Чудо инженерной мысли: туннельно-проходческий станок (ТБМ)

Туннельно-расточной станок ( ТБМ ), часто называемый просто «кротом», представляет собой одно из наиболее значительных достижений в гражданском и геотехническом строительстве. Эти массивные и сложные машины произвели революцию в строительстве подземной инфраструктуры, позволив создавать туннели для транспорта, коммунальных услуг и добычи полезных ископаемых с беспрецедентной скоростью, точностью и безопасностью.

Механизм и основные компоненты

По сути, туннелепроходческий станок представляет собой полноценный мобильный завод, предназначенный для рытья забоя туннеля и одновременной установки временной или постоянной системы поддержки. TBM обычно состоит из трех основных разделов:

1. Режущая головка (Лицо):

   • Это самый передний вращающийся элемент, оснащенный различными режущими инструментами, например, дисковыми фрезами для твердых пород или комбинацией режущих долот и кирок для более мягкого грунта.
   • cutter head rotates and is thrust forward by hydraulic jacks, crushing or scraping the rock and soil at the tunnel face.

2. Щит и тело (середина):

   • щит представляет собой большой цилиндрический стальной корпус, расположенный непосредственно за режущей головкой. Он обеспечивает немедленную структурную поддержку только что вырытых стен туннеля, защищая машину и рабочих внутри от рыхлого грунта до тех пор, пока не будет установлена ​​постоянная облицовка туннеля.
   • система тяги , состоящий из мощных гидравлических домкратов, прижимается к последнему установленному сегменту облицовки туннеля, продвигая машину вперед.

3. Прицепное устройство (заднее):

   • В этой секции длиной более ста метров размещено необходимое вспомогательное оборудование.
   • Он включает в себя система удаления навоза (конвейерные ленты или шламовые трубы) для эффективной транспортировки выкопанного материала («навоза») из туннеля, систем управления и питания, вентиляционного оборудования и критически важных монтажник сегментов который точно размещает сегменты сборного железобетона, образующие постоянную облицовку туннеля.

Классификация и типы ТБМ

Выбор ТБМ является критически важным решением в любом проекте и во многом зависит от конкретных геологических условий и давления грунтовых вод. ТБМ подразделяются на общие категории в зависимости от грунта, для бурения которого они предназначены:

1. ТБМ Hard Rock

• ТБМ открытого типа/с захватом: Используется в стабильных условиях твердых пород, которые могут выдерживать себя в течение короткого периода времени без немедленной футеровки. Они используют гидравлическую захваты фиксироваться к стенам туннеля, что позволяет машине реагировать на прямую тягу режущей головки.
• ТБМ с одним экраном: Применяется в трещиноватых или менее стабильных твердых породах. Сегменты бетонной обделки устанавливают непосредственно за щитом и толкают вперед, отталкивая готовую обделку.
• ТБМ с двойным экраном: 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. ТБМ с мягким грунтом (щитовые машины)

se 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).

• ТБМ с балансом давления земли (EPB): Идеально подходит для связного, мягкого грунта. Они сохраняют стабильность за счет использования вынутого материала (навоза) внутри камеры под давлением на забое фрезы. Винтовой конвейер контролирует скорость удаления навоза, чтобы точно сбалансировать давление земли и воды перед машиной.
• ТБМ Slurry Shield (Hydroshield): Используется на рыхлых почвах или при высоком давлении воды. Они стабилизируют забой, вводя бентонитовую суспензию под давлением, которая образует фильтровальную корку, герметизирующую грунт. Выкопанный материал смешивается со шламом и выкачивается на сепарационную установку на поверхность.

Преимущества перед традиционными методами

global adoption of the Туннельно-расточной станок имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционным буровзрывным методом:

• Повышенная безопасность: Исключает использование взрывчатых веществ, резко снижая риски для персонала.
• Минимальное разрушение поверхности: Работа ведется в основном под землей, что сводит к минимуму шум, вибрацию и помехи — главное преимущество в городских районах.
• Повышенная скорость и эффективность: ТБМs provide a continuous tunneling process, often achieving significantly higher advance rates than drill-and-blast.
• Точность: Современные ТБМ управляются сложными лазерными или навигационными системами, обеспечивая высокую точность выравнивания.
• Уменьшение чрезмерных раскопок: ТБМ bores a precise circular tunnel, reducing the amount of spoil (muck) generated and the volume of lining material required.

В заключение, Туннельно-расточной станок является незаменимым инструментом развития инфраструктуры XXI века. По мере роста городского населения и увеличения потребности в сложной, протяженной инфраструктуре, такой как высокоскоростные железнодорожные туннели и обширные инженерные сети, роль TBM как чуда инженерной мысли станет только более важной.