Funktioniert ein Tunnel -Bohrmaschine?

Tunnelbohrungsmaschinen (TBMs) sind anspruchsvolle Ausrüstungsgegenstände, die unterirdische Konstruktionen revolutioniert haben. Es handelt sich im Wesentlichen um mobile Fabriken, die Tunnel mit minimaler Störung des umgebenden Bodens ausgraben sollen.

Wie TBMs funktionieren: der grundlegende Prozess

Der Kernbetrieb eines TBM umfasst mehrere kontinuierliche Schritte:

1. Ausgrabung: An der Vorderseite des TBM befindet sich ein massiver, rotierender Schneiderkopf. Diese Stahlscheibe ist mit verschiedenen Schneidwerkzeugen ausgestattet, z. B. Scheibenschneider für Hardgestein oder Schneiderbits und Schaber für weicheres Boden. Während sich der Schneiderkopf dreht, knirscht, kratzt oder schere das Material auf der Tunnelfläche.

2. Dreckentfernung: Das ausgegrabene Material, bekannt als "Mist", fällt durch Öffnungen im Schneiderkopf in eine Kammer. Von dort wird es normalerweise von einem Schraubförderer (für weiche Boden -TBMs) transportiert oder auf eine Reihe von Förderbändern (für Hard -Gestein -TBMs) geladen, die die Länge des Tunnels verlaufen. Dieser Mist wird dann zur Entsorgung oder Recycling kontinuierlich an die Oberfläche entfernt.

3. Schub und Fortschritt: Das TBM wird von starken Schubzylindern (Jacks) hinter dem Cutterkopf nach vorne angetrieben. Diese Zylinder schieben sich gegen die zuvor installierten Tunnel -Auskleidungssegmente ab, wodurch die notwendige Kraft entsteht, um den Schneiderkopf in den Boden zu fördern.

4. Tunnelfutterinstallation: Unmittelbar hinter dem Schneiderkopf liegt innerhalb der Schutzhülle des TBM (des Schildes) der Eektor. Dieser Roboterarm nimmt vorgefertigte Betonsegmente (typischerweise gebogene, trapezförmige Stücke) auf und setzt sie akribisch zu einem vollständigen Ring der Tunnelfutter. Diese Segmente sind zusammenschruntigt und erzeugen eine starke, wasserdichte und dauerhafte Struktur, die den Boden unterstützt und die fertige Tunnelwand bildet.

5. Verputzung: Sobald ein Segmentenring installiert ist, wird die Hohlraum zwischen der Außenseite der Segmente und dem ausgegrabenen Boden (der "Schwanzleer") sofort mit einem spezialisierten Fugenmörtel gefüllt. Dieser Fugenmörtel erstreckt sich und bietet zusätzliche Unterstützung für die Tunnelfutter, verhindern die Bodenresidenz und die Gewährleistung einer engen Passform.

6. Lenkung und Navigation: TBMs sind mit hoch entwickelten Laser -Leitsystemen und Vermessungsinstrumenten ausgestattet. Die Bediener können die Richtung des TBM genau steuern, indem sie den Schub einzelner Buchsen einstellen, die Drehzahl des Schneiderkopfes variieren oder die Artikulationsfugen innerhalb der Maschine verwenden. Dies ermöglicht es ihnen, die geplante Ausrichtung und den Gradienten und sogar die Navigationskurven aufrechtzuerhalten.

7. Nachfolgerausrüstung (Backup-System): Hinter dem Hauptkörper TBM folgt eine Reihe von artikulierten Gantrie oder Anhängern (das "Backup-System"). Dieses nachfolgende Ausrüstungsmittel beherbergt wichtige Unterstützungssysteme, darunter:

   • Stromversorgungs- und Kontrollräume
   • Lüftungssysteme
   • Dreckentfernungsförderer
   • Fugenpumpen und Mischanlagen
   • Wasser- und Versorgungsleitungen
   • Personalzugriff und Sicherheitsausrüstung.

Arten von TBMs und deren Anwendungen

Die Auswahl des TBM -Typs ist kritisch und hängt stark von den geologischen Bedingungen des Bodens ab, um abgestimmt zu werden:

• Hard-Rock-TBMs (Open-Gripper-TBMs / abgeschirmtes Hard-Rock-TBM): Diese TBMs sind für feste Gesteinsformationen ausgelegt. Sie verwenden Scheibenschneider, die Mikrofrakturen im Gesteinsgesicht erzeugen.

  • Open-Gripper-TBMs: Fortschritte, indem Sie sich gegen die Tunnelwände (Felsen) mit Gripper-Pads greifen.
  • Abgeschirmtes Hard -Rock -TBM: Wird verwendet, wenn die Gesteinsbedingungen gebrochen oder gemischt werden, die volle Bodenunterstützung mit einem Schild und häufig ein Segment -Futter installieren.

• Erddruckausgleich (EPB) TBMs: Ideal für weiche, zusammenhängende Böden (Ton, Schlick, Sand), die für kurze Zeit ohne Unterstützung stehen können. Ein EPB -TBM verwendet das ausgegrabene Material selbst, um einen "Mistkuchen" zu erzeugen, der Druck auf das Tunnelgesicht ausübt und den umgebenden Bodendruck ausbalanciert. Ein Schraubenförderer reguliert die Entfernung von Mist und behält diese Balance bei.

• Aufschlämmung von TBMs: Am besten für lockere, wasserhaltige Böden (Sand, Kies, gesättigter Boden) geeignet. In einem Tailly TBM arbeitet der Schneiderkopf in einer unter Druck stehenden, schlammgefüllten Kammer. Die Aufschlämmung stabilisiert die Tunnelfläche und transportiert das ausgegrabene Material durch Rohre an die Oberfläche, wo es verarbeitet wird, um die Feststoffe von der Flüssigkeit zu trennen.

• TBMs gemischter Boden (TBMs variabler Dichte): Dies sind vielseitige Maschinen, die sich an unterschiedliche Bodenbedingungen anpassen können und manchmal Merkmale von EPB- und Gleulry -TBMs kombinieren. Sie können Parameter wie Gesichtsdruck und Mistentfernungsraten an die sich ändernden Bodeneigenschaften einstellen.

• Rohrkanalmaschinen (Mikrotunneling -TBM): Kleinere Versionen von TBMs, häufig ferngesteuert, verwendet zur Installation von Pipelines oder kleineren Nutzleitungen. Sie drücken Rohre direkt hinter dem Schneiderkopf.

Vorteile der Verwendung von TBMs

• Geschwindigkeit und Effizienz: TBMs können kontinuierlich und im Allgemeinen Tunnel viel schneller ausgraben als herkömmliche Methoden wie Bohren und Sprengen.
• Sicherheit: Der geschlossene Schild des TBM bietet ein sichereres Arbeitsumfeld für das Personal und schützt sie vor Einstößen und Grundwasser- und Eindringen.
• Minimale Oberflächenstörung: Wenn sie unterirdisch arbeiten, verringern TBMs die Störung der Oberflächeninfrastruktur, des Verkehrs und der Gemeinden erheblich, was sie ideal für städtische Gebiete macht.
• Reduzierte Umweltauswirkungen: Niedrigere Vibrationspegel und weniger Rauschen im Vergleich zum Sprengen, mit weniger Beutehaufen an der Oberfläche.
• Konsistente Tunnelform: TBMs erzeugen eine glatte, kreisförmige Tunnelbohrung, die häufig die erforderliche Sekundärauskleidung verringert.
• Automatisierung: Viele TBM -Funktionen sind automatisiert, was zu einer konsistenten Leistung und einer reduzierten Handarbeit führt.

Bemerkenswerte TBM -Projekte

TBMs waren maßgeblich daran beteiligt, einige der beeindruckendsten Infrastrukturprojekte der Welt zu konstruieren, darunter:

• Channel Tunnel (Eurotunnel): Verbinden von Großbritannien und Frankreich unter dem Ärmelkanal.
• GOTHARD BASE TUNNEL: Der längste Bahntunnel der Welt, der durch die Alpen in der Schweiz führt.
• Crossrail (Elizabeth Line) in London: Ein massives unterirdisches Eisenbahnsystem.
• Second Avenue U -Bahn in New York City: Erweiterung des U -Bahn -Netzwerks.
• Seattle's SR 99 Tunnel (Bertha): Ein Highway-Tunnel mit großem Durchmesser.

Zusammenfassend sind TBMs Engineering -Wunder, die die Art und Weise, wie wir den Untergrund bauen, verändert haben. Ihre Effizienz, Sicherheit und Fähigkeit, mit verschiedenen geologischen Bedingungen umzugehen