EN Tunnel Boring Machine (TBM) er i det væsentlige en selvstændig fabrik på skinner, designet til at udgrave tunneler nøjagtigt og effektivt. I modsætning til traditionelle bore-og-blast-metoder tilbyder TBM'er betydelige fordele med hensyn til hastighed, sikkerhed og miljøpåvirkning.
Kernen i enhver TBM er dens Cutterhead . Dette massive roterende hjul er udstyret med skiveafskærere, skære bits eller skrabere, afhængigt af de geologiske forhold. Når Cutterhead roterer og skubbes fremad mod tunnelfladen, udgraver disse værktøjer materialet. Den udgravede ødelæggelse kanaliseres derefter gennem åbninger i skærehovedet til en Transportsystem (ofte skru transportører eller bælte transportører), der transporterer den bagpå maskinen til fjernelse fra tunnelen.
Nøglekomponenter og deres funktioner:
-
Cutterhead: Den forreste del af TBM, der er ansvarlig for udgravning af jorden. Typen af skærer varierer:
-
Diskskærere bruges til hård rock, knuser klippen, når de ruller over den.
-
Skære bits og skrabere er mere almindelige for blødere jord, skæring og skrabning af materialet.
-
-
Tryksystem: Bag skærehovedet er kraftfulde hydrauliske cylindre, der skubber TBM fremad. Disse cylindre skubber typisk mod de tidligere installerede tunnelforingssegmenter eller mod griber, der udøver tryk på tunnelvæggene.
-
Skjold: Dette er TBM's vigtigste krop, der yder støtte til den udgravede jord og beskytter arbejdspersonalet og maskiner mod kollaps. Skjoldet huser også forskellige systemer.
-
Erektorsystem: Når TBM går videre, installerer det samtidig Precast betonsegmenter Det danner den permanente tunnelfor. Erektorarmen henter disse segmenter og placerer dem netop for at skabe en ring.
-
Grouting System: Når en tunnelring er installeret, injiceres fugemasse i det ringformede hul mellem de installerede segmenter og den udgravede jord. Dette tjener til at stabilisere jorden, overføre belastninger og forhindre vandindtrængning.
-
Muck -fjernelsessystem: Som nævnt transporterer transportører det udgravede materiale ("muck") bagpå TBM, hvor det indlæses på tog, lastbiler eller andre systemer til fjernelse fra tunnelen.
-
Vejledningssystem: Moderne TBMS bruger sofistikerede laservejledningssystemer, GPS og andet landmålingsudstyr for at sikre, at tunnelen er udgravet nøjagtigt langs den designede justering og gradient.
-
Efterfølgende gear (backup -system): De bageste gearhuse, der strækker sig bag TBM -skjoldet i hundreder af meter, huse afgørende understøttelsessystemer. Dette inkluderer transformere til strøm, ventilationskanaler, vand- og fugerlinjer, kontrolrum og besætningsfaciliteter.
Typer af TBM'er:
Valget af en TBM -type er afgørende og afhænger meget af de geologiske forhold og tilstedeværelsen af grundvand:
-
Open-face TBMS (Gripper TBMS): Ideel til stabile klippeforhold. De går videre ved at gribe tunnelvæggene og skubbe fremad.
-
SHIELD TBMS: Brugt under ustabile jordforhold, hvor øjeblikkelig støtte er påkrævet. Skjoldet beskytter jorden, indtil segmenter er installeret.
-
Jordtrykbalancemaskiner (EPBMS): Almindeligt anvendt i blød grund med varierende konsistens. De opretholder en balance mellem presset af den udgravede jord i kammeret og det tryk, der kræves for at understøtte tunnelens ansigt, hvilket forhindrer jordbosættelse.
-
Gylle tbms: Bedst egnet til meget våd, mættet jord eller jord med højt vandtryk. En trykopslæmning (bentonit- eller polymerblanding) bruges til at understøtte tunnelfladen, og det udgravede materiale blandes med denne opslæmning og pumpes ud.
-
Enkelt skjold tbms: Betjen i sammenhængende grund, hvor jorden kan stå i en kort periode inden foring af installationen.
-
Dobbelt skjold tbms: Brugt i brudt sten eller blandet jord. De har to skjolde, der giver mulighed for kontinuerlig udgravning og erektion af segment, hvilket fører til hurtigere forskud.
-
Fordele ved TBM'er:
-
Hastighed: TBM'er kan opnå signifikant hurtigere udgravningsgrader sammenlignet med konventionelle metoder, især over lange afstande.
-
Sikkerhed: De giver et mere sikkert arbejdsmiljø ved straks at støtte jorden bag skærerhovedet, hvilket reducerer risikoen for sammenbrud og eksponering for farlige forhold.
-
Præcision: TBM'er kan opretholde meget stramme tolerancer, hvilket sikrer, at tunnelen udgraves til de nøjagtige designspecifikationer.
-
Miljøpåvirkning: De forårsager mindre overfladeforstyrrelse, reducerer støj og vibrationer og minimerer behovet for sprængning, hvilket gør dem ideelle til byområder.
-
Reduceret arbejdskraft: Mens de kræver dygtige operatører, har TBM'er generelt brug for færre personale på tunnelfladen sammenlignet med bore-og-blast.
Udfordringer og overvejelser:
-
Koste: TBM'er er ekstremt dyre at købe og drive.
-
Logistik: Transport, samling og lancering af en TBM er en massiv logistisk virksomhed.
-
Jordforhold: Uventede ændringer i geologi, såsom at møde stærkt brudt klippe eller store stenblokke i blød grund, kan bremse eller stoppe operationerne markant. Vandindtrængning er en anden stor udfordring.
-
Opretholdelse: TBM'er er komplekse maskiner, der kræver kontinuerlig vedligeholdelse og specialiserede reservedele.
-
Tunnellængde: TBM'er er mest omkostningseffektive for lange tunneler, da de indledende opsætningsomkostninger er høje.
Afslutningsvis er TBM'er et vidnesbyrd om moderne ingeniørundersøgelser og revolutionerer, hvordan tunneler er bygget globalt. Deres evne til at kede gennem udfordrende jordforhold med præcision, hastighed og forbedret sikkerhed gør dem til et uundværligt værktøj til større infrastrukturprojekter over hele verden, fra metrosystemer til vandforsyningstunneler og motorvejsområder.
