maszyna do wytaczania tuneli (TBM) znana również jako „kret”, jest maszyną używaną do kopania tuneli o okrągłym przekroju poprzecznym przez różne warstwy gleby i skał. Mogą przebijać się przez twarde skały, piasek i prawie wszystko pomiędzy. Średnice tunelu mogą wynosić od metra (wykonane za pomocą mikro-TBMs)do prawie 16 metrów. Tunele o średnicy mniejszej niż metr są zwykle wykonywane przy użyciu metod bezwykopowych lub poziomych wierceń kierunkowych, a nie TBMs.

Wytaczarki tunelowe są stosowane jako alternatywa dla metod wiercenia i piaskowania (D&B) w skale i konwencjonalnym „ręcznym górnictwie” w glebie. Tbms mają tę zaletę, że ograniczają zakłócenia do otaczającego gruntu i wytwarzają gładką ścianę tunelu. To znacznie zmniejsza koszty wyłożenia tunelu i sprawia, że nadają się do stosowania w obszarach silnie zurbanizowanych. Główną wadą jest koszt początkowy. Tbm są drogie w budowie i mogą być trudne do transportu. Jednak w miarę jak nowoczesne tunele stają się dłuższe, koszt wytaczarek tunelowych w porównaniu z wierceniem i oczyszczaniem jest w rzeczywistości mniejszy—dzieje się tak dlatego, że tunelowanie za pomocą TBMs jest znacznie bardziej wydajne i skutkuje krótszym projektem.

największa średnica TBM, 15,43 m, została zbudowana przez Herrenknecht AG na potrzeby niedawnego projektu w Szanghaju w Chinach. Maszyna została zbudowana do wiercenia przez miękki grunt, w tym piasek i glinę. Największa średnica hard rock TBM, 14,4 m, została wyprodukowana przez firmę Robbins dla kanadyjskiego projektu Niagara Tunnel. Maszyna obecnie prowadzi tunel hydroelektryczny pod wodospadem Niagara, maszyna została nazwana „Big Becky” w nawiązaniu do zapór wodnych Sir Adama Becka, do których tuneluje, aby zapewnić dodatkowy tunel hydroelektryczny.

Hard rock Tbms

w twardej skale można stosować ekranowane lub otwarte TBMs. Wszystkie rodzaje hard rock tbms wydobywają skałę za pomocą noży tarczowych zamontowanych w głowicy tnącej. Frezy tarczowe tworzą pęknięcia naprężeń ściskających w skale, powodując jej odpryskiwanie od skały przed maszyną, zwanej czołem tunelu. Wydobyta skała, znana jako muck, jest przenoszona przez otwory w głowicy tnącej do przenośnika taśmowego, gdzie biegnie przez maszynę do systemu przenośników lub wozów muck w celu usunięcia z tunelu.

TBM typu otwartego nie ma osłony, pozostawiając obszar za głowicą tnącą otwarty dla podparcia skały. Aby posunąć się naprzód, maszyna wykorzystuje system chwytaka, który popycha ściany boczne tunelu. Maszyna może być sterowana w sposób ciągły, podczas gdy Chwytaki naciskają na ścianki boczne, aby zareagować na ciąg Maszyny do przodu. Pod koniec skoku tylne nogi maszyny są opuszczane, chwytaki i cylindry napędowe są chowane. Wycofanie cylindrów napędowych zmienia pozycję zespołu chwytaka na następny cykl wytaczania. Chwytaki są wydłużone, tylne nogi uniesione, a nudne zaczyna się od nowa. TBM typu otwartego, lub belki głównej, nie instaluje segmenty betonowe za nim, jak inne maszyny. Zamiast tego skała jest utrzymywana przy użyciu metod wsparcia naziemnego, takich jak belki pierścieniowe, śruby skalne, Beton natryskowy, taśmy stalowe i siatka druciana (Stack, 1995).

w pękniętej skale można stosować ekranowane twarde skały TBMs, które wznoszą segmenty betonowe w celu podtrzymania niestabilnych ścian tunelu za maszyną. Podwójne Tarcze TBM są tak zwane, ponieważ mają dwa tryby; w stabilnym podłożu mogą chwytać się ścian tunelu, aby posuwać się do przodu. W niestabilnym, pękniętym podłożu ciąg przesuwa się do cylindrów wzdłużnych, które odpychają się o segmenty tunelu za maszyną. Dzięki temu znaczne siły ciągu nie uderzają w kruche ściany tunelu. Pojedyncze Tarcze TBM działają w ten sam sposób, ale są używane tylko w pękniętym podłożu, ponieważ mogą odepchnąć się tylko o segmenty betonowe (Stack, 1995).

miękkie podłoże TBMs

w miękkim podłożu istnieją dwa główne typy TBMs: Maszyny do wyważania ciśnienia uziemienia (EPB) i osłona gnojowicy (SS). Oba typy maszyn działają jak pojedyncze Tarcze TBMs, wykorzystując cylindry wzdłużne do posuwania się do przodu, odpychając się o segmenty betonowe. Maszyny do wyważania ciśnienia uziemienia są używane w miękkim podłożu o ciśnieniu mniejszym niż 7 barów. Głowica tnąca nie używa tylko noży tarczowych, ale zamiast tego kombinację bitów tnących z węglika wolframu, noży tarczowych z węglików spiekanych i/lub noży tarczowych z twardego kamienia. EPB otrzymuje swoją nazwę, ponieważ jest w stanie utrzymać miękki grunt, utrzymując równowagę między Ziemią a ciśnieniem. Operator TBM i zautomatyzowane systemy utrzymują szybkość usuwania gleby równą szybkości postępu maszyny. W ten sposób utrzymuje się stabilne środowisko. Ponadto dodatki takie jak bentonit, polimery i pianka są wtryskiwane do podłoża w celu jego dalszej stabilizacji.

w miękkim podłożu z bardzo wysokim ciśnieniem wody i dużymi ilościami wody gruntowej potrzebne są TBMs osłony gnojowicy. Maszyny te oferują całkowicie zamknięte środowisko pracy. Gleby są mieszane z gnojowicą bentonitową, którą należy usunąć z tunelu za pomocą systemu rur gnojowicy, które wychodzą z tunelu. Do tego procesu potrzebne są duże instalacje do separacji gnojowicy na powierzchni, które oddzielają Brud od gnojowicy, aby można go było poddać recyklingowi z powrotem do tunelu.

podczas gdy zastosowanie TBMs zmniejsza zapotrzebowanie na dużą liczbę pracowników przy wysokich ciśnieniach, czasami na głowicy tnącej tworzy się system caisson dla tbms osłony gnojowicy. Pracownicy wchodzący do tej przestrzeni w celu kontroli, konserwacji i naprawy muszą zostać oczyszczeni medycznie jako „zdolni do nurkowania” i przeszkoleni w obsłudze zamków.

Systemy rezerwowe
za wszystkimi typami wytaczarek tunelowych, wewnątrz gotowej części tunelu, znajdują się pokłady pomocnicze znane jako system rezerwowy. Mechanizmy wsparcia znajdujące się na zapleczu mogą obejmować: przenośniki lub inne systemy usuwania obornika, w stosownych przypadkach rurociągi gnojowicy, pomieszczenia kontrolne, systemy elektryczne, odpylanie, wentylacja i mechanizmy transportu wstępnie odlewanych segmentów.

tunelowanie miejskie i tunelowanie w pobliżu powierzchni
tunelowanie Miejskie ma szczególne wyzwanie polegające na wymaganiu, aby powierzchnia gruntu była niezakłócona. Oznacza to, że należy unikać osiadania gruntu. Normalną metodą robienia tego w miękkim podłożu jest utrzymanie nacisku na glebę podczas i po budowie tunelu. Jest to trudne, szczególnie w różnych warstwach (np., wytaczane przez obszar, w którym górna część czoła tunelu to mokry piasek, a dolna to twarda skała).

TBMs z pozytywną kontrolą twarzy, takie jak EPB i SS, są używane w takich sytuacjach. Oba typy (EPB i SS) są w stanie zmniejszyć ryzyko osiadania powierzchni i pustych przestrzeni, jeśli są prawidłowo eksploatowane i jeśli warunki gruntowe są dobrze udokumentowane.

podczas tunelowania w środowisku miejskim należy zająć się innymi tunelami, istniejącymi liniami użytkowymi i głębokimi fundamentami na wczesnym etapie planowania. Projekt musi uwzględniać środki mające na celu złagodzenie wszelkich szkodliwych skutków dla innej infrastruktury.

1 – balans ciśnienia gnojowicy (SPB) tbm

podstawową zasadą tego TBM jest utrzymanie ciśnienia czołowego podczas fazy wykopu poprzez wypełnienie zawiesiny w komorze roboczej znajdującej się za głowicą tnącą.

zalety

• umożliwia drążenie miękkiego, mokrego lub niestabilnego podłoża z prędkością i bezpieczeństwem nieosiągalnym wcześniej
• nadaje się do gruntu o wysokim ciśnieniu wody (poniżej poziomu wody)
• ogranicza osiadanie gruntu i tworzy gładką ścianę tunelu. To znacznie zmniejsza koszty wyłożenia tunelu i sprawia, że nadaje się do stosowania w obszarach silnie zurbanizowanych.

wady

• główną wadą jest początkowy koszt kapitału. Tbm są drogie w budowie, trudne do transportu, wymagają znacznych systemów rezerwowych i zasilania.
• napęd może być utrudniony przez duże kamienie i głazy

Główne cechy

• podszewka tunelu – prefabrykowane segmenty betonowe
• typowa wydajność – od 5 do 30 metrów dziennie. Rzeczywista wydajność i koszty zależą od warunków gruntowych i średnicy tunelu.

2- Równoważenie ciśnienia uziemienia (EPB) TBM

jest to zmechanizowana metoda tunelowania, w której urobek jest wpuszczany do Wytaczarki tunelowej (TBM) za pomocą przenośnika ślimakowego, który umożliwia zachowanie równowagi ciśnienia na powierzchni TBM bez użycia zawiesiny.

zalety

• umożliwia drążenie miękkiego, mokrego lub niestabilnego podłoża z prędkością i bezpieczeństwem nieosiągalnym wcześniej
• ogranicza osiadanie gruntu i tworzy gładką ścianę tunelu. To znacznie zmniejsza koszty wyłożenia tunelu i sprawia, że nadaje się do stosowania na obszarach silnie zurbanizowanych

wady
główną wadą jest początkowy koszt kapitału. Tbm są drogie w budowie, trudne do transportu, wymagają znacznych systemów rezerwowych i zasilania.

charakterystyka Główna

• wykładziny tunelowe – prefabrykowane segmenty betonowe.
• typowa wydajność-od 9m do 35m dziennie. Rzeczywista wydajność i koszty zależą od warunków gruntowych i średnicy tunelu.

3- Hard Rock tbm

metoda ta polega na zastosowaniu Maszyny Tunelującej z tarczą i głowicą tnącą odpowiednią do twardej skały.

zalety
oferują one ciągły i kontrolowany sposób tunelowania zdolny do wysokich stawek zaliczki w korzystnych warunkach.

wady

• główną wadą jest początkowy koszt kapitału. Tbm są drogie w budowie, trudne do transportu, wymagają znacznych systemów rezerwowych i zasilania.
• ich zastosowanie jest ograniczone do długich tuneli, w których wysokie stawki zaliczek i jakości tuneli mogą zrównoważyć ich wysokie koszty kapitałowe.

Główne cechy

• podszewka tunelu – prefabrykowane segmenty betonowe / beton natryskowy / bez podszewki
• typowa wydajność – 12m do 67m dziennie. Rzeczywista wydajność i koszty zależą od warunków gruntowych i średnicy tunelu.

etapy budowy TBM