De Tunnelboormachine ( TBM ), vaak simpelweg een ‘mol’ genoemd, vertegenwoordigt een van de belangrijkste ontwikkelingen in de civiele en geotechnische techniek. Deze enorme, geavanceerde machines hebben een revolutie teweeggebracht in de aanleg van ondergrondse infrastructuur, waardoor tunnels voor transport, nutsvoorzieningen en mijnbouw met ongekende snelheid, precisie en veiligheid kunnen worden aangelegd.
Mechanisme en kerncomponenten
Een tunnelboormachine is in wezen een complete mobiele fabriek die is ontworpen om een tunnelvlak uit te graven en tegelijkertijd een tijdelijk of permanent ondersteuningssysteem te installeren. Een TBM bestaat doorgaans uit drie primaire secties:
-
Snijkop (het gezicht):
- Dit is het meest voorste, roterende element, uitgerust met verschillende snijgereedschappen, zoals schijfmessen voor harde rotsen of een combinatie van freesbits en sleephaken voor zachtere grond.
- De cutter head rotates and is thrust forward by hydraulic jacks, crushing or scraping the rock and soil at the tunnel face.
-
Schild en lichaam (het midden):
- De schild is een grote, cilindrische stalen behuizing direct achter de snijkop. Het biedt onmiddellijke structurele ondersteuning aan de pas uitgegraven tunnelwanden en beschermt de machine en de werknemers binnenin tegen losse grond totdat de permanente tunnelbekleding is geïnstalleerd.
- De stuwkracht systeem , bestaande uit krachtige hydraulische vijzels, drukt tegen het laatst geïnstalleerde tunnelbekledingssegment om de machine voort te bewegen.
-
Achteruitrusting (de achterkant):
- Dit gedeelte, dat zich over een lengte van meer dan honderd meter kan uitstrekken, herbergt de essentiële ondersteunende uitrusting.
- Het omvat de systeem voor het verwijderen van vuil (transportbanden of mestbuizen) om het uitgegraven materiaal (“mest”) efficiënt uit de tunnel te transporteren, controle- en energiesystemen, ventilatieapparatuur en de cruciale segmentoprichter die nauwkeurig de prefab betonsegmenten plaatst die de permanente tunnelbekleding vormen.
Classificatie en soorten TBM's
De selectie van TBM's is een cruciale beslissing in elk project, sterk afhankelijk van de specifieke geologische omstandigheden en grondwaterdruk. TBM's worden grofweg gecategoriseerd op basis van de grond waarvoor ze zijn ontworpen:
1. Hardrock-TBM's
- Open type / grijper-TBM's: Gebruikt in stabiele, harde rotsomstandigheden die zichzelf voor een korte periode kunnen ondersteunen zonder onmiddellijke voering. Ze gebruiken hydrauliek grijpers om tegen de tunnelwanden te verankeren, waardoor de machine kan reageren op de voorwaartse kracht van de snijkop.
- Single Shield TBM's: Gebruikt in gebroken of minder stabiel hard gesteente. Ze installeren de betonnen bekledingssegmenten direct achter het schild en duwen naar voren door de voltooide bekleding af te duwen.
- Double Shield TBM's: De most versatile hard rock machines. They feature two telescoping shields and a gripping system, allowing them to install the lining simultaneously while excavating (continuous tunneling) when in stable rock, or operate in alternating modes when conditions are unstable.
2. TBM's voor zachte grond (Shield Machines)
Dese machines incorporate methods to actively balance the pressure at the tunnel face, crucial for preventing ground collapse or water ingress in soft soils (like sand, clay, and silt).
- Earth Pressure Balance (EPB) TBM's: Ideaal voor samenhangende, zachte grond. Ze behouden de stabiliteit door het uitgegraven materiaal (mest) te gebruiken in een drukkamer aan het snijvlak. Een schroeftransporteur regelt de snelheid waarmee de mest wordt verwijderd, zodat de aarde- en waterdruk vóór de machine nauwkeurig in evenwicht zijn.
- Slurry Shield TBM's (Hydroshield): Gebruikt in korrelige bodems of onder hoge waterdruk. Ze stabiliseren het oppervlak door een bentonietslurry onder druk te injecteren, die een filterkoek vormt om de grond af te dichten. Het uitgegraven materiaal wordt vermengd met de slurry en naar een scheidingsinstallatie aan de oppervlakte gepompt.
Voordelen ten opzichte van conventionele methoden
De global adoption of the Tunnelboormachine wordt gedreven door een aantal belangrijke voordelen vergeleken met de traditionele ‘drill-and-blast’-methode:
- Verbeterde veiligheid: Elimineert het gebruik van explosieven, waardoor de risico's voor het personeel drastisch worden verminderd.
- Minimale oppervlakteverstoring: De activiteiten vinden voornamelijk ondergronds plaats, waardoor lawaai, trillingen en verstoring tot een minimum worden beperkt – een groot voordeel in stedelijke gebieden.
- Verhoogde snelheid en efficiëntie: TBM's bieden een continu tunnelproces, waarbij vaak aanzienlijk hogere voortgangssnelheden worden bereikt dan bij boren en stralen.
- Precisie: Moderne TBM's worden geleid door geavanceerde laser- of navigatiesystemen, waardoor een hoge uitlijningsnauwkeurigheid wordt gegarandeerd.
- Verminderde overmatige uitgraving: De TBM bores a precise circular tunnel, reducing the amount of spoil (muck) generated and the volume of lining material required.
Concluderend: de Tunnelboormachine is een onmisbaar instrument voor de ontwikkeling van de infrastructuur in de 21e eeuw. Naarmate de stedelijke bevolking groeit en de behoefte aan complexe langeafstandsinfrastructuur zoals hogesnelheidsspoortunnels en uitgebreide nutsnetwerken toeneemt, zal de rol van de TBM als technisch wonder alleen maar belangrijker worden.
