Architektura mechaniczna TBM z pojedynczą tarczą
The Wytaczarka tunelowa z pojedynczą tarczą (TBM) jest specjalnie zaprojektowany do wydobywania w twardych skałach, gdzie górotwór jest spękany lub niestabilny. W przeciwieństwie do maszyn TBM z otwartą belką, wariant z pojedynczą tarczą mieści całe wewnętrzne mechanizmy w ochronnej cylindrycznej stalowej osłonie. Osłona ta zapewnia natychmiastowe wsparcie nad głową i na boki, chroniąc zarówno personel, jak i precyzyjne komponenty przed spadającymi gruzami lub „pękaniami skał”. Głowica tnąca z przodu jest wyposażona w wytrzymałe noże tarczowe, które wywierają ogromny nacisk na ścianę skalną, tworząc pęknięcia naprężeniowe, które powodują odłupywanie skały na łatwe do opanowania fragmenty.
Wewnątrz tarczy układ napędowy opiera się na mechanizmie wzdłużnym. Ponieważ maszyna działa w konfiguracji z pojedynczą tarczą, zazwyczaj odpycha się od wcześniej zainstalowanych segmentów betonu, aby ruszyć do przodu. Integracja wykopu i wykładziny sprawia, że jest to wyjątkowo efektywny wybór w przypadku tuneli do transportu wody na duże odległości, przejść kolejowych i przewodów użyteczności publicznej, gdzie wymagana jest wykończona wykładzina betonowa bezpośrednio po procesie wiercenia.
Dynamika operacyjna i sekwencja nudów
Cykl operacyjny TBM z pojedynczą tarczą jest zsynchronizowanym procesem wykopów i wzmacniania konstrukcji. Cykl rozpoczyna się od fazy wiercenia, podczas której siłowniki hydrauliczne wysuwają się, wpychając głowicę urabiającą w skałę. Gdy skała zostanie rozdrobniona, szereg łyżek lub łyżek umieszczonych na głowicy tnącej przenosi obornik na przenośnik taśmowy biegnący przez środek maszyny do tyłu. Ten system ciągłego usuwania zapewnia, że powierzchnia czołowa pozostaje wolna, aby frezy mogły utrzymać optymalną prędkość penetracji.
Faza budowy pierścienia
Gdy cylindry oporowe osiągną maksymalne wysunięcie, wytaczanie zatrzymuje się. Następnie cylindry są wycofywane w małych grupach, aby zrobić miejsce dla przyrządu do formowania segmentów. To ramię robota podnosi prefabrykowane segmenty betonu i łączy je ze sobą, tworząc kompletny pierścień. Proces ten podsumowano poniżej:
- Cofanie hydraulicznych siłowników dociskowych do ostatniego ukończonego pierścienia.
- Precyzyjne umieszczanie prefabrykowanych segmentów za pomocą ramienia montażowego z uchwytem podciśnieniowym.
- Spoinowanie pierścieniowej szczeliny pomiędzy skałą a segmentem betonowym w celu zapewnienia stabilności.
- Przesuwanie osłony poprzez odepchnięcie nowo zamontowanego pierścienia.
Porównanie techniczne: pojedyncza tarcza i podwójna tarcza
Wybór odpowiedniego TBM zależy w dużej mierze od nieograniczonej wytrzymałości na ściskanie (UCS) skały i obecności stref uskokowych. Chociaż maszyny TBM z podwójną tarczą umożliwiają jednoczesne wytaczanie i wykładanie, wymagają one odpowiedniej skały, aby mogły uchwycić się ich „chwytające” szczęki. Maszyny TBM z pojedynczą tarczą są bardziej wszechstronne w geologii, która różni się w zależności od właściwych skał i stref silnie spękanych, ponieważ stabilność nie polega na chwytaniu ścian bocznych.
| Funkcja | Pojedyncza tarcza TBM | Podwójna tarcza TBM |
| Podstawowe wsparcie | Segmenty betonowe | Buty/segmenty chwytakowe |
| Przydatność geologiczna | Pęknięty w stabilną skałę | Głównie stabilny hard rock |
| Tryb nudny | Sekwencyjny (odwiert, potem linia) | Współbieżne (odwiert i linia) |
| Złożoność | Niższy | Wyżej |
Zalety w trudnych warunkach geologicznych
Podstawową zaletą TBM z pojedynczą tarczą jest jej doskonały profil bezpieczeństwa w „ubogich” skałach. W strefach, w których skała jest podatna na zapadanie się lub gdzie problemem jest ciśnienie wody, osłona pełni rolę kadłuba drugorzędnego. Nowoczesne maszyny są często wyposażone w głowice tnące typu „back-loading”, umożliwiające wymianę dysków z poziomu bezpieczeństwa samej głowicy tnącej, minimalizując czas spędzany przez pracowników przed maszyną na niepodpartym podłożu.
Efektywność w zarządzaniu dopływem wody
Podczas drążenia tuneli w twardej skale zawierającej warstwy wodonośne, maszyny TBM z pojedynczą osłoną można wyposażyć w specjalistyczne uszczelnienia i sprzęt sondujący. Wiercąc przed głowicą tnącą, inżynierowie mogą wstrzyknąć zaprawę, aby ustabilizować grunt i zablokować wnikanie wody, zanim maszyna dotrze do danego obszaru. Konstrukcja tarczy pozwala na bardziej kontrolowane środowisko w celu zarządzania nagłymi zmianami w hydrogeologii, zapewniając, że harmonogram projektu pozostanie nienaruszony pomimo podziemnych niespodzianek.
