كيف تعمل آلة النفق الممل؟

أ آلة النفق الممل (TBM) هو في الأساس مصنع قائم بذاته على القضبان ، مصمم لحفر الأنفاق بدقة وكفاءة. على عكس طرق الحفر والانفجار التقليدية ، توفر TBMs مزايا كبيرة من حيث السرعة والسلامة والتأثير البيئي.

في قلب كل TBM هو قاطع . تم تجهيز هذه العجلة الدوارة الضخمة بقواطع القرص أو قطع القطع أو الكاشطات ، اعتمادًا على الظروف الجيولوجية. مع تدوير رأس القطع ويتم دفعه للأمام ضد وجه النفق ، تحفر هذه الأدوات المادة. ثم يتم توجيه الغنائم المحفورة من خلال الفتحات في رأس القطع إلى أ نظام النقل (في كثير من الأحيان الناقلات المسمار أو الناقلات الحزام) التي تنقلها إلى الجزء الخلفي من الجهاز لإزالة من النفق.

المكونات الرئيسية ووظائفها:

• رأس القطع: الجزء الأمامي الأكثر من TBM ، المسؤول عن حفر الأرض. يختلف نوع القواطع:

  • قواطع القرص تستخدم في الصخور الصلبة ، وسحق موسيقى الروك لأنها تتدحرج عليها.

  • قطع البتات وكاشطات هي أكثر شيوعا للتربة الأكثر ليونة ، وقطع وتجشيد المواد.

• نظام الدفع: خلف رأس القطع توجد أسطوانات هيدروليكية قوية تدفع TBM إلى الأمام. عادةً ما تدفع هذه الأسطوانات مقابل مقاطع بطانة النفق المثبتة مسبقًا أو ضد القبضة التي تمارس الضغط على جدران النفق.

• درع: هذا هو الهيئة الرئيسية لـ TBM ، حيث توفر الدعم للأرض المحفورة وحماية طاقم العمل والآلات من الانهيار. يضم الدرع أيضًا أنظمة مختلفة.

• نظام ERECTOR: مع تقدم TBM ، يقوم في وقت واحد بتثبيت مقاطع خرسانية سابقة الصب التي تشكل بطانة النفق الدائم. يلتقط ذراع Erector هذه الأجزاء ويضعها بدقة لإنشاء حلقة.

• نظام الحشو: بمجرد تثبيت حلقة النفق ، يتم حقن الجص في الفجوة الحلقية بين الأجزاء المثبتة والأرض المحفورة. هذا يعمل على تثبيت الأرض ، ونقل الأحمال ، ومنع دخول المياه.

• نظام إزالة الوحل: كما ذكرنا ، تنقل الناقلات المادة المحفورة ("Muck") إلى الجزء الخلفي من TBM ، حيث يتم تحميلها على القطارات أو الشاحنات أو أنظمة أخرى للإزالة من النفق.

• نظام التوجيه: تستخدم TBMs الحديثة أنظمة إرشادات ليزر متطورة ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وغيرها من معدات المسح لضمان حفر النفق بدقة على طول المحاذاة والتدرج المصمم.

• العتاد الخلفي (نظام النسخ الاحتياطي): يمتد خلف درع TBM لمئات الأمتار ، وتضم أنظمة الدعم الحاسمة. ويشمل ذلك محولات للطاقة ، وقنوات التهوية ، وخطوط المياه والجص ، وغرف التحكم ، ومرافق الطاقم.

أنواع TBMS:

يعد اختيار نوع TBM أمرًا بالغ الأهمية ويعتمد بشكل كبير على الظروف الجيولوجية ووجود المياه الجوفية:

• TBMS المفتوح (GRIPPER TBMS): مثالي لظروف الصخور المستقرة. يتقدمون عن طريق إمساك جدران النفق والدفع للأمام.

• درع TBMS: تستخدم في ظروف الأرض غير المستقرة حيث يلزم الدعم الفوري. يحمي الدرع الأرض حتى يتم تثبيت الأجزاء.

  • آلات توازن ضغط الأرض (EPBMS): شائع الاستخدام في أرض ناعمة مع تناسق متفاوت. وهي تحافظ على توازن بين ضغط التربة المحفورة في الغرفة والضغط المطلوب لدعم وجه النفق ، ومنع تسوية الأرض.

  • ملاط TBMS: الأنسب لأرض أو أرضية مشبعة للغاية مع ارتفاع ضغط الماء. يتم استخدام ملاط ​​مضغوط (خليط البنتونيت أو البوليمر) لدعم وجه النفق ، ويتم خلط المادة المحفورة مع هذا الملاط وضخها.

  • درع واحد TBMS: تعمل في أرض متماسكة حيث يمكن أن تقف الأرض لفترة قصيرة قبل تثبيت البطانة.

  • درع مزدوج TBMS: تستخدم في الصخور المكسورة أو الأرض المختلطة. لديهم دروعان يسمحان بحفر مستمر وانتصاب القطاع ، مما يؤدي إلى أسعار تقدم أسرع.

مزايا TBMS:

• سرعة: يمكن أن تحقق TBMs معدلات حفر أسرع بكثير مقارنة بالطرق التقليدية ، وخاصة على مسافات طويلة.

• أمان: أنها توفر بيئة عمل أكثر أمانًا من خلال دعم الأرض على الفور خلف رأس القطع ، مما يقلل من خطر الانهيار والتعرض للظروف الخطرة.

• دقة: يمكن أن تحافظ TBMS على التحمل الضيق للغاية ، مما يضمن حفر النفق على مواصفات التصميم الدقيقة.

• التأثير البيئي: أنها تسبب انقطاعًا أقل في السطح ، ويقلل من الضوضاء والاهتزاز ، وتقليل الحاجة إلى التفجير ، مما يجعلها مثالية للمناطق الحضرية.

• انخفاض المخاض: بينما تتطلب مشغلات ماهرة ، فإن TBMs تحتاج عمومًا إلى عدد أقل من الموظفين في وجه النفق مقارنة بالحفر والانفجار.

التحديات والاعتبارات:

• يكلف: TBMS مكلفة للغاية لشراء وتشغيل.

• الخدمات اللوجستية: يعد نقل وتجميع وإطلاق TBM مهمة لوجستية ضخمة.

• الظروف الأرضية: يمكن أن تؤدي التغييرات غير المتوقعة في الجيولوجيا ، مثل مواجهة الصخور الشديدة المكسورة أو الصخور الكبيرة في أرض ناعمة ، إلى إبطاء العمليات أو إيقافها بشكل كبير. إن دخول المياه هو تحد كبير آخر.

• صيانة: TBMS هي آلات معقدة تتطلب صيانة مستمرة وقطع غيار متخصصة.

• طول النفق: تعد TBMs هي الأكثر فعالية من حيث التكلفة للأنفاق الطويلة ، حيث أن تكاليف الإعداد الأولية مرتفعة.

في الختام ، تعد TBMs شهادة على أعجوبة الهندسة الحديثة ، حيث تحدث ثورة في كيفية بناء الأنفاق على مستوى العالم. إن قدرتهم على التحمل من خلال الظروف الأرضية الصعبة بدقة وسرعة وسلامة محسّنة تجعلها أداة لا غنى عنها لمشاريع البنية التحتية الرئيسية في جميع أنحاء العالم ، من أنظمة مترو الأنفاق إلى أنفاق إمدادات المياه والطرق السريعة. .