Tunnelboringsmaskiner (TBMS) er moderne vidundere for teknik, der revolutionerer underjordisk konstruktion ved at udgrave tunneler gennem forskellige geologiske forhold, fra de blødeste jord til de hårdeste klippeformationer. I modsætning til traditionelle bore-og-blast-metoder tilbyder TBM'er en kontinuerlig, sikrere og ofte hurtigere tunnelingsproces. Kernen i deres operation ligger i en roterende skærehoved udstyret med specialiserede skæreværktøjer, designet til at interagere med og nedbryde jorden foran.
Det grundlæggende princip: roterende udgravning
På det mest basale udgraver en TBM roterende et cirkulært skærehoved mod tunnelfladen, mens den samtidig anvender markant trykkraft at skubbe det fremad. Typen af skæreværktøjer og metoden til håndtering af det udgravede materiale (ofte kaldet "muck") varierer meget afhængigt af jordforholdene.
Udgravning i Hard Rock
I hard rock -formationer bruger TBMS Diskskærere monteret på skærehovedet. Disse diskskærere er ikke designet til at "slibe" klippen væk, men snarere til at inducere stressfrakturer. Når Cutterhead roterer, og TBM drives fremad, udøver det hærdede stål- eller wolframcarbidskivskærere enorm trykspænding på klippefladen. Denne stress får klippen til brud og chip væk fra hovedkroppen foran maskinen.
"Muck" produceret, typisk i form af stenchips og fragmenter, falder derefter gennem åbninger i skærehovedet og ind på en Transportsystem inden for TBM. Dette system transporterer det udgravede materiale gennem maskinen og ud af tunnelen til bortskaffelse. Hard Rock TBMS kan være enten Åben type (uden et fuldt skjold, hvilket giver mulighed for øjeblikkelig rockstøtte bag skærerhovedet) eller afskærmet (Tilvejebringelse af midlertidig støtte til tunnelvæggene, især i brudt klippe). For at gå videre bruger Hard Rock TBMS ofte en Gripper System Det skubber mod sidevæggene på den allerede udgravede tunnel, hvilket giver den nødvendige reaktionskraft til fremadgående tryk.
Udgravning i blød jord
Udgravning gennem blød jord, der inkluderer ler, silt, sand og grus, udgør forskellige udfordringer, primært relateret til at opretholde ansigtsstabilitet og forebygge jordkollaps. For at tackle dette anvendes specialiserede TBM'er:
Earth Pressure Balance (EPB) maskiner
EPB TBM'er bruges ofte på sammenhængende bløde grunde. Deres skærehoved er udstyret med en kombination af Wolframcarbidskærende bits, trækvalg og undertiden skivskærere (til blandet grund med nogle hårdere indeslutninger). Nøglen til en EPBs operation er dens evne til at Balancer presset ved tunnelfladen ved hjælp af selve det udgravede materiale.
Cutterhead roterer og udgraver jorden, som derefter går ind i en Arbejdskammer Bag skærehovedet. EN Skruetransportør På bagsiden af dette kammer styrer den hastighed, hvormed mucken fjernes. Ved omhyggeligt at regulere rotationshastigheden for skærehovedet og afladningshastigheden for skruetransportøren kan trykket inden i kammeret kontrolleres nøjagtigt, hvilket gør det muligt for den udgravede jord at fungere som et understøtningsmedium og således stabilisere tunnelfladen og forhindre bosættelse på overfladen. Tilsætningsstoffer som skum kan injiceres i jorden for at forbedre dens strømningsevne og reducere dens klæbrighed, hvilket forhindrer tilstopning af skærehovedet og transportøren.
Slurry Shield TBMS
Slurry Shield TBMS er bedst egnet til stærkt mættede eller ustabile granulære jordarter, især dem med højt grundvandstryk. I stedet for kun at stole på det udgravede materiale til ansigtsstøtte, bruger disse TBM'er en trykopslæmning (En blanding af vand og bentonit -ler) for at stabilisere udgravningsfladen.
Cutterhead, ofte udstyret med skæreværktøjer, der ligner EPBS, udgraver jorden, som derefter blander sig med den trykopslæmning i Udgravningskammer . Denne opslæmning-muck-blanding pumpes derefter ud af tunnelen til en Separationsanlæg på overfladen. På planten adskilles det udgravede materiale fra opslæmningen, som derefter behandles og genanvendes tilbage til TBM. Den kontinuerlige cirkulation af den under trykopslæmning sikrer, at det hydrostatiske tryk ved tunnelfladen er afbalanceret mod det ydre jord- og vandtryk, hvilket forhindrer vandindtrængning og malet ustabilitet.
Tryk og fremskridt
Uanset jordforholdene kræver alle TBM'er en mekanisme til at drive sig fremad. Dette opnås typisk gennem Hydrauliske trykcylindre . Disse cylindre skubber mod den installerede tunnelfor (præfabrikerede betonsegmenter eller skudkret) eller, i tilfælde af Griper TBM'er, direkte mod den udgravede klippe, der fører skærerhovedet ind i tunnelfladen. Efterhånden som maskinen går videre, opføres nye tunnelforingssegmenter bag skjoldet og danner den permanente tunnelstruktur.
I bund
