Jak maszyna tunelowa faktycznie działa setki stóp pod ziemią?

Anatomia i inżynieria maszyn do wiercenia tuneli

A Maszyna do drążenia tuneli (TBM), często nazywany „kretem mechanicznym”, to wyrafinowany ciężki sprzęt przeznaczony do drążenia tuneli o przekroju kołowym przez różne warstwy gleby i skał. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod wiercenia i strzałów, TBM mają tę zaletę, że ograniczają zakłócenia w otaczającym gruncie i wytwarzają gładką ścianę tunelu. Maszyna składa się z obrotowej głowicy tnącej, która rozbija czoło skały lub gleby, układu pchającego maszynę do przodu oraz przekładni wleczonej, która ułatwia usuwanie obornika i montaż trwałej wykładziny tunelu.

Podstawowe elementy TBM

• Głowica tnąca: Tarcza skierowana do przodu wyposażona w frezy z węglika wolframu lub frezy tarczowe przeznaczone do szlifowania przez formacje geologiczne.
• Tarcza: Ochronny stalowy cylinder, który zapobiega zapadaniu się otaczającej ziemi do maszyny podczas montażu wykładziny tunelu.
• Cylindry oporowe: Podnośniki hydrauliczne, które dociskają wcześniej zamontowane segmenty betonowe, napędzając maszynę do przodu.
• System przenośników: Przenośnik taśmowy lub ślimakowy transportujący urobek (muł) z przodu maszyny na tył w celu utylizacji.

Specjalistyczne typy TBM dla różnorodnych warunków geologicznych

Wybór odpowiedniej maszyny tunelowej zależy w dużej mierze od warunków gruntowych, takich jak twarda skała, miękka glina lub piasek wodonośny. Inżynierowie muszą przeprowadzić szeroko zakrojone badania geologiczne przed oddaniem do użytku specjalnie zbudowanej maszyny TBM. Na przykład maszyny do równoważenia ciśnienia gruntu (EPB) idealnie nadają się do miękkiego, spoistego gruntu, podczas gdy maszyny TBM Tarcza Szlamowa lepiej nadają się do niestabilnego gruntu o wysokim ciśnieniu hydrostatycznym.

Cykl operacyjny wykopalisk podziemnych

Działanie TBM to ciągły cykl kopania i wykładania. W miarę obracania się głowicy tnącej i przesuwania się maszyny prefabrykowane segmenty betonu są podnoszone na miejsce za pomocą podciśnieniowego ramienia montażowego znajdującego się z tyłu osłony. Segmenty te są skręcone ze sobą, tworząc kompletny pierścień, który staje się trwałą konstrukcją tunelu. Po ukończeniu pierścienia cylindry dociskowe odpychają nowy pierścień, aby rozpocząć następny suw kopania. Proces ten pozwala na drążenie tuneli z dużą prędkością, często sięgającą od 10 do 15 metrów dziennie, w zależności od średnicy i środowiska.

Precyzyjne prowadzenie i nawigacja

Nowoczesne maszyny tunelowe wykorzystują zaawansowane systemy naprowadzania laserowego i GPS, aby utrzymać precyzyjną trajektorię. Operatorzy monitorują położenie maszyny z kabiny sterującej znajdującej się wewnątrz TBM, upewniając się, że odchylenie od planowanego ustawienia mieści się w milimetrach. Ta precyzja ma kluczowe znaczenie w środowiskach miejskich, gdzie maszyna musi poruszać się pomiędzy istniejącymi fundamentami budynków, liniami metra i rurami użyteczności publicznej, nie powodując osiadania powierzchni.

Korzyści dla środowiska i bezpieczeństwa tunelowania mechanicznego

Przejście z kopania ręcznego na technologię TBM radykalnie poprawiło standardy bezpieczeństwa w branży budowlanej. Ponieważ maszyna zapewnia pracownikom ciągłą stalową osłonę, ryzyko zawalenia się jest prawie wyeliminowane. Dodatkowo wpływ na środowisko jest zmniejszony dzięki kontrolowanemu usuwaniu błota i zmniejszonemu zanieczyszczeniu hałasem w porównaniu do konstrukcji naziemnej. Systemy obiegu zamkniętego w maszynach TBM do szlamu pozwalają również na recykling płynów wiertniczych, dzięki czemu proces jest bardziej zrównoważony w przypadku długoterminowych projektów infrastrukturalnych.

• Zmniejszone drgania powierzchni chronią zabytkowe budynki w centrach miast.
• Zautomatyzowana instalacja segmentów minimalizuje pracę ręczną w strefach wysokiego ryzyka.
• Efektywna logistyka dzięki zastosowaniu podwozia ciągnionego zapewnia czyste miejsce pracy.