Arhitectura mecanică a TBM-urilor cu un singur scut
The Mașină de forat tunel cu un singur scut (TBM) este special conceput pentru excavarea în condiții de rocă tare în care masa de rocă este fracturată sau instabilă. Spre deosebire de tunelurile cu fascicul deschis, varianta Single Shield găzduiește întreaga sa mașinărie internă într-o înveliș de protecție cilindric de oțel. Acest scut oferă suport imediat deasupra capului și lateral, protejând atât personalul, cât și componentele de înaltă precizie de căderea resturilor sau „exploziile de piatră”. Capul de tăiere din față este echipat cu freze cu discuri rezistente, care aplică o presiune imensă pe suprafața stâncii, creând fracturi de tensiune care fac ca roca să se ciobească în fragmente ușor de gestionat.
În interiorul scutului, sistemul de propulsie se bazează pe un mecanism de împingere longitudinală. Deoarece mașina funcționează într-o configurație cu un singur scut, de obicei se împinge de pe segmentele de beton instalate anterior pentru a avansa. Această integrare a excavației și căptușelii îl face o alegere excepțional de eficientă pentru tunelurile de transport de apă pe distanțe lungi, pasajele de cale ferată și conductele de utilități unde este necesară o căptușeală de beton finisată imediat după procesul de foraj.
Dinamica operațională și secvența plictisitoare
Ciclul operațional al unui TBM cu scut simplu este un proces sincronizat de excavare și armare structurală. Ciclul începe cu faza de foraj, în care cilindrii hidraulici se extind pentru a împinge capul de tăiere în stâncă. Pe măsură ce roca este zdrobită, o serie de găleți sau linguri de pe capul de tăiere transferă gunoiul pe o bandă transportoare care trece prin centrul mașinii spre spate. Acest sistem de îndepărtare continuă asigură că fața rămâne clară pentru tăietori pentru a menține ratele optime de penetrare.
Faza de construire a inelului
Odată ce cilindrii de împingere ating extensia maximă, alezarea se oprește. Cilindrii sunt apoi retractați în grupuri mici pentru a face spațiu pentru ridicătorul de segmente. Acest braț robotizat ridică segmente prefabricate de beton și le înșurubează pentru a forma un inel complet. Acest proces este rezumat mai jos:
- Retragerea cilindrilor hidraulici de împingere împotriva ultimului inel completat.
- Amplasarea cu precizie a segmentelor prefabricate de către brațul montator cu mâner cu vid.
- Chituirea golului inelar dintre rocă și segmentul de beton pentru a asigura stabilitatea.
- Avansarea scutului prin împingerea inelului nou instalat.
Comparație tehnică: scut simplu vs. scut dublu
Alegerea TBM corectă depinde în mare măsură de rezistența la compresiune neconfinată (UCS) a rocii și de prezența zonelor de falie. În timp ce tunelurile Double Shield permit găurirea și căptușeala simultană, ele necesită piatră competentă pentru a se prinde cu pantofii lor „de prindere”. TBM-urile cu scut simplu sunt mai versatile în geologie, care variază între roci competente și zone foarte fracturate, deoarece nu se bazează pe prinderea pe pereții laterali pentru stabilitate.
| Caracteristică | TBM cu un singur scut | TBM cu scut dublu |
| Suport primar | Segmente de beton | Pantofi Gripper / Segmente |
| Adecvarea geologică | Fracturat la Stable Rock | În principal Hard Rock stabil |
| Modul plictisitor | Secvenţial (Alezare apoi Linie) | Concurente (alezaj și linie) |
| Complexitatea | Mai jos | Mai sus |
Avantaje în condiții geologice dificile
Avantajul principal al TBM Single Shield este profilul său de siguranță superior în roca „săracă”. În zonele în care roca este predispusă să se prăbușească sau unde presiunea apei este o problemă, scutul acționează ca o cocă secundară. Mașinile moderne sunt adesea echipate cu capete de tăiere „încărcate în spate”, permițând schimbarea discurilor din interiorul siguranței capului de tăiere în sine, minimizând timpul petrecut de muncitori în fața mașinii pe un teren nesprijinit.
Eficiență în gestionarea fluxului de apă
Când tunelurile prin roci dure care conțin acvifere, tunelurile cu scut simplu pot fi echipate cu etanșări și echipamente de sondare specializate. Găurind înaintea capului de tăiere, inginerii pot injecta chit pentru a stabiliza pământul și a bloca pătrunderea apei înainte ca mașina să ajungă chiar în zonă. Designul scutului permite un mediu mai controlat pentru a gestiona aceste schimbări bruște în hidrogeologie, asigurând că cronologia proiectului rămâne intactă în ciuda surprizelor subterane.
