Tunnelborrmaskiner (TBMS) är moderna underverk av teknik som revolutionerar underjordisk konstruktion genom att gräva tunnlar genom olika geologiska förhållanden, från de mjukaste jordarna till de svåraste stenformationerna. Till skillnad från traditionella borr-och-blast-metoder erbjuder TBMS en kontinuerlig, säkrare och ofta snabbare tunnelingsprocess. Kärnan i deras operation ligger i ett roterande skärare utrustat med specialiserade skärverktyg, utformade för att interagera med och bryta ner marken framåt.
Den grundläggande principen: roterande utgrävning
På sitt mest grundläggande gräver en TBM av roterande ett cirkulärt skärhuvud mot tunnelytan samtidigt som man applicerar betydande drivkraft att driva det framåt. Typen av skärverktyg och metoden för att hantera det utgrävda materialet (ofta kallat "muck") varierar mycket beroende på markförhållandena.
Utgrävning i hårdrock
I hårdrockformationer använder TBMS skivskärare monterad på skärhuvudet. Dessa skivskärare är inte utformade för att "slipa" berget, utan snarare för att inducera stressfrakturer. När skäret roterar och TBM drivs framåt, utövar det härdade stålet eller volframkarbidskivorna en enorm tryckspänning på bergytan. Denna stress får berget att fraktur och chip bort från huvudkroppen framför maskinen.
"Mucken" producerad, vanligtvis i form av stenchips och fragment, faller sedan genom öppningar i skäret och på en transportsystem inom TBM. Detta system transporterar det utgrävda materialet genom maskinen och ut ur tunneln för bortskaffande. Hard Rock TBM kan vara antingen öppen (utan en full sköld, vilket möjliggör omedelbart bergstöd bakom skäret) eller överraskad (Tillhandahåller tillfälligt stöd till tunnelväggarna, särskilt i sprickor). För att gå vidare använder Hard Rock TBMS ofta en gripsystem Det skjuter mot sidoväggarna i den redan utgrävda tunneln, vilket ger den nödvändiga reaktionskraften för framåtdrivning.
Utgrävning i mjuk mark
Att gräva genom mjuk mark, som inkluderar lera, silt, sand och grus, presenterar olika utmaningar, främst relaterade till att upprätthålla ansiktsstabilitet och förhindra markkollaps. För att ta itu med detta används specialiserade TBM: er:
Earth Pressure Balance (EPB) Maskiner
EPB TBMS används ofta i sammanhängande mjuka grunder. Deras skärhuvud är utrustat med en kombination av Volframkarbidskärningar, dragplockar och ibland skivskärare (för blandad mark med några hårdare inneslutningar). Nyckeln till en EPB: s operation är dess förmåga att Balansera trycket vid tunnelytan med själva utgrävda materialet.
Skäret roterar och gräver jorden, som sedan kommer in i en arbetskammare Bakom skäret. En skruvtransportör På baksidan av denna kammare styr den hastighet med vilken mucken tas bort. Genom att noggrant reglera rotationshastigheten för skärhuvudet och skruvtransportörens urladdningshastighet kan trycket i kammaren exakt kontrolleras, vilket gör att den utgrävda jorden kan fungera som ett stödmedium, vilket stabiliserar tunnelytan och förhindrar bosättning vid ytan. Tillsatser som skum kan injiceras i jorden för att förbättra dess flödesbarhet och minska dess klibbighet, förhindra tilltäppning av skäret och transportören.
Slamsköld tbms
Slurry Shield TBM är bäst lämpade för mycket mättade eller instabila granulära jordar, särskilt de med högt grundvattentryck. Istället för att bara förlita sig på det utgrävda materialet för ansiktsstöd använder dessa TBM: er en tröskel uppslamning (En blandning av vatten och bentonitlera) för att stabilisera utgrävningsytan.
Cutterhead, ofta utrustade med skärverktyg som liknar EPB: er, gräver marken, som sedan blandas med den trycksatta uppslamningen i utgrävningskammare . Denna slam-muck-blandning pumpas sedan ut ur tunneln till en separationsanläggning på ytan. Vid växten separeras det utgrävda materialet från uppslamningen, som sedan behandlas och återvinns tillbaka till TBM. Den kontinuerliga cirkulationen av den trycksatta uppslamningen säkerställer att det hydrostatiska trycket vid tunnelytan är balanserad mot den yttre marken och vattentrycket, vilket förhindrar vatteninträngning och markinstabilitet.
Tryck och förskott
Oavsett markförhållanden kräver alla TBM: er en mekanism för att driva sig framåt. Detta uppnås vanligtvis genom hydrauliska tryckcylindrar . Dessa cylindrar skjuter mot det installerade tunnelfodret (prefabricerade betongsegment eller skjutbetong) eller, i fallet med Gripper TBMS, direkt mot det utgrävda berget, driver skärhuvudet in i tunnelytan. När maskinen går framåt uppförs nya tunnelsegment bakom skölden och bildar den permanenta tunnelstrukturen.
I huvudsak är TBM: er sofistikerade underjordiska fabriker, kontinuerligt gräver och stödjer tunneln när de går framåt, vilket gör dem oundgängliga verktyg för modern infrastrukturutveckling.
