tunneliporakone (tbm), joka tunnetaan myös nimellä ”mooli”, on kone, jolla kaivetaan poikkileikkaukseltaan pyöreitä tunneleita erilaisten maa-ja kivikerrostumien läpi. Ne voivat porata läpi hard rock, hiekka, ja lähes mitä tahansa siltä väliltä. Tunnelin halkaisijat voivat vaihdella metristä (mikro-TBMs: llä) tähän mennessä lähes 16 metriin. Tunnelit, joiden halkaisija on alle metri, tehdään yleensä käyttäen kaivantomenetelmiä tai vaakasuuntaista porausta TBMs: n sijaan.

Tunneliporakoneita käytetään vaihtoehtona kallioperän poraus-ja räjäytysmenetelmille (D&B) ja perinteisille ”käsikaivosmenetelmille” maaperässä. TBMs: n etuna on häiriön rajoittaminen ympäröivään maahan ja sujuvan tunneliseinän aikaansaaminen. Tämä vähentää merkittävästi tunnelin vuoraamisen kustannuksia ja tekee niistä sopivia voimakkaasti kaupungistuneille alueille. Suurin haitta on etukustannukset. TBMs on kallista rakentaa, ja voi olla vaikea kuljettaa. Nykyaikaisten tunnelien pidentyessä tunneliporakoneiden kustannukset porausta ja räjäytystä vastaan ovat kuitenkin itse asiassa pienemmät—tämä johtuu siitä, että tunnelointi TBMs: llä on paljon tehokkaampaa ja johtaa lyhyempään projektiin.

halkaisijaltaan suurimman tbm: n, 15,43 m, rakensi Herrenknecht AG äskettäistä projektia varten Shanghaissa, Kiinassa. Kone rakennettiin poraamaan pehmeän maan läpi, mukaan lukien hiekka ja savi. Suurimman halkaisijaltaan 14,4-metrisen hard rock tbm: n valmisti The Robbins Company kanadalaista Niagaran Tunneliprojektia varten. Kone poraa parhaillaan vesivoimatunnelia Niagaran putousten alla, kone on saanut nimen ”Big Becky”viitaten Sir Adam Beckin vesivoimapatoihin, joihin se on tunneloimassa lisätunnelia varten.

Hard rock Tbms

hard rockissa voidaan käyttää joko suojattuja tai avotyyppisiä TBMs: iä. Kaikentyyppiset hard rock TBMs kaivaa rock käyttäen levyn leikkurit asennettu leikkuri pään. Levyleikkurit synnyttävät kallioon puristusjännitysmurtumia, jolloin se lohkeaa pois koneen edessä olevasta kivestä, jota kutsutaan tunnel Faceksi. Louhittu kiviaines, jota kutsutaan liejuksi, siirretään kutteripäässä olevien aukkojen kautta hihnakuljettimelle, josta se kulkee koneen läpi kuljettimien tai lokavaunujen järjestelmään tunnelista poistoa varten.

avoimen tyypin TBMs: ssä ei ole kilpeä, jolloin leikkuupään takana oleva alue jää auki kivitukea varten. Edetäkseen kone käyttää tarttumajärjestelmää, joka työntää tunnelin sivuseiniä vasten. Konetta voidaan ohjata jatkuvasti samalla, kun tarttumakengät työntävät sivuseiniä reagoidakseen koneen työntövoimaan. Vedon lopussa koneen takajalat lasketaan alas, tarttujat ja potkurisylinterit vedetään sisään. Potkurisylinterien takaisinveto asettaa tarttujakokoonpanon uudelleen seuraavaa porausjaksoa varten. Tarttujia pidennetään, takajalkoja nostetaan, ja tylsyys alkaa taas. Avomallinen eli Kaukovalaisin TBM ei asenna taakseen betonisegmenttejä kuten muut koneet. Sen sijaan kalliota pidetään pystyssä maan tukimenetelmillä, kuten rengaspalkeilla, kivipulteilla, haulikkorenkailla, teräshihnoilla ja metalliverkkolla (Stack, 1995).

murtuneessa Kalliossa voidaan käyttää suojattuja kivilohkareita, jotka pystyttävät betonisegmenttejä tukemaan koneen takana olevia epävakaita tunneliseiniä. Kaksoissuojattuja tbm: iä kutsutaan, koska niissä on kaksi tilaa; vakaassa maassa ne voivat tarttua tunnelin seinämiin edetäkseen eteenpäin. Epävakaassa, murtuneessa maassa työntövoima siirtyy työntösylintereihin, jotka työntyvät koneen takana olevia tunnelisegmenttejä vasten. Tämä estää merkittäviä työntövoimia törmäämästä hauraisiin tunnelin seinämiin. Yksittäiset suojakilvet toimivat samalla tavalla, mutta niitä käytetään vain murtuneessa maassa, koska ne voivat painua vain betonisegmenttejä vasten (Stack, 1995).

pehmeän maan TBMs

pehmeässä maassa TBMs: ää on kahta päätyyppiä: Maanpainetasapainokoneet (EPB) ja Lietesuoja (SS). Molemmat konetyypit toimivat kuin yhden kilven TBMs: t, joissa työntövoimasylinterit etenevät eteenpäin työntämällä betonisegmenttejä vasten. Maapainetasapainokoneita käytetään pehmeässä maassa, jossa paine on alle 7 bar. Leikkuri pää ei käytä levy leikkureita vain, vaan yhdistelmä volframikarbidin leikkaus bittiä, kovametalli Levy leikkurit, ja / tai hard rock levy leikkurit. EPB on saanut nimensä siitä, että se pystyy pitämään pehmeää maata pystyssä pitämällä yllä tasapainoa maan ja paineen välillä. Tbm-toiminnanharjoittaja ja automaattiset järjestelmät pitävät maanpoistonopeuden yhtä suurena kuin koneen etenemisnopeuden. Näin ylläpidetään vakaata ympäristöä. Lisäksi maahan ruiskutetaan lisäaineita, kuten bentoniittia, polymeerejä ja vaahtoa sen vakauttamiseksi entisestään.

pehmeässä maassa, jossa on erittäin korkea vedenpaine ja suuri määrä pohjavettä, tarvitaan Lietesuojia. Nämä koneet tarjoavat täysin suljetun työympäristön. Maa-ainekseen sekoitetaan bentoniittilietettä, joka on poistettava tunnelista tunnelista poistuvien lieteputkien kautta. Tätä prosessia varten pinnalle tarvitaan suuria lietelannan erotuslaitoksia, jotka erottavat lietelannasta lian, jotta se voidaan kierrättää takaisin tunneliin.

vaikka TBMs: n käyttö helpottaa suurten työntekijämäärien tarvetta korkeissa paineissa, lietesuojan tbms: n leikkuupäähän muodostetaan joskus caisson-järjestelmä. Työntekijät, jotka tulevat tähän tilaan tarkastusta, huoltoa ja korjausta varten, on lääketieteellisesti selvitettävä ”sukelluskelpoisiksi” ja koulutettava sulkujen toimintaan.

varajärjestelmät
kaikentyyppisten tunneliporakoneiden takana, tunnelin valmiin osan sisällä, ovat perätukikansia, joita kutsutaan varajärjestelmiksi. Back-upissa sijaitsevat tukimekanismit voivat sisältää: kuljettimet tai muut lieteputkistot, mahdolliset lieteputket, valvomot, sähköjärjestelmät, pölynpoisto, ilmanvaihto ja esivalettujen segmenttien kuljetusmekanismit.

Kaupunkitunnelointi ja lähialueen tunnelointi
Kaupunkitunneloinnin erityishaasteena on, että maanpinnan on oltava koskematon. Tämä tarkoittaa, että maan vajoamista on vältettävä. Normaali tapa tehdä tämä pehmeässä maassa on ylläpitää maan painetta tunnelin rakentamisen aikana ja sen jälkeen. Tässä on jonkin verran vaikeuksia, varsinkin vaihtelevissa kerrostumissa (esim., poraus alueen läpi, jossa tunnelin pinnan yläosa on märkää hiekkaa ja alaosa kovaa kiveä).

tbms, jossa on positiivinen kasvokontrolli, kuten EPB ja SS, käytetään tällaisissa tilanteissa. Molemmat tyypit (EPB ja SS) pystyvät vähentämään pinnan vajoamisen ja tyhjyyksien riskiä, jos niitä käytetään asianmukaisesti ja jos maanpinnan olosuhteet on dokumentoitu hyvin.

kaupunkiympäristöjen tunnelilouhinnoissa on alkuvaiheessa puututtava muihin tunneleihin, olemassa oleviin hyötylinjoihin ja syväperustuksiin. Hankkeeseen on sisällyttävä toimenpiteitä, joilla lievennetään muille infrastruktuureille mahdollisesti aiheutuvia haitallisia vaikutuksia.

1-Lietelannan painetasapaino (SPB) tbm

tämän Lietelannan perusperiaatteena on pitää pintapaine yllä louhintavaiheen aikana täyttämällä lietelannalla leikkurin pään takana sijaitseva työkammio.

edut

• mahdollistavat pehmeän, märän tai epävakaan maan tunneloinnin sellaisella nopeudella ja turvallisuudella, joka ei ole aiemmin ollut mahdollista
• soveltuu maahan, jonka vedenpaine on suuri (vedenpinnan alapuolella)
• rajoittaa maanpinnan asutusta ja tuottaa tasaisen tunnelin seinämän. Tämä vähentää merkittävästi tunnelin vuorauskustannuksia ja tekee siitä sopivan käytettäväksi voimakkaasti kaupungistuneilla alueilla.

haitat

• suurin haitta on alkupääomakustannukset. TBMs ovat kalliita rakentaa, vaikea kuljettaa, vaativat merkittäviä varajärjestelmiä ja virtaa.
• ajoa voivat haitata suuret kivet ja lohkareet

pääominaisuudet

• Tunnelivuori – betonielementit
• tyypillinen suorituskyky-5-30 metriä päivässä. Todellinen suorituskyky ja kustannukset riippuvat maan olosuhteista ja tunnelin halkaisijasta.

2- Earth Pressure Balance (EPB) tbm

tämä on koneellinen tunnelointimenetelmä, jossa pilaantunut aine pääsee tunnelikaivinkoneeseen ruuvikuljettimella, jonka avulla paine TBM: n pinnalla pysyy tasapainossa ilman lietettä.

edut

• mahdollistavat pehmeän, märän tai epävakaan maan tunneloinnin nopeudella ja turvallisuudella, joka ei ole aiemmin ollut mahdollista
• rajoittaa maan asutusta ja tuottaa tasaisen tunnelin seinämän. Tämä vähentää merkittävästi tunnelin vuorauskustannuksia ja tekee sen sopivaksi käyttää voimakkaasti kaupungistuneilla alueilla

haitat
suurin haitta on alkupääomakustannukset. TBMs ovat kalliita rakentaa, vaikea kuljettaa, vaativat merkittäviä varajärjestelmiä ja virtaa.

pääominaisuudet

• Tunnelivuori-betonielementit
• tyypillinen suoritus-9-35 metriä päivässä. Todellinen suorituskyky ja kustannukset riippuvat maan olosuhteista ja tunnelin halkaisijasta.

3- Hard Rock tbm

tässä menetelmässä käytetään tunnelinlouhintakonetta, jossa on kovaan kiveen soveltuva kilpi ja leikkuupää.

edut
ne tarjoavat jatkuvan ja valvotun tunnelinlouhintamenetelmän, joka mahdollistaa suuren etumatkan suotuisissa olosuhteissa.

haitat

• suurin haitta on alkupääomakustannukset. TBMs ovat kalliita rakentaa, vaikea kuljettaa, vaativat merkittäviä varajärjestelmiä ja virtaa.
• niitä voidaan soveltaa vain pitkiin tunneleihin, joissa korkeat ennakkomaksut ja tunnelien laatu voivat korvata niiden korkeat pääomakustannukset.

pääominaisuudet

• tunnelin Vuori-betonielementit / Ruiskubetoni / ei vuorausta
• tyypillinen suorituskyky – 12-67 metriä päivässä. Todellinen suorituskyky ja kustannukset riippuvat maan olosuhteista ja tunnelin halkaisijasta.

TBM: n rakentamisen vaiheet