Mechanická architektura TBM s jedním štítem
The Jednoštítový tunelový vyvrtávací stroj (TBM) je speciálně navržen pro ražbu v tvrdých horninových podmínkách, kde je hornina rozbitá nebo nestabilní. Na rozdíl od otevřených TBM, varianta Single Shield ukrývá celé své vnitřní zařízení v ochranném válcovém ocelovém plášti. Tento štít poskytuje okamžitou horní a boční podporu a chrání jak personál, tak i vysoce přesné součásti před padajícími úlomky nebo „výbuchy skály“. Řezací hlava na přední straně je vybavena výkonnými kotoučovými frézami, které vyvíjejí nesmírný tlak na skalní stěnu a vytvářejí napěťové lomy, které způsobují, že se skála odštípne na zvládnutelné úlomky.
Uvnitř štítu se pohonný systém opírá o podélný přítlačný mechanismus. Protože stroj pracuje v konfiguraci s jedním štítem, obvykle se odtlačuje od dříve nainstalovaných betonových segmentů a pohybuje se vpřed. Tato integrace výkopu a ostění z něj činí výjimečně účinnou volbu pro dálkové tunely pro dopravu vody, železniční průchody a inženýrské sítě, kde je vyžadováno hotové betonové ostění bezprostředně po procesu vrtání.
Operační dynamika a vyvrtávací sekvence
Provozní cyklus Single Shield TBM je synchronizovaný proces ražby a zpevnění konstrukce. Cyklus začíná vrtací fází, kdy se hydraulické válce vysunou, aby zatlačily frézu do skály. Jak je hornina drcena, řada kbelíků nebo naběraček na řezné hlavě přenáší bahno na dopravníkový pás, který prochází středem stroje dozadu. Tento systém kontinuálního odstraňování zajišťuje, že čelo zůstane čisté pro frézy, aby se zachovala optimální rychlost pronikání.
Fáze budování prstenu
Jakmile přítlačné válce dosáhnou maximálního vytažení, vrtání se zastaví. Válce se poté po malých skupinách zasouvají, aby se vytvořil prostor pro vzpřimovač segmentu. Toto robotické rameno zvedá prefabrikované betonové segmenty a spojuje je dohromady, aby vytvořily kompletní prstenec. Tento proces je shrnut níže:
- Zatažení hydraulických přítlačných válců proti poslednímu dokončenému kroužku.
- Přesné umístění prefabrikovaných segmentů pomocí vakuového erektoru.
- Injektáž prstencové mezery mezi horninou a betonovým segmentem pro zajištění stability.
- Posunování štítu odtlačením nově nainstalovaného kroužku.
Technické srovnání: Single Shield vs. Double Shield
Výběr správného TBM do značné míry závisí na neomezené tlakové síle (UCS) horniny a přítomnosti poruchových zón. Zatímco Dvojitý štít TBM umožňují současné vyvrtávání a podšívku, vyžadují kompetentní skálu, aby uchopily jejich „chytací“ boty. Single Shield TBM jsou všestrannější v geologii, která se pohybuje mezi kompetentními horninami a vysoce rozbitými zónami, protože nespoléhají na uchycení boční stěny pro stabilitu.
| Funkce | Single Shield TBM | Double Shield TBM |
| Primární podpora | Betonové segmenty | Uchopovací boty / segmenty |
| Geologická vhodnost | Zlomený na stabilní skálu | Hlavně stabilní hard rock |
| Nudný režim | Sekvenční (vrtání, pak čára) | Souběžné (vrtání a vedení) |
| Složitost | Nižší | vyšší |
Výhody v náročných geologických podmínkách
Primární výhodou Single Shield TBM je jeho vynikající bezpečnostní profil v "nekvalitní" hornině. V zónách, kde je skála náchylná ke zřícení nebo kde je problémem tlak vody, funguje štít jako sekundární trup. Moderní stroje jsou často vybaveny řezacími hlavami se „zadním nakládáním“, které umožňují výměnu kotoučů z bezpečnosti samotné řezací hlavy, čímž se minimalizuje čas, který pracovníci tráví před strojem v nepodepřené zemi.
Efektivita v řízení přítoku vody
Při ražení tunelů přes tvrdou horninu, která obsahuje zvodnělé vrstvy, lze Single Shield TBM vybavit specializovanými těsněními a sondovacím zařízením. Vrtáním před řeznou hlavou mohou inženýři injektovat injektážní maltu ke stabilizaci země a blokovat pronikání vody ještě předtím, než stroj vůbec dosáhne oblasti. Konstrukce štítu umožňuje lépe kontrolované prostředí pro řízení těchto náhlých změn v hydrogeologii a zajišťuje, že časová osa projektu zůstane nedotčena navzdory podzemním překvapením.
