Актуальное название: Под давлением: как ТБМ с одинарным щитом произвели революцию в прокладке туннелей в твердых породах

Механическая архитектура ТБМ с одним экраном

Тоннелепроходческий станок с одним щитом (TBM) специально разработан для земляных работ в условиях твердых пород, где горная масса трещиноватая или нестабильная. В отличие от ТБМ с открытой балкой, вариант Single Shield размещает все внутренние механизмы внутри защитной цилиндрической стальной оболочки. Этот щит обеспечивает немедленную поддержку сверху и сбоку, защищая как персонал, так и высокоточные компоненты от падающих обломков или «каменных ударов». Режущая головка в передней части оснащена сверхмощными дисковыми фрезами, которые оказывают огромное давление на забой породы, создавая трещины под напряжением, которые заставляют породу откалываться на легко управляемые фрагменты.

Внутри щита двигательная установка опирается на механизм продольной тяги. Поскольку машина работает в конфигурации с одним щитом, для движения вперед она обычно отталкивается от ранее установленных бетонных сегментов. Такая интеграция земляных работ и облицовки делает его исключительно эффективным выбором для туннелей для транспортировки воды на большие расстояния, железнодорожных переездов и инженерных коммуникаций, где готовая бетонная облицовка требуется сразу после процесса бурения.

Эксплуатационная динамика и последовательность бурения

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.

Ring Building Phase

Как только упорные цилиндры достигают максимального выдвижения, растачивание прекращается. Затем цилиндры убираются небольшими группами, чтобы освободить место для устройства для сборки сегментов. Эта роботизированная рука поднимает сегменты сборного железобетона и скрепляет их болтами, образуя целое кольцо. Этот процесс кратко описан ниже:

• Втягивание гидроцилиндров тяги против последнего завершенного кольца.
• Прецизионное размещение сборных сегментов с помощью манипулятора с вакуумным захватом.
• Заливка кольцевого зазора между камнем и бетонным сегментом для обеспечения устойчивости.
• Выдвижение щита путем отталкивания только что установленного кольца.

Техническое сравнение: одинарный экран и двойной экран

Выбор правильной ТБМ во многом зависит от неограниченной прочности на сжатие (UCS) породы и наличия зон разломов. Несмотря на то, что ТБМ с двойным щитом допускают одновременное бурение и футеровку, им требуется надежный захват породы с помощью их «захватных» башмаков. ТБМ с одинарным щитом более универсальны в геологии, которая варьируется от компетентных пород до зон с высокой степенью трещиноватости, поскольку для обеспечения устойчивости им не требуется сцепление с боковой стенкой.

Преимущества в сложных геологических условиях

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.

Эффективность управления притоком воды

При прокладке туннелей в твердых породах, содержащих водоносные горизонты, ТБМ Single Shield могут быть оснащены специальными уплотнениями и зондовым оборудованием. Пробуривая перед режущей головкой, инженеры могут закачивать раствор для стабилизации грунта и блокирования проникновения воды еще до того, как машина достигнет нужного участка. Конструкция щита позволяет создать более контролируемую среду для управления этими внезапными изменениями в гидрогеологии, гарантируя, что график проекта останется неизменным, несмотря на подземные сюрпризы.