Tunel nudné stroje (TBMS) jsou sofistikované vybavení, které revolucionizovaly podzemní stavbu. Jsou to v podstatě mobilní továrny určené k vykopávání tunelů s minimálním narušením okolního terénu.
Jak funguje TBM: Základní proces
Základní operace TBM zahrnuje několik spojitých kroků:
-
Výkop: Na samé přední straně TBM je masivní, rotující řezací hlava. Tento ocelový disk je vybaven různými řezacími nástroji, jako jsou řezačky disků pro hard skálu nebo bity a škrabky pro měkčí půdu. Jak se řezací hlava otáčí, rozdrtí, škrábe nebo střih materiálu na tunelu.
-
Odstranění muck: Vykopaný materiál, známý jako „Muck“, propadne otvory v řezané hlavě do komory. Odtud je obvykle transportován šroubovým dopravníkem (pro měkké mleté TBMS) nebo naloženo na řadu dopravních pásů (pro Hard Rock TBMS), které probíhají délku tunelu. Tento bahno je pak nepřetržitě odstraněno na povrch pro likvidaci nebo recyklaci.
-
Thrust and Advance: TBM je poháněna dopředu silnými tahovými válci (Jacks) umístěnými za řezanou hlavou. Tyto válce se tlačí proti dříve nainstalovaným segmentům podšívky tunelu a vytvářejí nezbytnou sílu pro posun řezací hlavy do země.
-
Instalace podšívky tunelu: Bezprostředně za řezanou hlavou, uvnitř ochranné skořápky TBM (štít), leží erektor. Tato robotická rameno zvedne prefabrikované betonové segmenty (obvykle zakřivené, lichoběžníky) a pečlivě je umístí, aby vytvořily kompletní prsten tunelu. Tyto segmenty jsou sešroubovány dohromady a vytvářejí silnou, vodotěsnou a trvalou strukturu, která podporuje půdu a tvoří hotovou stěnu tunelu.
-
Injekce: Jakmile je nainstalován prsten segmentů, je prázdnota mezi vnějším segmenty a vykopaná země („ocasní prázdnota“) okamžitě naplněna specializovanou spárovací hmotou. Tato spárovací hmota ztuhne a poskytuje další podporu podšívce tunelu, zabraňuje pozemnímu osídlení a zajišťuje těsné přizpůsobení.
-
Řízení a navigace: TBM jsou vybaveny sofistikovanými laserovými poradenskými systémy a průzkumnými nástroji. Operátoři mohou přesně ovládat směr TBM nastavením tahu jednotlivých konektorů, změnou rychlosti otáčení řezací hlavy nebo pomocí kloubových kloubů ve stroji. To jim umožňuje udržovat plánované zarovnání a gradient, dokonce i navigační křivky.
-
Terming Gear (záložní systém): Za hlavním tělem TBM následuje řada kloubových gantries nebo přívěsů („záložní systém“). V tomto koncovém zařízení se sídlí základní systémy podpůrné, včetně:
- Napájecí a ovládací místnosti
- Větvící systémy
- Dopravníky pro odstranění bláta
- Spární čerpadla a míchací rostliny
- Voda a obslužné linie
- Personální přístup a bezpečnostní vybavení.
Typy TBM a jejich aplikací
Výběr typu TBM je kritický a do značné míry závisí na geologických podmínkách země, která má být tunelována:
-
Hard Rock TBMS (Open-Gripper TBMS / SHIELDED Hard Rock TBMS): Tyto TBM jsou navrženy pro pevné skalní útvary. Používají řezačky disků, které vytvářejí mikromoření ve skalní tváři.
- Otevřený grippers TBMS: Advance tím, že se uchopí proti stěnám tunelu (skála) podložky.
- SHIELDED Hard Rock TBMS: Používá se, když jsou skalní podmínky zlomeny nebo smíchané, poskytují plnou podložku s štítem a často instalují segmentovou podšívku.
-
Vyvážení tlaku Země (EPB) TBMS: Ideální pro měkké, soudržné půdy (hlína, bahna, písek), které mohou na krátkou dobu stát bez podpory. EPB TBM používá samotný vykopaný materiál k vytvoření „blátivého dortu“, který vyvíjí tlak na obličej tunelu a vyrovnává okolní tlak pozemku. Šroubový dopravník reguluje odstranění bahna při zachování této rovnováhy.
-
Kaše TBMS: Nejvhodnější pro volné, vodní půdy (písky, štěrky, nasycená země). V kaše TBM pracuje řezací hlava v tlakové komoře naplněné kaše. Kaše stabilizuje obličej tunelu a přepravuje vykopaný materiál na povrch trubkami, kde se zpracovává tak, aby oddělila pevné látky od kapaliny.
-
Smíšené pozemní TBMS (variabilní hustota TBMS): Jedná se o všestranné stroje, které se mohou přizpůsobit různým podmínkám pozemních podmínek, někdy kombinující rysy TBM EPB a kalu. Mohou upravit parametry, jako je tlak na obličej a rychlost odstraňování bahna, aby vyhovovaly měnícím se vlastnostem půdy.
-
Machiny pro zvedání potrubí (Microtunneling TBMS): Menší verze TBMS, často dálkově ovládaných, se používají pro instalaci potrubí nebo menších energetických kanálů. Potlačí trubky přímo za řezanou hlavu.
Výhody používání TBMS
- Rychlost a účinnost: TBMS mohou nutit nepřetržitě a obecně vykopávat tunely mnohem rychleji než konvenční metody, jako je vrtání a tryskání.
- Bezpečnost: Uzavřený štít TBM poskytuje bezpečnější pracovní prostředí pro personál, chrání je před kolapsy a vniknutím podzemních vod.
- Minimální povrchové rušení: Když provozují podzemí, TBMS významně snižuje narušení povrchové infrastruktury, provozu a komunit, což z nich činí ideální pro městské oblasti.
- Snížený dopad na životní prostředí: Nižší úrovně vibrací a menší šum ve srovnání s tryskáním, s méně kořistí na povrchu.
- Konzistentní tvar tunelu: TBM produkují hladký vrtání kruhového tunelu, což často snižuje množství požadované sekundární podšívky.
- Automatizace: Mnoho funkcí TBM je automatizováno, což vede k konzistentnímu výkonu a snížení manuální práce.
Pozoruhodné projekty TBM
TBM jsou nápomocné při vytváření některých z nejpůsobivějších projektů na světě, včetně:
- Kanálový tunel (Eurotunnel): Spojení Velké Británie a Francie pod anglickým kanálem.
- Gotthard Base Tunnel: Nejdelší železniční tunel na světě, který prochází Alpy ve Švýcarsku.
- Crossrail (Linezabeth Line) v Londýně: Masivní podzemní železniční systém.
- Druhá Avenue Subway v New Yorku: Rozšíření sítě metra.
- Tunel SR 99 Seattle (Bertha): Tunel s velkým průměrem.
Závěrem lze říci, že TBM jsou inženýrské zázraky, které transformovaly způsob, jakým stavíme pod zemí. Jejich efektivita, bezpečnost a schopnost zvládnout různé geologické podmínky z nich jsou nezbytné nástroje pro vytváření životně důležitých skrytých tepen moderní společnosti.
