Tunnelinporauskone on kone, joka mahdollistaa kaivaa tunnelin maaperässä ja erilaisissa kiviä aina hiekkaa ja graniitista . Porattujen pyöreiden tunnelien halkaisija on tällä hetkellä 1–17,6 metriä. Reikiä varten, joiden halkaisija on alle 1,5 tai 2 metriä, näitä koneita kutsutaan mikrotunneleiksi.
TBM: ää käytetään vaihtoehtona kaivaukselle leikkaamalla manuaalinen, mekaaninen tai räjähtävä. Sen etuna on rajoittaa ympäröivän kallion häiriöitä ja tuottaa sileä tunneliseinä. Nämä tekijät tekevät siitä erityisen sopivan erittäin kaupungistuneille alueille ja vähentävät merkittävästi seinäverhouskustannuksia. Tunnelin porauskoneen suurin haittapuoli on sen korkeat alku- ja kuljetuskustannukset. Siitä tulee kuitenkin kilpailukykyinen pitkille tunneleille (yli 1,5 km ), koska se kaivaa nopeammin kuin perinteiset puunkorjuut.
TBMs ilmestyi XIX th vuosisadan kanssa teollisen vallankumouksen . Ensimmäisen tunnelointikilpi patentoitiin vuonna 1818, ja Marc Isambart Brunel käytti sitä vuonna 1825 Thamesin alla olevan tunnelin rakentamiseen . Se ei kuitenkaan ollut tunnelin tylsää konetta termin nykyaikaisessa merkityksessä, koska kallioperä pysyi manuaalisena.
Ensimmäinen tunnelikone rakennettiin Mountain Slicer , jonka Sardinian kuningas tilasi vuonna 1845 lävistämään Ranskan ja Italian välinen Fréjus-rautatietunneli . Seuraavana vuonna koottu belgialainen insinööri Henri Maus koostui sadasta veturin eteen asennetusta pneumaattisesta rei'ittimestä . Kahden vuoden aikana konetta testattiin menestyksekkäästi, mutta vuoden 1848 vallankumoukset vaikuttivat rahoitukseen, ja tunneli valmistui vasta kymmenen vuotta myöhemmin ja halvemmalla tekniikalla.
Vuonna 1853 Yhdysvalloissa testattiin Hoosac-tunnelin rakentamisen aikana ensimmäinen kova kalliotunnelin porauskone, nimeltään Wilsonin patentoitu kivenleikkauskone, jonka nimi oli keksijä Charles Wilson . Wilsonin kone ennakoi nykyaikaisia tunneliporakoneita käytettäessä pyörivään päähän kiinnitettyjä leikkuupyöriä. Tämä höyrykone osoittautui kuitenkin liian heikoksi jatkaakseen tehtäväänsä vain 3 metrin kuluttua graniitista . Tämän epäonnistumisen jälkeen kuluu vuosisata, ennen kuin tunnelin porauskoneet tarttuvat jälleen kovaan kiviin.
Ensimmäisen todella toimivan tunneliporakoneen keksi Frederick Beaumont vuonna 1875 ja Thomas English paransi sitä vuonna 1880. VälilläKesäkuu 1882 ja Maaliskuu 1883Kaksi "Beaumont-Englanti koneita" porattu pilotti tunnelit 1.8 kilometriä kappaleena liidulla molemmin puolin Englanti Channel ennen hankkeen tunnelin Ranskan ja Englannin välinen hylättiin sotilaallisista syistä. Tunnelinporauskone käytetään uudelleen kaivaa 2 km: n ilmanvaihdon tunneli välillä Birkenhead ja Liverpool . Näiden menestysten seurauksena tekniikan kehitys jatkui seuraavina vuosina, mutta tunneliporauskoneet osoittautuivat kalliiksi eivätkä kyenneet kaivamaan kovaa kiveä, mielenkiinto heikkeni. Se on hiilikaivoksissa ja potaskan , tai kallio on pehmeämpää, että teknologia selviää puoliväliin asti XX : nnen vuosisadan .
Vuonna 1952, insinööri James Robbins tilattiin sopeutua käyttämiä menetelmiä kaivosteollisuuden rakentaa ohjautumisesta tunnelia varten Oahe Dam in South Dakota . Tätä varten hän suunnitteli ensimmäisen modernin tunneliporakoneen, 125 tonnin koneen, joka oli varustettu suurella leikkuupyörällä (7,8 metriä) ja jonka päällä oli telat ja hampaat, jotka kykenivät kaivamaan 48 metriä liusketta päivässä. Kolme vuotta myöhemmin hän perusti yrityksen, joka kantaa hänen nimeään, ja kokosi ensimmäisen kovakivitunnelin porauskoneen, joka käytti vain nyrkkirenkaita, kaivamaan viemäritunnelia Torontossa . Robbins Company sitten keksi ensimmäisen Tunnelinporauskone paineistetun edessä (paineilmalla), joka mahdollisti poraus linja A on Pariisin RER vuonna 1964. Samana vuonna, Englanti insinööri John Bartlett patentoi ensimmäisen Tunnelinporauskone kanssa etupaine paineistettiin mudan paineesta, joka testattiin menestyksekkäästi vuonna 1971. Vuonna 1972 kehitettiin ensimmäinen kaksinkertainen tunneliporakone yhteistyössä Robbins Jr.:n kanssa ja sitä käytettiin tunnelin rakentamiseen Orichellan tehtaalla Italiassa murtuneeseen graniittiin. Tämäntyyppinen Tunnelinporauskone osoittaa kaikki sen tehokkuutta kaivamaan Kanaalin tunnelin lopussa 1980 .
Koska 1990 , tekninen kehitys on mahdollistanut kolme suurta innovaatiota:
Tunneliporakone suorittaa useita toimintoja:
Näiden eri toimintojen suorittamiseksi tunnelin porakone on varustettu erikoislaitteilla:
Hard rock.
Pehmeä rock.
Sekakivi.
Hakkuupää on tunnelin porauskoneen etupää. Useimmiten se on pyörivä leikkuupyörä, joka työpintaa vasten painettuna varmistaa kiven poistamisen siihen kiinnitettyjen työkalujen avulla. Koville kiville nämä työkalut ovat vääntymiä, jotka kääntämällä kaivavat koloja, jotka heikentävät kiveä, kunnes se rikkoutuu. Pehmeille kiville hampaat ja veitset raapivat koon kasvot.
Pienemmissä tunneliporauskoneissa voidaan käyttää kaivinkoneen vartta, joka on halvempi kuin leikkuupyörä. Tunneliporauskoneet, joita käytetään olemassa olevien tunnelien tuen purkamiseen, on varustettu myös nivelletyllä purkuvarrella.
Kun kallio, johon tunneli kaivetaan, on läpäisemätön ja kestävä ( basaltti , graniitti , gneissi ), se yksinään tukee seinämiä. Tunnelin porauskoneen pää ei tarvitse suojaa. Joskus sen yläosa on edelleen suojattu maanvyörymiltä korkilla ja ensisijainen tuki seinälle asetetaan paikalleen (pultit, taivutukset tai ruiskubetoni ).
Kun tunnelin porauslaite kaivaa läpäisemätöntä, mutta pehmeää tai murtunutta kiveä, segmenttirenkaat tulisi sijoittaa tunnelin seinien tukemiseksi. Myös leikkuupyörän ja näiden segmenttien pystytysjärjestelmän välillä tunnelin porauskoneen rungon on varmistettava kiven ylläpito. Tällaisessa tapauksessa tätä koneen osaa kutsutaan "kilpeksi". Suojus koostuu etusuojasta, joka erottaa leikkuupyörän ja hameen, suojaa laitteita ja työntekijöitä.
Paineistettu etutunnelin porauskoneKaivaa kiinteässä kiviä ei tarvitse vakauttaa työpuolesta, mutta kaivaa epävakaissa maahan tai alla pohjavesiä on välttämätöntä kompensoida kohdistuvan paineen leikkuupyörää koneen välttää veden imeytymistä ja vajoamisen maa pinta ( asutukset ). Useat eristystekniikat mahdollistavat tunneliporauskoneen työpinnan ja suojan välisen tilan paineistamisen:
Kuljettajat, jotka tarvitsevat leikkurin pyörän huoltoa, altistuvat korkeille paineille ja heidän on kuljettava paineenalennuskammion läpi päästäkseen sisään.
Jos kallio on tarpeeksi kova, se evakuoidaan leikkuupyörän kehälle kiinnitetyillä kauhoilla, jotka nostavat sen ja kaatavat sen kuljetinhihnalle .
Jos tunnelin porauskoneessa on suojus, jälkimmäisen ja leikkuupyörän välistä tilaa kutsutaan "kaatokammioon". Leikkuupyörän aukot keskittävät kaadetun materiaalin tähän tilaan. Pistokkaiden luonteesta riippuen ne evakuoidaan hakkuukammiosta Archimedeksen ruuvilla tai pumpuilla sen jälkeen, kun ne on sekoitettu bentoniittimudaan (mutapainetunnelin porauskone).
Tunneliporakoneen käyttövoimana ovat hydrauliset tunkit, jotka tukevat joko tunnelin seinää nastojen kautta (säteittäinen tuki), kun kallio on riittävän kova, tai jo olemassa olevan tunnelin tuella (pituussuuntainen tuki) .
Tunnelin porauskoneen eteneminen tapahtuu kahdessa vaiheessa. Ensinnäkin painesylinterit painavat leikkuupyörää työpintaa vasten saadakseen sen kaivamaan kallioon. Toisessa vaiheessa kaivaminen pysähtyy ja tunkit vetäytyvät sisään, jotta kourat voivat edetä tai asentaa uusia segmenttejä.
Jotkut tunneliporakoneet ovat kaksinkertaiset, mikä mahdollistaa niiden nopeamman. Yksi hame on teleskooppinen toiseen nähden, mikä mahdollistaa segmenttien asentamisen kaivuvaiheessa.
Seuraavan junan alusta Archimedean ruuvin pää näkyy.
Ruoka (vesi, sähkö), ilmanvaihto ja kuljetinhihna.
Kuljetusväline segmenteissä .
Tunneliporakone on useita kymmeniä metrejä pitkä kasvi.
Kun tunnelin porauskone on lopettanut tunnelinsa kaivamisen, se voi kaivaa lyhyen eroavan tunnelin, jossa se hylätään, mutta useimmissa tapauksissa se otetaan talteen (puretaan tunnelissa).
Jotkut maailman pisimmistä tunneleista on kaivettu tunneliporakoneilla. Toteutumista Kanaalitunnelissa (50 km: n päässä ), joka tarvitaan toimintaa 11 eri tunnelin tylsä koneissa, jotka yhdessä porattu 148 km: n päässä gallerioita vuodesta 1987 vuoteen 1991. 152 km: n päässä gallerioita ja Saint-Gothard pohja tunneli (57 km: n päässä ) on enimmäkseen kaivettu neljällä kalliotunnelin porauskoneella vuosina 2003--2011.
Erityisesti metrolinjojen rakentamiseksi tunneliporauskoneesta on tullut valinnanvarainen työkalu, koska se on nopea, välttää kaivannon käyttöä ja rajoittaa vajoamista ja tärinää. Ensimmäisen Lontoon ylittävän Crossrail- linjan tunneli rakennettiin siis kahdessa vuodessa kahdeksalla tunneliporakoneella, jotka kaivoivat jopa 72 metriä päivässä. Dohan metron kolmen linjan rakentamisessa käytettiin samanaikaisesti 21 tunneliporakonetta. Linja 15 on Pariisin metro , edellyttävät puolestaan peräti kymmenen TBMs kaivaa sen eteläisessä osassa, pitkä 33 km: n .
Upeimmat tunneliporakoneet ovat usein median alla suurten maa- ja vesirakennushankkeiden aikana, lähinnä kuljetusalalla. Niiden halkaisija, joka ylittää 14 metriä, mahdollistaa liikenneväylien asettamisen yhteen tunneliin.
Sukunimi | Luoja | Halkaisija | Vuosia
aktiivinen |
Etäisyys
kaivettu |
Projekti | Kommentit |
---|---|---|---|---|---|---|
Hard rock tunnelin porauskoneet | ||||||
Iso vihainen | Robbins | 14,4 m | 2006-2011 | 10,4 km | Beck Tunnel | Pakkoajo . |
Suojatunneliporakoneet | ||||||
Herrenknecht | 17,6 m | 2015- | 4,2 km | Tuen Mun -tunneli - Chek Lap Kok | Valtatie. Maanpainetunnelin porauskone. | |
Bertha | Hitachi Zosen | 17,4 m | 2013-2017 | 2,8 km | Alaskan Way Tunnel | Valtatie. Maanpainetunnelin porauskone. |
Mitsubishi / IHI | 16,1 m | 2017- | 9 km | Tokion Gaikan-moottoritie | Länsiosa. 4 identtistä tunneliporakonetta. | |
Herrenknecht | 15,8 m | 2016- | 7,5 km | Santa Lucian tunneli | Valtatie. Maanpainetunnelin porauskone. | |
NFM Technologies | 14,8 m | 2000-2004 | 7,1 km | Groene Hartin tunneli | LGV . Mudapainetunnelin porauskone. |
Ensimmäisessä Tunnelinporauskone yli 15 metriä halkaisijaltaan käytettiin rakentamaan tunnelin varten M-30-kehätielle vuonna Madridissa vuonna 2005. Vuonna 2013 "Bertha" Tunnelinporauskone ylitti 17 metriä halkaisijaltaan baarissa tunnelin päällä . Alaskan Way maasilta korvaavan moottoritiellä vuonna Seattlessa .
19-metriä halkaisijaltaan Tunnelinporauskone ehdotettiin 2007 rakentamista varten tien alittavan Neva vuonna Pietarissa, mutta puutteen vuoksi Hankkeen rahoituksen luovuttiin vuonna 2011.
Euroopassa suurimpia tunneliporauskoneita käytettiin Italiassa . Sisäänjoulukuu 2010, Joka on 15,62 metriä halkaisijaltaan Tunnelinporauskone, nimeltään ”Martina”, lanseerattiin rakentamiseen Sparvo moottoritien tunnelin puolesta Variante di Valico moottoritien vuonna Apenniinien . Vuodesta 2016 lähtien tämä ennätys on murskattu kapeasti uudella Herrenknechtin rakentamalla koneella . 15,87 m leveä ja 4800 tonnia painava tunneliporakone kaivaa parhaillaan Santa Lucian moottoritietunnelia.
Tunnelin porauslaitetta voidaan käyttää vesihuoltoverkon rakentamiseen , viemäreihin ja erittäin korkeajännitteisten voimajohtojen hautaamiseen. Tämäntyyppisillä toteutuksilla on pienemmät halkaisijat.
Pystysuora tunneliporauskone tai pystysuora akselikone (VSM) koostuu teleskooppikaivinkoneesta, joka kaivaa maata kaivon pohjaan. Leikkuupään takana, kuten perinteisessä tunneliporauskoneessa, akselin seinät on koottu jälkimmäisen yläosaan ja työnnetään kokoonpanoa alaspäin. Tämän kokoonpanon avulla voidaan ylläpitää monimutkaisia koneita, jotka kokoavat seinät ulkopuolelta. Kaivinkonetta voidaan käyttää veden alla, jotta estetään vesitason lasku ja sen aiheuttama laskeutuminen porauksen aikana.
In St. Petersburg , maa paineen Tunnelinporauskone käytettiin porata pääsy ramppeja Admiralteiskaïa metro asemalla , 102 metriä syvä, vahingoittamatta ympäröivää perinnerakennukset. Vaikka kaivettu matka oli lyhyt (alle 200 metriä), tunnelin porauskoneen käyttö osoittautui taloudelliseksi, koska jälkimmäistä, sen leikkauspyörää lukuun ottamatta, käytettiin uudelleen kolme kertaa. Tunnelin porauskone laukaistiin pinnasta vaakasuoraan akselin pohjassa 30 asteen kaltevuudella ja pidettiin kaapeleilla.
Käytävien rakentaminen pinnan lähelle vaatii suorakaiteen muotoisia tunneleita. Perinteisesti kaivoksiin rakennettu tämän tyyppinen tunneli voidaan tehdä suorakulmaisella tunneliporakoneella, jonka leikkauspää on varustettu useilla poroilla. Kuten pystysuuntaisten tunneliporauskoneiden kohdalla, segmentit voidaan koota tunnelin ulkopuolelle ja työntää kokoonpanoa. Tätä tekniikkaa käytettiin vuonna 2014 neljän tien tunnelin valmistamiseen Zhengzhoussa ja pääsemiseen tunneleihin metroasemille seuraavana vuonna Singaporessa ja New Delhissä .