هل تعمل آلة النفق الممل؟

آلات النفق الممل (TBMS) هي قطع متطورة من المعدات التي أحدثت ثورة في البناء تحت الأرض. إنها مصانع متنقلة في الأساس مصممة لحفر الأنفاق مع الحد الأدنى من الاضطرابات إلى الأرض المحيطة.

كيف تعمل TBMS: العملية الأساسية

تتضمن العملية الأساسية لـ TBM عدة خطوات مستمرة:

1. التنقيب: في مقدمة TBM ، يوجد رأس قاطع ضخم. تم تزويد هذا القرص الفولاذي بأدوات قطع مختلفة ، مثل قواطع الأقراص لقطر الصخور الصلبة أو القطع وكاشطات للأرض الأكثر ليونة. مع تدوير رأس القاطع ، يطحن ، أو يشرب ، أو يقصر المادة في وجه النفق.

2. إزالة الوحل: تسقط المادة المحفورة ، والمعروفة باسم "Muck" ، من خلال الفتحات في رأس القاطع في غرفة. من هناك ، يتم نقله عادةً بواسطة ناقل المسمار (ل TBMs الأرضية الناعمة) أو محمّل على سلسلة من أحزمة النقل (ل TBMs الصخور الصلبة) التي تدير طول النفق. ثم تتم إزالة هذا الوحل بشكل مستمر إلى السطح للتخلص منه أو إعادة التدوير.

3. الدفع والتقدم: يتم دفع TBM إلى الأمام بواسطة أسطوانات الدفع القوية (الرافعات) الموجودة خلف رأس القاطع. هذه الأسطوانات تدفع مقابل مقاطع بطانة النفق المثبتة مسبقًا ، مما يخلق القوة اللازمة لدفع رأس القاطع إلى الأرض.

4. تثبيت بطانة النفق: مباشرة خلف رأس القاطع ، داخل القشرة الواقية من TBM (الدرع) ، يكمن المنتصر. تلتقط هذا الذراع الآلي مقاطع خرسانية سابقة الصب (عادةً ما تكون منحنية ، شبه منحرف) وتضعها بدقة لتشكيل حلقة كاملة من بطانة النفق. يتم تثبيت هذه الأجزاء معًا ، مما يخلق هيكلًا قويًا ومقدارًا ودائمًا يدعم الأرض ويشكل جدار النفق النهائي.

5. الحشو: بمجرد تثبيت حلقة من الأجزاء ، يتم ملء الفراغ بين الجزء الخارجي من الأجزاء والأرض المحفورة ("الفراغ الذيل") على الفور بجص متخصص. يعزز هذا الجص ، ويوفر دعمًا إضافيًا لبطانة النفق ، ويمنع تسوية الأرض ، وضمان ملاءمة ضيقة.

6. التوجيه والملاحة: تم تجهيز TBMS بأنظمة إرشادات ليزر متطورة وأدوات مسح. يمكن للمشغلين التحكم بدقة في اتجاه TBM عن طريق ضبط دفع الرافعات الفردية ، أو تغيير سرعة دوران رأس القاطع ، أو استخدام مفاصل التعبير داخل الماكينة. هذا يسمح لهم بالحفاظ على المحاذاة والتدرج المخطط ، وحتى التنقل المنحنيات.

7. العتاد الخلفي (نظام النسخ الاحتياطي): خلف جسم TBM الرئيسي ، تتبع سلسلة من gantries أو المقطورات المفصلية ("نظام النسخ الاحتياطي"). يضم هذا العتاد المتخلف أنظمة الدعم الأساسية ، بما في ذلك:

   • غرف إمدادات الطاقة والتحكم
   • أنظمة التهوية
   • الناقلات إزالة الوحل
   • مضخات الجص ونباتات خلط
   • خطوط المياه والمرافق
   • معدات الوصول والسلامة الموظفين.

أنواع TBMS وتطبيقاتها

يعد اختيار نوع TBM أمرًا بالغ الأهمية ويعتمد بشكل كبير على الظروف الجيولوجية للأرض المراد نفقها:

• TBMS الصخور الصلبة (TBMS المفتوحة / TBMs الصخور الصلبة المحمية): تم تصميم هذه TBMs لتكوينات الصخور الصلبة. يستخدمون قواطع القرص التي تخلق العوامل الدقيقة في وجه الصخور.

  • TBMS المفتوح: تقدم عن طريق الاستيلاء على جدران النفق (الصخور) مع وسادات القابض.
  • TBMs الصخور الصلبة المحمية: تستخدم عندما يتم كسر ظروف الصخور أو مختلطة ، مما يوفر الدعم الكامل الأرضي مع درع وغالبًا ما يقوم بتثبيت بطانة قطاع.

• توازن ضغط الأرض (EPB) TBMS: مثالية للتربة الناعمة المتماسكة (الطين ، الطمي ، الرمال) التي يمكن أن تقف دون دعم لفترة قصيرة. يستخدم EPB TBM المادة المحفورة نفسها لإنشاء "كعكة الوحل" التي تطبق الضغط على وجه النفق ، وتوازن بين ضغط الأرض المحيط. ينظم ناقل المسمار إزالة الوحل مع الحفاظ على هذا التوازن.

• ملاط TBMS: الأنسب للتربة الفضفاضة التي تحمل الماء (الرمال ، الحصى ، الأرض المشبعة). في ملاط ​​TBM ، يعمل رأس القاطع في غرفة مضغوطة مملوءة بالملاط. يستقر الملاط وجه النفق وينقل المادة المحفورة إلى السطح عبر الأنابيب ، حيث تتم معالجتها لفصل المواد الصلبة عن السائل.

• TBMs الأرضية المختلطة (TBMs الكثافة المتغيرة): هذه آلات متعددة الاستخدامات يمكن أن تتكيف مع ظروف أرضية متفاوتة ، وأحيانًا تجمع بين ميزات EPB و TBMs الملاهي. يمكنهم ضبط المعلمات مثل معدلات الضغط على الوجه ومعدلات إزالة الوحل لتناسب خصائص التربة المتغيرة التي واجهتها.

• آلات الرفع الأنابيب (TBMs microtunneling): يتم استخدام إصدارات أصغر من TBMS ، التي يتم التحكم فيها عن بُعد غالبًا ، لتثبيت خطوط الأنابيب أو قنوات فائدة أصغر. يدفعون الأنابيب مباشرة خلف رأس القاطع.

مزايا استخدام TBMS

• السرعة والكفاءة: يمكن أن يتحمل TBMs بشكل مستمر وبشكل عام أنفاق أسرع بكثير من الأساليب التقليدية مثل الحفر والتفجير.
• أمان: يوفر الدرع المرفق لـ TBM بيئة عمل أكثر أمانًا للموظفين ، وحمايتهم من الانهيار ودخول المياه الجوفية.
• الحد الأدنى من اضطراب السطح: أثناء عملها تحت الأرض ، تقلل TBMS بشكل كبير من الاضطراب في البنية التحتية السطحية وحركة المرور والمجتمعات ، مما يجعلها مثالية للمناطق الحضرية.
• انخفاض التأثير البيئي: انخفاض مستويات الاهتزاز وضوضاء أقل مقارنة بالتفجير ، مع وجود عدد أقل من أكوام المفسدين على السطح.
• شكل نفق ثابت: تنتج TBMs تجويلة نفق سلسة ، دائرية ، مما يقلل في كثير من الأحيان كمية البطانة الثانوية المطلوبة.
• الأتمتة: العديد من وظائف TBM مؤتمتة ، مما يؤدي إلى أداء ثابت وخفض العمالة اليدوية.

مشاريع TBM بارزة

كانت TBMS مفيدة في بناء بعض مشاريع البنية التحتية الأكثر إثارة للإعجاب في العالم ، بما في ذلك:

• نفق القناة (Eurotunnel): ربط المملكة المتحدة وفرنسا تحت القناة الإنجليزية.
• GOTTHARD BASE TUNNEL: أطول نفق سكة حديد في العالم ، يمر عبر جبال الألب في سويسرا.
• Crossrail (Line Elizabeth) في لندن: نظام سكة حديد ضخم تحت الأرض.
• المترو الثاني في مدينة نيويورك: توسيع شبكة مترو الأنفاق.
• نفق سياتل 99 SR (بيرثا): نفق الطريق السريع القطر كبير.

في الختام ، TBMs هي أعجوبة هندسية حولت الطريقة التي نبنيها تحت الأرض. كفاءتها وسلامتها وقدرتها على التعامل مع الظروف الجيولوجية المتنوعة تجعلها أدوات لا غنى عنها لإنشاء الشرايين المخفية الحيوية للمجتمع الحديث.