Tunnel Boring Machines (TBMS) är sofistikerade utrustningar som har revolutionerat underjordisk konstruktion. De är i huvudsak mobila fabriker som är utformade för att gräva tunnlar med minimal störning till den omgivande marken.
Hur TBM: er fungerar: den grundläggande processen
Kärnoperationen för en TBM involverar flera kontinuerliga steg:
-
Utgrävning: Framför TBM finns ett massivt, roterande skärhuvud. Denna stålskiva är utrustad med olika skärverktyg, såsom skivskärare för hårdrock eller skärare och skrapare för mjukare mark. När skärhuvudet roterar, slipar det, skraper eller klipper materialet vid tunnelytan.
-
Muck borttagning: Det utgrävda materialet, känt som "Muck", faller genom öppningar i skärhuvudet i en kammare. Därifrån transporteras det vanligtvis av en skruvtransportör (för mjuka mark TBM) eller laddas på en serie transportband (för hårdrock -TBM) som kör tunnelens längd. Denna muck avlägsnas sedan kontinuerligt till ytan för bortskaffande eller återvinning.
-
Tryck och förskott: TBM drivs framåt av kraftfulla tryckcylindrar (jack) som ligger bakom skärhuvudet. Dessa cylindrar skjuter mot de tidigare installerade tunnelsegmenten, vilket skapar den nödvändiga kraften för att främja skärhuvudet i marken.
-
Tunnelfoderinstallation: Omedelbart bakom skärhuvudet, inom TBM: s skyddsskal (skölden), ligger erektorn. Denna robotarm plockar upp prefabricerade betongsegment (vanligtvis böjda, trapezoidala bitar) och placerar dem noggrant att bilda en komplett ring av tunnelfodret. Dessa segment är bultade ihop, vilket skapar en stark, vattentät och permanent struktur som stöder marken och bildar den färdiga tunnelväggen.
-
Putsning: När en ring av segment har installerats, är tomrummet mellan utsidan av segmenten och den utgrävda marken ("svansen") omedelbart fylld med en specialiserad injektering. Denna injektering stelnar, ger ytterligare stöd till tunnelfodret, förhindrar markbosättning och säkerställer en tät passform.
-
Styrning och navigering: TBM: er är utrustade med sofistikerade laservägningssystem och mätinstrument. Operatörer kan exakt styra TBM: s riktning genom att justera drivkraften för enskilda uttag, variera rotationshastigheten för skärhuvudet eller använda artikuleringsfogar i maskinen. Detta gör att de kan upprätthålla den planerade justeringen och lutningen, till och med navigera kurvor.
-
Släputrustning (back-up-system): Bakom huvudet TBM följer en serie ledade gantries eller trailers ("back-up-systemet"). Denna släputrustning husar viktiga stödsystem, inklusive:
- Strömförsörjning och kontrollrum
- Ventilationssystem
- Muck borttagningstransportörer
- Injekteringspumpar och blandningsanläggningar
- Vatten- och verktygslinjer
- Personalåtkomst och säkerhetsutrustning.
Typer av TBM och deras applikationer
Valet av TBM -typ är kritiskt och beror starkt på de geologiska förhållandena på marken som ska tunnelas:
-
Hard Rock TBMS (Open-Gripper TBMS / SHIEDED HARD ROCK TBMS): Dessa TBM: er är designade för solida bergformationer. De använder skivskärare som skapar mikrofrakturer i bergytan.
- Open-Gripper TBM: Förskott genom att greppa mot tunnelväggarna (sten) med gripkuddar.
- Skärmad hårdrock -TBM: Används när bergförhållanden är sprickade eller blandade, vilket ger full markstöd med en sköld och installerar ofta ett segmentfoder.
-
Earth Pressure Balance (EPB) TBMS: Idealisk för mjuka, sammanhängande jordar (lera, silt, sand) som kan stå utan stöd under en kort period. En EPB TBM använder själva det utgrävda materialet för att skapa en "muckkaka" som applicerar tryck på tunnelytan och balanserar det omgivande marktrycket. En skruvtransportör reglerar borttagningen av mucken medan den bibehålls denna balans.
-
Uppslamning TBM: er: Bäst lämpad för lösa, vattenbärande jordar (sand, graveller, mättad mark). I en uppslamning TBM fungerar skärhuvudet i en trycksatt uppslamningsfylld kammare. Uppslamningen stabiliserar tunnelytan och transporterar det utgrävda materialet till ytan genom rören, där det bearbetas för att separera fasta ämnen från vätskan.
-
Blandade mark TBM (variabel densitet TBM): Dessa är mångsidiga maskiner som kan anpassa sig till olika markförhållanden och ibland kombinera funktioner hos EPB och uppslamning. De kan justera parametrar som ansiktstryck och avlägsnande av muck för att passa de förändrade markegenskaperna.
-
Pipe Jacking Machines (Microtunneling TBMS): Mindre versioner av TBMS, ofta fjärrkontrollerade, används för att installera rörledningar eller mindre verktygsledningar. De skjuter rör direkt bakom skärhuvudet.
Fördelar med att använda TBMS
- Hastighet och effektivitet: TBM kan borra kontinuerligt och i allmänhet gräva tunnlar mycket snabbare än konventionella metoder som borrning och sprängning.
- Säkerhet: TBM: s slutna sköld ger en säkrare arbetsmiljö för personal och skyddar dem från kollaps och grundvatteninträngning.
- Minimal ytstörning: När de arbetar under jorden minskar TBMS avsevärt störningar i ytinfrastruktur, trafik och samhällen, vilket gör dem idealiska för stadsområden.
- Minskad miljöpåverkan: Lägre vibrationsnivåer och mindre buller jämfört med sprängning, med färre byte högar vid ytan.
- Konsekvent tunnelform: TBM: er producerar en smidig, cirkulär tunnelborrning, vilket ofta minskar mängden sekundär foder.
- Automation: Många TBM -funktioner automatiseras, vilket leder till konsekvent prestanda och minskat manuellt arbete.
Anmärkningsvärda TBM -projekt
TBM: er har bidragit till att konstruera några av världens mest imponerande infrastrukturprojekt, inklusive:
- Channel Tunnel (Eurotunnel): Ansluter Storbritannien och Frankrike under den engelska kanalen.
- Gotthard Base Tunnel: Världens längsta järnvägstunnel, som går genom Alperna i Schweiz.
- Crossrail (Elizabeth Line) i London: Ett massivt underjordiskt järnvägssystem.
- Second Avenue Subway i New York City: Utvidga tunnelbananätverket.
- Seattles SR 99 Tunnel (Bertha): En stor diameter motorvägstunnel.
Sammanfattningsvis är TBM: er tekniska underverk som har förvandlat hur vi bygger under jorden. Deras effektivitet, säkerhet och förmåga att hantera olika geologiska förhållanden gör dem oundgängliga verktyg för att skapa de vitala dolda artärerna i det moderna samhället.
