كيف يقوم TBM بحفر الصخور/التربة؟

آلات الممل نفق (TBMs) هي أعجوبة حديثة للهندسة ، وتتضمن ثورة في البناء تحت الأرض عن طريق حفر الأنفاق من خلال الظروف الجيولوجية المختلفة ، من أنعم التربة إلى أشد التكوينات الصخرية. على عكس طرق الحفر والانفجار التقليدية ، توفر TBMs عملية نفق مستمرة وأكثر أمانًا وغالبًا ما تكون أسرع. يكمن جوهر تشغيلها في رأس القطع الدوار المجهز بأدوات القطع المتخصصة ، المصممة للتفاعل مع الأرض إلى الأمام وكسرها.

المبدأ الأساسي: التنقيب الدوار

في أبسطه ، يحفر TBM بواسطة تدوير رأس القطع الدائرية ضد وجه النفق أثناء تطبيقه في وقت واحد قوة الدفع لدفعه للأمام. يختلف نوع أدوات القطع وطريقة إدارة المواد المحفورة (التي تسمى غالبًا "Muck") اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على الظروف الأرضية.

التنقيب في الصخور الصلبة

في التكوينات الصخرية الصلبة ، تستخدم TBMS قواطع القرص مثبتة على رأس القطع. لا تم تصميم قواطع الأقراص هذه "لطحن" الصخرة بعيدًا ، بل للحث على كسور الإجهاد. مع تدوير رأس القطع ويتم دفع TBM للأمام ، تمارس قواطع قرص كربيد الصلب أو التنغستن ضغوطًا هائلة على الوجه الصخري. هذا الإجهاد يسبب الصخرة الكسر والرقاقة بعيدا من الجسم الرئيسي أمام الماكينة.

"Muck" المنتجة ، عادة في شكل رقائق وشظايا صخرية ، ثم يسقط من خلال الفتحات في رأس القطع وعلى أ نظام النقل داخل TBM. ينقل هذا النظام المواد المحفورة عبر الماكينة والخروج من النفق للتخلص منها. يمكن أن يكون TBMs الصخور الصلبة إما من النوع المفتوح (بدون درع كامل ، والسماح بدعم صخري فوري خلف رأس القطع) أو محمي (توفير الدعم المؤقت لجدران النفق ، وخاصة في الصخور المكسورة). للتقدم ، غالبًا ما تستخدم TBMs الصخور الصخرية ملف نظام القابض هذا يدفع ضد الجدران الجانبية للنفق الذي تم حفره بالفعل ، مما يوفر قوة رد الفعل اللازمة للتوجه إلى الأمام.

التنقيب في أرض ناعمة

يمثل التنقيب من خلال أرض ناعمة ، والتي تشمل الطين والطمي والرمال والحصى ، تحديات مختلفة ، مرتبطة في المقام الأول بالحفاظ على استقرار الوجه ومنع انهيار الأرض. لمعالجة هذا ، يتم توظيف TBMs المتخصصة:

آلات توازن ضغط الأرض (EPB)

تُستخدم TBMs EPB بشكل شائع في أسباب ناعمة متماسكة. تم تجهيز رأس القطع الخاص بهم بمزيج من قطع كربيد التنغستن ، واختيارات السحب ، وأحيانًا قواطع القرص (لأرض مختلطة مع بعض الادراج الأكثر صعوبة). مفتاح تشغيل EPB هو قدرته على التوازن بين الضغط في وجه النفق باستخدام المادة المحفورة نفسها.

يدور رأس القطع ويحفر التربة ، التي تدخل بعد ذلك غرفة العمل خلف رأس القطع. أ المسمار النقل في الجزء الخلفي من هذه الغرفة يتحكم في معدل إزالة الوحل. من خلال تنظيم سرعة دوران رأس القطع بعناية ومعدل تفريغ الناقل المسمار ، يمكن التحكم في الضغط داخل الغرفة بدقة ، مما يسمح للتربة المحفورة بالعمل كوسيلة دعم ، وبالتالي تثبيت وجه النفق ومنع التسوية على السطح. يمكن حقن إضافات مثل الرغوة في التربة لتحسين قابليتها للتدفق وتقليل لاقطتها ، مما يمنع انسداد رأس القطع والناقل.

ملاط درع TBMS

تعد TBMs Shield Shield الأنسب للتربة الحبيبية المشبعة للغاية أو غير المستقرة ، وخاصة تلك التي تعاني من ارتفاع ضغط المياه الجوفية. بدلاً من الاعتماد فقط على المادة المحفورة لدعم الوجه ، تستخدم هذه TBMs أ الملاط المضغوط (مزيج من الماء وطين البنتونيت) لتحقيق الاستقرار في وجه الحفر.

رأس القطع ، الذي يتم تجهيزه غالبًا بأدوات القطع المشابهة لـ EPBs ، يحفر الأرض ، التي تمتزج بعد ذلك مع الملاط المضغوط في غرفة الحفريات . ثم يتم ضخ هذا الخليط الملاط من النفق إلى أ مصنع الانفصال على السطح. في المصنع ، يتم فصل المادة المحفورة عن الملاط ، الذي يتم معالجته بعد ذلك وإعادة تدويره إلى TBM. يضمن الدورة الدموية المستمرة للملاط المضغوط أن يكون الضغط الهيدروستاتيكي على وجه النفق متوازناً ضد الأرض الخارجي والضغط المائي ، مما يمنع دخول الماء وعدم الاستقرار الأرضي.

الدفع والتقدم

بغض النظر عن الظروف الأرضية ، تتطلب جميع TBMs آلية لدفع نفسها إلى الأمام. يتم تحقيق هذا عادة من خلال أسطوانات الدفع الهيدروليكية . تدفع هذه الأسطوانات ضد بطانة النفق المثبتة (شرائح خرسانية مسبقة الصنع أو خرسانة طلقة) أو ، في حالة TBMs القابضة ، مباشرة ضد الصخور المحفورة ، مما يؤدي إلى رأس القطع في وجه النفق. مع تقدم الماكينة ، يتم إنشاء مقاطع بطانة نفق جديدة خلف الدرع ، وتشكل بنية النفق الدائمة.

في جوهرها ، تعتبر TBMs مصانع متطورة تحت الأرض ، حيث تقوم باستمرار بحفر ودعم النفق أثناء المضي قدمًا ، مما يجعلها أدوات لا غنى عنها لتطوير البنية التحتية الحديثة.