این ماشین حفاری تونل ( TBM ) که اغلب به عنوان یک خال نامیده می شود، نشان دهنده یکی از مهم ترین پیشرفت ها در مهندسی عمران و ژئوتکنیک است. این ماشینهای پیچیده و عظیم انقلابی در ساخت زیرساختهای زیرزمینی ایجاد کردهاند و امکان ایجاد تونلهایی را برای حملونقل، تاسیسات و استخراج معادن با سرعت، دقت و ایمنی بیسابقه فراهم کردهاند.
مکانیزم و اجزای اصلی
ماشین حفاری تونل در اصل یک کارخانه سیار کامل است که برای حفاری سطح تونل و نصب همزمان یک سیستم پشتیبانی موقت یا دائمی طراحی شده است. یک TBM به طور کلی از سه بخش اصلی تشکیل شده است:
-
کاتر سر (صورت):
- این عنصر جلویی ترین و چرخان است که به ابزارهای مختلف برش مجهز شده است - مانند برش دیسکی برای سنگ سخت یا ترکیبی از تکه های برش و میله های درگ برای زمین نرم تر.
- این cutter head rotates and is thrust forward by hydraulic jacks, crushing or scraping the rock and soil at the tunnel face.
-
سپر و بدن (وسط):
- این سپر یک محفظه استوانه ای بزرگ و استوانه ای است که مستقیماً در پشت سر کاتر قرار دارد. پشتیبانی ساختاری فوری از دیواره های تونل تازه حفاری شده را فراهم می کند و از ماشین و کارگران داخل در برابر زمین سست محافظت می کند تا زمانی که پوشش دائمی تونل نصب شود.
- این سیستم رانش ، متشکل از جک های هیدرولیک قدرتمند، بر روی آخرین بخش پوشش تونل نصب شده برای پیشبرد دستگاه فشار می دهد.
-
چرخ دنده عقب (عقب):
- این بخش که می تواند بیش از صد متر طول داشته باشد، تجهیزات پشتیبانی ضروری را در خود جای داده است.
- شامل سیستم حذف لجن (تسمه نقاله یا لوله های دوغاب) برای انتقال موثر مواد حفاری شده ("مک") به خارج از تونل، سیستم های کنترل و قدرت، تجهیزات تهویه و موارد مهم قطعه ساز که دقیقاً قطعات بتنی پیش ساخته را که پوشش دائمی تونل را تشکیل می دهند، قرار می دهد.
طبقه بندی و انواع TBM ها
انتخاب TBM یک تصمیم حیاتی در هر پروژه ای است که به شدت به شرایط خاص زمین شناسی و فشار آب زیرزمینی بستگی دارد. TBM ها به طور کلی بر اساس زمینی که برای عبور از آن طراحی شده اند طبقه بندی می شوند:
1. TBM هارد راک
- TBMهای نوع باز / Gripper: در شرایط صخرهای پایدار و سخت استفاده میشود که میتوانند برای مدت کوتاهی بدون پوشش فوری خود را نگه دارند. از هیدرولیک استفاده می کنند گیره ها به دیواره های تونل لنگر می اندازد، که به دستگاه اجازه می دهد تا با رانش به جلو سر برش واکنش نشان دهد.
- TBM های Single Shield: در سنگ سخت شکسته یا کمتر پایدار استفاده می شود. آنها بخش های پوشش بتنی را مستقیماً در پشت سپر نصب می کنند و با فشار دادن پوشش تکمیل شده به جلو رانده می شوند.
- TBM های Double Shield: این most versatile hard rock machines. They feature two telescoping shields and a gripping system, allowing them to install the lining simultaneously while excavating (continuous tunneling) when in stable rock, or operate in alternating modes when conditions are unstable.
2. TBM های زمین نرم (ماشین های محافظ)
اینse machines incorporate methods to actively balance the pressure at the tunnel face, crucial for preventing ground collapse or water ingress in soft soils (like sand, clay, and silt).
- TBM های تعادل فشار زمین (EPB): ایده آل برای زمین های منسجم و نرم. آنها با استفاده از مواد حفاری شده (مک) در یک محفظه تحت فشار در سطح برش، ثبات را حفظ می کنند. یک نوار نقاله پیچ سرعت حذف گل و لای را کنترل می کند تا به طور دقیق فشار زمین و آب جلوتر از دستگاه را متعادل کند.
- Slurry Shield TBMs (Hydroshield): در خاک های دانه ای یا تحت فشار آب زیاد استفاده می شود. آنها با تزریق دوغاب بنتونیت تحت فشار، صورت را تثبیت می کنند، که یک کیک فیلتر برای آب بندی زمین تشکیل می دهد. مواد حفاری شده با دوغاب مخلوط شده و به یک کارخانه جداسازی روی سطح پمپ می شود.
مزایا نسبت به روش های مرسوم
این global adoption of the ماشین حفاری تونل در مقایسه با روش سنتی "دریل و انفجار" چندین مزیت قابل توجه دارد:
- ایمنی پیشرفته: استفاده از مواد منفجره را حذف می کند و خطرات را به شدت برای پرسنل کاهش می دهد.
- حداقل خرابی سطح: عملیات عمدتاً زیرزمینی است و نویز، ارتعاش و اختلال را به حداقل می رساند - یک مزیت بزرگ در مناطق شهری.
- افزایش سرعت و کارایی: TBM ها یک فرآیند تونل زنی مداوم را ارائه می دهند که اغلب به نرخ های پیشروی بسیار بالاتری نسبت به حفاری و انفجار دست می یابند.
- دقت: TBM های مدرن توسط لیزر یا سیستم های ناوبری پیشرفته هدایت می شوند و دقت تراز بالا را تضمین می کنند.
- کاهش بیش از حد حفاری: این TBM bores a precise circular tunnel, reducing the amount of spoil (muck) generated and the volume of lining material required.
در نتیجه، ماشین حفاری تونل ابزاری ضروری برای توسعه زیرساخت های قرن 21 است. با افزایش جمعیت شهری و افزایش نیاز به زیرساختهای پیچیده و مسافت طولانی مانند تونلهای راهآهن پرسرعت و شبکههای خدماتی گسترده، نقش TBM به عنوان یک شگفتی مهندسی حیاتیتر میشود.
