Funcționează o mașină de plictisire a tunelului?

Mașinile de plictisire a tunelului (TBM) sunt echipamente sofisticate care au revoluționat construcția subterană. Sunt în esență fabrici mobile concepute pentru a excava tunelurile cu perturbări minime la terenul înconjurător.

Cum funcționează TBM -urile: procesul fundamental

Funcționarea de bază a unui TBM implică mai multe etape continue:

1. Excavare: În partea din față a TBM se află un cap de tăiere masiv, rotativ. Acest disc de oțel este prevăzut cu diverse unelte de tăiere, cum ar fi tăieturile cu discuri pentru biți de rocă tare sau tăietor și răzuitoare pentru un teren mai moale. Pe măsură ce capul de tăietor se rotește, se macină, se răsturnă sau se forfecă materialul de pe fața tunelului.

2. Înlăturarea mușchiului: Materialul săpat, cunoscut sub numele de „Muck”, cade prin deschideri în capul tăietorului într -o cameră. De acolo, este de obicei transportat de un transportor cu șuruburi (pentru TBM -uri moi la sol) sau încărcat pe o serie de curele transportoare (pentru TBM -uri de rocă hard) care rulează lungimea tunelului. Acest muck este apoi îndepărtat continuu la suprafață pentru eliminare sau reciclare.

3. Aruncați și avansați: TBM este propulsat înainte de cilindri puternici de tracțiune (mufe) situate în spatele capului tăietorului. Acești cilindri se sting împotriva segmentelor de căptușeală a tunelului instalat anterior, creând forța necesară pentru a avansa capul tăietorului în pământ.

4. Instalarea căptușelii tunelului: Imediat în spatele capului tăietorului, în coaja de protecție a TBM (scutul), se află erectorul. Acest braț robotizat ridică segmente de beton prefabricate (de obicei curbate, piese trapezoidale) și le plasează meticulos pentru a forma un inel complet al căptușelii tunelului. Aceste segmente sunt fixate împreună, creând o structură puternică, etanșă și permanentă, care susține pământul și formează peretele tunelului finit.

5. Grouting: Odată instalat un inel de segmente, golul dintre exteriorul segmentelor și pământul excavat („golul de coadă”) este umplut imediat cu un chit specializat. Acest chit se solidifică, oferind suport suplimentar pentru căptușeala tunelului, prevenind așezarea solului și asigurând o potrivire strânsă.

6. Direcție și navigare: TBM -urile sunt echipate cu sisteme de orientare laser sofisticate și instrumente de supraveghere. Operatorii pot controla cu precizie direcția TBM prin reglarea tracțiunii mufelor individuale, variază viteza de rotație a capului tăietorului sau folosind articulații de articulare în cadrul mașinii. Acest lucru le permite să mențină alinierea și gradientul planificat, chiar și curbele de navigare.

7. Echipament de urmărire (sistem de rezervă): Urmează în spatele corpului principal TBM, urmează o serie de gantrie sau remorci articulate („Sistemul de rezervă”). Acest angrenaj de tragere găzduiește sisteme esențiale de asistență, inclusiv:

   • Camere de alimentare și control
   • Sisteme de ventilație
   • Transportoare de îndepărtare a mușchiului
   • Pompe de chit și plante de amestecare
   • Liniile de apă și utilitate
   • Echipamente de acces și siguranță de personal.

Tipuri de TBM și aplicațiile lor

Alegerea tipului TBM este critică și depinde foarte mult de condițiile geologice ale solului pentru a fi tunelate:

• TBM-uri hard rock (TBM-uri cu grâu deschis / TBM-uri Hard Rock Shielded): Aceste TBM-uri sunt proiectate pentru formațiuni de roci solide. Ei folosesc tăieturi de discuri care creează micro-fracturi în fața de stâncă.

  • TBM-uri cu gunoi deschis: avansați prin prinderea pereților tunelului (rocă) cu tampoane de prindere.
  • TBM -uri hard rock ecranate: utilizate atunci când condițiile de rocă sunt fracturate sau mixte, oferind suport la sol complet cu un scut și de multe ori instalarea unei căptușeli de segment.

• TBM -uri de echilibru al presiunii pământului (EPB): Ideal pentru soluri moi, coezive (argilă, silt, nisip) care pot sta fără sprijin pentru o perioadă scurtă. Un TBM EPB folosește materialul săpat în sine pentru a crea un „tort de mușchi” care aplică presiunea pe fața tunelului, echilibrând presiunea la sol înconjurătoare. Un transportor cu șurub reglează îndepărtarea MUCK, menținând în același timp acest echilibru.

• Slurry TBMS: Cel mai potrivit pentru solurile libere, purtătoare de apă (nisipuri, pietrișuri, pământ saturat). Într-un TBM cu suspensie, capul tăietorului funcționează într-o cameră plină de suspină. Suspensia stabilizează fața tunelului și transportă materialul excavat la suprafață prin conducte, unde este procesat pentru a separa solidele de lichid.

• TBM -uri mixte la sol (TBM -uri cu densitate variabilă): Acestea sunt mașini versatile care se pot adapta la condiții diferite de la sol, combinând uneori caracteristicile EPB și TBM -uri Slurry. Aceștia pot regla parametrii precum presiunea feței și ratele de îndepărtare a mușchiului pentru a se potrivi cu schimbarea proprietăților solului întâlnite.

• Mașini de jacking de țeavă (microtunneling TBMS): Versiuni mai mici de TBM, adesea controlate la distanță, utilizate pentru instalarea conductelor sau a conductelor de utilitate mai mici. Acestea împing conductele direct în spatele capului tăietorului.

Avantajele utilizării TBM -urilor

• Viteză și eficiență: TBM -urile pot purta continuu și, în general, să excaveze tunelurile mult mai repede decât metodele convenționale precum forajul și explozia.
• Siguranţă: Scutul închis al TBM oferă un mediu de lucru mai sigur pentru personal, protejându -i de prăbușiri și de intrare a apelor subterane.
• Perturbare minimă a suprafeței: Pe măsură ce operează în subteran, TBM -urile reduc semnificativ perturbarea infrastructurii de suprafață, traficului și comunităților, ceea ce le face ideale pentru zonele urbane.
• Impactul redus al mediului: Niveluri de vibrație mai scăzute și mai puțin zgomot în comparație cu explozia, cu mai puține grămezi de praf la suprafață.
• Forma constantă a tunelului: TBM -urile produc o forajă netedă, circulară, care reduce adesea cantitatea de căptușeală secundară necesară.
• Automatizare: Multe funcții TBM sunt automatizate, ceea ce duce la performanțe constante și la o forță de muncă manuală redusă.

Proiecte notabile TBM

TBM -urile au contribuit la construirea unora dintre cele mai impresionante proiecte de infrastructură din lume, inclusiv:

• Tunel de canal (Eurotunnel): Conectarea Marea Britanie și Franța sub canalul englez.
• Tunelul de bază Gotthard: Cel mai lung tunel feroviar din lume, care trece prin Alpi în Elveția.
• Crossrail (Elizabeth Line) la Londra: Un sistem feroviar masiv subteran.
• Second Avenue Subway din New York: Extinderea rețelei de metrou.
• Tunelul SR 99 din Seattle (Bertha): Un tunel de autostradă cu diametru mare.

În concluzie, TBM -urile sunt minuni de inginerie care au transformat modul în care construim în subteran. Eficiența, siguranța și capacitatea lor de a gestiona condiții geologice diverse le fac instrumente indispensabile pentru crearea arterelor ascunse vitale ale societății moderne.