Tunnel saaie machines (TBMS) zijn moderne wonderen van engineering, revolutionering van ondergrondse constructie door tunnels te graven door verschillende geologische omstandigheden, van de zachtste bodem tot de moeilijkste rotsformaties. In tegenstelling tot traditionele boor-en-blastmethoden, bieden TBMS een continu, veiliger en vaak sneller tunnelproces. De kern van hun werking ligt in een roterende snijhoofd die is uitgerust met gespecialiseerde snijgereedschap, ontworpen om te communiceren met en de grond voor de grond af te breken.
Het fundamentele principe: roterende opgraving
Op zijn meest elementaire, graaft een TBM door Roteren van een cirkelvormige snijhoofd tegen het tunnelgezicht terwijl tegelijkertijd aanzienlijk toepassen stuwkracht Om het vooruit te duwen. Het type snijgereedschap en de methode voor het beheren van het uitgegraven materiaal (vaak "muck" genoemd) variëren sterk, afhankelijk van de grondomstandigheden.
Opgraving in hard rock
In harde rotsformaties gebruiken TBMS schijfsnijders gemonteerd op de snijhead. Deze schijfsnijders zijn niet ontworpen om de rots weg te "weg", maar eerder om stressfracturen te induceren. Terwijl de snijhead roteert en de TBM naar voren wordt voortgestuwd, oefenen de geharde stalen of wolfraamcarbide -schijfsnijders enorme drukspanning uit op de rotswand. Deze stress zorgt ervoor dat de rots breuk en chip weg van het hoofdlichaam voor de machine.
De "muck" geproduceerd, meestal in de vorm van rotschips en fragmenten, valt vervolgens door openingen in de snijder en op een transportsysteem binnen de TBM. Dit systeem transporteert het opgegraven materiaal door de machine en uit de tunnel voor verwijdering. Harde rots TBM's kunnen ook zijn open type (zonder een volledig schild, waardoor onmiddellijke rotsondersteuning achter de snijhoofd kan) of afgeschermd (Tijdelijke ondersteuning bieden aan de tunnelwanden, met name in gebroken gesteente). Om verder te gaan, gebruiken hard rock TBM's vaak een grijpersysteem Dat duwt tegen de zijwanden van de reeds uitgegraven tunnel, waardoor de nodige reactiekracht wordt voorgesproken voor voorwaartse stuwkracht.
Opgraving in zachte grond
Opgraven door zachte grond, waaronder klei, slib, zand en grind, presenteert verschillende uitdagingen, voornamelijk gerelateerd aan het handhaven van de gezichtsstabiliteit en het voorkomen van grondinval. Om dit aan te pakken, worden gespecialiseerde TBM's gebruikt:
Aarddrukbalans (EPB) machines
EPB TBM's worden vaak gebruikt in samenhangende zachte gronden. Hun snijhead is uitgerust met een combinatie van Tungsten carbide snijdende stukjes, sleepkeuzes en soms schijfsnijders (voor gemengde grond met enkele hardere insluitsels). De sleutel tot de werking van een EPB is het vermogen Breng de druk in evenwicht aan het tunnelvlak met behulp van het opgegraven materiaal zelf.
De snijhead roteert en graaft de grond op, die vervolgens een werkkamer Achter de snijhead. A schroeftransporteur Aan de achterkant van deze kamer regelt de snelheid waarmee de stelling wordt verwijderd. Door de rotatiesnelheid van de snijsnelheid en de afvoersnelheid van de schroeftransporteur zorgvuldig te reguleren, kan de druk in de kamer nauwkeurig worden geregeld, waardoor de uitgegraven grond kan fungeren als een ondersteuningsmedium, waardoor het tunnelgezicht wordt gestabiliseerd en de afwikkeling aan de oppervlakte wordt voorkomen. Additieven zoals schuim kunnen in de grond worden geïnjecteerd om de stroombaarheid te verbeteren en zijn plakkerigheid te verminderen, waardoor het verstoppen van de snijhoofd en transportband wordt voorkomen.
Surry Shield TBMS
Surry Shield TBM's zijn het meest geschikt voor zeer verzadigde of onstabiele korrelige bodems, met name die met hoge grondwaterdruk. In plaats van alleen te vertrouwen op het opgegraven materiaal voor gezichtsondersteuning, gebruiken deze TBM's een onderdrukte slurry (een mengsel van water en bentonietklei) om het opgravingsgezicht te stabiliseren.
De snijhead, vaak uitgerust met snijgereedschap vergelijkbaar met EPBS, graaft de grond uit, die zich vervolgens mengt met de onder druk gezet slurry in de uitgravingskamer . Dit maksel van het mus-muck wordt vervolgens uit de tunnel gepompt naar een scheidingsinstallatie op het oppervlak. Bij de plant wordt het uitgegraven materiaal gescheiden van de slurry, die vervolgens wordt behandeld en teruggebracht naar de TBM. De continue circulatie van de onderdrukte slurry zorgt ervoor dat de hydrostatische druk bij het tunnelvlak in evenwicht is tegen de externe grond en waterdruk, waardoor het binnendringen van water en grondinstabiliteit voorkomen.
Stuwkracht en vooruitgang
Ongeacht de grondomstandigheden vereisen alle TBM's een mechanisme om zichzelf vooruit te stuwen. Dit wordt meestal bereikt door hydraulische stuwkrachtcilinders . Deze cilinders duwen tegen de geïnstalleerde tunnelvoering (geprefabriceerde betonnen segmenten of shotcrete) of, in het geval van grijper -TBM's, direct tegen de uitgegraven gesteente, die de snijder in het tunnelgezicht drijft. Naarmate de machine vordert, worden nieuwe tunnel voeringsegmenten achter het schild gebouwd, waardoor de permanente tunnelstructuur wordt gevormd.
In wezen zijn TBM's geavanceerde ondergrondse fabrieken, die de tunnel continu graven en ondersteunen terwijl ze verder gaan, waardoor ze onmisbare hulpmiddelen zijn voor moderne infrastructuurontwikkeling.
