az alagútfúró gép (TBM), más néven “anyajegy”, egy olyan gép, amelyet kör keresztmetszetű alagutak feltárására használnak különböző talaj-és kőzetrétegeken keresztül. Át tudnak fúrni kemény sziklán, homokon és szinte bármin, ami a kettő között van. Az alagút átmérője egy métertől (mikro-TBMs-sel) a mai napig csaknem 16 méterig terjedhet. A körülbelül egy méternél kisebb átmérőjű alagutakat általában árok nélküli építési módszerekkel vagy vízszintes irányú fúrással, nem pedig TBM-ekkel végzik.

az alagútfúró gépeket a kőzetfúrási és robbantási (D& B) módszerek és a talajban végzett hagyományos ‘kézi bányászat’ alternatívájaként használják. A TBM-ek előnye, hogy korlátozzák a zavart a környező talajra, és sima alagútfalat hoznak létre. Ez jelentősen csökkenti az alagút bélésének költségeit, és alkalmassá teszi őket erősen urbanizált területeken történő használatra. A legnagyobb hátrány az előzetes költség. A TBM-ek építése költséges, és nehezen szállíthatók. Mivel azonban a modern alagutak hosszabbá válnak, az alagútfúró gépek költsége a fúróval és a robbantással szemben valójában kevesebb—ez azért van, mert a TBMs-sel történő alagút sokkal hatékonyabb, és rövidebb projektet eredményez.

a legnagyobb átmérőjű TBM-et, 15,43 m-en, a Herrenknecht AG építette egy nemrégiben Sanghajban, Kínában. A gépet úgy építették, hogy puha talajon, beleértve a homokot és az agyagot is. A legnagyobb átmérőjű hard rock TBM-et, 14,4 m-en, a Robbins Company gyártotta a kanadai Niagara alagút projekthez. A gép jelenleg egy hidroelektromos alagutat fúrt a Niagara-vízesés alatt, a gépet “Big Becky” – nek nevezték el a Sir Adam Beck hidroelektromos gátakra hivatkozva, amelyekhez alagutat épít, hogy további hidroelektromos alagutat biztosítson.

Hard rock TBMs

a hard rockban árnyékolt vagy nyílt típusú TBMs használható. Minden típusú kemény kőzet TBM-ek a vágófejbe szerelt tárcsavágókkal ásják ki a kőzetet. A tárcsavágók nyomófeszültségi töréseket hoznak létre a kőzetben, aminek következtében az elszakad a gép előtti sziklától, az úgynevezett alagút arc. A feltárt kőzet, más néven sár, a vágófej nyílásain keresztül szállítószalagra kerül, ahol a gépen keresztül szállítószalagok vagy kocsik rendszerébe vezet az alagútból való eltávolítás céljából.

a nyitott típusú TBM-eknek nincs pajzsuk, így a vágófej mögötti terület nyitva marad a kőzettámasz számára. Az előrehaladáshoz a gép egy megfogórendszert használ, amely az alagút oldalfalaihoz nyomódik. A gép folyamatosan kormányozható, miközben a megfogó cipők az oldalfalakon nyomódnak, hogy reagáljanak a gép előremenetelére. A löket végén a gép hátsó lábai leereszkednek, a megfogók és a hajtóhengerek visszahúzódnak. A hajtóhengerek visszahúzása áthelyezi a megfogóegységet a következő fúrási ciklusra. A megfogók meghosszabbodnak, a hátsó lábak felemelkednek, és az unalmas újra kezdődik. A nyitott típusú vagy távolsági fényű TBM nem telepít konkrét szegmenseket mögötte,mint más gépek. Ehelyett a sziklát földi támasztási módszerekkel tartják fel, például gyűrűs gerendákkal, sziklacsavarokkal, lövedékekkel, acél hevederekkel és dróthálóval (Stack, 1995).

törött kőzetben árnyékolt kemény kőzetű TBM-ek használhatók, amelyek betonszegmenseket állítanak fel az instabil alagútfalak támogatására a gép mögött. A kettős Pajzsú TBM-eket azért hívják, mert két módjuk van; stabil talajon megfoghatják az alagút falait, hogy előre haladjanak. Instabil, törött talajon a tolóerőt tolóhengerekre tolják, amelyek a gép mögötti alagútszegmensekhez nyomódnak. Ez megakadályozza, hogy a jelentős tolóerők hatással legyenek a törékeny alagútfalakra. Az egypajzsos TBM-ek ugyanúgy működnek, de csak törött talajon használják őket, mivel csak a betonszegmensekhez tudnak lökni (Stack, 1995).

lágy talajú TBMs

a puha talajban a Tbms két fő típusa van: földnyomás-mérleg gépek (EPB) és hígtrágya pajzs (SS). Mindkét típusú gép úgy működik, mint az Egypajzsú TBM-ek, tolóhengerek segítségével haladnak előre a betonszegmensek ellen. A földnyomás-kiegyenlítő gépeket puha talajban használják, kevesebb, mint 7 bar nyomással. A vágófej nem csak lemezvágókat használ, hanem volfrámkarbid vágófejek, keményfém Lemezvágók és/vagy kemény kőzetlemez-vágók kombinációját. Az EPB azért kapta a nevét, mert képes megtartani a puha talajt a föld és a nyomás közötti egyensúly fenntartásával. A TBM kezelő és az automatizált rendszerek a talaj eltávolításának sebességét a gép előrehaladásának sebességével egyenlővé teszik. Így stabil környezetet tartanak fenn. Ezenkívül adalékanyagokat, például bentonitot, polimereket és habot injektálnak a talajba annak további stabilizálása érdekében.

puha talajban, nagyon magas víznyomással és nagy mennyiségű talajvízzel, hígtrágya pajzs TBM-ekre van szükség. Ezek a gépek teljesen zárt munkakörnyezetet kínálnak. A talajokat bentonit iszappal keverik, amelyet az alagútból kilépő iszapcsövek rendszerén keresztül kell eltávolítani az alagútból. Ehhez a folyamathoz nagy hígtrágya-elválasztó növényekre van szükség a felületen, amelyek elválasztják a szennyeződést a hígtrágyától, így az újrahasznosítható az alagútba.

míg a TBM-ek használata nagy nyomás mellett nagy számú munkavállaló szükségességét enyhíti, a vágófejnél néha caisson-rendszert alakítanak ki a zagyvédő TBM-ek számára. Az erre a helyre ellenőrzés, karbantartás és javítás céljából belépő munkavállalókat orvosi szempontból “merülésre alkalmasnak” kell tekinteni, és ki kell képezni a zárak működtetésére.

Back-up rendszerek
minden típusú alagútfúró gép mögött, az alagút kész részén belül, hátsó tartóasztalok vannak, amelyeket back-up rendszernek neveznek. A biztonsági mentésen található támogatási mechanizmusok a következők lehetnek: szállítószalagok vagy egyéb szennyvíz-eltávolító rendszerek, adott esetben hígtrágya-csővezetékek, vezérlőhelyiségek, elektromos rendszerek, poreltávolító, szellőztető rendszerek és előre öntött szegmensek szállítására szolgáló mechanizmusok.

Urban tunnelling and near surface tunnelling
Urban tunnelling különleges kihívást jelent a talajfelszín zavartalanságának megkövetelése. Ez azt jelenti, hogy kerülni kell a talaj süllyedését. A normál módszer erre puha talajon a talajnyomás fenntartása az alagút építése alatt és után. Ez némi nehézséget okoz, különösen a különböző rétegekben (pl., fúrás egy olyan régión keresztül, ahol az alagút felületének felső része nedves homok, az alsó része pedig kemény kőzet).

pozitív arckontrollal rendelkező TBM-eket, például EPB-t és SS-t használnak ilyen helyzetekben. Mindkét típus (EPB és SS) képes csökkenteni a felszíni süllyedés és üregek kockázatát, ha megfelelően működtetik, és ha a talajviszonyok jól dokumentáltak.

városi környezetben történő alagútépítéskor a tervezés korai szakaszában foglalkozni kell más alagutakkal, meglévő közművezetékekkel és mélyalapokkal. A projektnek olyan intézkedéseket kell tartalmaznia, amelyek enyhítik az egyéb infrastruktúrákra gyakorolt káros hatásokat.

1 – hígtrágya Nyomásmérleg (SPB) TBM

ennek a TBM-nek az alapelve az, hogy a feltárási szakaszban az arcnyomást fenntartsa a vágófej mögött elhelyezkedő munkakamra iszappal történő feltöltésével.

előnyök

• lehetővé teszi a puha, nedves vagy instabil talaj alagútépítését olyan sebességgel és biztonsággal, amely korábban nem volt lehetséges
• alkalmas magas víznyomású talajokhoz (a talajszint alatt)
• korlátozza a talaj települését és sima alagútfalat eredményez. Ez jelentősen csökkenti az alagút bélésének költségeit, és alkalmassá teszi az erősen urbanizált területeken történő használatra.

hátrányok

• a fő hátrány az előzetes tőkeköltség. A TBM-ek építése drága, nehezen szállítható, jelentős tartalék rendszereket és energiát igényelnek.
• meghajtó lehet akadályozni a nagy kövek és sziklák

főbb jellemzői

• alagút Bélés – előregyártott beton szegmensek
• tipikus teljesítmény – 5m 30m naponta. A tényleges teljesítmény és a költségek a talajviszonyoktól és az alagút átmérőjétől függenek.

2- földnyomás-mérleg (EPB) tbm

ez egy gépesített alagútfúrási módszer, amelynek során a zsákmányt egy csavaros szállítószalag-elrendezésen keresztül vezetik be az alagútfúrógépbe (TBM), amely lehetővé teszi, hogy a TBM felületén a nyomás egyensúlyban maradjon hígtrágya használata nélkül.

előnyök

• lehetővé teszi a puha, nedves vagy instabil talaj alagútépítését olyan sebességgel és biztonsággal, amely korábban nem volt lehetséges
• korlátozza a talajtelepítést és sima alagútfalat eredményez. Ez jelentősen csökkenti az alagút bélésének költségeit, és alkalmassá teszi erősen urbanizált területeken történő használatra

hátrányok
a fő hátrány az előzetes tőkeköltség. A TBM-ek építése drága, nehezen szállítható, jelentős tartalék rendszereket és energiát igényelnek.

Főbb jellemzők

• alagút Bélés – előregyártott beton szegmensek.
• tipikus teljesítmény – napi 9-35 millió. A tényleges teljesítmény és a költségek a talajviszonyoktól és az alagút átmérőjétől függenek.

3- Hard Rock tbm

ez a módszer magában foglalja a kemény kőzethez megfelelő pajzsos és vágófejű alagútfúró gép használatát.

előnyök
folyamatos és ellenőrzött alagútépítési eszközöket kínálnak, amelyek kedvező körülmények között képesek nagy előrehaladásra.

hátrányok

• a fő hátrány az előzetes tőkeköltség. A TBM-ek építése drága, nehezen szállítható, jelentős tartalék rendszereket és energiát igényelnek.
• alkalmazhatóságuk a hosszú alagutakra korlátozódik, ahol a magas előrehaladási arány és az alagút minősége ellensúlyozhatja a magas tőkeköltségeket.

Főbb jellemzők

• alagút Bélés – előregyártott beton szegmensek / permetezett beton / Nincs bélés
• tipikus teljesítmény – 12m-67m naponta. A tényleges teljesítmény és a költségek a talajviszonyoktól és az alagút átmérőjétől függenek.

a TBM építésének szakaszai