Den Tunnelborrningsmaskin ( TBM ), ofta bara kallad en "mullvad", representerar en av de viktigaste framstegen inom civil- och geoteknik. Dessa massiva, sofistikerade maskiner har revolutionerat konstruktionen av underjordisk infrastruktur, vilket möjliggör skapandet av tunnlar för transporter, verktyg och gruvdrift med oöverträffad hastighet, precision och säkerhet.
Mekanism och kärnkomponenter
En tunnelborrningsmaskin är i huvudsak en komplett mobil fabrik designad för att gräva ut en tunnelyta och samtidigt installera ett tillfälligt eller permanent stödsystem. En TBM består i allmänhet av tre primära sektioner:
-
Skärhuvud (ansiktet):
- Detta är det främre, roterande elementet, utrustat med olika skärverktyg – som skivskärare för hårt berg eller en kombination av skärbitar och draghakar för mjukare underlag.
- Den cutter head rotates and is thrust forward by hydraulic jacks, crushing or scraping the rock and soil at the tunnel face.
-
Sköld och kropp (mitten):
- Den sköld är ett stort cylindriskt stålhölje direkt bakom skärhuvudet. Den ger omedelbart strukturellt stöd till de nygrävda tunnelväggarna, skyddar maskinen och arbetarna inuti från lös mark tills den permanenta tunnelbeklädnaden är installerad.
- Den dragkraftssystem , sammansatt av kraftfulla hydrauliska domkrafter, pressar mot det senast installerade tunnelbeklädnadssegmentet för att föra fram maskinen.
-
Trailing Gear (The Rear):
- Denna sektion, som kan sträcka sig över hundra meter i längd, rymmer den nödvändiga stödutrustningen.
- Det inkluderar smutsborttagningssystem (transportband eller slurryrör) för att effektivt transportera det schaktade materialet ("muck") ut ur tunneln, styr- och kraftsystem, ventilationsutrustning och det avgörande segmentupprättare som exakt placerar de prefabricerade betongsegmenten som bildar den permanenta tunnelbeklädnaden.
Klassificering och typer av TBM
Val av TBM är ett avgörande beslut i alla projekt, mycket beroende på de specifika geologiska förhållandena och grundvattentrycket. TBM:er är brett kategoriserade baserat på marken de är designade att ta sig igenom:
1. Hard Rock TBMs
- Open-Type / Gripper TBM:er: Används i stabila, hårda bergsförhållanden som kan försörja sig under en kort period utan omedelbar foder. De använder hydraulik gripare för att förankras mot tunnelväggarna, vilket gör att maskinen kan reagera framåt från skärhuvudet.
- Single Shield TBM:er: Används i sprucket eller mindre stabilt hårt berg. De installerar betongbeklädnadssegmenten direkt bakom skölden och trycker framåt genom att trycka bort det färdiga fodret.
- 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) TBM:er: Idealisk för sammanhängande, mjuk mark. De bibehåller stabiliteten genom att använda det utgrävda materialet (muck) i en tryckkammare vid skärytan. En skruvtransportör styr hastigheten för borttagning av smuts för att exakt balansera jord- och vattentrycket framför maskinen.
- Slurry Shield TBM (Hydroshield): Används i granulära jordar eller under högt vattentryck. De stabiliserar ansiktet genom att injicera en trycksatt bentonitslurry, som bildar en filterkaka för att täta marken. Det schaktade materialet blandas med slurryn och pumpas ut till en separeringsanläggning på ytan.
Fördelar jämfört med konventionella metoder
Den global adoption of the Tunnelborrningsmaskin drivs av flera betydande fördelar jämfört med den traditionella "borra-och-spränga"-metoden:
- Förbättrad säkerhet: Eliminerar användningen av explosiva ämnen, vilket drastiskt minskar riskerna för personalen.
- Minimal ytstörning: Verksamheten sker främst under jord, vilket minimerar buller, vibrationer och störningar – en stor fördel i stadsområden.
- Ökad hastighet och effektivitet: TBM:er tillhandahåller en kontinuerlig tunnelprocess, som ofta uppnår betydligt högre framstegshastigheter än borrning och sprängning.
- Precision: Moderna TBM:er styrs av sofistikerade laser- eller navigationssystem, vilket säkerställer hög inriktningsnoggrannhet.
- Minskad övergrävning: Den TBM bores a precise circular tunnel, reducing the amount of spoil (muck) generated and the volume of lining material required.
Sammanfattningsvis Tunnelborrningsmaskin är ett oumbärligt verktyg för utveckling av 2000-talets infrastruktur. När stadsbefolkningen växer och behovet av komplex långdistansinfrastruktur som höghastighetstågstunnlar och stora allmännyttiga nätverk ökar, kommer TBM:s roll som ett tekniskt underverk bara att bli viktigare.
