en tunnelboremaskine (TBM) også kendt som en “muldvarp”, er en maskine, der bruges til at udgrave tunneler med et cirkulært tværsnit gennem en række jord-og klippelag. De kan bore gennem hård sten, sand, og næsten alt derimellem. Tunneldiametre kan variere fra en meter (udført med mikro-TBM ‘ er) til næsten 16 meter til dato. Tunneler med en diameter på mindre end en meter eller deromkring udføres typisk ved hjælp af grøftfri konstruktionsmetoder eller vandret retningsbestemt boring snarere end TBM ‘ er.

Tunnelboremaskiner anvendes som et alternativ til boring og sprængning (D&B) metoder i sten og konventionel ‘håndminedrift’ i jord. Tbm ‘ er har fordelene ved at begrænse forstyrrelsen til den omgivende jord og producere en glat tunnelvæg. Dette reducerer omkostningerne ved foring af tunnelen betydeligt og gør dem egnede til brug i stærkt urbaniserede områder. Den største ulempe er omkostningerne på forhånd. Tbm ‘ er er dyre at konstruere og kan være vanskelige at transportere. Men som moderne tunneler bliver længere, er omkostningerne ved tunnelboremaskiner versus bor og blast faktisk mindre—det skyldes, at tunneling med TBMs er meget mere effektiv og resulterer i et kortere projekt.

den største diameter TBM, på 15.43 m, blev bygget af Herrenknecht AG til et nyligt projekt i Shanghai, Kina. Maskinen blev bygget til at bore gennem blød jord inklusive sand og ler. Den største diameter hard rock TBM, på 14,4 m, blev fremstillet af Robbins Company til Canadas Niagara Tunnel Project. Maskinen keder i øjeblikket en vandkrafttunnel under Niagara Falls, maskinen er blevet navngivet” Big Becky ” med henvisning til Sir Adam Beck hydroelektriske dæmninger, som den tunneler for at give en ekstra vandkrafttunnel.

Hard rock TBM ‘er

i hard rock kan enten afskærmet eller åben type TBM’ er bruges. Alle typer Hard rock TBM ‘ er udgraver sten ved hjælp af skiveskærere monteret i skærehovedet. Skiveskærerne skaber trykspændingsfrakturer i klippen, hvilket får den til at skære væk fra klippen foran maskinen, kaldet tunnelfladen. Den udgravede sten, kendt som muck, overføres gennem åbninger i skærehovedet til en båndtransportør, hvor den løber gennem maskinen til et system af transportører eller muckbiler til fjernelse fra tunnelen.

TBM ‘ er af åben type har intet skjold, hvilket efterlader området bag skærehovedet åbent for klippestøtte. For at komme videre bruger maskinen et gribesystem, der skubber mod tunnelens sidevægge. Maskinen kan styres kontinuerligt, mens gribesko skubber på sidevæggene for at reagere på maskinens fremadgående tryk. Ved afslutningen af et slag sænkes maskinens bagben, griberne og drivcylindrene trækkes tilbage. Tilbagetrækningen af drivcylindrene omplacerer griberenheden til den næste borecyklus. Griberne forlænges, bagbenene løftes, og kedeligt begynder igen. Den åbne type eller fjernlys, TBM installerer ikke betonsegmenter bag den, som andre maskiner gør. I stedet holdes klippen op ved hjælp af jordstøttemetoder såsom ringbjælker, stenbolte, haglbeton, stålbånd og trådnet (Stack, 1995).

i brudt sten kan der anvendes afskærmede hard rock TBM ‘ er, som opfører betonsegmenter for at understøtte ustabile tunnelvægge bag maskinen. Dobbelt skjold TBM ‘ er er såkaldte, fordi de har to tilstande; i stabil jord kan de gribe mod tunnelvæggene for at komme videre. I ustabil, brudt jord forskydes trykket til trykcylindre, der skubber mod tunnelsegmenterne bag maskinen. Dette forhindrer de betydelige trykkræfter i at påvirke skrøbelige tunnelvægge. Single Shield TBM ‘ er fungerer på samme måde, men bruges kun i brudt jord, da de kun kan skubbe ud mod betonsegmenterne (Stack, 1995).

blød jord TBMs

i blød jord er der to hovedtyper af TBMs: Jordtryksbalancemaskiner (EPB) og Gylleskærm (SS). Begge typer maskiner fungerer som single Shield TBM ‘ er, ved hjælp af trykcylindre til at gå fremad ved at skubbe ud mod betonsegmenter. Jordtryksbalancemaskiner bruges i blød jord med mindre end 7 bar tryk. Skærehovedet bruger ikke kun skiveskærere, men i stedet en kombination af hårdmetalskærebits, hårdmetalskiveskærere og/eller hårde klippeskiveskærere. EPB får sit navn, fordi det er i stand til at holde op blød jord ved at opretholde en balance mellem jord og tryk. TBM-operatøren og automatiserede systemer holder hastigheden for jordfjernelse lig med hastigheden for maskinfremgang. Således opretholdes et stabilt miljø. Derudover injiceres additiver såsom bentonit, polymerer og skum i jorden for yderligere at stabilisere det.

i blød jord med meget højt vandtryk og store mængder grundvand er der brug for Gylleskærm TBM ‘ er. Disse maskiner tilbyder et helt lukket arbejdsmiljø. Jordbunden blandes med bentonitopslæmning, som skal fjernes fra tunnelen gennem et system af gyllerør, der forlader tunnelen. Der er behov for store gylleseparationsanlæg på overfladen til denne proces, som adskiller snavs fra gyllen, så den kan genbruges tilbage i tunnelen.

mens brugen af TBM ‘er lindrer behovet for et stort antal arbejdere ved højt tryk, dannes der undertiden et caisson-system ved skærehovedet til gylleskærm TBM’ er. Arbejdere, der kommer ind i dette rum til inspektion, vedligeholdelse og reparation, skal medicinsk ryddes som “egnet til at dykke” og trænes i driften af låsene.

Back-Up-Systemer
bag alle typer tunnelboremaskiner, inde i den færdige del af tunnelen, er bageste supportdæk kendt som back-up-systemet. Støttemekanismer placeret på back-up kan omfatte: transportbånd eller andre systemer til fjernelse af muck, gyllerørledninger, hvis relevant, kontrolrum, elektriske systemer, støvfjernelse, ventilation og mekanismer til transport af præstøbte segmenter.

Urban tunneling og near surface tunneling
Urban tunneling har den særlige udfordring at kræve, at jordoverfladen er uforstyrret. Dette betyder, at bundfald skal undgås. Den normale metode til at gøre dette i blød jord er at opretholde jordtrykket under og efter tunnelkonstruktionen. Der er nogle vanskeligheder med at gøre dette, især i forskellige lag (f. eks., kedeligt gennem et område, hvor den øverste del af tunnelfladen er vådt sand, og den nederste del er hård sten).

TBM ‘ er med positiv ansigtskontrol, såsom EPB og SS, anvendes i sådanne situationer. Begge typer (EPB og SS) er i stand til at reducere risikoen for overfladesænkning og hulrum, hvis de fungerer korrekt, og hvis jordforholdene er veldokumenterede.

ved tunnelering i bymiljøer skal andre tunneler, eksisterende forsyningslinjer og dybe fundamenter behandles i de tidlige planlægningsfaser. Projektet skal tage højde for foranstaltninger til at afbøde eventuelle skadelige virkninger for anden infrastruktur.

1 – gylle trykbalance (SPB) TBM

grundprincippet for denne TBM er at opretholde ansigtstrykket under udgravningsfasen ved at fylde arbejdskammeret, der er placeret bag skærehovedet, med gylle.

fordele

• tillader, at blød, våd eller ustabil jord tunneleres med en hastighed og sikkerhed, der ikke tidligere er mulig
• egnet til jord med højt vandtryk (under vandbord)
• begrænser jordafvikling og producerer en glat tunnelvæg. Dette reducerer omkostningerne ved foring af tunnelen betydeligt og gør den velegnet til brug i stærkt urbaniserede områder.

ulemper

• den største ulempe er kapitalomkostningerne på forhånd. Tbm ‘ er er dyre at konstruere, vanskelige at transportere, kræver betydelige backupsystemer og strøm.
• drev kan hindres af store sten og kampesten

hovedkarakteristika

• Tunnelforing – præfabrikerede Betonsegmenter
• typisk ydelse – 5m til 30m pr.dag. Den faktiske ydelse og omkostninger afhænger af jordbundsforhold og tunneldiameter.

2- Jordtryksbalance (EPB) TBM

dette er en mekaniseret tunnelmetode, hvor ødelæggelse indføres i tunnelboremaskinen (TBM) via et skruetransportørarrangement, der gør det muligt for trykket ved TBM ‘ ens overflade at forblive afbalanceret uden brug af gylle.

fordele

• tillader, at blød, våd eller ustabil jord tunneleres med en hastighed og sikkerhed, der ikke tidligere var mulig
• begrænser jordafvikling og producerer en glat tunnelvæg. Dette reducerer omkostningerne ved foring af tunnelen betydeligt og gør den velegnet til brug i stærkt urbaniserede områder

ulemper
den største ulempe er kapitalomkostningerne på forhånd. Tbm ‘ er er dyre at konstruere, vanskelige at transportere, kræver betydelige backupsystemer og strøm.

hovedkarakteristika

• Tunnelforing – præfabrikerede Betonsegmenter.
• typisk ydelse – 9m til 35m pr. Den faktiske ydelse og omkostninger afhænger af jordbundsforhold og tunneldiameter.

3- Hard Rock TBM

denne metode involverer brugen af en Tunnelmaskine med et skjold og skærehoved, der er egnet til hard rock.

fordele
de tilbyder et kontinuerligt og kontrolleret middel til tunneling, der er i stand til høje fremskridt under gunstige forhold.

ulemper

• den største ulempe er kapitalomkostningerne på forhånd. Tbm ‘ er er dyre at konstruere, vanskelige at transportere, kræver betydelige backupsystemer og strøm.
• deres anvendelighed er begrænset til lange tunneler, hvor de høje forskud og tunnelkvalitet kan udligne deres høje kapitalomkostninger.

hovedkarakteristika

• Tunnelforing – præfabrikerede Betonsegmenter / sprøjtet beton / Ingen foring
• typisk ydelse – 12m til 67M pr.dag. Den faktiske ydelse og omkostninger afhænger af jordbundsforhold og tunneldiameter.

stadier af TBM konstruktion