Tunnel saaie machines (TBM's) zijn geavanceerde apparaten die een revolutie teweeg hebben gebracht in de ondergrondse constructie. Het zijn in wezen mobiele fabrieken die zijn ontworpen om tunnels op te graven met minimale verstoring van de omliggende grond.
Hoe TBMS werkt: het fundamentele proces
De kernbewerking van een TBM omvat verschillende continue stappen:
-
Opgraving: Helemaal aan de voorkant van de TBM is een enorme, roterende snijkop. Deze stalen schijf is uitgerust met verschillende snijgereedschap, zoals schijfsnijders voor hard rots of snijbits en schrapers voor zachtere grond. Terwijl de snijkop roteert, maalt, schrapt of schuift het materiaal aan het tunnelgezicht.
-
Muckverwijdering: Het opgegraven materiaal, bekend als "Muck", valt door openingen in de snijkop in een kamer. Van daaruit wordt het meestal getransporteerd door een schroeftransporteur (voor zachte grond TBM's) of geladen op een reeks transportbanden (voor harde rots TBM's) die de lengte van de tunnel lopen. Deze modder wordt vervolgens continu naar het oppervlak verwijderd voor verwijdering of recycling.
-
Stuwkracht en vooruitgang: De TBM wordt naar voren gebracht door krachtige stuwkrachtcilinders (jacks) achter de snijkop. Deze cilinders duwen af tegen de eerder geïnstalleerde tunnelbekleding segmenten, waardoor de nodige kracht ontstaat om de snijkop in de grond te bevorderen.
-
Tunnel voering installatie: Direct achter de snijkop, in de beschermende schaal van de TBM (het schild), ligt de erector. Deze robotarm pakt geprefabriceerde betonnen segmenten op (meestal gebogen, trapeziumvormige stukken) en plaatst ze nauwgezet om een complete ring van de tunnelvoering te vormen. Deze segmenten worden aan elkaar vastgebout, waardoor een sterke, waterdichte en permanente structuur ontstaat die de grond ondersteunt en de afgewerkte tunnelwand vormt.
-
Bruteling: Zodra een ring van segmenten is geïnstalleerd, wordt de leegte tussen de buitenkant van de segmenten en de uitgegraven grond (de "staart leeg") onmiddellijk gevuld met een gespecialiseerde mortel. Deze voeg stolt, biedt extra ondersteuning aan de tunnelvoering, het voorkomen van grondregeling en het waarborgen van een strakke pasvorm.
-
Stuur en navigatie: TBM's zijn uitgerust met geavanceerde lasergeleidingssystemen en onderzoeksinstrumenten. Operators kunnen precies de richting van de TBM regelen door de stuwkracht van individuele aansluitingen aan te passen, de rotatiesnelheid van de snijkop te variëren of articulatievoegen in de machine te gebruiken. Hierdoor kunnen ze de geplande afstemming en gradiënt handhaven, zelfs door curven te navigeren.
-
Trailing-uitrusting (back-upsysteem): Achter het belangrijkste TBM-lichaam volgt een reeks gearticuleerde gantries of trailers (het "back-up systeem"). Deze achterblijvende uitrusting herbergt essentiële ondersteuningssystemen, waaronder:
- Voeding en controlekamers
- Ventilatiesystemen
- Muckverwijderingstransporteurs
- Groutpompen en mengplanten
- Water- en utility -lijnen
- Personeelstoegang en veiligheidsuitrusting.
Soorten TBM's en hun toepassingen
De keuze van het TBM -type is van cruciaal belang en hangt sterk af van de geologische omstandigheden van de grond die moet worden getunneld:
-
Hard Rock TBMS (Open-Gripper TBMS / afgeschermde Hard Rock TBMS): deze TBM's zijn ontworpen voor solide rotsformaties. Ze gebruiken schijfsnijders die micro-fracturen in de rotswand creëren.
- Open-gipper TBMS: vooruit door te gaan tegen de tunnelwanden (rots) met grijperpads.
- Afgeschermde hard rock TBMS: gebruikt wanneer rotsomstandigheden zijn gebroken of gemengd, wat volledige grondondersteuning biedt met een schild en vaak een segmentvoering installeert.
-
Aarddrukbalans (EPB) TBMS: Ideaal voor zachte, samenhangende bodems (klei, slib, zand) die voor een korte periode zonder ondersteuning kunnen staan. Een EPB TBM gebruikt het uitgegraven materiaal zelf om een "muck cake" te creëren die druk op het tunnelgezicht uitoefent, waardoor de omringende gronddruk in evenwicht komt. Een schroeftransporteur regelt de verwijdering van de modder met behoud van deze balans.
-
Surry TBMS: Het meest geschikt voor losse, waterhoudende bodems (zand, grind, verzadigde grond). In een slurry TBM werkt de snijkop in een met druk gevulde met slurry gevulde kamer. De slurry stabiliseert het tunnelvlak en transporteert het uitgegraven materiaal naar het oppervlak door pijpen, waar het wordt verwerkt om de vaste stoffen van de vloeistof te scheiden.
-
Gemengde grond TBM's (variabele dichtheid TBMS): Dit zijn veelzijdige machines die zich kunnen aanpassen aan verschillende grondomstandigheden, waarbij soms functies van EPB en slurry TBM's worden gecombineerd. Ze kunnen parameters aanpassen zoals gezichtsdruk en mestverwijderingssnelheden om te voldoen aan de veranderende bodemeigenschappen.
-
Pijpaanjackmachines (Microtunneling TBMS): Kleinere versies van TBM's, vaak op afstand gecontroleerd, gebruikt voor het installeren van pijpleidingen of kleinere utility-leidingen. Ze duwen pijpen direct achter de snijkop.
Voordelen van het gebruik van TBMS
- Snelheid en efficiëntie: TBM's kunnen continu vervelen en in het algemeen tunnels veel sneller opgraven dan conventionele methoden zoals boren en stralen.
- Veiligheid: Het ingesloten schild van de TBM biedt een veiligere werkomgeving voor personeel, waardoor ze worden beschermd tegen instortingen en inkomende grondwater.
- Minimale oppervlaktestoornissen: Terwijl ze ondergronds werken, verminderen TBMS de verstoring van de oppervlakte -infrastructuur, het verkeer en de gemeenschappen aanzienlijk, waardoor ze ideaal zijn voor stedelijke gebieden.
- Verminderde milieu -impact: Lagere trillingsniveaus en minder geluid in vergelijking met stralen, met minder buitpalen aan de oppervlakte.
- Consistente tunnelvorm: TBM's produceren een gladde, cirkelvormige tunnelboring, die vaak de benodigde hoeveelheid secundaire voering vermindert.
- Automatisering: veel TBM -functies zijn geautomatiseerd, wat leidt tot consistente prestaties en verminderde handarbeid.
Opmerkelijke TBM -projecten
TBM's hebben een belangrijke rol gespeeld bij het bouwen van enkele van 's werelds meest indrukwekkende infrastructuurprojecten, waaronder:
- Kanaaltunnel (Eurotunnel): Het VK en Frankrijk verbinden onder het Engelse kanaal.
- Gotthard Base Tunnel: 'S Werelds langste spoorwegtunnel, die door de Alpen in Zwitserland loopt.
- Crossrail (Elizabeth Line) in Londen: Een enorm ondergronds spoorwegsysteem.
- Second Avenue Subway in New York City: Het metronetwerk uitbreiden.
- SR 99 Tunnel van Seattle (Bertha): Een snelwegtunnel met grote diameter.
Concluderend zijn TBM's engineering wonderen die de manier waarop we ondergronds bouwen hebben getransformeerd. Hun efficiëntie, veiligheid en het vermogen om verschillende geologische omstandigheden aan te kunnen, maken ze onmisbare hulpmiddelen voor het creëren van de vitale verborgen slagaders van de moderne samenleving.
