niebezpieczne warunki.

• Precyzja: TBMS może utrzymać bardzo ciasne tolerancje, zapewniając wykopanie tunelu do dokładnych specyfikacji projektowych.

• Wpływ na środowisko: Powodują mniej zakłócenia powierzchni, zmniejszają hałas i wibracje oraz minimalizują potrzebę wybuchu, co czyni je idealnymi dla obszarów miejskich.

• Zmniejszona praca: Wymagając wykwalifikowanych operatorów, TBMS zwykle potrzebują mniej personelu w twarzy tunelu w porównaniu do wiertła i blastu.

Wyzwania i rozważania:

• Koszt: TBM są niezwykle drogie w zakupie i eksploatacji.

• Logistyka: Transport, montaż i uruchamianie TBM to ogromne przedsięwzięcie logistyczne.

• Warunki gruntowe: Nieoczekiwane zmiany w geologii, takie jak napotkanie wysoce złamanych skał lub dużych głazów na miękkim gruncie, mogą znacznie spowolnić lub zatrzymać operacje. Wejście wody to kolejne poważne wyzwanie.

• Konserwacja: TBM są złożonymi maszynami wymagającymi ciągłej konserwacji i specjalistycznych części zamiennych.

• Długość tunelu: TBM są najbardziej opłacalne dla długich tuneli, ponieważ początkowe koszty konfiguracji są wysokie.

Podsumowując, TBM są świadectwem nowoczesnych cudów inżynierii, rewolucjonizując, w jaki sposób tunele są budowane na całym świecie. Ich zdolność do noszenia w trudnych warunkach gruntowych z precyzją, prędkością i zwiększonym bezpieczeństwem czyni je niezbędnym narzędziem do dużych projektów infrastrukturalnych na całym świecie, od systemów metra po tunele zaopatrzenia w wodę i obejście autostrady.