Cum funcționează o mașină de plictisire a tunelului?

O Mașină de plictisire a tunelului (TBM) este în esență o fabrică de sine stătătoare pe șine, concepută pentru a excava tunelurile precis și eficient. Spre deosebire de metodele tradiționale de foraj și explozie, TBM-urile oferă avantaje semnificative în ceea ce privește viteza, siguranța și impactul asupra mediului.

În centrul fiecărui TBM este Cutterhead . Această roată rotativă masivă este echipată cu tăieturi cu discuri, biți de tăiere sau răzuitoare, în funcție de condițiile geologice. Pe măsură ce capul de tăietură se rotește și este împins înainte pe fața tunelului, aceste instrumente săpădă materialul. Răsfățul excavat este apoi canalizat prin deschideri în capul tăietorului către un Sistem transportor (adesea transportoare în șuruburi sau transportoare de curea) care îl transportă în spatele mașinii pentru îndepărtarea din tunel.

Componente cheie și funcțiile acestora:

• Cutterhead: Partea cea mai frontală a TBM, responsabilă de săpăturile solului. Tipul de tăietori variază:

  • Tăieri de discuri sunt folosite pentru hard rock, zdrobind stânca în timp ce se rostogolesc peste ea.

  • Tăiați biți și răzuitori sunt mai frecvente pentru solurile mai moi, tăierea și răzuirea materialului.

• Sistem de tracțiune: În spatele capului de tăietură se află cilindri hidraulici puternici care împing TBM înainte. Acești cilindri se impun de obicei împotriva segmentelor de căptușeală a tunelului instalate anterior sau împotriva prinsului care exercită presiune pe pereții tunelului.

• Scut: Acesta este principalul corp al TBM, oferind sprijin terenului excavat și protejând echipajul de lucru și utilajele de prăbușiri. Scutul găzduiește, de asemenea, diverse sisteme.

• Sistem erector: Pe măsură ce TBM avansează, instalează simultan Segmente de beton prefabricat care formează căptușeala permanentă a tunelului. Brațul erector ridică aceste segmente și le plasează exact pentru a crea un inel.

• Sistem de chiting: Odată instalat un inel de tunel, chitul este injectat în decalajul inelar dintre segmentele instalate și pământul excavat. Aceasta servește la stabilizarea solului, la transferul încărcărilor și la prevenirea intrării apei.

• Sistem de îndepărtare a mușchiului: După cum am menționat, transportoarele transportă materialul excavat („muck”) în spatele TBM, unde este încărcat pe trenuri, camioane sau alte sisteme pentru îndepărtarea din tunel.

• Sistem de orientare: TBM -urile moderne folosesc sisteme de orientare laser sofisticată, GPS și alte echipamente de supraveghere pentru a se asigura că tunelul este săpat exact de -a lungul alinierii și gradientului proiectat.

• Echipament de urmărire (sistem de rezervă): Extinzându -se în spatele scutului TBM pentru sute de metri, angrenajul de finală găzduiește sisteme de sprijin cruciale. Aceasta include transformatoare pentru energie electrică, conducte de ventilație, linii de apă și chit, camere de control și instalații de echipaj.

Tipuri de TBM:

Selecția unui tip TBM este crucială și depinde foarte mult de condițiile geologice și de prezența apelor subterane:

• TBM-uri cu față deschisă (TBMP TBMP): Ideal pentru condiții de rocă stabile. Ei avansează prin prinzarea pereților tunelului și împingând înainte.

• SHIELD TBMS: Utilizat în condiții de sol instabile în care este necesar un sprijin imediat. Scutul protejează pământul până când sunt instalate segmente.

  • Mașini de echilibru a presiunii Pământului (EPBMS): Utilizat frecvent în pământ moale, cu consistență variabilă. Acestea mențin un echilibru între presiunea solului excavat în cameră și presiunea necesară pentru susținerea feței tunelului, prevenind așezarea solului.

  • Slurry TBMS: Cele mai potrivite pentru solul sau solul foarte umed, saturat, cu presiune ridicată a apei. Pentru a sprijini fața tunelului este utilizată o suspensie sub presiune (amestec de bentonită sau polimer), iar materialul excavat este amestecat cu această suspensie și pompat.

  • TBM -uri cu un singur scut: Funcționează pe un teren coeziv unde pământul poate sta pentru o perioadă scurtă de timp înainte de instalarea de căptușeală.

  • TBM -uri cu scut dublu: Folosit în rocă fracturată sau la pământ mixt. Au două scuturi care permit săpăturile continue și erecția segmentului, ceea ce duce la rate de avans mai rapide.

Avantajele TBM -urilor:

• Viteză: TBM -urile pot obține rate de excavare semnificativ mai rapide în comparație cu metodele convenționale, în special pe distanțe lungi.

• Siguranţă: Aceștia oferă un mediu de lucru mai sigur, sprijinind imediat terenul din spatele capului de tăiere, reducând riscul de prăbușire și expunerea la condiții periculoase.

• Precizie: TBM -urile pot menține toleranțe foarte strânse, asigurându -se că tunelul este săpat la specificațiile exacte de proiectare.

• Impact asupra mediului: Ele provoacă mai puțină perturbare a suprafeței, reduc zgomotul și vibrațiile și minimizează nevoia de explozie, ceea ce le face ideale pentru zonele urbane.

• Muncă redusă: În timp ce necesită operatori calificați, TBM-urile au în general mai puțini personal la fața tunelului în comparație cu burghie.

Provocări și considerații:

• Cost: TBM -urile sunt extrem de costisitoare de achiziționat și de funcționare.

• Logistică: Transportul, asamblarea și lansarea unui TBM este o întreprindere logistică masivă.

• Condiții la sol: Modificările neașteptate în geologie, cum ar fi întâlnirea cu roci extrem de fracturate sau bolovani mari în pământ moale, pot încetini semnificativ sau opri operațiunile. Apa de intrare este o altă provocare majoră.

• Întreţinere: TBM -urile sunt mașini complexe care necesită întreținere continuă și piese de schimb specializate.

• Lungimea tunelului: TBM-urile sunt cele mai rentabile pentru tunelurile lungi, deoarece costurile inițiale de configurare sunt mari.

În concluzie, TBM -urile sunt un testament al minunatelor inginerie moderne, revoluționând modul în care tunelurile sunt construite la nivel global. Capacitatea lor de a purta prin condiții provocatoare de sol, cu precizie, viteză și siguranță îmbunătățită, le face un instrument indispensabil pentru proiectele majore de infrastructură din întreaga lume, de la sisteme de metrou până la tuneluri de alimentare cu apă și bypass de autostradă.