Làm thế nào để một máy nhàm chán đường hầm hoạt động?

MỘT Máy nhàm chán đường hầm (TBM) về cơ bản là một nhà máy khép kín trên đường ray, được thiết kế để khai quật các đường hầm chính xác và hiệu quả. Không giống như các phương pháp khoan và nổ truyền thống, TBMS cung cấp những lợi thế đáng kể về tốc độ, an toàn và tác động môi trường.

Trọng tâm của mỗi TBM là đầu cắt . Bánh xe xoay khổng lồ này được trang bị máy cắt đĩa, cắt bit hoặc máy cạo, tùy thuộc vào điều kiện địa chất. Khi đầu cắt quay và được đẩy về phía trước trên mặt đường hầm, những công cụ này khai quật vật liệu. Hư hỏng khai quật sau đó được chuyển qua các khe hở trong đầu máy cắt tới Hệ thống băng tải (thường là băng tải vít hoặc băng tải đai) vận chuyển nó đến phía sau máy để loại bỏ khỏi đường hầm.

Các thành phần chính và các chức năng của chúng:

• Đầu cắt: Phần trước của TBM, chịu trách nhiệm khai quật mặt đất. Loại máy cắt khác nhau:

  • Máy cắt đĩa được sử dụng cho đá cứng, nghiền nát tảng đá khi chúng lăn qua nó.

  • Cắt bit và máy cạo là phổ biến hơn đối với đất mềm hơn, cắt và cạo vật liệu.

• Hệ thống lực đẩy: Đằng sau đầu cắt là các xi lanh thủy lực mạnh mẽ đẩy TBM về phía trước. Các xi lanh này thường đẩy vào các phân đoạn lót đường hầm được cài đặt trước đó hoặc chống lại các gripper gây áp lực lên các bức tường đường hầm.

• Khiên: Đây là cơ thể chính của TBM, cung cấp hỗ trợ cho mặt đất khai quật và bảo vệ đội ngũ làm việc và máy móc khỏi sự sụp đổ. Khiên cũng chứa các hệ thống khác nhau.

• Hệ thống xây dựng: Khi TBM tiến lên, nó đồng thời cài đặt Phân đoạn bê tông đúc sẵn tạo thành lớp lót đường hầm vĩnh viễn. Cánh tay Erector nhặt các phân đoạn này và chính xác đặt chúng để tạo ra một chiếc nhẫn.

• Hệ thống vữa: Khi một vòng đường hầm được cài đặt, vữa được tiêm vào khoảng cách hình khuyên giữa các phân đoạn được cài đặt và mặt đất được khai quật. Điều này phục vụ để ổn định mặt đất, chuyển tải và ngăn chặn nước xâm nhập.

• Hệ thống loại bỏ muck: Như đã đề cập, băng tải vận chuyển vật liệu khai quật ("muck") đến phía sau TBM, nơi nó được tải lên tàu hỏa, xe tải hoặc các hệ thống khác để loại bỏ khỏi đường hầm.

• Hệ thống hướng dẫn: Các TBM hiện đại sử dụng các hệ thống hướng dẫn laser tinh vi, GPS và các thiết bị khảo sát khác để đảm bảo đường hầm được khai quật chính xác dọc theo căn chỉnh và độ dốc được thiết kế.

• Thiết bị theo dõi (Hệ thống sao lưu): Mở rộng phía sau tấm chắn TBM cho hàng trăm mét, các thiết bị kéo dài chứa các hệ thống hỗ trợ quan trọng. Điều này bao gồm các máy biến áp cho điện, ống thông gió, đường nước và vữa, phòng điều khiển và các cơ sở phi hành đoàn.

Các loại TBMS:

Việc lựa chọn loại TBM là rất quan trọng và phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện địa chất và sự hiện diện của nước ngầm:

• TBMS mở mặt (TBMS kẹp): Lý tưởng cho điều kiện đá ổn định. Họ tiến lên bằng cách kẹp các bức tường đường hầm và đẩy về phía trước.

• Shield TBMS: Được sử dụng trong điều kiện mặt đất không ổn định nơi cần hỗ trợ ngay lập tức. Khiên bảo vệ mặt đất cho đến khi các phân đoạn được cài đặt.

  • Máy cân bằng áp lực Trái đất (EPBM): Thường được sử dụng trong mặt đất mềm với tính nhất quán khác nhau. Họ duy trì sự cân bằng giữa áp suất của đất khai quật trong buồng và áp lực cần thiết để hỗ trợ mặt đường hầm, ngăn chặn sự định cư mặt đất.

  • Slurry TBMS: Phù hợp tốt nhất cho mặt đất hoặc mặt đất rất ẩm ướt với áp suất nước cao. Một bùn có áp lực (hỗn hợp bentonite hoặc polymer) được sử dụng để hỗ trợ mặt đường hầm, và vật liệu khai quật được trộn với bùn này và được bơm ra.

  • TBMS khiên đơn: Hoạt động trong mặt đất gắn kết nơi mặt đất có thể đứng trong một thời gian ngắn trước khi lắp đặt lớp lót.

  • TBMS Shield TBMS: Được sử dụng trong đá bị gãy hoặc mặt đất hỗn hợp. Chúng có hai tấm khiên cho phép khai quật và cương cứng phân đoạn liên tục, dẫn đến tốc độ tiến nhanh hơn.

Ưu điểm của TBMS:

• Tốc độ: TBMS có thể đạt được tỷ lệ khai quật nhanh hơn đáng kể so với các phương pháp thông thường, đặc biệt là trong khoảng cách xa.

• Sự an toàn: Họ cung cấp một môi trường làm việc an toàn hơn bằng cách hỗ trợ ngay lập tức phía sau đầu dao cắt, làm giảm nguy cơ sụp đổ và tiếp xúc với các điều kiện nguy hiểm.

• Độ chính xác: TBMS có thể duy trì dung sai rất chặt chẽ, đảm bảo đường hầm được khai quật theo các thông số kỹ thuật thiết kế chính xác.

• Tác động môi trường: Chúng gây ra sự gián đoạn bề mặt ít hơn, giảm tiếng ồn và độ rung, và giảm thiểu nhu cầu nổ mìn, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các khu vực đô thị.

• Giảm lao động: Trong khi yêu cầu các nhà khai thác lành nghề, TBM thường cần ít nhân viên hơn ở mặt đường hầm so với khoan và nổ.

Những thách thức và cân nhắc:

• Trị giá: TBM là vô cùng tốn kém để mua và vận hành.

• Hậu cần: Vận chuyển, lắp ráp và ra mắt TBM là một công việc hậu cần lớn.

• Điều kiện mặt đất: Những thay đổi bất ngờ trong địa chất, chẳng hạn như gặp phải đá bị gãy cao hoặc các tảng đá lớn ở mặt đất mềm, có thể làm chậm đáng kể các hoạt động. Nước xâm nhập là một thách thức lớn khác.

• BẢO TRÌ: TBM là các máy phức tạp đòi hỏi phải bảo trì liên tục và phụ tùng chuyên dụng.

• Chiều dài đường hầm: TBM là hiệu quả nhất cho các đường hầm dài, vì chi phí thiết lập ban đầu là cao.

Tóm lại, TBM là một minh chứng cho những tuyệt tác kỹ thuật hiện đại, cách mạng hóa cách các đường hầm được xây dựng trên toàn cầu. Khả năng của họ để thông qua các điều kiện mặt đất đầy thách thức với độ chính xác, tốc độ và an toàn nâng cao khiến chúng trở thành một công cụ không thể thiếu cho các dự án cơ sở hạ tầng lớn trên toàn thế giới, từ hệ thống tàu điện ngầm đến các đường hầm cung cấp nước và đường cao tốc.