Boring stroje tunela (TBM) sú sofistikované kusy vybavenia, ktoré majú revolúciu v podzemnej výstavbe. Sú to v podstate mobilné továrne navrhnuté na vykopávky tunelov s minimálnym narušením okolitej zeme.
Ako TBMS funguje: Základný proces
Kľúčová prevádzka TBM zahŕňa niekoľko kontinuálnych krokov:
-
Výkop: Na samom prednej časti TBM je masívna rotujúca noža hlava. Tento oceľový disk je vybavený rôznymi reznými náradím, ako sú disky na disky pre tvrdé skaly alebo rezačky a škrabky na mäkšiu zem. Keď sa hlava rezača otáča, brúsi, škraba alebo striká materiál v tunelovej tvári.
-
Odstránenie bahna: Vykopaný materiál, známy ako „bahno“, prechádza otvormi v rezačke hlavy do komory. Odtiaľ sa zvyčajne prepravuje skrutkovým dopravníkom (pre mäkké mleté TBM) alebo sa nakladá na sériu dopravných pásov (pre TBM tvrdých skalných TBM), ktoré vedú dĺžku tunela. Toto bahno sa potom nepretržite odstraňuje na povrch na likvidáciu alebo recykláciu.
-
Ťah a vopred: TBM je poháňaný dopredu silné ťahové valce (zdviháky) umiestnené za hlavou rezača. Tieto valce sa tlačia proti predtým nainštalovaným segmentom podšívky tunela, čím vytvárajú potrebnú silu na postúpenie hlavy rezačky do zeme.
-
Inštalácia podšívky tunela: Bezprostredne za hlavou rezača, v ochrannej škrupine TBM (štít) leží erektor. Toto robotické rameno zachytáva prefabrikované betónové segmenty (zvyčajne zakrivené, lichobežníkové kusy) a starostlivo ich umiestňuje, aby vytvorili kompletný krúžok výstelky tunela. Tieto segmenty sú priskrutkované spolu, vytvárajú silnú, vodotesnú a trvalú štruktúru, ktorá podporuje zem a tvorí hotovú stenu tunela.
-
Zálievka: Akonáhle je nainštalovaný krúžok segmentov, medzera medzi vonkajšou časťou segmentov a vykopanou zemou („chvostová medzera“) sa okamžite naplní špecializovanou zálievkou. Táto zálievka stuhne, poskytuje ďalšiu podporu podšívku tunela, zabraňuje urovnaniu pozemného urovnania a zaisťuje pevné prispôsobenie.
-
Riadenie a navigácia: TBM sú vybavené sofistikovanými laserovými poradenskými systémami a nástrojmi na prieskumy. Prevádzkovatelia môžu presne riadiť smer TBM nastavením ťahu jednotlivých zdvihákov, menením rýchlosti rotácie hlavy noža alebo použitím kĺbových spojov v stroji. To im umožňuje udržiavať plánované zarovnanie a gradient, dokonca aj navigujúce krivky.
-
Koncové vybavenie (záložný systém): Za hlavným telom TBM nasleduje séria kĺbových gantír alebo prívesov („záložný systém“). V tomto koncovom vybavení sa nachádzajú základné podporné systémy vrátane:
- Napájanie a riadiace miestnosti
- Vetracie systémy
- Dopravné dopravníky na bahno
- Dojímky a miešacie rastliny
- Voda a úžitkové linky
- Personálne prístupové a bezpečnostné vybavenie.
Typy TBM a ich aplikácie
Výber typu TBM je kritický a do veľkej miery závisí od geologických podmienok zeme, ktoré sa majú tunelovať:
-
TBM HARD ROCK (TBM s otvoreným gripperom / tienené TBMS): Tieto TBM sú navrhnuté pre pevné skalné útvary. Používajú rezačky diskov, ktoré vytvárajú v skalnej tvári mikrofraktúry.
- Open-Gripper TBM: Postúpte uchopením proti stenám tunela (skala) s vankúšikami.
- Štiepené TBMS Hard Rock: Používa sa, keď sú podmienky horniny zlomené alebo zmiešané, poskytujúce plnú podporu zeme štítom a často inštalujú obloženie segmentu.
-
Balance tlaku Zeme (EPB) TBMS: Ideálne pre mäkké, súdržné pôdy (hlina, bahno, piesok), ktoré môžu stáť bez podpory na krátku dobu. EPB TBM používa samotný vykopaný materiál na vytvorenie „bahniteľského koláča“, ktorý vyvíja tlak na tunelovú tvár, čím sa vyrovnáva okolitý tlak zeme. Skrutkový dopravník reguluje odstránenie bahna pri zachovaní tejto rovnováhy.
-
Slurry TBM: Najlepšie sa hodí pre voľné, vodné pôdy (piesky, štrky, nasýtená zem). V kalistickej TBM pracuje rezačka v komore naplnenej tlakom. Slurry stabilizuje tunelovú tvár a prepravuje vykopaný materiál na povrch rúrkami, kde je spracovaný na oddelenie tuhých látok od kvapaliny.
-
Zmiešané mleté TBM (TBM s premenlivou hustotou): Sú to všestranné stroje, ktoré sa môžu prispôsobiť rôznym podmienkam zeme, niekedy kombinujú vlastnosti EPB a Slurry TBM. Môžu upravovať parametre, ako je miera tlaku tváre a rýchlosť odstraňovania bahna, aby vyhovovali meniacim sa vlastnostiam pôdy.
-
Stroje potrubia (mikrotunneling TBMS): Menšie verzie TBMS, často diaľkovo kontrolované, používané na inštaláciu potrubí alebo menších úžitkových potrubí. Zatlačia potrubia priamo za hlavou rezačky.
Výhody používania TBMS
- Rýchlosť a efektívnosť: TBMS môžu niesnúť nepretržite a vo všeobecnosti vykopávajú tunely oveľa rýchlejšie ako konvenčné metódy, ako je vŕtanie a trhacie mäso.
- Bezpečnosť: Priložený štít TBM poskytuje personálu bezpečnejšie pracovné prostredie a chráni ich pred kolapsami a vstupom podzemnej vody.
- Minimálne narušenie povrchu: Keď pôsobia v podzemí, TBM výrazne znižujú narušenie povrchovej infraštruktúry, premávky a spoločenstiev, čo ich robí ideálnymi pre mestské oblasti.
- Znížený vplyv na životné prostredie: Nižšie úrovne vibrácií a menší hluk v porovnaní s otryskaním, s menším počtom pitných hromád na povrchu.
- Konzistentný tvar tunela: TBMS produkuje hladký kruhový tunel, ktorý často znižuje množstvo požadovanej sekundárnej výstelky.
- Automatizácia: Mnoho funkcií TBM sa automatizuje, čo vedie k konzistentnému výkonu a zníženej manuálnej práci.
Pozoruhodné projekty TBM
TBM boli nápomocné pri výstavbe niektorých z najpôsobivejších projektov infraštruktúry na svete vrátane:
- Tunel kanála (Eurotunnel): Spojenie Veľkej Británie a Francúzska pod anglickým kanálom.
- Základný tunel Gotthard: Najdlhší železničný tunel na svete, ktorý prechádza cez Alpy vo Švajčiarsku.
- Crossrail (Elizabeth Line) v Londýne: Masívny podzemný železničný systém.
- Second Avenue Subway v New Yorku: Rozšírenie siete metra.
- Tunel SR 99 Seattle (Bertha): Tunel diaľnice s veľkým priemerom.
Na záver možno povedať, že TBMS sú inžinierske zázraky, ktoré transformovali spôsob, akým budujeme pod zemou. Vďaka ich efektívnosti, bezpečnosti a schopnosti zvládnuť rôzne geologické podmienky z nich robia nevyhnutné nástroje na vytváranie životne dôležitých skrytých tepien modernej spoločnosti.
