The Tunelovací vyvrtávací stroj ( TBM ), často označovaný jednoducho ako „krtek“, predstavuje jeden z najvýznamnejších pokrokov v stavebnom a geotechnickom inžinierstve. Tieto masívne, sofistikované stroje spôsobili revolúciu vo výstavbe podzemnej infraštruktúry a umožnili vytváranie tunelov pre dopravu, inžinierske siete a ťažbu s bezprecedentnou rýchlosťou, presnosťou a bezpečnosťou.
Mechanizmus a základné komponenty
Tunelová vyvrtávačka je v podstate kompletná mobilná továreň určená na razenie čelby tunela a súčasne na inštaláciu dočasného alebo trvalého podporného systému. TBM sa vo všeobecnosti skladá z troch základných častí:
-
Rezacia hlava (tvár):
- Toto je najprednejší otočný prvok vybavený rôznymi reznými nástrojmi – ako sú kotúčové frézy na tvrdú skalu alebo kombinácia fréz a vlečných hrotov pre mäkšiu pôdu.
- Hlava frézy sa otáča a je tlačená dopredu pomocou hydraulických zdvihákov, čím drví alebo zoškrabuje horninu a pôdu na čele tunela.
-
Štít a telo (v strede):
- The štít je veľký, valcový oceľový plášť priamo za hlavou frézy. Poskytuje okamžitú štrukturálnu podporu čerstvo vykopaným stenám tunela a chráni stroj a pracovníkov vo vnútri pred uvoľnenou pôdou, kým sa nenainštaluje trvalé ostenie tunela.
- The ťahový systém , zložený z výkonných hydraulických zdvihákov, tlačí na posledný inštalovaný segment ostenia tunela, aby sa stroj posunul dopredu.
-
Vlečné zariadenie (zadné):
- V tejto časti, ktorá môže mať dĺžku viac ako sto metrov, sa nachádza nevyhnutné podporné vybavenie.
- Zahŕňa systém odstraňovania bahna (dopravné pásy alebo kalové rúry) na efektívnu prepravu vyťaženého materiálu („bahno“) von z tunela, riadiacich a energetických systémov, ventilačných zariadení a kritických segmentový vzpriamovač ktorá presne umiestňuje prefabrikované betónové segmenty tvoriace trvalé ostenie tunela.
Klasifikácia a typy TBM
Výber TBM je kritickým rozhodnutím v každom projekte, ktorý do veľkej miery závisí od konkrétnych geologických podmienok a tlaku podzemnej vody. TBM sú široko kategorizované na základe podkladu, pre ktorý sú navrhnuté:
1. Hard Rock TBM
- TBM otvoreného typu / uchopovača: Používa sa v stabilných podmienkach s tvrdým kameňom, ktoré sa dokážu krátkodobo udržať bez okamžitého obloženia. Používajú hydrauliku chápadlá ukotviť k stenám tunela, čo umožňuje stroju reagovať na dopredný ťah hlavy frézy.
- Single Shield TBM: Používa sa v rozbitých alebo menej stabilných tvrdých horninách. Betónové segmenty ostenia inštalujú priamo za štít a posúvajú dopredu odtláčaním hotového ostenia.
- Dvojitý štít TBM: Najvšestrannejšie hardrockové stroje. Majú dva teleskopické štíty a uchopovací systém, ktorý im umožňuje inštalovať výstelku súčasne počas razenia (nepretržité razenie tunela), keď sú v stabilnej hornine, alebo pracovať v striedavých režimoch, keď sú podmienky nestabilné.
2. Mäkké zemné TBM (Shield Machines)
Tieto stroje obsahujú metódy na aktívne vyrovnávanie tlaku na čele tunela, čo je rozhodujúce pre zabránenie kolapsu pôdy alebo vniknutiu vody do mäkkých pôd (ako je piesok, hlina a bahno).
- TBM vyváženia zemského tlaku (EPB): Ideálne pre súdržnú, mäkkú pôdu. Udržujú stabilitu tým, že využívajú vyťažený materiál (bahno) v pretlakovej komore na čele frézy. Závitovkový dopravník riadi rýchlosť odstraňovania bahna, aby sa presne vyrovnal tlak pôdy a vody pred strojom.
- Slurry Shield TBM (Hydroshield): Používa sa v zrnitých pôdach alebo pod vysokým tlakom vody. Stabilizujú tvár vstrekovaním stlačenej bentonitovej kaše, ktorá vytvára filtračný koláč na utesnenie zeme. Vyťažený materiál sa zmieša s kalom a odčerpá sa do separačného zariadenia na povrchu.
Výhody oproti konvenčným metódam
Globálne prijatie Tunelovací vyvrtávací stroj je poháňaný niekoľkými významnými výhodami v porovnaní s tradičnou metódou „vŕtanie a tryskanie“:
- Vylepšená bezpečnosť: Eliminuje používanie výbušnín, čím výrazne znižuje riziká pre personál.
- Minimálne povrchové narušenie: Prevádzky sú primárne v podzemí, čím sa minimalizuje hluk, vibrácie a rušenie, čo je hlavná výhoda v mestských oblastiach.
- Zvýšená rýchlosť a efektivita: TBM poskytujú nepretržitý proces tunelovania, pričom často dosahujú výrazne vyššie rýchlosti postupu ako vŕtanie a odstreľovanie.
- presnosť: Moderné TBM sú navádzané sofistikovanými laserovými alebo navigačnými systémami, ktoré zaisťujú vysokú presnosť nastavenia.
- Znížený nadmerný výkop: TBM má precízny kruhový tunel, čím sa znižuje množstvo vzniknutej hlušiny a objem potrebného výstelkového materiálu.
Na záver, Tunelovací vyvrtávací stroj je nevyhnutným nástrojom rozvoja infraštruktúry 21. storočia. S rastúcou mestskou populáciou a rastúcou potrebou komplexnej infraštruktúry na dlhé vzdialenosti, ako sú vysokorýchlostné železničné tunely a rozsiahle inžinierske siete, bude úloha TBM ako inžinierskeho zázraku ešte dôležitejšia.
