De mechanische architectuur van Enkel schild TBM's
De Tunnelboormachine met enkel schild (TBM) is speciaal ontworpen voor uitgravingen in harde rotsomstandigheden waarbij de rotsmassa gebroken of onstabiel is. In tegenstelling tot TBM's met open balken herbergt de Single Shield-variant de volledige interne machinerie in een beschermende cilindrische stalen huid. Dit schild biedt onmiddellijke ondersteuning boven het hoofd en aan de zijkant, waardoor zowel het personeel als de uiterst nauwkeurige componenten worden beschermd tegen vallend puin of "steenuitbarstingen". De snijkop aan de voorkant is uitgerust met zware schijfmessen die enorme druk uitoefenen op de rotswand, waardoor spanningsbreuken ontstaan die ervoor zorgen dat de rots in hanteerbare fragmenten wegsplintert.
Binnen het schild is het voortstuwingssysteem afhankelijk van een longitudinaal stuwmechanisme. Omdat de machine in een configuratie met één schild werkt, duwt deze zich doorgaans af van de eerder geïnstalleerde betonnen segmenten om vooruit te komen. Deze integratie van uitgraving en bekleding maakt het een uitzonderlijk efficiënte keuze voor watertransporttunnels over lange afstanden, spoorwegpassages en nutsleidingen waar een afgewerkte betonnen bekleding onmiddellijk na het boorproces vereist is.
Operationele dynamiek en saaie volgorde
De operational cycle of a Single Shield TBM is a synchronized process of excavation and structural reinforcement. The cycle begins with the boring phase, where hydraulic cylinders extend to push the cutterhead into the rock. As the rock is crushed, a series of buckets or scoops on the cutterhead transfer the muck onto a conveyor belt that runs through the center of the machine to the rear. This continuous removal system ensures that the face remains clear for the cutters to maintain optimal penetration rates.
De Ring Building Phase
Zodra de drukcilinders hun maximale uitstrekking hebben bereikt, stopt het kotteren. Vervolgens worden de cilinders in kleine groepjes ingetrokken om ruimte te maken voor de segmentopzetter. Deze robotarm tilt prefab betonsegmenten op en schroeft ze aan elkaar tot een complete ring. Dit proces wordt hieronder samengevat:
- Terugtrekken van hydraulische drukcilinders tegen de laatst voltooide ring.
- Nauwkeurige plaatsing van geprefabriceerde segmenten door de montagearm met vacuümgreep.
- Het voegen van de ringvormige opening tussen de rots en het betonsegment om de stabiliteit te garanderen.
- Beweeg het schild vooruit door de nieuw geïnstalleerde ring eraf te duwen.
Technische vergelijking: enkel schild versus dubbel schild
Het kiezen van de juiste TBM hangt sterk af van de onbeperkte druksterkte (UCS) van het gesteente en de aanwezigheid van breukzones. Hoewel Dubbel schild TBM's gelijktijdig boren en voering mogelijk maken, hebben ze competente rotsen nodig om grip te krijgen met hun "grijper" -schoenen. Single Shield TBM's zijn veelzijdiger in de geologie, die varieert tussen competent gesteente en sterk gebroken zones, omdat ze voor stabiliteit niet afhankelijk zijn van zijwandgrijping.
| Functie | Single Shield TBM | Double Shield TBM |
| Primaire ondersteuning | Betonnen segmenten | Grijperschoenen / segmenten |
| Geologische geschiktheid | Gebroken tot stabiel gesteente | Voornamelijk stabiele hardrock |
| Saaie modus | Sequentieel (boring en vervolgens lijn) | Gelijktijdig (boring en lijn) |
| Complexiteit | Lager | Hoger |
Voordelen in uitdagende geologische omstandigheden
De primary advantage of the Single Shield TBM is its superior safety profile in "poor" rock. In zones where the rock is prone to collapsing or where water pressure is a concern, the shield acts as a secondary hull. Modern machines are often equipped with "back-loading" cutterheads, allowing disc changes from within the safety of the cutterhead itself, minimizing the time workers spend in front of the machine in unsupported ground.
Efficiëntie in waterinstroombeheer
Bij het tunnelen door hard gesteente dat watervoerende lagen bevat, kunnen Single Shield TBM's worden uitgerust met gespecialiseerde afdichtingen en sondeerapparatuur. Door vóór de snijkop te boren, kunnen ingenieurs grout injecteren om de grond te stabiliseren en het binnendringen van water te blokkeren voordat de machine het gebied zelfs maar bereikt. Het ontwerp van het schild zorgt voor een meer gecontroleerde omgeving om deze plotselinge veranderingen in de hydrogeologie te beheersen, waardoor de tijdlijn van het project intact blijft ondanks ondergrondse verrassingen.
