Den Tunnelboringsmaskin ( TBM ), ofte referert til som en "føflekk", representerer en av de viktigste fremskrittene innen sivil- og geoteknisk ingeniørfag. Disse massive, sofistikerte maskinene har revolusjonert konstruksjonen av underjordisk infrastruktur, og muliggjort opprettelsen av tunneler for transport, verktøy og gruvedrift med enestående hastighet, presisjon og sikkerhet.
Mekanisme og kjernekomponenter
En tunnelboringsmaskin er i hovedsak en komplett mobil fabrikk designet for å grave ut en tunnelflate og samtidig installere et midlertidig eller permanent støttesystem. En TBM består vanligvis av tre primære seksjoner:
-
Kutterhode (ansiktet):
- Dette er det forreste, roterende elementet, utstyrt med ulike skjæreverktøy – slik som skivekuttere for hardt fjell eller en kombinasjon av kutterbits og draghakker for mykere underlag.
- Den cutter head rotates and is thrust forward by hydraulic jacks, crushing or scraping the rock and soil at the tunnel face.
-
Skjold og kropp (midten):
- Den skjold er et stort, sylindrisk stålhus rett bak kutterhodet. Den gir umiddelbar strukturell støtte til de nygravde tunnelveggene, og beskytter maskinen og arbeiderne inne mot løst underlag inntil den permanente tunnelforingen er installert.
- Den skyvesystem , sammensatt av kraftige hydrauliske jekker, presser mot det sist installerte tunnelforingssegmentet for å føre maskinen frem.
-
Trailing Gear (The Rear):
- Denne seksjonen, som kan strekke seg over hundre meter i lengde, rommer det nødvendige støtteutstyret.
- Det inkluderer møkk fjerningssystem (transportbånd eller slurryrør) for å effektivt transportere det utgravde materialet ("møkk") ut av tunnelen, kontroll- og kraftsystemer, ventilasjonsutstyr og det avgjørende segmentoppretter som presist plasserer de prefabrikerte betongsegmentene som danner den permanente tunnelforingen.
Klassifisering og typer TBM-er
TBM-valg er en kritisk beslutning i ethvert prosjekt, avhengig av de spesifikke geologiske forholdene og grunnvannstrykket. TBM-er er bredt kategorisert basert på bakken de er designet for å bære gjennom:
1. Hard Rock TBMer
- Open-Type / Gripper TBMer: Brukes i stabile, harde bergforhold som kan støtte seg i en kort periode uten umiddelbar foring. De bruker hydraulikk gripere å forankre mot tunnelveggene, noe som gjør at maskinen kan reagere på skjærehodets fremstøt.
- Single Shield TBM-er: Ansatt i oppsprukket eller mindre stabilt hardt fjell. De installerer betongforingssegmentene rett bak skjoldet og skyver frem ved å skyve av den ferdige foringen.
- Double Shield TBM-er: Den most versatile hard rock machines. They feature two telescoping shields and a gripping system, allowing them to install the lining simultaneously while excavating (continuous tunneling) when in stable rock, or operate in alternating modes when conditions are unstable.
2. Soft Ground TBMs (Shield Machines)
Dense machines incorporate methods to actively balance the pressure at the tunnel face, crucial for preventing ground collapse or water ingress in soft soils (like sand, clay, and silt).
- Earth Pressure Balance (EPB) TBMer: Ideell for sammenhengende, myk grunn. De opprettholder stabiliteten ved å bruke det utgravde materialet (møkk) i et trykkkammer på kutterflaten. En skruetransportør kontrollerer smussfjerningshastigheten for nøyaktig å balansere jord- og vanntrykket foran maskinen.
- Slurry Shield TBM (Hydroshield): Brukes i granulær jord eller under høyt vanntrykk. De stabiliserer ansiktet ved å injisere en trykksatt bentonittslurry, som danner en filterkake for å forsegle bakken. Det utgravde materialet blandes med slurryen og pumpes ut til et separasjonsanlegg på overflaten.
Fordeler i forhold til konvensjonelle metoder
Den global adoption of the Tunnelboringsmaskin er drevet av flere betydelige fordeler sammenlignet med den tradisjonelle "bor-og-sprengning"-metoden:
- Forbedret sikkerhet: Eliminerer bruken av eksplosiver, og reduserer risikoen for personell drastisk.
- Minimal overflateforstyrrelse: Driften foregår primært under jorden, noe som minimerer støy, vibrasjoner og forstyrrelser – en stor fordel i urbane områder.
- Økt hastighet og effektivitet: TBMer gir en kontinuerlig tunneleringsprosess, som ofte oppnår betydelig høyere fremdriftshastigheter enn boring og sprengning.
- Presisjon: Moderne TBM-er styres av sofistikerte laser- eller navigasjonssystemer, noe som sikrer høy innrettingsnøyaktighet.
- Redusert overgraving: Den TBM bores a precise circular tunnel, reducing the amount of spoil (muck) generated and the volume of lining material required.
Avslutningsvis Tunnelboringsmaskin er et uunnværlig verktøy for utvikling av infrastruktur i det 21. århundre. Etter hvert som bybefolkningen vokser og behovet for kompleks langdistanseinfrastruktur som høyhastighetsjernbanetunneler og enorme forsyningsnettverk øker, vil rollen til TBM som et ingeniørvidunder bare bli mer viktig.
