آشنایی با مکانیک اصلی ماشین های حفاری تونل (TBM)
ماشین حفاری تونل که معمولاً به عنوان "مول مکانیکی" نامیده می شود، یک قطعه مهندسی پیچیده است که برای حفاری تونل هایی با مقطع دایره ای از میان لایه های مختلف خاک و سنگ طراحی شده است. برخلاف روشهای مته و انفجار سنتی، یک TBM یک فرآیند مداوم و خودکار را ارائه میکند که لرزش و اختلال زمین را به حداقل میرساند. قلب دستگاه سر برش دوار است که از برشدهندههای دیسک یا خراشها برای شکستن سطح زمینشناسی استفاده میکند. همانطور که هد می چرخد، قوچ های هیدرولیک نیروی رانش لازم را برای راندن ماشین به جلو فراهم می کنند، در حالی که مواد حفاری شده - که به عنوان ماک شناخته می شود - از طریق سر کاتر به یک سیستم نوار نقاله یا خط لوله دوغاب برای حذف منتقل می شود.
TBM های مدرن صرفاً ابزار حفاری نیستند. آنها کارخانه های زیرزمینی سیار هستند. با پیشروی دستگاه، به طور همزمان پوشش تونل را نصب می کند. این امر معمولاً با استفاده از قطعات بتنی پیش ساخته که توسط یک بازوی نصب خودکار در جای خود بلند می شوند و به یکدیگر پیچ می شوند تا یک حلقه ساختاری را تشکیل دهند به دست می آید. این سیستم پشتیبانی فوری برای حفظ یکپارچگی تونل بسیار مهم است، به ویژه هنگامی که از طریق زمین نرم یا زیر زیرساخت های شهری با تراکم بالا که نشست سطحی باید به شدت کنترل شود، خسته می شود.
تحلیل مقایسه ای انواع TBM بر اساس شرایط زمین شناسی
انتخاب ماشین تونل مناسب کاملاً به شرایط لیتولوژی و هیدروژئولوژی محل پروژه بستگی دارد. استفاده از ماشین نادرست می تواند منجر به ریزش خاک فاجعه آمیز یا سایش بیش از حد ابزارهای برش شود. مهندسان به طور کلی این ماشین ها را بر اساس نحوه مدیریت فشار صورت و حذف زباله ها دسته بندی می کنند.
| نوع ماشین | تناسب زمین شناسی | مکانیسم اولیه |
| هارد راک TBM | گرانیت، بازالت، سنگ آهک | کاترهای دیسکی که با فشار زیاد سنگ را می شکنند. |
| تعادل فشار زمین (EPB) | سیلت، خاک رس، شن و ماسه | از خاک حفاری شده برای ایجاد فشار متقابل به سطح تونل استفاده می کند. |
| Slurry Shield TBM | زمین بسیار نفوذپذیر / سطح آب بالا | دوغاب بنتونیت تحت فشار فشار آب زیرزمینی را متعادل می کند. |
اجزای حیاتی برای ناوبری زیرزمینی دقیق
عملیاتی a دستگاه تونل به دقت بسیار بالایی نیاز دارد، زیرا حتی یک انحراف جزئی در تراز می تواند کل پروژه را به خطر بیندازد. این از طریق یک سیستم هدایت یکپارچه مدیریت می شود که موقعیت ماشین را در فضای سه بعدی نظارت می کند. اجزای زیر برای عملکرد ایمن و کارآمد دستگاه ضروری هستند:
- سیستم های هدایت لیزری: به طور مداوم مختصات محور Z و محور X را ردیابی کنید تا مطمئن شوید که دستگاه از مسیر بررسی از پیش تعیین شده پیروی می کند.
- سیستم رانش هیدرولیک: مجموعه ای از سیلندرهای با ظرفیت بالا که با فشار دادن به آخرین حلقه قطعه نصب شده، سپر را به جلو می راند.
- نوار نقاله پیچ: در ماشین های EPB، این حجم خاک حذف شده را تنظیم می کند تا فشار ثابت در سطح گودبرداری حفظ شود.
- پورت های تزریق گروت: اینها "حلقه" یا شکاف کوچک بین بخشهای بتنی و زمین خام را پر می کنند تا از فرورفتگی سطح جلوگیری کنند.
مزایای زیست محیطی و ایمنی فناوری TBM
یکی از دلایل اصلی تسلط ماشینهای تونلی در مهندسی عمران مدرن، توانایی آنها در عملکرد بدون ایجاد اختلال در محیط سطح است. در مراکز شهری، TBM ها امکان ساخت خطوط مترو و سیستم های فاضلاب را مستقیماً در زیر آسمان خراش های فعال و نشانه های تاریخی فراهم می کنند. از آنجایی که حفاری در داخل یک سپر مهر و موم شده انجام می شود، خطر آلودگی آب های زیرزمینی یا نشت گاز به جو به طور قابل توجهی کاهش می یابد. علاوه بر این، ماهیت خودکار ماشین، کارگران را در داخل یک سازه فولادی تقویتشده نگه میدارد و آنها را از خطرات ناشی از غارها یا ریزش سنگ که در معادن سنتی رایج بود، محافظت میکند.
روندهای آینده در تونل سازی: اتوماسیون و میکرو تونل سازی
این صنعت در حال حاضر به سمت سیستمهای حفاری تونل کاملاً خودمختار میرود. این ماشینهای نسل بعدی از هوش مصنوعی برای تجزیه و تحلیل چگالی خاک و محتوای رطوبت در زمان واقعی استفاده میکنند و به طور خودکار سرعت چرخش و رانش را برای بهینهسازی مصرف انرژی و طول عمر برش تنظیم میکنند. علاوه بر این، "ریز تونل" به یک زیربخش حیاتی تبدیل شده است که از TBM های کوچکتر کنترل شده از راه دور برای نصب لوله های برق استفاده می کند. این واحدهای کوچکتر امکان فناوری «بدون سنگر» را فراهم میکنند، به این معنی که شهرها میتوانند شبکههای آب و فیبر نوری خود را بدون حفاری کیلومترها جاده ارتقا دهند و تأثیر اقتصادی تعمیر و نگهداری زیرساختها را به شدت کاهش دهند.
با ادامه تراکم جمعیت جهان، اتکا به فضای زیرزمینی تنها افزایش خواهد یافت. تکامل ماشین تونل از یک مته ساده به یک سیستم روباتیک با تکنولوژی بالا تضمین می کند که ما می توانیم به گسترش شبکه های حمل و نقل، انرژی و آب خود به طور ایمن و پایدار در زیر سطح زمین ادامه دهیم.
