ทำความเข้าใจกลไกหลักของเครื่องเจาะอุโมงค์ (TBM)
เครื่องเจาะอุโมงค์ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า "โมลเชิงกล" เป็นงานวิศวกรรมที่ซับซ้อนที่ออกแบบมาเพื่อขุดอุโมงค์ที่มีหน้าตัดเป็นวงกลมผ่านชั้นดินและหินต่างๆ TBM ต่างจากวิธีการเจาะและระเบิดแบบดั้งเดิม โดยมีกระบวนการอัตโนมัติที่ต่อเนื่องซึ่งช่วยลดการสั่นสะเทือนและการรบกวนของพื้นดินให้เหลือน้อยที่สุด หัวใจของเครื่องคือหัวตัดแบบหมุนได้ ซึ่งใช้เครื่องตัดแบบดิสก์หรือเครื่องขูดเพื่อทำลายพื้นผิวทางธรณีวิทยา ในขณะที่หัวหมุน รางไฮดรอลิกจะให้แรงผลักดันที่จำเป็นในการดันเครื่องจักรไปข้างหน้า ในขณะที่วัสดุที่ขุดขึ้นมาหรือที่เรียกว่าโคลน จะถูกถ่ายโอนผ่านหัวตัดไปยังระบบสายพานลำเลียงหรือท่อส่งสารละลายเพื่อกำจัดออก
TBM สมัยใหม่ไม่ได้เป็นเพียงเครื่องมือในการขุดเท่านั้น พวกเขาเป็นโรงงานเคลื่อนที่ใต้ดิน เมื่อเครื่องจักรก้าวหน้า เครื่องจะติดตั้งซับในอุโมงค์ไปพร้อมๆ กัน โดยทั่วไปจะทำได้โดยใช้ส่วนคอนกรีตสำเร็จรูปที่ยกเข้าที่โดยใช้แขนสร้างอัตโนมัติ และยึดเข้าด้วยกันเพื่อสร้างวงแหวนโครงสร้าง ระบบสนับสนุนทันทีนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาความสมบูรณ์ของอุโมงค์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคว้านผ่านพื้นดินอ่อนหรือใต้โครงสร้างพื้นฐานในเมืองที่มีความหนาแน่นสูง ซึ่งต้องควบคุมการทรุดตัวของพื้นผิวอย่างเข้มงวด
การวิเคราะห์เปรียบเทียบประเภท TBM ตามสภาพทางธรณีวิทยา
การเลือกเครื่องอุโมงค์ที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับสภาพหินและอุทกธรณีวิทยาของพื้นที่โครงการทั้งหมด การใช้เครื่องจักรที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้ดินพังทลายหรือการสึกหรอของเครื่องมือตัดมากเกินไป โดยทั่วไปวิศวกรจะจัดหมวดหมู่เครื่องจักรเหล่านี้ตามวิธีจัดการกับแรงกดที่ใบหน้าและการกำจัดเศษซาก
| ประเภทเครื่อง | ความเหมาะสมทางธรณีวิทยา | กลไกเบื้องต้น |
| ฮาร์ดร็อค ทีบีเอ็ม | หินแกรนิต หินบะซอลต์ หินปูน | เครื่องตัดดิสก์ที่หักหินด้วยแรงดันสูง |
| สมดุลแรงดันดิน (EPB) | ดินเหนียว ดิน ทราย | ใช้ดินที่ขุดเพื่อสร้างแรงกดดันต่อหน้าอุโมงค์ |
| โล่สารละลาย TBM | ดินซึมผ่านได้สูง / ตารางน้ำสูง | สารละลายเบนโทไนต์ที่มีแรงดันจะปรับสมดุลแรงดันน้ำใต้ดิน |
ส่วนประกอบสำคัญสำหรับการนำทางใต้ดินที่แม่นยำ
การดำเนินงาน เครื่องอุโมงค์ ต้องใช้ความแม่นยำสูงมาก เนื่องจากแม้แต่การเบี่ยงเบนเล็กน้อยในการจัดตำแหน่งก็อาจทำให้ทั้งโครงการเสียหายได้ ซึ่งได้รับการจัดการผ่านระบบนำทางแบบบูรณาการที่ตรวจสอบตำแหน่งของเครื่องจักรในพื้นที่สามมิติ ส่วนประกอบต่อไปนี้จำเป็นต่อการทำงานของเครื่องอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ:
- ระบบนำทางด้วยเลเซอร์: ติดตามพิกัดแกน Z และแกน X อย่างต่อเนื่องเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องจักรเป็นไปตามเส้นทางการสำรวจที่กำหนดไว้ล่วงหน้า
- ระบบแรงขับไฮดรอลิก: ชุดกระบอกสูบความจุสูงที่ขับเคลื่อนชีลด์ไปข้างหน้าโดยการกดกับวงแหวนส่วนสุดท้ายที่ติดตั้งไว้
- สกรูลำเลียง: ในเครื่องจักร EPB สิ่งนี้จะควบคุมปริมาตรของดินที่ถูกกำจัดออก เพื่อรักษาแรงดันให้คงที่ที่หน้าหลุมเจาะ
- พอร์ตการฉีดยาแนว: สิ่งเหล่านี้จะเติมเต็ม "วงแหวน" หรือช่องว่างเล็กๆ ระหว่างส่วนคอนกรีตกับดินดิบเพื่อป้องกันการจมของพื้นผิว
ข้อดีด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัยของเทคโนโลยี TBM
สาเหตุหลักประการหนึ่งที่ทำให้เครื่องจักรอุโมงค์มีความโดดเด่นในงานวิศวกรรมโยธาสมัยใหม่ก็คือความสามารถในการทำงานโดยไม่กระทบต่อสภาพแวดล้อมบนพื้นผิว ในใจกลางเมือง TBM อนุญาตให้มีการก่อสร้างรถไฟใต้ดินและระบบบำบัดน้ำเสียโดยตรงใต้ตึกระฟ้าที่ยังใช้งานอยู่และสถานที่สำคัญทางประวัติศาสตร์ เนื่องจากการขุดค้นเกิดขึ้นภายในโล่ที่ปิดสนิท ความเสี่ยงของการปนเปื้อนของน้ำใต้ดินหรือการรั่วไหลของก๊าซสู่ชั้นบรรยากาศจึงลดลงอย่างมาก นอกจากนี้ ลักษณะอัตโนมัติของเครื่องจักรยังช่วยให้คนงานอยู่ในโครงสร้างเหล็กเสริมความแข็งแรง ปกป้องพวกเขาจากอันตรายจากถ้ำหรือหินที่ตกลงมาซึ่งเป็นเรื่องปกติในการขุดแบบดั้งเดิม
แนวโน้มในอนาคตของการขุดอุโมงค์: ระบบอัตโนมัติและการขุดอุโมงค์ขนาดเล็ก
ปัจจุบันอุตสาหกรรมกำลังมุ่งสู่ระบบคว้านอุโมงค์อัตโนมัติเต็มรูปแบบ เครื่องจักรยุคใหม่เหล่านี้ใช้ปัญญาประดิษฐ์เพื่อวิเคราะห์ความหนาแน่นของดินและปริมาณความชื้นแบบเรียลไทม์ โดยจะปรับความเร็วและแรงผลักดันในการหมุนโดยอัตโนมัติ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานและอายุการใช้งานของเครื่องตัด นอกจากนี้ "อุโมงค์ขนาดเล็ก" ได้กลายเป็นส่วนย่อยที่สำคัญ โดยใช้ TBM ขนาดเล็กที่ควบคุมจากระยะไกลสำหรับการติดตั้งท่อสาธารณูปโภค หน่วยขนาดเล็กเหล่านี้ช่วยให้ใช้เทคโนโลยี "ไร้ร่องลึก" ซึ่งหมายความว่าเมืองต่างๆ สามารถอัพเกรดเครือข่ายน้ำและใยแก้วนำแสงได้โดยไม่ต้องขุดถนนยาวหลายกิโลเมตร ซึ่งช่วยลดผลกระทบทางเศรษฐกิจจากการบำรุงรักษาโครงสร้างพื้นฐานได้อย่างมาก
ในขณะที่ประชากรโลกยังคงหนาแน่นขึ้น การพึ่งพาพื้นที่ใต้ดินก็จะเพิ่มมากขึ้นเท่านั้น วิวัฒนาการของเครื่องเจาะอุโมงค์จากการเจาะธรรมดาไปจนถึงระบบหุ่นยนต์ไฮเทคทำให้มั่นใจได้ว่าเราจะสามารถขยายเครือข่ายการขนส่ง พลังงาน และน้ำได้อย่างปลอดภัยและยั่งยืนใต้พื้นผิวโลก
