The Tunelovací vyvrtávací stroj ( TBM ), často označovaný jednoduše jako „krtek“, představuje jeden z nejvýznamnějších pokroků ve stavebním a geotechnickém inženýrství. Tyto masivní, sofistikované stroje způsobily revoluci ve výstavbě podzemní infrastruktury a umožnily vytváření tunelů pro dopravu, inženýrské sítě a těžbu s nebývalou rychlostí, přesností a bezpečností.
Mechanismus a základní komponenty
Tunelovací vyvrtávací stroj je v podstatě kompletní mobilní továrna určená k ražbě čelby tunelu a současně k instalaci dočasného nebo trvalého podpůrného systému. TBM se obecně skládá ze tří primárních částí:
-
Řezací hlava (obličej):
- Jedná se o nejpřednější rotační prvek vybavený různými řeznými nástroji – jako jsou kotoučové frézy na tvrdou horninu nebo kombinace fréz a kleští pro měkčí půdu.
- Řezací hlava se otáčí a je tlačena dopředu hydraulickými zvedáky, drtí nebo škrábe horninu a půdu na čele tunelu.
-
Štít a tělo (uprostřed):
- The štít je velký, válcový ocelový plášť přímo za hlavou frézy. Poskytuje okamžitou strukturální podporu čerstvě vykopaným stěnám tunelu a chrání stroj a pracovníky uvnitř před uvolněnou půdou, dokud není instalováno trvalé ostění tunelu.
- The tahový systém , složený z výkonných hydraulických zvedáků, tlačí na poslední instalovaný segment ostění tunelu, aby se stroj posunul.
-
Vlečné zařízení (zadní):
- V této části, která může mít délku přes sto metrů, je umístěno základní podpůrné vybavení.
- Zahrnuje systém odstraňování bahna (dopravní pásy nebo kalové trubky) k efektivnímu transportu vytěženého materiálu („muck“) z tunelu, řídicích a energetických systémů, ventilačních zařízení a kritických segmentový vzpřimovač který přesně umístí prefabrikované betonové segmenty, které tvoří trvalé ostění tunelu.
Klasifikace a typy TBM
Výběr TBM je kritickým rozhodnutím v každém projektu, který silně závisí na konkrétních geologických podmínkách a tlaku podzemní vody. TBM jsou široce kategorizovány na základě podkladu, který mají prorazit:
1. Hard Rock TBM
- TBM s otevřeným typem/uchopovačem: Používá se ve stabilních podmínkách s tvrdou skálou, které se mohou po krátkou dobu udržet bez okamžitého obložení. Používají hydrauliku chapadla k ukotvení ke stěnám tunelu, což umožňuje stroji reagovat na dopředný přítlak řezací hlavy.
- Single Shield TBM: Používá se v rozbitém nebo méně stabilním tvrdém kameni. Betonové segmenty ostění instalují přímo za štít a odsunou hotové ostění dopředu.
- Dvojitý štít TBM: Nejuniverzálnější hardrockové stroje. Vyznačují se dvěma teleskopickými štíty a uchopovacím systémem, který jim umožňuje instalovat výstelku současně při ražbě (nepřetržité ražení tunelů), když jsou ve stabilní hornině, nebo pracovat ve střídavých režimech, když jsou podmínky nestabilní.
2. Měkké TBM (Shield Machines)
Tyto stroje obsahují metody pro aktivní vyrovnávání tlaku na čele tunelu, což je klíčové pro zabránění zhroucení země nebo vnikání vody do měkkých půd (jako je písek, jíl a bahno).
- TBM pro vyvážení zemského tlaku (EPB): Ideální pro soudržný, měkký podklad. Udržují stabilitu používáním vytěženého materiálu (bahna) v tlakové komoře na čele frézy. Šnekový dopravník řídí rychlost odstraňování bahna, aby přesně vyrovnal tlak půdy a vody před strojem.
- Slurry Shield TBM (Hydroshield): Používá se v zrnitých půdách nebo pod vysokým tlakem vody. Stabilizují obličej vstřikováním tlakové bentonitové kaše, která tvoří filtrační koláč k utěsnění země. Vytěžený materiál je smíchán s kejdou a odčerpán do separačního zařízení na povrchu.
Výhody oproti konvenčním metodám
Globální přijetí Tunelovací vyvrtávací stroj ve srovnání s tradiční metodou „vrtání a tryskání“ má několik významných výhod:
- Zvýšená bezpečnost: Eliminuje použití výbušnin a drasticky snižuje rizika pro personál.
- Minimální narušení povrchu: Operace jsou primárně pod zemí, což minimalizuje hluk, vibrace a rušení – hlavní výhoda v městských oblastech.
- Zvýšená rychlost a efektivita: TBM poskytují nepřetržitý proces tunelování, často dosahující výrazně vyšší rychlosti postupu než vrtání a odstřelování.
- přesnost: Moderní TBM jsou naváděny sofistikovanými laserovými nebo navigačními systémy, které zajišťují vysokou přesnost vyrovnání.
- Snížení nadměrného výkopu: TBM vrtá přesný kruhový tunel, čímž se snižuje množství vytvářené hlušiny a objem potřebného výstelkového materiálu.
Na závěr, Tunelovací vyvrtávací stroj je nepostradatelným nástrojem pro rozvoj infrastruktury 21. století. S rostoucím počtem obyvatel měst a rostoucí potřebou komplexní infrastruktury na dlouhé vzdálenosti, jako jsou vysokorychlostní železniční tunely a rozsáhlé inženýrské sítě, bude role TBM jako technického zázraku stále důležitější.
