een tunnelboormachine (TBM), ook bekend als een “mol”, is een machine die wordt gebruikt om tunnels met een cirkelvormige dwarsdoorsnede door een verscheidenheid van bodem en rotslagen te graven. Ze kunnen door hard gesteente, zand en bijna alles daartussenin boren. Tunneldiameters kunnen variëren van een meter (gedaan met micro-TBMs) tot bijna 16 meter tot nu toe. Tunnels met een diameter van minder dan een meter worden meestal gedaan met behulp van sleufloze constructiemethoden of horizontaal gericht boren in plaats van TBMs.Tunnelboormachines worden gebruikt als alternatief voor boren en stralen (d&B) in gesteente en conventionele “handwinning” in de bodem. TBMs heeft de voordelen om de verstoring van de omringende grond te beperken en een gladde tunnelwand te produceren. Dit verlaagt de kosten voor het aanleggen van de tunnel aanzienlijk en maakt ze geschikt voor gebruik in sterk verstedelijkte gebieden. Het grootste nadeel zijn de aanloopkosten. Tbm ‘ s zijn duur om te bouwen en kunnen moeilijk te transporteren zijn. Naarmate moderne tunnels echter langer worden, zijn de kosten van tunnelboormachines versus boren en blazen eigenlijk minder-dit komt omdat tunnelen met TBMs veel efficiënter is en resulteert in een korter project.

de grootste diameter TBM, 15,43 m, werd gebouwd door Herrenknecht AG voor een recent project in Shanghai, China. De machine werd gebouwd om door zachte grond te boren, inclusief zand en klei. De grootste diameter hard rock TBM, 14,4 m, werd vervaardigd door de Robbins Company voor Canada ‘ s Niagara Tunnel Project. De machine is momenteel een hydro-elektrische tunnel aan het boren onder de Niagara Falls, de machine is “Big Becky” genoemd naar de hydro-elektrische Dammen van Sir Adam Beck waaraan hij tunnelt voor een extra hydro-elektrische tunnel.

Hard rock Tbms

in hard rock kunnen afgeschermde of open-type TBMs worden gebruikt. Alle soorten Hard rock TBMs graven rots met behulp van schijfsnijders gemonteerd in de snijkop. De schijfsnijders creëren drukbreuken in het gesteente, waardoor het wegscheurt van het gesteente voor de machine, het tunnelvlak genaamd. Het uitgegraven gesteente, bekend als muck, wordt overgebracht door openingen in de snijkop naar een bandtransporteur, waar het loopt door de machine naar een systeem van transportbanden Of muck auto ‘ s voor verwijdering uit de tunnel.

Open-Type TBM ‘ s hebben geen schild, waardoor het gebied achter de snijkop open blijft voor rotsondersteuning. Om verder te gaan gebruikt de machine een grijpsysteem dat tegen de zijwanden van de tunnel duwt. De machine kan continu worden gestuurd terwijl grijperschoenen op de zijwanden duwen om de voorwaartse stuwkracht van de machine te reageren. Aan het einde van een slag worden de achterpoten van de machine neergelaten, worden de grijpers en de voortstuwingscilinders ingetrokken. Door het terugtrekken van de cilinders wordt de grijper opnieuw geplaatst voor de volgende boorcyclus. De grijpers worden uitgeschoven, de achterpoten worden opgetild en het boren begint weer. De open-type, of Grootbalk, TBM installeert geen betonnen segmenten achter het als andere machines doen. In plaats daarvan wordt de rots omhoog gehouden met behulp van bodemondersteuningsmethoden zoals ringbalken, rotsbouten, shotcrete, stalen riemen en gaas (Stack, 1995).

in gebroken gesteente kunnen afgeschermde Hard rock TBM ‘ s worden gebruikt, die betonnen segmenten oprichten om onstabiele tunnelwanden achter de machine te ondersteunen. Double Shield TBM ‘ s worden zo genoemd omdat ze twee modi hebben; in stabiele grond kunnen ze tegen de tunnelwanden grijpen om naar voren te komen. In onstabiele, gebroken grond wordt de stuwkracht verschoven naar stuwcilinders die tegen de tunnelsegmenten achter de machine duwen. Dit voorkomt dat de aanzienlijke stuwkrachten breekbare tunnelwanden raken. Single Shield TBM ‘ s werken op dezelfde manier, maar worden alleen gebruikt in gebroken grond, omdat ze alleen kunnen duwen tegen de betonsegmenten (Stack, 1995).

zachte grond TBMs

in zachte grond zijn er twee belangrijke soorten TBMs: Earth Pressure Balance Machines (EPB) en Slurry Shield (SS). Beide types van machines werken als Single Shield TBMs, met behulp van drukcilinders om vooruit te gaan door af te duwen tegen betonsegmenten. De machines van het aardingsdruksaldo worden gebruikt in zachte grond met minder dan 7 bar druk. De snijkop gebruikt niet alleen schijfsnijders, maar in plaats daarvan een combinatie van hardmetalen snijbits, hardmetalen schijfsnijders en / of hard rock schijfsnijders. De EPB krijgt zijn naam omdat het in staat is om zachte grond op te houden door het handhaven van een evenwicht tussen aarde en druk. De TBM-operator en geautomatiseerde systemen houden de snelheid van bodemverwijdering gelijk aan de snelheid van machinevooruitgang. Zo wordt een stabiele omgeving gehandhaafd. Bovendien worden additieven zoals bentoniet, polymeren en schuim in de grond geïnjecteerd om het verder te stabiliseren.

in zachte grond met zeer hoge waterdruk en grote hoeveelheden grondwater zijn Slurry Shield TBMs nodig. Deze machines bieden een volledig afgesloten werkomgeving. Bodems worden gemengd met bentonietslurrie, die uit de tunnel moet worden verwijderd via een systeem van slurriebuizen die de tunnel verlaten. Voor dit proces zijn grote slurry-scheidingsinstallaties op het oppervlak nodig, die het vuil van de slurry scheiden zodat het terug in de tunnel kan worden gerecycled.

terwijl het gebruik van tbms de behoefte aan grote aantallen werknemers bij hoge druk verlicht, wordt soms een caisson-systeem gevormd aan de snijkop voor tbms met slurry-afscherming. Werknemers die deze ruimte betreden voor inspectie, onderhoud en reparatie moeten medisch worden goedgekeurd als “fit to dive” en moeten worden opgeleid in de werking van de sluizen.

Back – upsystemen
achter alle typen tunnelboormachines, in het voltooide deel van de tunnel, bevinden zich dragende ondersteuningsdekken die bekend staan als het back-upsysteem. Ondersteuningsmechanismen die zich op de back-up bevinden, kunnen bestaan uit:: transportbanden of andere systemen voor het verwijderen van muck, drijfmest pijpleidingen indien van toepassing, controlekamers, elektrische systemen, stofverwijdering, ventilatie en mechanismen voor het transport van prefab segmenten.

stedelijke tunneling en near surface tunneling
stedelijke tunneling heeft de speciale uitdaging om te eisen dat het grondoppervlak ongestoord is. Dit betekent dat bodemdaling moet worden vermeden. De normale methode om dit te doen in zachte grond is om de bodemdruk tijdens en na de tunnelbouw te handhaven. Er is enige moeite om dit te doen, met name in verschillende lagen (bijv., boring door een gebied waar het bovenste gedeelte van de tunnel is nat zand en het onderste gedeelte is hard rock).

TBM ‘ s met positieve gezichtscontrole, zoals EPB en SS, worden in dergelijke situaties gebruikt. Beide typen (EPB en SS) kunnen het risico op bodemdaling en holtes verminderen als ze goed worden gebruikt en als de grondomstandigheden goed worden gedocumenteerd.

bij tunnelbouw in stedelijke omgevingen moeten andere tunnels, bestaande nutsleidingen en diepe funderingen in de vroege planningsfasen worden aangepakt. In het project moeten maatregelen worden opgenomen om eventuele nadelige gevolgen voor andere infrastructuur te beperken.

1-Mengmestdrukbalans (Spb) TBM

het basisprincipe van deze TBM is het handhaven van de pijlerdruk tijdens de afgravingsfase door het vullen van de achter de snijkop geplaatste werkkamer met drijfmest.

voordelen

• maakt het mogelijk om zachte, natte of onstabiele grond te tunnelen met een snelheid en veiligheid die voorheen niet mogelijk was
• geschikt voor grond met hoge waterdruk (onder waterspiegel)
• beperkt de bodembezetting en produceert een gladde tunnelwand. Dit verlaagt de kosten voor het aanleggen van de tunnel aanzienlijk en maakt het geschikt voor gebruik in sterk verstedelijkte gebieden.

nadelen

• het grootste nadeel zijn de kapitaalkosten vooraf. Tbm ‘ s zijn duur om te bouwen, moeilijk te transporteren, vereisen aanzienlijke back-upsystemen en stroom.
• de aandrijving kan worden gehinderd door grote stenen en rotsblokken

hoofdkenmerken

• Tunnelbekleding – Prefabbetonsegmenten
• typische prestaties – 5m tot 30m per dag. De werkelijke prestaties en kosten zijn afhankelijk van de grondomstandigheden en de tunneldiameter.

2- Earth Pressure Balance (EPB) TBM

dit is een gemechaniseerde tunnelbouwmethode waarbij bederf in de tunnelboormachine (TBM) wordt toegelaten via een schroeftransporteur waardoor de druk in het front van de TBM in evenwicht blijft zonder het gebruik van drijfmest.

voordelen

• maakt het mogelijk om zachte, natte of onstabiele grond te tunnelen met een snelheid en veiligheid die voorheen niet mogelijk was
• beperkt de bodembezetting en produceert een gladde tunnelwand. Dit verlaagt de kosten voor de aanleg van de tunnel aanzienlijk en maakt het geschikt voor gebruik in sterk verstedelijkte gebieden

nadelen
het grootste nadeel zijn de investeringskosten vooraf. Tbm ‘ s zijn duur om te bouwen, moeilijk te transporteren, vereisen aanzienlijke back-upsystemen en stroom.

hoofdkenmerken

• Tunnelbekleding – Prefabbetonsegmenten.
• typische prestaties-9m tot 35m per dag. De werkelijke prestaties en kosten zijn afhankelijk van de grondomstandigheden en de tunneldiameter.

3- Hard Rock TBM

deze methode omvat het gebruik van een Tunnelbouwmachine met een afscherming en snijkop die geschikt zijn voor hard rock.

voordelen
zij bieden een continue en gecontroleerde manier van tunnelen die in gunstige omstandigheden een hoge snelheid van vooruitgang kan bereiken.

nadelen

• het grootste nadeel zijn de kapitaalkosten vooraf. Tbm ‘ s zijn duur om te bouwen, moeilijk te transporteren, vereisen aanzienlijke back-upsystemen en stroom.
• hun toepasbaarheid is beperkt tot lange tunnels waar de hoge snelheid van vooruitgang en tunnelkwaliteit hun hoge investeringskosten kunnen compenseren.

hoofdkenmerken

• Tunnelbekleding – Prefabbetonsegmenten / gespoten beton / geen bekleding
• typische prestaties-12m tot 67m per dag. De werkelijke prestaties en kosten zijn afhankelijk van de grondomstandigheden en de tunneldiameter.

bouwfasen van TBM