Tunnel Boring Machines (TBM) er sofistikerte utstyrsstykker som har revolusjonert underjordisk konstruksjon. De er i hovedsak mobile fabrikker designet for å grave ut tunneler med minimal forstyrrelse i omkringliggende bakken.
Hvordan TBM -er fungerer: den grunnleggende prosessen
Kjerneoperasjonen av en TBM innebærer flere kontinuerlige trinn:
-
Utgraving: Helt foran er TBM et massivt, roterende kutterhode. Denne stålskiven er utstyrt med forskjellige skjæreverktøy, for eksempel skivekuttere for hard berg eller kutterbiter og skrapere for mykere bakke. Når kutterhodet roterer, kverner det, skraper eller sakser materialet i tunnelflaten.
-
Møkfjerning: Det utgravde materialet, kjent som "Muck", faller gjennom åpninger i kutterhodet inn i et kammer. Derfra transporteres den vanligvis av en skruetransportør (for myk bakken TBM) eller lastes på en serie transportbånd (for hardrock TBM) som har lengden på tunnelen. Denne møkka fjernes deretter kontinuerlig til overflaten for avhending eller resirkulering.
-
Skyv og fremme: TBM blir drevet frem av kraftige thrust -sylindere (knekt) som ligger bak kutterhodet. Disse sylindrene skyver av seg mot de tidligere installerte tunnelforingssegmentene, og skaper den nødvendige kraften for å fremme kutterhodet ned i bakken.
-
Tunnelforinstallasjon: Rett bak kutterhodet, innenfor det beskyttende skallet til TBM (skjoldet), ligger erektoren. Denne robotarmen plukker opp forhåndsbetegnede betongsegmenter (typisk buede, trapesformet stykker) og plasserer dem nøye for å danne en komplett ring av tunnelforet. Disse segmentene er boltet sammen, og skaper en sterk, vanntett og permanent struktur som støtter bakken og danner den ferdige tunnelveggen.
-
Fuging: Når en ring av segmenter er installert, blir tomrommet mellom utsiden av segmentene og den utgravde bakken ("halen tomrom") umiddelbart fylt med en spesialisert fugemasse. Denne fugemassen stivner, gir ekstra støtte til tunnelforet, forhindrer bakkeoppgjør og sikrer en tett passform.
-
Styring og navigasjon: TBM -er er utstyrt med sofistikerte laserveiledningssystemer og kartleggingsinstrumenter. Operatører kan nøyaktig kontrollere retningen på TBM ved å justere drivkraften til individuelle knekt, variere rotasjonshastigheten til kutterhodet, eller bruke artikulasjonsfuger i maskinen. Dette gjør at de kan opprettholde den planlagte justeringen og gradienten og til og med navigere kurver.
-
Fakturer (sikkerhetskopieringssystem): Bak den viktigste TBM-kroppen følger en serie artikulerte gantries eller trailere ("back-up-systemet"). Dette etterfølgende giret huser viktige støttesystemer, inkludert:
- Strømforsyning og kontrollrom
- Ventilasjonssystemer
- Møkkefjerningstransportører
- Fugemasse pumper og blande planter
- Vann- og verktøylinjer
- Personell tilgang og sikkerhetsutstyr.
Typer TBMer og deres applikasjoner
Valget av TBM -type er kritisk og avhenger sterkt av de geologiske forholdene i bakken som skal tunneles:
-
Hard Rock TBMS (Open-griper TBMS / Shielded Hard Rock TBMS): Disse TBM-ene er designet for solide bergformasjoner. De bruker skivekuttere som skaper mikrofrakturer i fjellflaten.
- Open-gripper TBMS: Avansere ved å ta tak i tunnelveggene (stein) med griperputer.
- Skjermede hardberg -TBMer: Brukes når bergforhold er sprukket eller blandet, noe som gir full bakkestøtte med et skjold og ofte installerer et segmentfôr.
-
Earth Pressure Balance (EPB) TBMS: Ideell for myke, sammenhengende jordarter (leire, silt, sand) som kan stå uten støtte i en kort periode. En EPB TBM bruker selve det utgravde materialet for å lage en "møkkekake" som bruker trykk på tunnelflaten, og balanserer det omkringliggende bakketrykket. En skruetransportør regulerer fjerning av møkk mens du opprettholder denne balansen.
-
Slurry TBMS: Best egnet for løs, vannbærende jordsmonn (sand, graveller, mettet mark). I en oppslemming TBM opererer kutterhodet i et trykkledd kammer. Oppslemmingen stabiliserer tunnelflaten og transporterer det utgravde materialet til overflaten gjennom rør, hvor det blir behandlet for å skille faststoffene fra væsken.
-
Mixed Ground TBMS (variabel tetthet TBMS): Dette er allsidige maskiner som kan tilpasse seg varierende bakkeforhold, noen ganger kombinere funksjoner i EPB og slurry TBM -er. De kan justere parametere som ansiktstrykk og fjerningshastigheter for møkk for å passe til de skiftende jordegenskapene som oppstår.
-
Pipe Jacking Machines (Microtunneling TBMS): Mindre versjoner av TBM-er, ofte fjernkontrollert, brukt til å installere rørledninger eller mindre verktøyledninger. De skyver rør rett bak kutterhodet.
Fordeler ved å bruke TBMS
- Hastighet og effektivitet: TBM -er kan kjede kontinuerlig og generelt grave tunneler mye raskere enn konvensjonelle metoder som boring og sprengning.
- Sikkerhet: Det vedlagte skjoldet til TBM gir et tryggere arbeidsmiljø for personell, og beskytter dem mot kollapser og grunnvannsinntrenging.
- Minimal overflateforstyrrelse: Når de opererer under jorden, reduserer TBMS betydelig forstyrrelse av overflateinfrastruktur, trafikk og lokalsamfunn, noe som gjør dem ideelle for urbane områder.
- Redusert miljøpåvirkning: Lavere vibrasjonsnivåer og mindre støy sammenlignet med sprengning, med færre ødeleggelser på overflaten.
- Konsekvent tunnelform: TBM -er produserer en jevn, sirkulær tunnelboring, noe som ofte reduserer mengden sekundærfor som kreves.
- Automasjon: Mange TBM -funksjoner er automatisert, noe som fører til jevn ytelse og redusert manuell arbeidskraft.
Bemerkelsesverdige TBM -prosjekter
TBMS har vært med på å konstruere noen av verdens mest imponerende infrastrukturprosjekter, inkludert:
- Channel Tunnel (Eurotunnel): Koble Storbritannia og Frankrike under den engelske kanalen.
- Gotthard basetunnel: Verdens lengste jernbanetunnel, som løper gjennom Alpene i Sveits.
- Crossrail (Elizabeth Line) i London: Et massivt underjordisk jernbanesystem.
- Second Avenue Subway i New York City: Utvide T -banenettverket.
- Seattles SR 99 Tunnel (Bertha): En motorveis i stor diameter.
Avslutningsvis er TBMS ingeniørområder som har forvandlet måten vi bygger under jorden. Deres effektivitet, sikkerhet og evne til å håndtere forskjellige geologiske forhold gjør dem uunnværlige verktøy for å skape de viktige skjulte arteriene i det moderne samfunn.
