Tunnelborrmaskinernas anatomi och teknik
A Tunnelborrmaskin (TBM), ofta kallad en "mekanisk mullvad", är en sofistikerad bit av tung utrustning utformad för att gräva ut tunnlar med ett cirkulärt tvärsnitt genom olika jord- och bergskikt. Till skillnad från traditionella borr- och sprängmetoder erbjuder TBM fördelen att de begränsar störningen av den omgivande marken och ger en jämn tunnelvägg. Maskinen består av ett roterande skärhuvud som bryter upp ytan av berget eller jorden, ett trycksystem för att driva maskinen framåt, och en släpväxel som underlättar borttagning av smuts och montering av permanenta tunnelbeklädnader.
Kärnkomponenter i en TBM
- Skärhuvud: Den framåtvända skivan utrustad med hårdmetallfräsar eller skivfräsar utformade för att slipa genom geologiska formationer.
- Sköld: En skyddande stålcylinder som förhindrar att den omgivande jorden kollapsar in i maskinen medan tunnelbeklädnaden monteras.
- Tryckcylindrar: Hydrauliska domkrafter som pressar mot de tidigare installerade betongsegmenten för att driva maskinen framåt.
- Transportörsystem: En band- eller skruvtransportör som transporterar schaktmaterial (muck) från maskinens framsida till baksidan för kassering.
Specialiserade TBM-typer för olika geologiska förhållanden
Att välja rätt tunnelmaskin beror mycket på markförhållandena, såsom hård sten, mjuk lera eller vattenförande sand. Ingenjörer måste genomföra omfattande geologiska undersökningar innan en specialbyggd TBM tas i drift. Till exempel är EPB-maskiner (Earth Pressure Balance) idealiska för mjuk, sammanhängande mark, medan Slurry Shield TBM är bättre lämpade för instabil mark med högt hydrostatiskt tryck.
| Typ TBM | Markskick | Primär mekanism |
| Hårdrock TBM | Solid granit/basalt | Skivskärare för att hugga sten |
| Jordtrycksbalans (EPB) | Silt, lera, sand | Använder utgrävd jord för att balansera trycket |
| Slurry Shield | Högt vattentryck/lös jord | Trycksatt bentonitsuspension |
Den operativa cykeln för underjordisk utgrävning
Driften av en TBM är en kontinuerlig cykel av schaktning och foder. När skärhuvudet roterar och maskinen flyttas fram, lyfts förgjutna betongsegment på plats av en vakuumuppställningsarm på baksidan av skölden. Dessa segment bultas ihop för att bilda en komplett ring, som blir den permanenta strukturen i tunneln. När en ring är klar trycker tryckcylindrarna av den nya ringen för att påbörja nästa grävningstakt. Denna process möjliggör höghastighetstunneldrivning, som ofta når 10 till 15 meter per dag beroende på diameter och miljö.
Precisionsvägledning och navigering
Moderna tunnelmaskiner använder sofistikerade laserstyrningssystem och GPS för att upprätthålla en exakt bana. Operatörer övervakar maskinens position från en kontrollhytt placerad inuti TBM:n, och säkerställer att avvikelsen från den planerade inriktningen hålls inom millimeter. Denna precision är avgörande i stadsmiljöer där maskinen måste navigera mellan befintliga byggnadsfundament, tunnelbanelinjer och ledningar utan att orsaka sättningar på ytan.
Miljö- och säkerhetsfördelar med mekanisk tunneldrivning
Skiftet från manuell schaktning till TBM-teknik har drastiskt förbättrat säkerhetsstandarden inom byggbranschen. Eftersom maskinen tillhandahåller en kontinuerlig stålsköld för arbetare, är riskerna för inbrott nästan eliminerade. Dessutom minskar miljöpåverkan genom kontrollerad smutsavlägsning och minskad bullerförorening jämfört med konstruktion på ytan. Systemen med slutna kretslopp i slurry-TBM möjliggör också återvinning av borrvätskor, vilket gör processen mer hållbar för långsiktiga infrastrukturprojekt.
- Minskade ytvibrationer skyddar historiska byggnader i stadskärnor.
- Automatiserad segmentinstallation minimerar manuellt arbete i högriskzoner.
- Effektiv logistik genom användning av släputrustning säkerställer en ren arbetsplats.
