Wie funktioniert eine Tunnelbohrmaschine?

A Tunnelbohrmaschine (TBM) ist im Wesentlichen eine in sich geschlossene Fabrik auf Rails, die Tunnel präzise und effizient ausgraben soll. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bohrer-Blast-Methoden bieten TBMs erhebliche Vorteile hinsichtlich Geschwindigkeit, Sicherheit und Umweltauswirkungen.

Im Herzen jedes TBM ist seine sein Cutterhead . Dieses massive rotierende Rad ist je nach geologischen Bedingungen mit Scheibenschneidern, Schneidbits oder Schabern ausgestattet. Wenn sich der Cutterhead dreht und gegen die Tunnelfläche vorwärts geschoben wird, werden diese Werkzeuge das Material ausgraben. Die ausgegrabene Beute wird dann durch Öffnungen im Cutterhead zu a geleitet Fördersystem (Häufig Schrauben Sie Förderer oder Gürtelförderer), die es zum Entfernen aus dem Tunnel nach hinten an der Rückseite der Maschine transportieren.

Schlüsselkomponenten und ihre Funktionen:

• Cutterhead: Der vorderste Teil des TBM, der für die Ausgrabung des Bodens verantwortlich ist. Die Art der Cutter variiert:

  • Scheibenschneider werden für harte Felsen verwendet und den Felsen zerquetschen, während sie darüber rollen.

  • Schneiden von Teilen und Schabern sind häufiger für weichere Böden, das Material schneiden und abkratzen.

• Schubsystem: Hinter dem Cutterhead befinden sich leistungsstarke hydraulische Zylinder, die den TBM nach vorne schieben. Diese Zylinder drücken normalerweise gegen die zuvor installierten Tunnelschleimhautsegmente oder gegen Greifer, die Druck auf die Tunnelwände ausüben.

• Schild: Dies ist der Hauptkörper des TBM, der den ausgegrabenen Boden unterstützt und die Arbeitsmannschaft und Maschinen vor Einstöpfen schützt. Der Schild beherbergt auch verschiedene Systeme.

• Eektorsystem: Wenn der TBM voranschreitet, installiert es gleichzeitig die Betonsegmente vorgefertigt Das bildet die permanente Tunnelfutter. Der Eektorarm nimmt diese Segmente auf und setzt sie genau auf, um einen Ring zu erstellen.

• Verpackungssystem: Sobald ein Tunnelring installiert ist, wird Mörtel in die ringförmige Lücke zwischen den installierten Segmenten und dem ausgegrabenen Boden injiziert. Dies dient dazu, den Boden zu stabilisieren, Lasten zu übertragen und das Eindringen von Wasser zu verhindern.

• Mistentfernungssystem: Wie bereits erwähnt, transportieren Förderer das ausgegrabene Material ("Mist") auf die Rückseite des TBM, wo es in Züge, Lastwagen oder andere Systeme zum Entfernen aus dem Tunnel geladen wird.

• Leitsystem: Moderne TBMs verwenden hoch entwickelte Laser -Leitsysteme, GPS und andere Vermessungsgeräte, um sicherzustellen, dass der Tunnel genau entlang der entworfenen Ausrichtung und dem Gradienten ausgegraben wird.

• Nachfolgerausrüstung (Backup -System): Das nachliegende Ausrüstungsgerät erstreckt sich über Hunderte von Metern hinter dem TBM -Schild und beherbergt entscheidende Unterstützungssysteme. Dies umfasst Transformatoren für Strom, Lüftungskanäle, Wasser- und Fugenleitungen, Kontrollräume und Besatzungsanlagen.

Arten von TBMs:

Die Auswahl eines TBM -Typs ist entscheidend und hängt stark von den geologischen Bedingungen und dem Vorhandensein von Grundwasser ab:

• TBMS Open-Face (Gripper TBMs): Ideal für stabile Gesteinsbedingungen. Sie rücken durch die Tunnelwände und drücken nach vorne.

• Schild TBMs: Wird unter instabilen Bodenbedingungen verwendet, bei denen sofortige Unterstützung erforderlich ist. Der Schild schützt den Boden, bis die Segmente installiert sind.

  • Erddruckausgleichsmaschinen (EPBMs): Häufig in weichem Boden mit unterschiedlicher Konsistenz verwendet. Sie behalten einen Gleichgewicht zwischen dem Druck des ausgegrabenen Bodens in der Kammer und dem Druck, der zur Unterstützung der Tunnelfläche erforderlich ist, und verhindern die Bodenbesiedlung.

  • Aufschlämmung von TBMs: Am besten für sehr feuchte, gesättigte Boden oder Masse mit hohem Wasserdruck geeignet. Eine unter Druck stehende Aufschlämmung (Bentonit- oder Polymermischung) wird verwendet, um die Tunnelfläche zu stützen, und das ausgegrabene Material wird mit dieser Aufschlämmung gemischt und gepumpt.

  • Einzelschild -TBMs: Betätigen Sie in einem zusammenhängenden Boden, auf dem der Boden kurz vor der Installation für kurze Zeit stehen kann.

  • Doppelschild TBMs: Verwendet in gebrochenem Gestein oder gemischtem Boden. Sie haben zwei Schilde, die eine kontinuierliche Ausgrabung und Segmentelektion ermöglichen, was zu schnelleren Voraussetzungen führt.

Vorteile von TBMs:

• Geschwindigkeit: TBMs können im Vergleich zu herkömmlichen Methoden, insbesondere über große Entfernungen, erheblich schnellere Ausgrabungsraten erreichen.

• Sicherheit: Sie bieten ein sichereres Arbeitsumfeld, indem sie den Boden hinter dem Cutterhead sofort unterstützen, wodurch das Risiko von Zusammenbrüchen und die Exposition gegenüber gefährlichen Bedingungen verringert wird.

• Präzision: TBMs können sehr enge Toleranzen aufrechterhalten und sicherstellen, dass der Tunnel auf die genauen Entwurfsspezifikationen ausgegraben wird.

• Umweltauswirkungen: Sie verursachen weniger Oberflächenstörungen, reduzieren Rauschen und Vibrationen und minimieren die Notwendigkeit des Sprengens, wodurch sie ideal für städtische Gebiete sind.

• Reduzierte Arbeit: TBMs benötigen zwar qualifizierte Betreiber und benötigen im Allgemeinen weniger Personal im Tunnelgesicht im Vergleich zu Bohrer und Blast.

Herausforderungen und Überlegungen:

• Kosten: TBMs sind im Kauf und Betrieb äußerst teuer.

• Logistik: Der Transport, Zusammenstellen und Einführung eines TBM ist ein massives logistisches Unterfangen.

• Bodenbedingungen: Unerwartete Geologieveränderungen wie die Begegnung mit hochgebrochenem Gestein oder großen Felsbrocken auf weichem Boden können die Operationen erheblich verlangsamen oder stoppen. Das Eindringen von Wasser ist eine weitere große Herausforderung.

• Wartung: TBMs sind komplexe Maschinen, die eine kontinuierliche Wartung und spezielle Ersatzteile erfordern.

• Tunnellänge: TBMs sind für lange Tunnel am kostengünstigsten, da die anfänglichen Einrichtungskosten hoch sind.

Zusammenfassend ist TBMs ein Beweis für moderne Engineering -Wunder und revolutioniert, wie Tunnel weltweit aufgebaut werden. Ihre Fähigkeit, herausfordernde Bodenbedingungen mit Präzision, Geschwindigkeit und verstärkter Sicherheit zu bohrenden