Alagútfúró gép - Tunnel boring machine
.jpg)
Az alagútfúró gép ( TBM ), más néven "anyajegy", olyan gép, amelyet kör alakú alagutak feltárására használnak különféle talaj- és kőzetrétegeken keresztül . Mikrotunnelinghez is használhatók . Ezek célja, hogy furat át semmit a hard rocktól az homokba . Az alagút átmérője egy méter (3,3 láb) (mikro-TBM-ekkel) és 17,6 méter (58 láb) között lehet. Az egy méternél kisebb átmérőjű alagutakat jellemzően árok nélküli építési módszerekkel vagy vízszintes irányú fúrással, nem pedig TBM -ekkel készítik. A TBM-ek nem kör alakú alagutak feltárására is tervezhetők, beleértve az U alakú vagy patkós és négyzet vagy téglalap alakú alagutakat.
Az alagútfúró gépeket a fúrási és robbantási (D&B) módszerek alternatívájaként használják a kőzetekben és a hagyományos "kézi bányászatban" a talajban. A TBM előnye, hogy korlátozza a zavarást a környező talajra, és sima alagútfalat hoz létre. Ez jelentősen csökkenti az alagút bélelésének költségeit, és alkalmassá teszi őket erősen urbanizált területeken való használatra. A fő hátrány az előzetes költség. A TBM -ek gyártása drága, és nehezen szállítható. Minél hosszabb az alagút, annál kisebbek az alagútfúró gépek relatív költségei a fúró- és robbantási módszerekhez képest. Ennek oka az, hogy a TBM -ekkel történő alagútkészítés sokkal hatékonyabb, és lerövidíti a befejezési időt, feltéve, hogy sikeresen működnek. A fúrás és a robbantás azonban továbbra is az előnyben részesített módszer az erősen repedezett és nyírt kőzetrétegek átdolgozásakor.
Történelem
Az első sikeres alagútpajzsot Sir Marc Isambard Brunel fejlesztette ki a Temze -alagút feltárására 1825 -ben. Ez azonban csak a pajzskoncepció találmánya volt, és nem tartalmazott egy teljes alagútfúrógép megépítését, az ásást még meg kell tenni. az akkor szokásos ásatási módszerekkel valósítható meg.
Az első unalmas gép, amelyet állítólag megépítettek, Henri-Joseph Maus hegyi szeletelője volt . A szardíniai király megbízásából 1845 -ben, hogy a Franciaország és Olaszország közötti Fréjus -vasúti alagutat az Alpokon keresztül ássa , Maus 1846 -ban építtette meg egy Torinó melletti fegyvergyárban . Több mint 100 ütőfúróból állt, amelyek egy mozdony méretű gép elejére voltak felszerelve, mechanikusan hajtva az alagút bejáratától. Az 1848 -as forradalmak befolyásolták a finanszírozást, és az alagút csak 10 évvel később készült el kevésbé innovatív és olcsóbb módszerek, például pneumatikus fúrók használatával .
Az Egyesült Államokban az első megépített unalmas gépet 1853 -ban használták a Hoosac -alagút építése során Massachusetts északnyugati részén. Öntöttvasból készült, Wilson szabadalmaztatott kővágógépe volt , Charles Wilson feltalálója után. 10 lábat fúrt a sziklába, mielőtt összetört. (Az alagút végül több mint 20 évvel később készült el, és mint a Fréjus -vasúti alagút esetében, kevésbé ambiciózus módszerekkel.) Wilson gépe abban az értelemben számított a modern TBM -ekre, hogy vágótárcsákat használt, mint egy tárcsás borona . a gép forgó fejéhez rögzítve. A hagyományos véséssel vagy fúrással és robbantással ellentétben ez az innovatív kőzeteltávolítási módszer egyszerű fémkerekeken alapult, hogy átmeneti nagy nyomást gyakoroljon, amely megtörte a kőzetet.
Szintén 1853 -ban az amerikai Ebenezer Talbot szabadalmaztatott egy TBM -et, amely Wilson vágótárcsáit használta, bár forgó karokra voltak szerelve, amelyeket viszont forgó lemezre szereltek. Az 1870 -es években az angliai John D. Brunton olyan gépet épített, amely forgó lemezekre excentrikusan rögzített vágótárcsákat használt, amelyeket viszont excentrikusan egy forgó lemezre szereltek, így a vágótárcsák szinte az egész kőzeten végighaladtak. el kellett távolítani.
Az első TBM -et, amely jelentős távolságot alagútolt, 1863 -ban találta ki, és 1875 -ben javította ki Frederick Edward Blackett Beaumont (1833–1895) brit hadsereg tisztje ; Beaumont gépét 1880 -ban továbbfejlesztette Thomas angol őrnagy (1843–1935) brit hadsereg tisztje. 1875 -ben a francia nemzetgyűlés jóváhagyta az alagút építését a La Manche csatorna alatt, és a brit parlament engedélyezte a próbaüzemet; A projekthez a Major English TBM -ét választották. Az angol TBM vágófeje egy kúpos fúrószárból állt, amely mögött egy pár ellentétes kar volt, amelyekre vágótárcsák voltak felszerelve. 1882. június és 1883. március között a gép krétán keresztül összesen 1.836 km -t alagútba zárt. Egy francia mérnök, Alexandre Lavalley , aki szintén Szuezi -csatorna kivitelezője volt , hasonló géppel fúrt 1669 m (5 476 láb) távolságot a Sangatte -tól a francia oldalon. Ennek ellenére a siker ellenére a Csatorna-átjáró alagút projektjét 1883-ban felhagyták, miután a brit hadsereg félelmeit fejezte ki amiatt, hogy az alagutat inváziós útvonalként lehet használni. Ennek ellenére 1883 -ban ezt a TBM -et vasúti szellőztető alagút fúrásához használták - 2,1 m átmérőjű és 6750 láb (2 km) hosszú - Birkenhead és Liverpool között , Angliában, a Mersey -folyó alatti homokkőn keresztül .
A 19. század végén és a 20. század elején a feltalálók folytatták a TBM -ek tervezését, építését és tesztelését, válaszul a vasút, metró, csatorna, vízellátás stb. Alagútjainak szükségességére. Az óriás lyukú fűrészekhez hasonló TBM -eket javasoltak. A többi TBM egy forgó dobból állt, amelynek külső felületén fémfogak voltak, vagy egy forgó, kör alakú, fogakkal borított lemezből, vagy fém fogakkal borított forgószíjakból. Mindezek a TBM -ek azonban drágának, nehézkesnek bizonyultak, és nem tudtak kemény kőzetet feltárni; ezért csökkent a TBM -ek iránti érdeklődés. Ennek ellenére a kálium- és szénbányákban folytatódott a TBM fejlesztése, ahol a kőzet lágyabb volt.
A The Robbins Company a kanadai Niagara -alagút -projekthez gyártott egy 14,4 m (47 ft 3 hüvelyk) furatátmérőjű TBM -et . A gépet a Niagara -vízesés alatti vízenergia -alagút fúrásához használták . A gépet "Big Becky" -nek nevezték el a Sir Adam Beck vízerőművekre hivatkozva , amelyekhez alagútban van, hogy további vízenergia -alagutat biztosítson.
Egy föld nyomáskiegyenlítő TBM ismert, mint Bertha azzal a furat átmérője 17,45 méter (57 láb 3) állítunk elő a Hitachi Zosen Corporation 2013-ban történő kézbesítésének Seattle , Washington , annak Highway 99 alagút projekt . A gép 2013 júliusában kezdte meg működését, de 2013 decemberében elakadt, és jelentős javításokat igényelt, amelyek 2016 januárjáig leállították a gépet. Bertha 2017. április 4 -én befejezte az alagút fúrását.
Malajzia fővárosa, Kuala Lumpur folyamatosan növeli tömegközlekedési metróhálózatát. A CREG által szállított két alagútfúró gép két, 6,67 m átmérőjű alagutat ásott ki vízzel telített homokos iszapkő, skisztózus iszapkő, erősen mállott iszapkő és hordalék között, havi maximális előrelépési ütem 345 m.
A világ legnagyobb kemény kőzetű TBM -je, Martina néven (ásatási átmérője 15,62 m, teljes hossza 130 m; ásatási területe 192 m 2 (2070 négyzetláb), tolóerő értéke 39 485 t, össztömege 4500 tonna, teljes beépített kapacitása 18 MW; éves energiafogyasztás körülbelül 62 millió kWh) a Herrenknecht AG építette . Az olasz Toto SpA Costruzioni Generali (Toto Group) olasz építőipari vállalat tulajdonában és üzemeltetésében áll az olaszországi A1 -es autópálya -útvonal ("Variante di Valico A1") Sparvo galériájához, Firenze közelében. Ugyanez a vállalat építette a világ legnagyobb átmérőjű hígtrágya-TBM-ét , 17,6 méter (57 láb 9 hüvelyk) ásványt, amelyet a francia Dragages Hong Kong építőipari társaság (a Bouygues leányvállalata) birtokolt és üzemeltetett a Tuen Mun Chek Lap Kok összeköttetéshez Hongkongban. .
Leírás
A modern TBM -ek jellemzően forgó vágókorongból állnak, amelyet vágófejnek neveznek, majd egy főcsapágyat, egy tolórendszert és a hátsó tartószerkezeteket. A használt gép típusa a projekt sajátos geológiájától, a jelen lévő talajvíz mennyiségétől és egyéb tényezőktől függ.
Hard rock TBM -ek
A hard rockban árnyékolt vagy nyitott típusú TBM-ek használhatók. A hard rock TBM -ek kőzeteket ásnak a vágófejbe szerelt korongvágókkal. A tárcsavágók nyomófeszültségű töréseket hoznak létre a kőzetben, ami azt eredményezi, hogy elszakad az alagút felületétől. A kitermelt kőzet (nyák) a vágófej nyílásain keresztül egy szalagos szállítószalagra kerül, ahol a gépen keresztül fut a szállítószalagok vagy mocsárkocsik rendszerébe, hogy eltávolítsák az alagútból.
A nyitott típusú TBM-eknek nincs pajzsuk, így a vágófej mögötti terület nyitva marad a kőzet támogatása érdekében. A továbblépéshez a gép fogórendszert használ, amely az alagút falainak nyomódik. Nem minden gépet lehet folyamatosan kormányozni, miközben a megfogócipők a falakra tolódnak, mint egy Wirth gépnél, amely csak fogás nélkül kormányoz. A gép ekkor előre tolja a markolatokat, és egyre nagyobb tolóerőt kap. Egy löket végén a gép hátsó lábai leereszkednek, a markolatok és a hajtóhengerek visszahúzódnak. A hajtóhengerek visszahúzása áthelyezi a fogóegységet a következő fúrási ciklushoz. A markolatok ki vannak nyújtva, a hátsó lábak felemelkednek, és unalmasan folytatódik. A nyitott típusú vagy főgerendás TBM nem telepít betonszegmenseket más gépek mögé. Ehelyett a kőzetet talajtámogató módszerekkel, például gyűrűs gerendákkal, kőzetcsavarokkal , lövésbetonnal , acélhevederekkel , gyűrűacélokkal és dróthálókkal tartják fel .
Törött kőzetben árnyékolt kemény kőzet TBM -ek használhatók, amelyek betonszegmenseket állítanak fel a gép mögött lévő instabil alagútfalak alátámasztására. A Double Shield TBM -eknek két módja van; stabil talajban megfogják az alagút falait, hogy előrehaladjanak. Instabil, törött talajban a tolóerőt a tolóerő -hengerekre tolják, amelyek a gép mögött lévő alagút szegmenseknek nyomódnak. Ez megakadályozza, hogy a tolóerő a törékeny alagútfalakat érje. A Single Shield TBM -ek ugyanúgy működnek, de csak repedezett talajban használják őket, mivel csak a betonszegmenseknek tudnak nyomni.
Puha talajú TBM -ek
Lágy talajon a TBM-ek három fő típusa létezik: földnyomás-kiegyensúlyozó gépek (EPB), hígtrágya-pajzs (SS) és nyitott felületű típusok. Mindkét típusú zárt gép úgy működik, mint az Egypajzsos TBM -ek, és tolóerő -hengerek segítségével előrenyomul a betonszegmensek ellen. A földnyomás -kiegyensúlyozó gépeket puha talajban használják, 7 bar alatti nyomáson. A vágófej nem csak korongvágókat használ, hanem volfrám -karbid vágószárak , keményfém korongvágók, húzószár -fogók és/vagy kemény kőzetvágók kombinációját . Az EPB azért kapta a nevét, mert a kitermelt anyagból kiegyensúlyozza az alagút homlokzatán lévő nyomást. A nyomást a vágófejben úgy tartják fenn, hogy szabályozzák a romlást az Archimedes csavaron keresztül és az előremenő sebességet. A talaj stabilitásának növelése érdekében adalékanyagokat, például bentonitot , polimereket és habot injektálhatunk az arc elé. Adalékokat is fecskendezhet a vágófejbe/elszívó csavarba annak biztosítása érdekében, hogy a zsák elég összetartó maradjon ahhoz, hogy dugót képezzen az Archimedes csavarban, hogy fenntartsa a nyomást a vágófejben és megakadályozza a víz átáramlását.
Nagyon lágy talajban, ahol nagyon magas a víznyomás, vagy ahol a talajviszonyok olyan szemcsések (homok és kavics), hogy az Archimedes csavarban nem lehet dugót kialakítani, iszappajzsos TBM -ekre van szükség. A vágófej túlnyomásos hígtrágyával van feltöltve, amely hidrosztatikus nyomást gyakorol az ásatási felületre. A hígtrágya szállító közegként is működik, mivel összekeveri a kitermelt anyaggal, mielőtt kiszivattyúzzák a vágófejből egy zagyleválasztó üzembe, általában az alagúton kívülre. A hígtrágya-leválasztó berendezések többlépcsős szűrőrendszerek, amelyek eltávolítják a roncsrészecskéket a hígtrágyából, hogy azt újra fel lehessen használni az építési folyamat során. A hígtrágya „tisztításának” határértéke a kitermelt anyag szemcseméretétől függ. Emiatt a hígtrágya -TBM -ek nem alkalmasak agyagokra és agyagokra, mivel a zsák szemcsemérete kisebb, mint a bentonit agyagé, amelyből a hígtrágyát készítik. Ebben az esetben a hígtrágyát vízre választják, amelyet újrahasznosíthatnak, és a vízből sajtolhatnak egy agyagpogácsát, amely szennyezett lehet.
A lágy talajú nyílt felületű TBM -ek arra támaszkodnak, hogy a feltárt talaj felülete rövid ideig támasz nélkül feláll. Ez alkalmassá teszi őket akár 10 MPa szilárdságú kőzettípusokban való használatra, valamint alacsony vízhozamok esetén. A 10 métert meghaladó arcméretek ilyen módon feltárhatók. Az arcot a hátsó kar vagy a vágófej segítségével a pajzs szélétől 150 mm -re kell feltárni. A pajzsot előre emelik, és a pajzs elején lévő vágók ugyanolyan kör alakúra vágják a fennmaradó talajt. A talajtámaszt előregyártott beton, vagy esetenként SGI (gömbgrafitos vas) szegmensek biztosítják, amelyek csavarokkal vagy alátámasztással vannak ellátva mindaddig, amíg fel nem építik a teljes tartógyűrűt. Az utolsó szegmens, amelyet kulcsnak hívnak, ék alakú, és addig bővíti a gyűrűt, amíg szorosan nem ütközik a talaj körkörös vágásához, amelyet a TBM pajzson lévő vágók hagynak hátra. Az ilyen típusú TBM számos változata létezik.
Míg a TBM -ek használata megszünteti a nagy nyomáson dolgozó nagy létszámú munkavállalók szükségességét, a hígtrágya -pajzsos TBM -ek vágófején időnként caisson rendszer képződik. Az ellenőrzésre, karbantartásra és javításra erre a helyre belépő munkavállalókat orvosi bélyeggel kell ellátni, és oktatni kell a zárak működését.
A Herrenknecht AG 19,25 m (63 láb 2 hüvelyk ) puha talajú TBM -et tervezett az Orlovski -alagúthoz , egy projekt Szentpéterváron , de soha nem építették meg.
Mikroalagút-pajzs módszer
A mikroalagút -pajzs módszer ásási technika, amelyet kis alagutak építésére használnak, és az általános alagútpajzs mérete csökken . A mikroalagút -fúrógép nagyon hasonló az általános alagútpajzshoz, de kisebb méretben. Ezek az alagútfúró gépek általában 1-1,5 m (3,3-4,9 láb) között változnak, túl kicsi ahhoz, hogy a kezelők beléphessenek.
Tartalék rendszerek
Az alagútfúró gépek minden típusa mögött, az alagút kész részén, a hátsó támogató fedélzetek találhatók, amelyeket tartalék rendszernek neveznek. A tartalékmechanizmusok a következők lehetnek: szállítószalagok vagy egyéb rendszerek a nyák eltávolítására, hígtrágya- csővezetékek, ha van ilyen, vezérlőtermek, elektromos rendszerek, porleválasztás, szellőzés és az előreöntött szegmensek szállítására szolgáló mechanizmusok.
Városi alagút és felszíni alagút
A városi alagút különleges követelménye, hogy a talaj felülete zavartalan legyen. Ez azt jelenti, hogy el kell kerülni a talaj süllyedését . A puha talajon történő normál módszer ennek során a talajnyomás fenntartása az alagút építése alatt és után. Ez némi nehézséggel jár, különösen változatos rétegekben (pl. Fúrás olyan területen, ahol az alagút felületének felső része nedves homok, az alsó része pedig kemény kőzet).
Ilyen helyzetekben pozitív arcvezérléssel rendelkező TBM -eket, például EPB -t és SS -t használnak. Mindkét típus (EPB és SS) képes csökkenteni a felszíni süllyedés és az üregek kockázatát, ha megfelelően működnek, és ha a talajviszonyok jól dokumentáltak. Városi környezetben történő alagútépítéskor más alagutakkal, meglévő közművezetékekkel és mély alapokkal kell foglalkozni a korai tervezési szakaszban. A projektnek intézkedéseket kell tartalmaznia az egyéb infrastruktúrára gyakorolt káros hatások mérséklésére.
Lásd még
- Unalmas
- Csatorna alagút
- Új osztrák alagút -módszer
- Roadheader
- Subterrene
- Alagút
- Alagútpajzs
- Árok nélküli technológia
Megjegyzések
Hivatkozások
- Bagust, Harold (2006). A nagyobb zseni?: Marc Isambard Brunel életrajza . Ian Allan Kiadó. ISBN 0-7110-3175-4.
- Bancroft, George J. (1908) "Az alagútfúró gép története", Mining Science , p. 58, 65–68 , 85–88, 106–108, 125–127, 145–146, 165–167
- Ivó, Henry Sturgis. Traktátus a robbanóvegyületekről, gépparkkal és fúvással (New York, New York: J. Wiley & Sons, 1883), 191-194.
- Hemphill, Gary B. Gyakorlati alagútépítés (Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2013), 7. fejezet: Alagútfúró gépek: Az alagútfúró gép története.
- Maidl, Bernhard; Schmid, Leonhard; Ritz, Willy; Herrenknecht, Martin (2008). Hardrock alagútfúró gépek . Ernst & Sohn. ISBN 978-3-433-01676-3.
- Stack, Barbara, "Encyclopaedia of Tunneling, Mining, and Drilling Equipment", 1995.
- Nyugat, Graham. Innovation and the Rise of the Tunneling Industry (Cambridge, Anglia: Cambridge University Press, 1988), 11. fejezet: Hard rock alagútgépek.
További irodalom
- Barton, Nick (2000). TBM alagút csuklós és hibás kőzetben . Rotterdam: Balkema.
- Bilger, Burkhard (2008. szeptember 15.). "A hosszú ásatás: átjutni a svájci Alpokon a nehéz úton". A New Yorker .
- Foley, Amanda (2009. május). "Élet az élen: Dick Robbins". Tunnels & Tunneling International .