Tunnel Boring Machines (TBMS) er sofistikerede udstyr, der har revolutioneret underjordisk konstruktion. De er i det væsentlige mobile fabrikker designet til at udgrave tunneler med minimal forstyrrelse af den omgivende jord.
Hvordan TBMS fungerer: den grundlæggende proces
Kerneoperationen af en TBM involverer flere kontinuerlige trin:
-
Udgravning: Helt foran TBM er et massivt, roterende skærhoved. Denne ståldisk er udstyret med forskellige skæreværktøjer, såsom skive -skærer til hård rock eller klippebits og skrabere til blødere jord. Når skærehovedet roterer, slibes det, skraber eller sytter materialet ved tunnelfladen.
-
Fjernelse af muck: Det udgravede materiale, kendt som "Muck", falder gennem åbninger i skærerhovedet ind i et kammer. Derfra transporteres det typisk af en skruetransportør (til blød jord -TBM'er) eller indlæses på en række transportbånd (for hard rock -TBM'er), der kører længden af tunnelen. Denne muck fjernes derefter kontinuerligt til overfladen til bortskaffelse eller genanvendelse.
-
Tryk og fremskridt: TBM drives frem af kraftfulde trykcylindre (Jacks) placeret bag skærhovedet. Disse cylindre skubber ud mod de tidligere installerede tunnelforingssegmenter og skaber den nødvendige kraft til at fremme skærerhovedet i jorden.
-
Tunnelforinstallation: Umiddelbart bag skærerhovedet inden for den beskyttende skal af TBM (skjoldet) ligger erektoren. Denne robotarm henter præfabrikerede betonsegmenter (typisk buede, trapezoidale stykker) og placerer dem omhyggeligt for at danne en komplet ring af tunnelforingen. Disse segmenter er boltet sammen, hvilket skaber en stærk, vandtæt og permanent struktur, der understøtter jorden og danner den færdige tunnelvæg.
-
Fugning: Når en ring af segmenter er installeret, er tomrummet mellem ydersiden af segmenterne og den udgravede jord ("hale tomrummet") straks fyldt med en specialiseret fuger. Denne fuger størkner, giver yderligere støtte til tunnelforingen, forhindrer jordafvikling og sikrer en tæt pasform.
-
Styring og navigation: TBM'er er udstyret med sofistikerede laservejledningssystemer og landmålingsinstrumenter. Operatører kan nøjagtigt kontrollere TBM -retning ved at justere drivkraften for individuelle stik, variere rotationshastigheden på skæresporet eller bruge artikuleringsled i maskinen. Dette giver dem mulighed for at opretholde den planlagte justering og gradient, selv navigere kurver.
-
Bageste gear (sikkerhedskopieringssystem): Bag det vigtigste TBM-organ følger en række artikulerede gantries eller trailere ("back-up-systemet"). Dette bageste gear huser vigtige supportsystemer, herunder:
- Strømforsyning og kontrolrum
- Ventilationssystemer
- MUCK FJERNINGSFORBEHOLDER
- Fugtepumper og blanding af planter
- Vand- og værktøjslinjer
- Personaleadgang og sikkerhedsudstyr.
Typer af TBM'er og deres applikationer
Valget af TBM -type er kritisk og afhænger stærkt af de geologiske forhold på jorden, der skal tunneles:
-
Hard Rock TBMS (Open-Gripper TBMS / afskærmet Hard Rock TBMS): Disse TBM'er er designet til solide rockformationer. De bruger diskskærere, der skaber mikrofrakturer i klippefladen.
- Open-Gripper TBMS: Fremskridt ved at gribe mod tunnelvæggene (ROCK) med griberpuder.
- Afskærmet Hard Rock TBMS: Brugt, når stenforholdene er brudt eller blandet, hvilket giver fuld jordstøtte med et skjold og ofte installerer et segmentfor.
-
Earth Pressure Balance (EPB) TBMS: Ideel til blød, sammenhængende jord (ler, silt, sand), der kan stå uden støtte i en kort periode. En EPB TBM bruger selve det udgravede materiale til at skabe en "muckkage", der anvender pres på tunnelfladen, der balanserer det omgivende jordtryk. En skruetransportør regulerer fjernelse af muck, mens denne balance opretholdes.
-
Gylle tbms: Bedst egnet til løs, vandbærende jord (sand, grus, mættet jord). I en opslæmning TBM fungerer skærehovedet i et trykopslæmningskammer. Opslæmningen stabiliserer tunnelfladen og transporterer det udgravede materiale til overfladen gennem rør, hvor det behandles for at adskille de faste stoffer fra væsken.
-
Blandet jord TBMS (variabel densitet TBMS): Dette er alsidige maskiner, der kan tilpasse sig forskellige jordforhold, som undertiden kombinerer funktioner i EPB og Surry TBM'er. De kan justere parametre som ansigtstryk og fjernelse af muck, der passer til de ændrede jordegenskaber, der er opstået.
-
Rørstikmaskiner (mikrotunneling TBMS): Mindre versioner af TBM'er, ofte fjernstyret, der bruges til installation af rørledninger eller mindre værktøjsledninger. De skubber rør direkte bag skærerhovedet.
Fordele ved at bruge TBM'er
- Hastighed og effektivitet: TBM'er kan kede kontinuerligt og generelt udgrave tunneler meget hurtigere end konventionelle metoder som boring og sprængning.
- Sikkerhed: TBM's lukkede skjold giver et mere sikkert arbejdsmiljø for personale, der beskytter dem mod kollaps og indtrængen af grundvand.
- Minimal overfladeforstyrrelse: Når de opererer under jorden, reducerer TBMS markant forstyrrelse af overfladeinfrastruktur, trafik og samfund, hvilket gør dem ideelle til byområder.
- Nedsat miljøpåvirkning: Nedre vibrationsniveauer og mindre støj sammenlignet med sprængning, med færre forkælet bunker på overfladen.
- Konsekvent tunnelform: TBM'er producerer en glat, cirkulær tunnelboring, hvilket ofte reducerer mængden af sekundær foring, der kræves.
- Automation: Mange TBM -funktioner er automatiserede, hvilket fører til ensartet ydelse og reduceret manuel arbejdskraft.
Bemærkelsesværdige TBM -projekter
TBM'er har været medvirkende til at konstruere nogle af verdens mest imponerende infrastrukturprojekter, herunder:
- Channel Tunnel (Eurotunnel): Forbinder Storbritannien og Frankrig under den engelske kanal.
- Gotthard Base Tunnel: Verdens længste jernbanetunnel, der løber gennem Alperne i Schweiz.
- Crossrail (Elizabeth Line) i London: Et massivt underjordisk jernbanesystem.
- Second Avenue Subway i New York City: Udvidelse af metro -netværket.
- Seattles SR 99 tunnel (Bertha): En motorvejstunnel med stor diameter.
Afslutningsvis er TBM'er ingeniørforundringer, der har forvandlet den måde, vi bygger under jorden på. Deres effektivitet, sikkerhed og evne til at håndtere forskellige geologiske forhold gør dem til uundværlige værktøjer til at skabe de vigtige skjulte arterier i det moderne samfund.
