Tunel nudné stroje (TBMS) sú moderné zázraky inžinierstva, ktoré revolúciou v podzemnej konštrukcii vykopávajú tunely rôznymi geologickými podmienkami, od najjemnejších pôd po najťažšie horninové útvary. Na rozdiel od tradičných metód vŕtania a výbuchu, TBM ponúka nepretržitý, bezpečnejší a často rýchlejší proces tunelovania. Jadro ich prevádzky spočíva v rotujúcej strihu vybavenej špecializovanými reznými nástrojmi, ktoré sú navrhnuté tak, aby interagovali a rozložili zem dopredu.
Základný princíp: Rotačné vykopávky
V najzákladnejšom TBM vykopáva otáčanie kruhovej strihu proti tunelovej tvári a súčasne aplikuje významné prítlačná sila posunúť to vpred. Typ nástroje rezania a spôsob riadenia vykopávaného materiálu (často nazývaného „bahn“) sa v závislosti od podmienok zeme výrazne líšia.
Výkop v tvrdej skale
V hard rockových formáciách využívajú TBMS rezačky diskov namontovaný na strihu. Tieto disky diskov nie sú navrhnuté tak, aby „brúsili“ skalu, ale skôr vyvolali zlomeniny stresu. Keď sa striedavá hlava otáča a TBM je poháňaná dopredu, kazety s karbidom volfrámu alebo volfrámu vykazujú na skalnej tvári obrovské tlakové napätie. Tento stres spôsobuje horninu zlomenina a odrezanie z hlavného tela pred strojom.
„Bahno“ vyrobené, zvyčajne vo forme skalných lupienkov a fragmentov, potom prepadne otvormi v strihu a na a dopravný systém V rámci TBM. Tento systém prepravuje vykopaný materiál cez stroj a z tunela na likvidáciu. Hard Rock TBM môžu byť otvorený typ (Bez úplného štítu, ktorý umožňuje okamžitú podperu s skalou za nožom) alebo chránený (Poskytovanie dočasnej podpory steny tunela, najmä v zlomenej skale). Na napredovanie, tvrdé rockové TBM často používajú a systém To tlačí na bočné steny už vykopaného tunela, čím poskytuje potrebnú reakčnú silu pre ťah vpred.
Výkop v mäkkej zemi
Vykopávajúce sa mäkkou zemou, ktorá zahŕňa hlinu, bahno, piesok a štrk, predstavuje rôzne výzvy, ktoré sa týkajú predovšetkým udržiavania stability tváre a zabránením kolapsu pozemného kolapsu. Na tento účel sa používajú špecializované TBM:
Stroje na vyváženie tlaku na zem (EPB)
EPB TBM sa bežne používajú v kohéznych mäkkých pozemkoch. Ich cutterhead je vybavený kombináciou Volfrámové rezanie karbidu, strihové kúsky a niekedy aj rezačky diskov (pre zmiešanú zem s niektorými ťažšími inklúziami). Kľúčom k prevádzke EPB je jej schopnosť vyvážiť tlak v tunelovej tvári pomocou samotného vyťaženého materiálu.
Cutterhead sa otáča a vykopáva pôdu, ktorá potom vstupuje do a pracovná komora za nožom. A skrutkovač V zadnej časti tejto komory riadi rýchlosť, akou je bahno odstránená. Dôkladnou reguláciou rýchlosti rotácie strihu a rýchlosti vypúšťania skrutkového dopravníka sa môže tlak v komore presne riadiť, čo umožňuje vykopávanej pôde pôsobiť ako oporné médium, čím sa stabilizuje tunelová tvár a zabráni sa osídleniu na povrchu. Dodatky, ako je pena, sa môžu vstreknúť do pôdy, aby sa zlepšila jeho tekuteľnosť a znížila jeho lepivosť, čím sa zabráni upchatiu stropov a dopravníka.
Kalový štít TBMS
TBMS Slurry Shield TBM je najvhodnejší pre vysoko nasýtené alebo nestabilné granulované pôdy, najmä tie, ktoré majú vysoký tlak podzemnej vody. Namiesto toho, aby sa spoliehali výlučne na vykopaný materiál na podporu tváre, tieto TBM používajú a tlaková kaša (zmes vody a bentonitovej hliny) na stabilizáciu výkopu.
Cutterhead, často vybavený reznými nástrojmi podobnými EPB, vykopáva zem, ktorá sa potom zmieša s tlakovou kalou v výkopová komora . Táto zmes s kalcami sa potom čerpá z tunela na a oddeľovacia rastlina na povrchu. V rastline je vykopaný materiál oddelený od suspenzie, ktorá sa potom ošetrí a recykluje späť do TBM. Nepretržitý obeh tlakovej kalu zaisťuje, že hydrostatický tlak na tunelovej ploche je vyvážený proti vonkajšiemu tlaku zeme a vody, čím sa bráni vniknutiu vody a nestabilite zeme.
Ťah a vopred
Bez ohľadu na podmienky zeme si všetky TBM vyžadujú mechanizmus, aby sa posunuli vpred. Toto sa zvyčajne dosahuje prostredníctvom hydraulické valce . Tieto valce tlačia proti nainštalovanej výstelke tunela (prefabrikované betónové segmenty alebo brokovet) alebo, v prípade TBM Gripper TBM, priamo proti vykopanej skale a vtiahne strih do čela tunela. Ako stroj postupuje, za štítom sú postavené nové segmenty tunelovej výstelky, čím sa tvoria trvalá štruktúra tunela.
TBMS sú v podstate sofistikované podzemné továrne, neustále vykopávajú a podporujú tunel, keď sa pohybujú vpred, vďaka čomu sú nevyhnutné nástroje pre moderný rozvoj infraštruktúry.
