o mașină de găurit tunel (TBM) cunoscută și sub numele de „aluniță”, este o mașină folosită pentru Excavarea tunelurilor cu secțiune transversală circulară printr-o varietate de straturi de sol și rocă. Ele pot purta prin Hard rock, nisip, și aproape orice în între. Diametrele tunelului pot varia de la un metru (realizat cu micro-TBM) la aproape 16 metri până în prezent. Tunelurile cu un diametru mai mic de un metru sunt de obicei realizate folosind metode de construcție fără șanțuri sau foraj direcțional orizontal, mai degrabă decât TBM-uri.

masini de alezat tunel sunt folosite ca o alternativă la foraj și sablare (D &B) metode în rock și convenționale ‘mână miniere’ în sol. Tbm-urile au avantajele de a limita perturbarea la solul înconjurător și de a produce un perete tunel neted. Acest lucru reduce semnificativ costul căptușelii tunelului și le face adecvate pentru a fi utilizate în zone puternic urbanizate. Dezavantajul major este costul inițial. Tbm-urile sunt costisitoare de construit și pot fi dificil de transportat. Cu toate acestea, pe măsură ce tunelurile moderne devin mai lungi, costul mașinilor de găurit în tunel față de foraj și explozie este de fapt mai mic—acest lucru se datorează faptului că tunelul cu TBMs este mult mai eficient și are ca rezultat un proiect mai scurt.

cel mai mare diametru TBM, la 15,43 m, a fost construit de Herrenknecht AG pentru un proiect recent din Shanghai, China. Mașina a fost construită pentru a găuri prin pământ moale, inclusiv nisip și argilă. Cel mai mare diametru hard rock TBM, la 14,4 m, a fost fabricat de compania Robbins pentru proiectul tunelului Niagara din Canada. Mașina plictisește în prezent un tunel hidroelectric sub cascada Niagara, mașina a fost numită „Big Becky” cu referire la Barajele hidroelectrice Sir Adam Beck la care tunelează pentru a oferi un tunel hidroelectric suplimentar.

Hard rock TBMs

în hard rock, pot fi utilizate tbms ecranate sau de tip deschis. Toate tipurile de hard rock tbms excaveze rock folosind tăietori de disc montate în capul de tăiere. Tăietorii de discuri creează fracturi de stres compresiv în stâncă, determinând-o să se desprindă de roca din fața mașinii, numită fața tunelului. Roca excavată, cunoscută sub numele de muck, este transferată prin deschideri în capul tăietorului către un transportor cu bandă, unde trece prin mașină către un sistem de transportoare sau mașini muck pentru scoaterea din tunel.

TBM-urile de tip deschis nu au scut, lăsând zona din spatele capului tăietorului deschisă pentru susținerea rocilor. Pentru a avansa, mașina folosește un sistem de prindere care împinge pereții laterali ai tunelului. Mașina poate fi direcționată continuu în timp ce pantofii de prindere împing pereții laterali pentru a reacționa la împingerea înainte a mașinii. La sfârșitul unei curse, picioarele din spate ale mașinii sunt coborâte, cleștele și cilindrii de propulsie sunt retrași. Retragerea cilindrilor de propulsie repoziționează ansamblul de prindere pentru următorul ciclu de alezare. Cleștele sunt extinse, picioarele din spate ridicate și plictisirea începe din nou. TBM de tip deschis sau fascicul principal nu instalează segmente de beton în spatele acestuia, așa cum fac alte mașini. În schimb, roca este ținută în sus folosind metode de susținere a solului, cum ar fi grinzi inelare, șuruburi de rocă, beton armat, curele de oțel și plasă de sârmă (stivă, 1995).

în roca fracturată, pot fi utilizate TBM-uri de rocă tare ecranate, care ridică segmente de beton pentru a susține pereții tunelului instabili din spatele mașinii. TBM-urile cu scut dublu sunt așa numite deoarece au două moduri; în sol stabil se pot prinde de pereții tunelului pentru a avansa înainte. În sol instabil, fracturat, împingerea este deplasată la cilindrii de împingere care se împing împotriva segmentelor de tunel din spatele mașinii. Acest lucru împiedică forțele semnificative de împingere să afecteze pereții fragili ai tunelului. TBM-urile cu un singur scut funcționează în același mod, dar sunt utilizate numai în sol fracturat, deoarece pot împinge doar împotriva segmentelor de beton (Stack, 1995).

soft ground TBMs

în soft ground, există două tipuri principale de Tbms: mașini de echilibrare a presiunii Pământului (EPB) și Shield Slurry (SS). Ambele tipuri de mașini funcționează ca TBM-uri cu un singur scut, folosind cilindri de împingere pentru a avansa înainte prin împingerea împotriva segmentelor de beton. Mașinile de echilibrare a presiunii la pământ sunt utilizate în sol moale cu mai puțin de 7 bari de presiune. Capul de tăiere nu utilizează numai tăietori de disc, ci o combinație de biți de tăiere din carbură de tungsten, tăietori de discuri din carbură și/sau tăietori de discuri din rocă tare. EPB își primește numele deoarece este capabil să reziste la sol moale prin menținerea unui echilibru între pământ și presiune. Operatorul TBM și sistemele automate mențin rata de îndepărtare a solului egală cu rata de avans a mașinii. Astfel, se menține un mediu stabil. În plus, aditivi precum bentonita, polimerii și spuma sunt injectați în pământ pentru a-l stabiliza în continuare.

în solul moale cu presiune foarte mare a apei și cantități mari de apă subterană, sunt necesare TBM-uri de protecție a nămolului. Aceste mașini oferă un mediu de lucru complet închis. Solurile sunt amestecate cu suspensie de bentonită, care trebuie îndepărtată din tunel printr-un sistem de tuburi de suspensie care ies din tunel. Sunt necesare instalații mari de separare a nămolului la suprafață pentru acest proces, care separă murdăria de nămol, astfel încât să poată fi reciclată înapoi în tunel.

în timp ce utilizarea TBM-urilor ameliorează necesitatea unui număr mare de lucrători la presiuni ridicate, uneori se formează un sistem de cheson la capul de tăiere pentru TBM-urile cu scut de nămol. Lucrătorii care intră în acest spațiu pentru inspecție, întreținere și reparații trebuie să fie eliminați din punct de vedere medical ca fiind „apți să se scufunde” și instruiți în funcționarea încuietorilor.

sisteme de Back-up
în spatele tuturor tipurilor de mașini de găurit tuneluri, în interiorul părții finite a tunelului, se află punți de sprijin cunoscute sub numele de sistem de back-up. Mecanismele de sprijin situate pe back-up pot include: transportoare sau alte sisteme de îndepărtare a muck – ului, conducte de nămol, dacă este cazul, camere de control, Sisteme Electrice, îndepărtarea prafului, ventilație și mecanisme pentru transportul segmentelor prefabricate.

tunelul Urban și tunelul apropiat de suprafață
tunelul Urban are provocarea specială de a cere ca suprafața solului să fie netulburată. Aceasta înseamnă că trebuie evitată scăderea solului. Metoda normală de a face acest lucru în sol moale este de a menține presiunile solului în timpul și după construcția tunelului. Există unele dificultăți în a face acest lucru, în special în straturi variate (de ex., plictisitor printr-o regiune în care porțiunea superioară a feței tunelului este nisip umed, iar porțiunea inferioară este rocă dură).

TBM-urile cu control pozitiv al feței, cum ar fi EPB și SS, sunt utilizate în astfel de situații. Ambele tipuri (EPB și SS) sunt capabile să reducă riscul de surpare a suprafeței și goluri dacă funcționează corect și dacă condițiile solului sunt bine documentate.

în cazul tunelurilor în medii urbane, alte tuneluri, liniile de utilități existente și fundațiile adânci trebuie abordate în primele etape de planificare. Proiectul trebuie să cuprindă măsuri de atenuare a oricăror efecte negative asupra altor infrastructuri.

1 – balanță de presiune în suspensie (SPB) TBM

principiul de bază al acestui TBM este menținerea presiunii feței în timpul fazei de excavare prin umplerea camerei de lucru, situată în spatele capului tăietorului, cu suspensie.

avantaje

• permite tunelarea solului moale, umed sau instabil cu o viteză și siguranță care nu au fost posibile anterior
• potrivit pentru solul cu presiuni mari ale apei (sub pânza freatică)
• limitează așezarea solului și produce un perete neted al tunelului. Acest lucru reduce semnificativ costul căptușelii tunelului și îl face potrivit pentru utilizare în zone puternic urbanizate.

dezavantaje

• dezavantajul major este costul de capital în avans. Tbm-urile sunt costisitoare de construit, dificil de transportat, necesită sisteme de rezervă și energie semnificative.
• unitatea poate fi împiedicată de pietre mari și bolovani

caracteristici principale

• căptușeală tunel – segmente prefabricate din beton
• performanță tipică – 5m până la 30m pe zi. Performanța și costurile reale vor depinde de condițiile solului și de diametrul tunelului.

2- echilibru de presiune la pământ (EPB) TBM

aceasta este o metodă de tunelare mecanizată în care Prada este admisă în mașina de găurit tunel (TBM) printr-un aranjament transportor cu șurub care permite ca presiunea de pe fața TBM să rămână echilibrată fără utilizarea nămolului.

avantaje

• permite tunelarea solului moale, umed sau instabil cu o viteză și siguranță care nu erau posibile anterior
• limitează așezarea solului și produce un perete neted al tunelului. Acest lucru reduce semnificativ costul căptușelii tunelului și îl face adecvat pentru utilizare în zone puternic urbanizate

dezavantaje
dezavantajul major este costul inițial al capitalului. Tbm-urile sunt costisitoare de construit, dificil de transportat, necesită sisteme de rezervă și energie semnificative.

caracteristici principale

• căptușeală tunel – segmente prefabricate din beton.
• performanță tipică-9m până la 35m pe zi. Performanța și costurile reale vor depinde de condițiile solului și de diametrul tunelului.

3- Hard Rock TBM

această metodă implică utilizarea unei mașini de tunelare cu un scut și un cap de tăiere adecvat pentru Hard rock.

avantaje
acestea oferă un mijloc continuu și controlat de tunelare capabil de rate ridicate de avans în condiții favorabile.

dezavantaje

• dezavantajul major este costul de capital în avans. Tbm-urile sunt costisitoare de construit, dificil de transportat, necesită sisteme de rezervă și energie semnificative.
• aplicabilitatea lor este limitată la tunelurile lungi în care ratele ridicate de avans și calitatea tunelului pot compensa costul lor ridicat de capital.

caracteristici principale

• căptușeală tunel – segmente prefabricate din beton / beton pulverizat / Fără căptușeală
• performanță tipică – 12m până la 67m pe zi. Performanța și costurile reale vor depinde de condițiile solului și de diametrul tunelului.

etapele construcției TBM