Tunnelin porauskoneet (TBM) ovat hienostuneita laitteita, jotka ovat mullistelleet maanalaisen rakenteen. Ne ovat pääosin liikkuvia tehtaita, jotka on suunniteltu kaivaa tunnelit, joilla on vähän häiriöitä ympäröivään maahan.
Kuinka TBMS toimii: Perusprosessi
TBM: n ydintoiminto sisältää useita jatkuvia vaiheita:
-
Kaivaus: TBM: n etuosassa on massiivinen, pyörivä leikkuripää. Tämä teräslevy on varustettu erilaisilla leikkaustyökaluilla, kuten kiekonleikkurilla kovaa kalliota tai leikkuribittejä ja kaapimia pehmeämmälle maadoille. Kun leikkuripää pyörii, se jauhaa, raaputtaa tai levittää materiaalia tunnelin kasvoihin.
-
Mukin poisto: Kaivettu materiaali, joka tunnetaan nimellä "Muck", putoaa leikkurin pään aukkojen läpi kammioon. Sieltä sitä kuljetetaan tyypillisesti ruuvikuljettimella (pehmeälle maalle TBMS: lle) tai ladataan kuljettimen vyötä (hard rock TBMS: lle), jotka käyttävät tunnelin pituutta. Tämä muck poistetaan sitten jatkuvasti pinnalle hävittämistä tai kierrätystä varten.
-
Työntövoima ja ennakko: TBM: n työntää eteenpäin voimakkaiden työntösylinterien (tunkki), jotka sijaitsevat leikkurin pään takana. Nämä sylinterit työntävät pois aikaisemmin asennettujen tunnelivuorisegmenttien vasten, jolloin leikkurin pään eteneminen maahan.
-
Tunnelin vuorauksen asennus: Välittömästi leikkurin pään takana, TBM: n (kilpi) suojakuoressa, sijaitsee erektori. Tämä robottivarsi poimii betonisegmenttejä (tyypillisesti kaarevat, trapetsoidiset kappaleet) ja asettavat ne huolellisesti tunnelin vuorauksen täydellisen renkaan muodostamiseksi. Nämä segmentit kiinnitetään yhteen, luomalla vahvan, vesitiivisen ja pysyvän rakenteen, joka tukee maata ja muodostaa valmiin tunnelin seinämän.
-
Injektointi: Kun segmenttien rengas on asennettu, segmenttien ulkopinnan ja kaivetun maan välinen tyhjiö ("hännän tyhjiö") täytetään välittömästi erikoistuneella laastilla. Tämä laasti vahvistaa, tarjoamalla lisätukea tunnelin vuorelle, maan asutuksen estämiseen ja tiukan istuvuuden varmistamiseen.
-
Ohjaus ja navigointi: TBM: t on varustettu hienostuneilla laserohjausjärjestelmillä ja tutkimusvälineillä. Operaattorit voivat tarkasti hallita TBM: n suuntaa säätämällä yksittäisten tunkkien työntövoimaa, vaihtamalla leikkurin pään kiertonopeutta tai käyttämällä koneessa nivelliitoksia. Tämän avulla he voivat ylläpitää suunniteltua kohdistamista ja kaltevuutta, jopa navigointikäyrät.
-
Taustavaruste (varajärjestelmä): Pää TBM-rungon takana seuraa nivelryhmiä tai perävaunuja ("varajärjestelmä"). Tämä takavarusteet ovat välttämättömiä tukijärjestelmiä, mukaan lukien:
- Virtalähde- ja valvontahuoneet
- Tuuletusjärjestelmät
- Mukin poistokuljettimet
- Laastipumput ja kasvien sekoittaminen
- Vesi- ja hyödyllisyyslinjat
- Henkilöstön pääsy- ja turvavarusteet.
TBMS: n ja niiden sovellusten tyypit
TBM -tyypin valinta on kriittinen ja riippuu voimakkaasti tunneloidun maan geologisista olosuhteista:
-
Hard Rock TBMS (Open-Gripper TBMS / Suojattu kova rock TBMS): Nämä TBM: t on suunniteltu kiinteille kalliomuodostuksille. He käyttävät levyleikkureita, jotka luovat mikro-fraktuureja kallion kasvoihin.
- Avoimen tarttuja TBMS: Eynön tarttumalla tunneliseiniä vasten (kallio) tarttuneilla tyynyillä.
- Suojattu kova kivi TBMS: Käytetään, kun kallio -olosuhteet ovat murtuneita tai sekoitettuja, tarjoamalla täydellinen maatuki suojalla ja usein segmentin vuorauksen asentaminen.
-
Maanpainetasapaino (EPB) TBMS: Ihanteellinen pehmeälle, yhtenäiselle maaperälle (savi, liete, hiekka), joka voi seistä ilman tukea lyhyeksi ajaksi. EPB TBM käyttää kaivannutta materiaalia itse "muck -kakun" luomiseen, joka kohdistaa painetta tunnelin kasvoille tasapainottaen ympäröivää maanpainetta. Ruuvikuljetin säätelee mukan poistamista säilyttäen samalla tasapainon.
-
Lietteen tbms: Sopii parhaiten löysään, vettä kantaviin maaperään (hiekka, sora, tyydyttynyt maa). Lietteen TBM: ssä leikkuripää toimii paineistetussa lietteen täytetyssä kammiossa. Lietteet stabiloivat tunnelin kasvot ja kuljettaa kaivetun materiaalin pintaan putkien läpi, missä se on käsitelty kiinteiden aineiden erottamiseksi nesteestä.
-
Sekoitettu maa -alue TBMS (muuttuvan tiheys TBMS): Nämä ovat monipuolisia koneita, jotka voivat sopeutua erilaisiin maaolosuhteisiin, yhdistäen joskus EPB: n ja lietteen TBMS: n piirteet. Ne voivat säätää parametreja, kuten kasvopainetta ja mukan poistoainetta, jotta saadaan esiintyviä maaperän ominaisuuksia.
-
Putken tunkeutumiskoneet (Microtunneling TBMS): Pienemmät TBMS-versiot, usein kauko-ohjatut, käytetään putkistojen tai pienempien hyödyllisyysjohtojen asentamiseen. He työntävät putket suoraan leikkurin pään taakse.
TBMS: n käytön edut
- Nopeus ja tehokkuus: TBMS voi kantaa jatkuvasti ja yleensä kaivaa tunnelit paljon nopeammin kuin tavanomaiset menetelmät, kuten poraus ja räjäytys.
- Turvallisuus: TBM: n suljettu kilpi tarjoaa henkilöstölle turvallisemman työympäristön, joka suojaa niitä romahduksilta ja pohjaveden tunkeutumiselta.
- Pienin pintahäiriöt: Kun ne toimivat maan alla, TBM: t vähentävät merkittävästi pintainfrastruktuurin, liikenteen ja yhteisöjen häiriöitä, mikä tekee niistä ihanteellisia kaupunkialueille.
- Vähentynyt ympäristövaikutukset: Pienempi tärinätasot ja vähemmän melua verrattuna räjähdykseen, pinnalla on vähemmän pilaantuneita paaluja.
- Yhdenmukainen tunnelin muoto: TBM: t tuottavat sileän, pyöreän tunnelin reikän, joka vähentää usein vaaditun toissijaisen vuoren määrää.
- Automaatio: Monet TBM -toiminnot ovat automatisoituja, mikä johtaa johdonmukaiseen suorituskykyyn ja vähentyneeseen käsityöhön.
Merkittävät TBM -projektit
TBM: t ovat olleet tärkeitä rakentaa joitain maailman vaikuttavimmista infrastruktuurihankkeista, mukaan lukien:
- Kanavatunneli (Eurotunel): Yhdistyneen kuningaskunnan ja Ranskan yhdistäminen Englannin kanavan alla.
- Gotthard -pohjatunneli: Maailman pisin rautatietunneli, joka kulkee Alppien läpi Sveitsissä.
- Crossrail (Elizabeth Line) Lontoossa: Massiivinen maanalainen rautatiejärjestelmä.
- Second Avenue -metro New Yorkissa: Metroverkon laajentaminen.
- Seattlen SR 99 tunneli (Bertha): Suuren halkaisijan moottoritietunneli.
Yhteenvetona voidaan todeta, että TBM: t ovat tekniikan ihmeitä, jotka ovat muuttaneet tavan, jolla rakennamme maan alla. Niiden tehokkuus, turvallisuus ja kyky käsitellä erilaisia geologisia olosuhteita tekevät niistä välttämättömiä työkaluja nykyaikaisen yhteiskunnan elintärkeiden piilotettujen valtimoiden luomiseksi.
