Cum funcționează de fapt o mașină de tunel la sute de metri sub pământ?

Anatomia și ingineria mașinilor de forat tuneluri

A Mașină de forat tunel (TBM), denumită adesea „aluniță mecanică”, este o piesă sofisticată de echipament greu concepută pentru a excava tuneluri cu o secțiune transversală circulară prin diferite straturi de sol și roci. Spre deosebire de metodele tradiționale de foraj și sablare, tunelurile oferă avantajul de a limita perturbațiile la solul înconjurător și de a produce un perete neted al tunelului. Mașina constă dintr-un cap de tăiere rotativ care sparge suprafața rocii sau a solului, un sistem de împingere pentru a împinge mașina înainte și un angrenaj care facilitează îndepărtarea noroiului și instalarea de căptușeli permanente de tunel.

Componentele de bază ale unui TBM

• Cap de tăiere: Discul frontal echipat cu freze din carbură de tungsten sau cu freze cu disc concepute pentru a măcina prin formațiuni geologice.
• Scut: Un cilindru de oțel de protecție care împiedică pământul din jur să se prăbușească în mașină în timpul instalării căptușelii tunelului.
• Cilindri de tracțiune: Cricuri hidraulice care presează pe segmentele de beton instalate anterior pentru a propulsa mașina înainte.
• Sistem transportor: Un transportor cu bandă sau șurub care transportă materialul excavat (noroi) din partea din față a mașinii în spate pentru eliminare.

Tipuri TBM specializate pentru diverse condiții geologice

Alegerea mașinii de tunel potrivită depinde în mare măsură de condițiile solului, cum ar fi rocă tare, argilă moale sau nisip cu apă. Inginerii trebuie să efectueze studii geologice ample înainte de a pune în funcțiune un TBM construit la comandă. De exemplu, mașinile Balanța presiunii pământului (EPB) sunt ideale pentru sol moale, coeziv, în timp ce tunelurile Slurry Shield sunt mai potrivite pentru teren instabil cu presiune hidrostatică ridicată.

Ciclul operațional al excavației subterane

Funcționarea unui TBM este un ciclu continuu de excavare și căptușeală. Pe măsură ce capul de tăiere se rotește și mașina avansează, segmentele de beton prefabricate sunt ridicate în poziție de un braț de ridicare cu vid în partea din spate a scutului. Aceste segmente sunt prinse împreună pentru a forma un inel complet, care devine structura permanentă a tunelului. Odată ce un inel este finalizat, cilindrii de tracțiune împing noul inel pentru a începe următoarea cursă de excavare. Acest proces permite realizarea de tuneluri de mare viteză, ajungând adesea la 10 până la 15 metri pe zi, în funcție de diametru și mediu.

Ghidare și navigare de precizie

Mașinile moderne de tunel utilizează sisteme sofisticate de ghidare cu laser și GPS pentru a menține o traiectorie precisă. Operatorii monitorizează poziția mașinii dintr-o cabină de comandă situată în interiorul TBM, asigurându-se că abaterea de la aliniamentul planificat este păstrată în milimetri. Această precizie este critică în mediile urbane în care mașina trebuie să navigheze între fundațiile clădirilor existente, liniile de metrou și țevile de utilități fără a provoca tasarea la suprafață.

Avantajele de mediu și de siguranță ale tunelurilor mecanice

Trecerea de la excavarea manuală la tehnologia TBM a îmbunătățit drastic standardele de siguranță în industria construcțiilor. Deoarece mașina oferă un scut continuu de oțel pentru lucrători, riscurile de prăbușire sunt aproape eliminate. În plus, impactul asupra mediului este redus prin îndepărtarea controlată a noroiului și reducerea poluării fonice în comparație cu construcția la nivel de suprafață. Sistemele în buclă închisă din TBM-urile Slurry permit, de asemenea, reciclarea fluidelor de foraj, făcând procesul mai durabil pentru proiectele de infrastructură pe termen lung.

• Vibrația redusă a suprafeței protejează clădirile istorice din centrele orașelor.
• Instalarea automată a segmentelor minimizează munca manuală în zonele cu risc ridicat.
• Logistica eficientă prin utilizarea echipamentului de remorcare asigură un șantier de lucru curat.