En Tunnelborrmaskin (TBM) är i huvudsak en fristående fabrik på skenor, utformad för att gräva tunnlar exakt och effektivt. Till skillnad från traditionella borr-och-blast-metoder erbjuder TBMS betydande fördelar när det gäller hastighet, säkerhet och miljöpåverkan.
Kärnan i varje tbm är dess frakthuvud . Detta massiva roterande hjul är utrustat med skivskärare, skärbitar eller skrapor, beroende på de geologiska förhållandena. När skäret roterar och skjuts framåt mot tunnelytan, gräver dessa verktyg materialet. Den utgrävda förstörelsen kanaliseras sedan genom öppningar i skäret till en transportsystem (ofta skruvtransportörer eller remtransportörer) som transporterar den på baksidan av maskinen för borttagning från tunneln.
Nyckelkomponenter och deras funktioner:
-
Cutterhead: Den främsta delen av TBM, ansvarig för att gräva marken. Typen av skärare varierar:
-
Skivskärare används för hårdrock och krossar berget när de rullar över den.
-
Skär bitar och skrapare är vanligare för mjukare jord, skärning och skrapning av materialet.
-
-
Trycksystem: Bakom skärhuvudet finns kraftfulla hydrauliska cylindrar som driver TBM framåt. Dessa cylindrar skjuter vanligtvis mot de tidigare installerade tunnelsegmenten eller mot gripare som utövar tryck på tunnelväggarna.
-
Skydda: Detta är TBM: s huvuddel, som ger stöd till den utgrävda marken och skyddar arbetsbesättningen och maskinerna från kollaps. Skölden innehåller också olika system.
-
Erektorsystem: När TBM går framåt installerar den samtidigt prefabricerade betongsegment som bildar det permanenta tunnelfodret. Erector Arm plockar upp dessa segment och placerar dem exakt för att skapa en ring.
-
Injekteringssystem: När en tunnelring har installerats injiceras injektering i det ringformiga gapet mellan de installerade segmenten och den utgrävda marken. Detta tjänar till att stabilisera marken, överföra belastningar och förhindra vatteninträngning.
-
Muck borttagningssystem: Som nämnts transporterar transportörer det utgrävda materialet ("muck") på baksidan av TBM, där det laddas på tåg, lastbilar eller andra system för borttagning från tunneln.
-
Vägledningssystem: Moderna TBM: er använder sofistikerade laservägledningssystem, GPS och annan mätutrustning för att säkerställa att tunneln gräver exakt längs den utformade inriktningen och lutningen.
-
Släputrustning (säkerhetskopieringssystem): Efter att ha sträckt sig bakom TBM -skölden i hundratals meter husar de bakre växeln viktiga stödsystem. Detta inkluderar transformatorer för kraft, ventilationskanaler, vatten- och injekteringslinjer, kontrollrum och besättningsanläggningar.
Typer av TBM: er:
Valet av en TBM -typ är avgörande och beror starkt på de geologiska förhållandena och närvaron av grundvatten:
-
Open-Face TBMS (Gripper TBMS): Perfekt för stabila bergförhållanden. De går framåt genom att gripa tunnelväggarna och trycka framåt.
-
SHIELD TBMS: Används i instabila markförhållanden där omedelbart stöd krävs. Skölden skyddar marken tills segmenten är installerade.
-
Earth Pressure Balance Machines (EPBMS): Vanligtvis används i mjuk mark med varierande konsistens. De upprätthåller en balans mellan trycket på den utgrävda jorden i kammaren och trycket som krävs för att stödja tunnelytan, vilket förhindrar markbosättning.
-
Uppslamning TBM: er: Bäst lämpad för mycket våt, mättad mark eller mark med högt vattentryck. En trycksatt uppslamning (bentonit- eller polymerblandning) används för att stödja tunnelytan, och det utgrävda materialet blandas med denna uppslamning och pumpas ut.
-
Single Shield TBM: er: Använd i sammanhängande mark där marken kan stå under en kort period innan installationen.
-
Double Shield TBM: er: Används i sprickad berg eller blandad mark. De har två sköldar som möjliggör kontinuerlig utgrävnings- och segment erektion, vilket leder till snabbare förskott.
-
Fördelar med TBM: er:
-
Hastighet: TBM: er kan uppnå betydligt snabbare utgrävningshastigheter jämfört med konventionella metoder, särskilt över långa avstånd.
-
Säkerhet: De tillhandahåller en säkrare arbetsmiljö genom att omedelbart stödja marken bakom skärhuvudet, vilket minskar risken för kollaps och exponering för farliga förhållanden.
-
Precision: TBM: er kan upprätthålla mycket snäva toleranser, vilket säkerställer att tunneln gräver ut till de exakta designspecifikationerna.
-
Miljöpåverkan: De orsakar mindre ytstörningar, minskar buller och vibrationer och minimerar behovet av sprängning, vilket gör dem idealiska för stadsområden.
-
Minskat arbete: Medan de kräver skickliga operatörer behöver TBM i allmänhet färre personal vid tunnelytan jämfört med borr-och-blast.
Utmaningar och överväganden:
-
Kosta: TBMS är extremt dyra att köpa och driva.
-
Logistik: Att transportera, montera och lansera en TBM är ett massivt logistiskt företag.
-
Markförhållanden: Oväntade förändringar i geologi, såsom att möta mycket sprickade berg eller stora stenblock i mjuk mark, kan avsevärt sakta eller stoppa operationer. Vatteninträngning är en annan stor utmaning.
-
Underhåll: TBMS är komplexa maskiner som kräver kontinuerligt underhåll och specialiserade reservdelar.
-
Tunnel längd: TBM: er är mest kostnadseffektiva för långa tunnlar, eftersom de initiala installationskostnaderna är höga.
Sammanfattningsvis är TBMS ett bevis på moderna tekniska underverk och revolutionerar hur tunnlar byggs globalt. Deras förmåga att uthärda genom utmanande markförhållanden med precision, hastighet och förbättrad säkerhet gör dem till ett oundgängligt verktyg för stora infrastrukturprojekt över hela världen, från tunnelbanesystem till vattenförsörjningstunnlar och förbikoppling av motorvägar.
