เครื่องน่าเบื่ออุโมงค์ (TBMS) เป็นสิ่งมหัศจรรย์ที่ทันสมัยของวิศวกรรมการปฏิวัติการก่อสร้างใต้ดินโดยการขุดอุโมงค์ผ่านสภาพทางธรณีวิทยาที่หลากหลายตั้งแต่ดินที่อ่อนที่สุดไปจนถึงการก่อตัวของหินที่ยากที่สุด ซึ่งแตกต่างจากวิธีการเจาะและระเบิดแบบดั้งเดิม TBMS เสนอกระบวนการอุโมงค์อย่างต่อเนื่องปลอดภัยกว่าและมักจะเร็วขึ้น แกนกลางของการทำงานของพวกเขาอยู่ในหัวคัตเตอร์หมุนที่ติดตั้งเครื่องมือตัดพิเศษออกแบบมาเพื่อโต้ตอบและทำลายพื้นดินไปข้างหน้า
หลักการพื้นฐาน: การขุดโรตารี่
ที่พื้นฐานที่สุด TBM ขุดโดย หมุนหัวคัตเตอร์แบบวงกลม เทียบกับหน้าอุโมงค์ในขณะที่ใช้อย่างมีนัยสำคัญพร้อมกัน แรงขับ เพื่อผลักมันไปข้างหน้า ประเภทของเครื่องมือตัดและวิธีการจัดการวัสดุที่ขุด (มักเรียกว่า "โคลน") แตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับสภาพพื้นดิน
การขุดในฮาร์ดร็อค
ในการก่อตัวของฮาร์ดร็อค TBMS ใช้ประโยชน์ เครื่องตัดดิสก์ ติดตั้งบนหัวตัด ดิสก์ดิสก์เหล่านี้ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อ "บด" หินออกไป แต่เป็นการกระตุ้นให้เกิดการแตกหักของความเครียด เมื่อหัวตัดหมุนและ TBM จะถูกขับเคลื่อนไปข้างหน้าเหล็กแข็งหรือทังสเตนคาร์ไบด์ดิสก์คัตเตอร์ที่ออกแรงกดอัดอย่างมากบนใบหน้าหิน ความเครียดนี้ทำให้หิน การแตกหักและชิปออกไป จากร่างกายหลักด้านหน้าของเครื่อง
"โคลน" ผลิตโดยทั่วไปในรูปแบบของชิปหินและชิ้นส่วนจากนั้นตกลงผ่านช่องเปิดในหัวคัตเตอร์และไปยังก ระบบสายพานลำเลียง ภายใน TBM ระบบนี้ขนส่งวัสดุที่ขุดผ่านเครื่องและออกจากอุโมงค์เพื่อกำจัด ฮาร์ดร็อค TBMS สามารถเป็นได้เช่นกัน แบบเปิด (ไม่มีโล่เต็มช่วยให้ได้รับการสนับสนุนจากหินทันทีด้านหลังหัวตัด) หรือ ที่ได้ถูกป้องกัน (ให้การสนับสนุนชั่วคราวกับผนังอุโมงค์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในหินร้าว) เพื่อความก้าวหน้า Hard Rock TBM มักจะใช้ไฟล์ ระบบกริปเปอร์ นั่นผลักดันผนังด้านข้างของอุโมงค์ที่ขุดอยู่แล้วซึ่งเป็นแรงปฏิกิริยาที่จำเป็นสำหรับแรงขับไปข้างหน้า
การขุดในพื้นดินที่อ่อนนุ่ม
การขุดผ่านพื้นดินที่อ่อนนุ่มซึ่งรวมถึงดินเหนียวตะกอนทรายและกรวดนำเสนอความท้าทายที่แตกต่างกันโดยส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการรักษาเสถียรภาพของใบหน้าและป้องกันการล่มสลายของพื้นดิน เพื่อแก้ไขปัญหานี้จะมีการใช้ TBMs พิเศษ:
เครื่องจักรสมดุลความดันดิน (EPB)
EPB TBMs มักใช้ในบริเวณที่มีความนุ่ม หัวตัดของพวกเขาติดตั้งด้วยการรวมกันของ บิตตัดทังสเตนคาร์ไบด์ลากตัวเลือกและบางครั้งดิสก์คัตเตอร์ (สำหรับพื้นดินผสมกับการรวมที่ยากขึ้น) กุญแจสำคัญในการดำเนินการของ EPB คือความสามารถในการ ปรับสมดุลความดัน ที่หน้าอุโมงค์โดยใช้วัสดุที่ขุดขึ้นมาเอง
หัวตัดหมุนและขุดดินซึ่งจะเข้าสู่ก ห้องทำงาน ด้านหลังหัวตัด อัน สกรูสายพานลำเลียง ที่ด้านหลังของห้องนี้จะควบคุมอัตราการลบโคลน โดยการควบคุมความเร็วในการหมุนของหัวคัตเตอร์อย่างระมัดระวังและอัตราการปล่อยของสายพานลำเลียงสกรูความดันภายในห้องสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำทำให้ดินที่ขุดขึ้นมาทำหน้าที่เป็นสื่อสนับสนุนทำให้ใบหน้าของอุโมงค์เสถียรและป้องกันการตั้งถิ่นฐานที่พื้นผิว สารเติมแต่งเช่นโฟมสามารถฉีดเข้าไปในดินเพื่อปรับปรุงความสามารถในการไหลและลดความหนืดของมันป้องกันการอุดตันของหัวตัดและสายพานลำเลียง
Slurry Shield TBMS
Slurry Shield TBMs เหมาะที่สุดสำหรับดินที่มีความอิ่มตัวสูงหรือไม่เสถียรโดยเฉพาะอย่างยิ่งผู้ที่มีความดันน้ำใต้ดินสูง แทนที่จะพึ่งพาวัสดุที่ขุดขึ้นมาเพื่อรองรับใบหน้าเท่านั้น TBMs เหล่านี้ใช้ก สารละลายแรงดัน (ส่วนผสมของน้ำและดินเบนโทไนต์) เพื่อรักษาเสถียรภาพของใบหน้าขุด
หัวคัตเตอร์มักจะติดตั้งเครื่องมือตัดคล้ายกับ EPB, ขุดพื้นดินซึ่งจะผสมกับสารละลายแรงดันใน ห้องขุด - ส่วนผสมของสารละลายที่ใช้แล้วจะถูกสูบออกจากอุโมงค์ไปยัง โรงงานแยก บนพื้นผิว ที่โรงงานวัสดุที่ขุดจะถูกแยกออกจากสารละลายซึ่งได้รับการบำบัดและรีไซเคิลกลับไปที่ TBM การไหลเวียนอย่างต่อเนื่องของสารละลายที่มีแรงดันช่วยให้มั่นใจได้ว่าแรงดันไฮโดรสแตติกที่หน้าอุโมงค์นั้นมีความสมดุลกับพื้นดินภายนอกและแรงดันน้ำป้องกันการเข้าน้ำและความไม่แน่นอนของพื้นดิน
แรงขับและล่วงหน้า
โดยไม่คำนึงถึงสภาพพื้นดิน TBM ทั้งหมดต้องการกลไกในการขับเคลื่อนตัวเองไปข้างหน้า โดยทั่วไปแล้วจะประสบความสำเร็จผ่าน กระบอกสูบแรงขับไฮดรอลิก - กระบอกสูบเหล่านี้ผลักดันให้เข้ากับซับในอุโมงค์ที่ติดตั้ง (ส่วนคอนกรีตสำเร็จรูปหรือ shotcrete) หรือในกรณีของกริปเปอร์ TBMS โดยตรงกับหินที่ขุดขึ้นมาขับหัวตัดเข้าไปในใบหน้าอุโมงค์ ในขณะที่เครื่องก้าวหน้าส่วนซับในอุโมงค์ใหม่จะถูกสร้างขึ้นด้านหลังโล่สร้างโครงสร้างอุโมงค์ถาวร
ในสาระสำคัญ TBMS เป็นโรงงานใต้ดินที่ซับซ้อนขุดอย่างต่อเนื่องและสนับสนุนอุโมงค์ขณะที่พวกเขาก้าวไปข้างหน้าทำให้พวกเขาเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้สำหรับการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานที่ทันสมัย
