Mechanická architektúra TBM s jedným štítom
The Jednoštítový tunelový vyvrtávací stroj (TBM) je špeciálne navrhnutý na hĺbenie v podmienkach tvrdej horniny, kde je horninový masív rozbitý alebo nestabilný. Na rozdiel od TBM s otvoreným lúčom má variant Single Shield celé svoje vnútorné zariadenie v ochrannom valcovom oceľovom plášti. Tento štít poskytuje okamžitú hornú a bočnú podporu a chráni personál aj vysoko presné komponenty pred padajúcimi úlomkami alebo „výbuchmi skál“. Nožová hlava vpredu je vybavená vysokovýkonnými kotúčovými frézami, ktoré vyvíjajú obrovský tlak na skalnú stenu a vytvárajú napäťové zlomy, ktoré spôsobujú, že sa hornina odštiepi na zvládnuteľné úlomky.
Vo vnútri štítu sa pohonný systém spolieha na pozdĺžny prítlačný mechanizmus. Pretože stroj pracuje v konfigurácii s jedným štítom, zvyčajne sa odtláča od predtým nainštalovaných betónových segmentov, aby sa posunul vpred. Táto integrácia výkopu a ostenia z neho robí mimoriadne efektívnu voľbu pre diaľkové tunely na prepravu vody, železničné priechody a inžinierske siete, kde je potrebné hotové betónové ostenie ihneď po procese vŕtania.
Operačná dynamika a nudná sekvencia
Prevádzkový cyklus Single Shield TBM je synchronizovaný proces hĺbenia a štrukturálneho vystužovania. Cyklus začína fázou vŕtania, kde sa vysúvajú hydraulické valce, aby tlačili reznú hlavu do skaly. Keď sa hornina drví, séria vedier alebo naberačiek na reznej hlave prenesie bahno na dopravný pás, ktorý prechádza stredom stroja smerom dozadu. Tento systém nepretržitého odstraňovania zaisťuje, že čelná plocha zostáva pre frézy čistá, aby sa zachovala optimálna rýchlosť prieniku.
Fáza budovania kruhu
Keď prítlačné valce dosiahnu svoje maximálne vysunutie, vŕtanie sa zastaví. Valce sa potom v malých skupinách stiahnu, aby sa vytvoril priestor pre vzpriamovač segmentu. Toto robotické rameno zdvíha prefabrikované betónové segmenty a spája ich dohromady, aby vytvorili kompletný prstenec. Tento proces je zhrnutý nižšie:
- Zatiahnutie hydraulických prítlačných valcov proti poslednému dokončenému krúžku.
- Presné umiestnenie prefabrikovaných segmentov pomocou vákuového erektora.
- Injektáž prstencovej medzery medzi skalou a betónovým segmentom na zabezpečenie stability.
- Posunutie štítu odtlačením novo nainštalovaného krúžku.
Technické porovnanie: Single Shield vs. Double Shield
Výber správneho TBM do značnej miery závisí od neobmedzenej pevnosti v tlaku (UCS) horniny a prítomnosti zlomových zón. Zatiaľ čo Dvojitý štít TBM umožňujú simultánne vŕtanie a obkladanie, vyžadujú kompetentnú skalu na uchopenie ich "chápacích" topánok. Single Shield TBM sú všestrannejšie v geológii, ktorá sa líši medzi kompetentnými horninami a vysoko rozbitými zónami, pretože sa nespoliehajú na uchopenie bočnej steny pre stabilitu.
| Funkcia | Single Shield TBM | Double Shield TBM |
| Primárna podpora | Betónové segmenty | Gripper Topánky / Segmenty |
| Geologická vhodnosť | Zlomený na stabilnú skalu | Hlavne stabilný hard rock |
| Nudný režim | Sekvenčné (vŕtanie, potom čiara) | Súbežné (vŕtanie a čiara) |
| Zložitosť | Nižšia | Vyššie |
Výhody v náročných geologických podmienkach
Primárnou výhodou Single Shield TBM je jeho vynikajúci bezpečnostný profil v „chudobnej“ hornine. V zónach, kde je hornina náchylná na zrútenie alebo kde je problémom tlak vody, štít funguje ako sekundárny trup. Moderné stroje sú často vybavené rezacími hlavami s „backloadingom“, ktoré umožňujú výmenu kotúčov z bezpečnosti samotnej reznej hlavy, čím sa minimalizuje čas, ktorý pracovníci strávia pred strojom v nepodporovanej zemi.
Efektívnosť riadenia prítoku vody
Pri razení tunelov cez tvrdú horninu, ktorá obsahuje vodonosné vrstvy, môžu byť Single Shield TBM vybavené špecializovanými tesneniami a sondážnym zariadením. Vŕtaním pred rezacou hlavou môžu inžinieri injektovať injektážnu maltu, aby stabilizovali zem a zablokovali prenikanie vody skôr, ako stroj vôbec dosiahne oblasť. Dizajn štítu umožňuje lepšie kontrolované prostredie na zvládnutie týchto náhlych zmien v hydrogeológii a zabezpečuje, že časová os projektu zostane nedotknutá napriek podzemným prekvapeniam.
