در زیر خیابان های شلوغ شهرهای مدرن ، یک انقلاب ساکت در حال وقوع است. مهندسان و خدمه ساختمانی فضای زیرزمینی را برای متروها ، تونل ها و آب و برق با راندمان و دقت بی سابقه ای حک می کنند. در قلب این تحول یک شگفتی مهندسی قرار دارد: دستگاه سپر تعادل فشار زمین (EPB). این قطعه فوق العاده از ماشین آلات تعریف کرده است که چگونه ما در محیط های شهری به تونل زنی نزدیک می شویم ، جایی که پایداری ، ایمنی و حداقل اختلال مهم است.
دستگاه سپر تعادل فشار زمین چیست؟
در دستگاه سپر تعادل فشار زمین یک دستگاه تونل بسیار تخصصی است که برای کار در شرایط نرم زمین مانند خاک رس ، سیلت یا شن و ماسه طراحی شده است. هدف اصلی آن حفاری تونل ها در حالی است که همزمان مدیریت فشار اعمال شده توسط خاک اطراف و آبهای زیرزمینی را انجام می دهد. بر خلاف روشهای سنتی تونل زنی که اغلب شامل حفاری یا انفجار باز است ، دستگاه های EPB یک محیط کنترل شده را در چهره تونل ایجاد می کنند ، از ثبات و جلوگیری از فروپاشی جلوگیری می کنند.
قسمت "سپر" دستگاه به پوشش بیرونی محافظ اشاره دارد که از تونل تازه کاوش شده پشتیبانی می کند تا زمانی که با مواد دائمی مانند بخش های بتونی روکش شود. در همین حال ، جنبه "تعادل فشار زمین" به سیستم مبتکرانه اشاره دارد که با حفظ تعادل بین فشار داخل دستگاه و فشار زمین خارجی ، صورت تونل را تثبیت می کند. این عمل متعادل کننده ظریف خطر حل و فصل زمین یا سنگین بالای تونل را به حداقل می رساند ، که در غیر این صورت می تواند به ساختارهای سطح آسیب برساند.
چگونه کار می کند؟
در نگاه اول ، یک دستگاه EPB Shield شبیه یک کرم مکانیکی عظیم است. قسمت جلویی آن دارای یک سر برش چرخان مجهز به ابزارهای برش است که با پیشرفت دستگاه ، خاک را شکسته است. مواد حفاری شده - که به آن "مگ" گفته می شود - سپس از طریق یک سیستم نقاله پیچ به عقب به محفظه منتقل می شود که حجم و قوام آن با دقت تنظیم می شود.
در اینجا جایی است که جادو اتفاق می افتد: دستگاه نرخ را که در آن ماک از محفظه خارج می شود تنظیم می کند تا با سرعت کاوش ها مطابقت داشته باشد. با انجام این کار ، این تضمین می کند که فشار داخل محفظه با فشار طبیعی زمین در خارج مطابقت دارد. اگر خیلی سریع مواد برداشته شود ، ممکن است زمین اطراف به سمت داخل فرو رود. اگر خیلی کم برداشته شود ، فشار اضافی می تواند صورت تونل را به سمت بیرون سوق دهد و باعث بی ثباتی شود. این فرآیند تنظیم زمان واقعی همان چیزی است که باعث می شود دستگاه های EPB در شرایط زمین شناسی به چالش کشیده شوند.
برای افزایش بیشتر ثبات ، دستگاه مواد افزودنی مانند کف یا بنتونیت را به خاک تزریق می کند تا ویژگی های انعطاف پذیری و جریان آن را بهبود بخشد. این مواد افزودنی به حفظ تعادل مناسب بین سیالیت و انسجام کمک می کند و از عملکرد صاف حتی در خاکهای غیرقابل پیش بینی اطمینان می یابد.
چرا ماشین های EPB ضروری هستند؟
تونل سازی شهری چالش های منحصر به فردی را ارائه می دهد. شهرها بسیار پرجمعیت هستند و ساختمانها ، جاده ها و زیرساخت های زیرزمینی که محکم در کنار هم قرار دارند. روشهای خاکبرداری سنتی می تواند باعث اختلال های قابل توجهی از جمله تراکم ترافیک ، آلودگی صوتی و آسیب احتمالی ساختارهای موجود شود. علاوه بر این ، آنها اغلب به کارهای سطحی گسترده احتیاج دارند ، که می توانند در فضاهای محدود غیر عملی باشند.
دستگاه های EPB به این مسائل مربوط می شوند. آنها با کار کردن کاملاً زیرزمینی ، اختلالات سطح را به حداقل می رسانند. توانایی آنها در تثبیت صورت تونل ، خطر فرونشست ، محافظت از ساختمانها و برنامه های اطراف را کاهش می دهد. علاوه بر این ، دستگاه های EPB همه کاره هستند و قادر به اداره طیف گسترده ای از انواع خاک هستند بدون اینکه نیاز به اصلاح عمده داشته باشند.
یکی دیگر از مزیت های مهم ، دوستی محیطی آنها است. در مقایسه با تکنیک های تونل سازی معمولی ، دستگاه های EPB ضایعات کمتری تولید می کنند ، از منابع کمتری استفاده می کنند و تولید گازهای گلخانه ای کمتری ایجاد می کنند. آنها همچنین امکان حفاری مداوم را فراهم می کنند ، و به طور قابل توجهی سرعت بخش های پروژه را سرعت می بخشند-یک عامل مهم در جهان سریع امروز .
