معماری مکانیکی TBMهای تک سپر
این دستگاه حفاری تونل تک سپر (TBM) به طور خاص برای حفاری در شرایط سنگ سخت که توده سنگ شکسته یا ناپایدار است طراحی شده است. بر خلاف TBM های پرتو باز، نوع Single Shield کل ماشین آلات داخلی خود را در یک پوسته فولادی استوانه ای محافظ قرار می دهد. این سپر پشتیبانی فوری و جانبی را فراهم می کند و از پرسنل و قطعات با دقت بالا در برابر سقوط آوار یا "ترکیدن سنگ" محافظت می کند. سر برش در قسمت جلو مجهز به برشهای دیسکی سنگین است که فشار زیادی را به سطح سنگ وارد میکند و شکستگیهای استرسی ایجاد میکند که باعث میشود سنگ به صورت قطعات قابل کنترل جدا شود.
در داخل سپر، سیستم پیشرانه بر مکانیزم رانش طولی متکی است. از آنجایی که ماشین در یک پیکربندی تک سپر کار می کند، معمولاً از بخش های بتنی نصب شده قبلی برای حرکت به جلو خارج می شود. این ادغام حفاری و پوشش، آن را به انتخابی فوقالعاده کارآمد برای تونلهای انتقال آب در مسافتهای طولانی، معابر راهآهن و مجرای تاسیساتی تبدیل میکند که بلافاصله پس از فرآیند حفاری، پوشش بتنی تمام شده مورد نیاز است.
دینامیک عملیاتی و توالی خسته کننده
این operational cycle of a Single Shield TBM is a synchronized process of excavation and structural reinforcement. The cycle begins with the boring phase, where hydraulic cylinders extend to push the cutterhead into the rock. As the rock is crushed, a series of buckets or scoops on the cutterhead transfer the muck onto a conveyor belt that runs through the center of the machine to the rear. This continuous removal system ensures that the face remains clear for the cutters to maintain optimal penetration rates.
این Ring Building Phase
هنگامی که سیلندرهای رانش به حداکثر امتداد خود رسیدند، حفاری متوقف می شود. سپس استوانهها در گروههای کوچک جمع میشوند تا فضایی برای نصب قطعه ایجاد شود. این بازوی رباتیک قطعات بتنی پیش ساخته را بلند می کند و آنها را به هم متصل می کند تا یک حلقه کامل را تشکیل دهند. این فرآیند در زیر خلاصه می شود:
- عقب نشینی سیلندرهای رانش هیدرولیک در برابر آخرین حلقه تکمیل شده.
- قرار دادن دقیق قطعات پیش ساخته توسط بازوی نصب کننده خلاء.
- گروت کردن شکاف حلقوی بین سنگ و بخش بتنی برای اطمینان از پایداری.
- جلو بردن سپر با فشار دادن حلقه تازه نصب شده.
مقایسه فنی: سپر تک در مقابل سپر دوگانه
انتخاب TBM صحیح به شدت به مقاومت فشاری نامحدود (UCS) سنگ و وجود مناطق گسلی بستگی دارد. در حالی که TBM های Double Shield امکان حفاری و آستر را به طور همزمان فراهم می کنند، برای گرفتن کفش های "گیرنده" خود به سنگ مناسب نیاز دارند. TBMهای Single Shield از نظر زمینشناسی متنوعتر هستند که بین مناطق صخرهای مناسب و مناطق بسیار شکسته متفاوت است، زیرا برای پایداری به چسبیدن دیواره جانبی متکی نیستند.
| ویژگی | Single Shield TBM | دو سپر TBM |
| پشتیبانی اولیه | بخش های بتنی | کفش گریپر / بخش |
| تناسب زمین شناسی | شکسته به سنگ پایدار | عمدتاً هارد راک پایدار |
| حالت خسته کننده | ترتیبی (ماشفه و سپس خط) | همزمان (بوره و خط) |
| پیچیدگی | پایین تر | بالاتر |
مزایا در شرایط چالش برانگیز زمین شناسی
این primary advantage of the Single Shield TBM is its superior safety profile in "poor" rock. In zones where the rock is prone to collapsing or where water pressure is a concern, the shield acts as a secondary hull. Modern machines are often equipped with "back-loading" cutterheads, allowing disc changes from within the safety of the cutterhead itself, minimizing the time workers spend in front of the machine in unsupported ground.
کارایی در مدیریت جریان آب
هنگام تونل زدن از میان سنگ های سخت حاوی سفره های آب، TBM های Single Shield را می توان با مهر و موم های تخصصی و تجهیزات کاوشگر مجهز کرد. با حفاری جلوتر از سر برش، مهندسان می توانند دوغاب را برای تثبیت زمین و جلوگیری از ورود آب حتی قبل از رسیدن دستگاه به منطقه تزریق کنند. طراحی سپر اجازه می دهد تا محیط کنترل شده تری برای مدیریت این تغییرات ناگهانی در هیدروژئولوژی وجود داشته باشد و تضمین کند که جدول زمانی پروژه علیرغم شگفتی های زیرزمینی دست نخورده باقی می ماند.
