Mașini de plictisire a tunelului (TBM) sunt minuni moderne de inginerie, revoluționând construcția subterană prin săparea tunelurilor prin diferite condiții geologice, de la cele mai moi soluri până la cele mai grele formațiuni de roci. Spre deosebire de metodele tradiționale de foraj și explozie, TBM-urile oferă un proces de tunelare continuu, mai sigur și adesea mai rapid. Nucleul funcționării lor se află într -un cap de tăietură rotativ echipat cu instrumente de tăiere specializate, concepute pentru a interacționa și a descompune pământul înainte.
Principiul fundamental: săpătură rotativă
La cel mai de bază, un TBM să excaveze rotind un cap de tăietor circular pe fața tunelului în timp ce se aplică simultan semnificativ forță de tracțiune pentru a -l împinge înainte. Tipul de instrumente de tăiere și metoda de gestionare a materialului săpate (adesea numit „muck”) variază foarte mult în funcție de condițiile de sol.
Săpături în hard rock
În formațiunile hard rock, TBM -urile utilizează Tăieri de discuri montat pe capul tăietorului. Aceste tăieturi de discuri nu sunt concepute pentru a „macina” stânca, ci mai degrabă pentru a induce fracturi de stres. Pe măsură ce capul de tăietură se rotește și TBM este propulsat înainte, tăieturile de discuri din oțel întărit sau tungsten exercită un imens stres de compresie pe fața de stâncă. Acest stres face ca roca să fie fractură și se îndepărtează din corpul principal din fața mașinii.
„Muck” produs, de obicei sub formă de jetoane și fragmente de stâncă, apoi cade prin deschideri în capul tăietorului și pe un Sistem transportor În cadrul TBM. Acest sistem transportă materialul excavat prin mașină și din tunel pentru eliminare. TBM -urile hard rock pot fi fie tip deschis (fără un scut complet, permițând sprijinul imediat al rockului în spatele capului de tăiere) sau protejat (oferind sprijin temporar pereților tunelului, în special în roca fracturată). Pentru a avansa, TBM -urile hard rock folosesc adesea un Sistem Gripper Acest lucru se împinge împotriva pereților laterali ai tunelului deja excavat, oferind forța de reacție necesară pentru tracțiunea înainte.
Săpături în teren moale
Excavarea prin pământ moale, care include argilă, silt, nisip și pietriș, prezintă provocări diferite, în principal legate de menținerea stabilității feței și prevenirea prăbușirii solului. Pentru a aborda acest lucru, sunt angajați TBM -uri specializate:
Mașini de echilibru a presiunii terestre (EPB)
TBM -urile EPB sunt utilizate în mod obișnuit în motive moi coezive. Capul lor de tăiere este echipat cu o combinație de Tungsten carbură de tăiere, picturi de tracțiune și uneori tăieturi de discuri (Pentru un teren mixt cu câteva incluziuni mai dure). Cheia funcționării unui EPB este capacitatea sa de a Echilibrați presiunea la fața tunelului folosind materialul excavat în sine.
Capul tăietorului se rotește și săpăm solul, care intră apoi Camera de lucru în spatele capului de tăiere. O Transportor cu șurub În partea din spate a acestei camere controlează viteza cu care se îndepărtează mușchiul. Prin reglarea cu atenție a vitezei de rotație a capului tăietorului și a vitezei de descărcare a transportorului cu șuruburi, presiunea din cameră poate fi controlată precis, permițând solului săpate să acționeze ca un mediu de sprijin, stabilizând astfel fața tunelului și prevenind așezarea la suprafață. Aditivi precum spuma pot fi injectați în sol pentru a -și îmbunătăți fluxul și pentru a -și reduce lipsa, împiedicând înfundarea capului tăietorului și a transportorului.
Slurry Shield TBMS
TBM -urile cu scuturi de suspensie sunt cele mai potrivite pentru solurile granulare extrem de saturate sau instabile, în special pentru cele cu presiune ridicată a apei subterane. În loc să se bazeze exclusiv pe materialul excavat pentru suport pentru față, aceste TBM -uri folosesc un Slurry sub presiune (un amestec de apă și argilă bentonită) pentru a stabiliza fața de săpătură.
Capul tăietorului, adesea echipat cu unelte de tăiere similare cu EPBS, săpădă pământul, care apoi se amestecă cu suspensia sub presiune în Camera de săpături . Acest amestec de mușchi de nămol este apoi pompat din tunel la un Planta de separare la suprafață. La plantă, materialul excavat este separat de suspensie, care este apoi tratat și reciclat înapoi la TBM. Circulația continuă a suspensiei sub presiune asigură că presiunea hidrostatică de pe fața tunelului este echilibrată împotriva presiunii externe și a apei, prevenind intrarea în apă și instabilitatea solului.
Împingeți și avansați
Indiferent de condițiile de sol, toate TBM -urile necesită un mecanism care să se propulseze înainte. Acest lucru este de obicei obținut prin Cilindri de tracțiune hidraulică . Acești cilindri împing împotriva căptușelii tunelului instalat (segmente prefabricate de beton sau shotcrete) sau, în cazul TBM -urilor Gripper, direct împotriva rocii săpate, conducând capul tăietorului în fața tunelului. Pe măsură ce mașina avansează, segmentele noi de căptușeală a tunelului sunt ridicate în spatele scutului, formând structura permanentă a tunelului.
În esență, TBM -urile sunt fabrici subterane sofisticate, săpăt continuu și susțin tunelul pe măsură ce avansează, ceea ce le face instrumente indispensabile pentru dezvoltarea modernă a infrastructurii.
