Тоннелепроходческая машина (ТПМ), также известная как крот, используется для строительства тоннелей в твердых или мягких породах. В процессе резки используется вращение режущей головки (в случае дисковых резцов) и давление лезвия для выемки грунта в породе. В основном, захватные и щитовые ТБМ идеально подходят для прокладки тоннелей в сложных скальных условиях со средним и высоким временем выстоя.
Стоимость строительства тоннелей с помощью ТБМ выше, чем традиционными методами. Однако дополнительные расходы могут быть компенсированы более высокими темпами продвижения (охвата). Но если скорость износа инструмента увеличивается слишком сильно из-за прочности породы или других неблагоприятных критериев, ремонт и обслуживание обычного резца приведет к большому времени простоя.
Туннелепроходческая машина
Из-за большого времени простоя уменьшается время работы устройства, что приводит к снижению эффективности и увеличению затрат. Поэтому логистические процедуры ТБМ должны быть разработаны очень тщательно.
Кроме того, в случае традиционных методов можно реагировать на взаимодействие тоннеля и горной породы либо разделением выработанного участка, либо быстрой адаптацией крепи к геологической ситуации. Однако это невозможно при использовании ТБМ.
Прежде всего, выбор в пользу использования ТБМ требует гораздо более тщательной геологической экспертизы, чем для буровзрывных методов. Поэтому комплексная подготовка всей процедуры проходки и крепления становится очень важной.
- 2.1 Система бурения
- 2.2 Упорная и зажимная система
- 2.3 Система удаления навоза
- 2.4 Опорная система
- 3.1 ТБМ с полной выемкой грунта
- 3.2 ТБМ для частичной выемки грунта
1. Преимущества и недостатки ТБМ по сравнению с Традиционный Методы проходки
Преимущества и недостатки проходки ТБМ в отличие от традиционных методов прокладки тоннелей приведены ниже:
1.1 Преимущества
1.2 Недостатки
2. Основной принцип строительства
Основополагающими элементами ТБМ являются режущая головка, держатель режущей головки с двигателями привода режущей головки, рама машины, а также приводные и зажимные устройства. Эти основные элементы образуют четыре группы систем ТБМ.
Типы структуры ТБМ
2.1 Расточная система
Буровая система является важным элементом, так как она определяет эффективность работы ТБМ. Она состоит из режущей головки с установленными на ней дисковыми резцами.
При вращении режущей головки установка дисков должна быть такой, чтобы вся режущая поверхность проходила по концентрическим дорожкам. Выбор режущей головки и дисков зависит от типа породы и удобства резания.
Вращающаяся режущая головка прижимает диски с большим давлением к забою, производя режущее движение по забою. Давление на режущую кромку дисковых резцов превышает прочность породы на сжатие и локально измельчает ее.
Режущая головка и дисковый резец ТБМ
2.2 Упорная и зажимная система
Упорно-зажимная система влияет на скорость продвижения ТБМ. Обычно скорость продвижения ТБМ достигает до 2,0 м в день.
Эта система отвечает за продвижение и процесс бурения. Система тяги обеспечивает толкание режущей головки через гидравлические цилиндры. Таким образом, эта система управляет движением режущей головки. Зажимная система ограничивает возможное усилие и выдерживает моменты, возникающие при вращении режущей головки.
2.3 Система удаления навоза
Паз вокруг границы режущей головки называется ковшом фрезы. Ковш фрезы соединен с конвейерными лентами и собирает навоз, образующийся вблизи режущей головки, который в конечном итоге удаляется за пределы тоннеля.
Для удаления навоза из тоннеля необходимо использовать эффективную систему, которая не должна мешать подаче ТБМ и основным вспомогательным системам.
Проблемы могут возникнуть как с ковшом режущей головки, так и с конвейерной лентой, если в качестве препятствия выступают более крупные блоки породы. Это затруднит работу ТБМ.
Конвейерная лента, установленная в туннеле для удаления навоза
2.4 Опорная система
Использование ТБМ в хрупких породах затруднительно, поскольку с увеличением диаметра тоннеля он будет проседать. Поэтому во избежание погружения ТБМ устанавливаются опоры.
Для туннелей малого диаметра опоры устанавливаются вокруг задней тележки позади ТБМ. В случае туннелей большего диаметра, в дополнение к опорам вокруг задней тележки, устанавливаются дополнительные опоры, такие как скальные болты и зонтичная арматура.
Для защиты зон разломов следует использовать такие опоры, как болты, трубы, закачка цементного раствора и замораживание грунта над или перед резцовой головкой. Однако при продвижении в зонах разломов более полезна система опор “кровельный щит”. Эта система крепления кровельного щита защищает членов бригады, работающих за устьем резца, от камнепадов.
В настоящее время используются в основном два типа ТБМ. В первом типе тоннель, проходящий через захватный ТБМ, образует один инверсионный сектор. Этот сектор обеспечивает как временную, так и постоянную поддержку, а также полезен для установки рельсов задней тележки и рельсового конвейера.
Второй тип – проходка тоннеля щитовым ТБМ, в котором щит обеспечивает временную поддержку породы по периметру тоннеля. В качестве опоры чаще всего используются железобетонные сегменты. Сегменты устанавливаются по отдельности монтажником и обеспечивают немедленную поддержку. Сжатый воздух и поддержка давлением земли благоприятны для щитового ТБМ во время попадания воды.
3. Типы ТБМ
В прошлом для механизированной проходки тоннелей в твердых и мягких породах использовались различные виды ТБМ. Однако в современном проходческом процессе используются две основные категории ТБМ. ТБМ с полнопроходческой выемкой и ТБМ для частичной выемки.
3.1 ТБМ с полнопроходческой выемкой
Ниже перечислены различные типы ТБМ с полнопроходческой выемкой:
3.1.1 ТБМ с захватом
Захватный ТБМ – самый старый вид ТБМ. Он в основном используется в твердых породах со средним и высоким временем выдержки. В таких породах потребность в непрерывной опоре, такой как скальные анкеры, стальные арки и торкрет-бетон, значительно меньше. Таким образом, более высокие темпы продвижения возможны за счет создания большей тяги. Для создания тяги за режущей головкой захват ТБМ должен быть прикреплен к стене туннеля в радиальном направлении зажимными башмаками. Такие зажимные башмаки называются захватами.
Захватные ТБМ подразделяются на открытые ТБМ, ТБМ с системой кровли, с кровлей и боковыми башмаками, а также с щитом режущей головки.
Типы захватных ТБМ
3.1.1.1 Открытый ТБМ
Открытый ТБМ полезен только на участке тоннеля меньшего диаметра, так как за головкой резца не предусмотрена защита.
3.1.1.2 ТБМ с щитом на крыше
Процесс строительства тоннеля с использованием ТБМ с кровельным щитом такой же, как и при использовании открытого ТБМ. Однако щит кровли обеспечивает защиту от камнепадов на протяжении всей проходки. Такие кровельные щиты устанавливаются за режущей головкой.
3.1.1.3 ТБМ с кровельным щитом и боковыми рулевыми башмаками
Боковые рулевые башмаки обеспечивают дополнительную опору в передней части машины при перемещении машины и управлении во время бурения.
3.1.1.4 ТБМ со щитом режущей головки
Щит режущей головки обеспечивает защиту рабочих, работающих в зоне расположения режущей головки. При перемещении машины щит режущей головки также способствует опоре при движении вперед.
ТБМ с захватом
3.1.2 Щитовой ТБМ
Щитовой ТБМ – это недавнее изобретение. Он полезен как в твердых, так и в трещиноватых породах со средним и высоким временем выстоя. Щитовые ТБМ подразделяются на ТБМ с одним щитом, ТБМ с двойным щитом и ТБМ с телескопическим щитом.
Типы щитовых ТБМ
3.1.2.1 Однощитовая ТБМ
Однощитовые ТБМ в основном используются в твердых породах с умеренным временем выдержки. Система режущей головки и система удаления навоза такие же, как и в ТБМ с захватом. Однако этот тип ТБМ полезен для поддержания тоннеля в течение короткого времени. Щит полностью покрывает всю машину, начиная с режущей головки.
В отличие от ТБМ с захватом, машина движется вперед с помощью упорных домкратов непосредственно к существующей опоре тоннеля.
ТБМ с одним щитом
3.1.2.2 ТБМ с двойным щитом или телескопическим щитом
ТБМ с двойным щитом или телескопическим щитом аналогичен ТБМ с одинарным щитом для проходки машины в трещиноватой породе с умеренным временем выстоя. Однако он имеет следующие отличия от ТБМ с одним щитом:
ТБМ с двойным щитом также имеет недостатки по сравнению с ТБМ с одним щитом. Когда ТБМ с двойным щитом используется в трещиноватой породе с высокой прочностью, задний щит может препятствовать попаданию материала в устройство для удаления навоза.
ТБМ с двойным щитом или телескопическим щитом
3.2 ТБМ для частичной выемки грунта
При частичной выемке грунта ТБМ могут прокладывать тоннель ограниченного диаметра. Кроме того, выработанный профиль ограничен круговым сечением. Поэтому для строительства тоннелей большего диаметра и некруглого сечения используются ТБМ для частичной выемки грунта. ТБМ для частичной выемки грунта подразделяются на увеличенные ТБМ и уникальные машины для некруглого сечения.
3.2.1 Укрупненный ТБМ
Используется для строительства туннелей диаметром более 8 метров. Сначала участок тоннеля расширяется с помощью непрерывной пилотной проходки, которая полностью забивается в центр тоннеля. После этого расширение тоннеля производится с помощью укрупненных машин ТБМ.
Укрупненный ТБМ
3.2.2 Уникальные машины для некруглых сечений
Все типы машин, которые производят частичную выемку забоя и, таким образом, позволяют создавать секции, отличные от круговых, относятся к категории уникальных машин для некруговых секций.
Некруглые машины ТБМ.
Часто задаваемые вопросы
Что такое ТБМ?
Тоннелепроходческая машина (ТПМ), также известная как крот, используется для строительства тоннелей в твердых или мягких породах.
Каковы типы ТБМ?
В современном процессе прокладки тоннелей используются две основные категории ТБМ. ТБМ с полной выемкой грунта и ТБМ для частичной выемки грунта. ТБМ с полнопроходческой выемкой включает захватные и щитовые ТБМ, а ТБМ для частичной выемки включает увеличенные ТБМ и уникальные машины для некруглых участков.
Какие системы поддержки предусмотрены в ТБМ при продвижении в зонах разломов?
Для защиты ТБМ от зон разломов над или перед резцовой головкой предусматриваются такие системы поддержки, как скальные болты, трубы, закачка цементного раствора и замораживание.
Для чего используется система крепления кровельного щита?
Система крепления кровельного щита полезна при продвижении в трещиноватой породе. Эта система щитовой крепи защищает членов бригады, работающих за режущей головкой, от обрушения породы.
В чем важность щитовой проходки?
Щитовая проходка в основном полезна в твердых породах с умеренным временем выдержки и в трещиноватых породах, потому что щит полностью охватывает всю машину, начиная с режущей головки, и обеспечивает безопасность всей конструкции.
Отказы при проходке тоннелей – причины и способы устранения [PDF]
Тоннельная съемка – Методы и процедуры тоннельной съемки
Что является наилучшим применением гидроизоляции и материалов при строительстве тоннелей или даже зданий под землей?
Читайте далее:- Тоннель под Ла-Маншем: Строительство самого длинного в мире подводного тоннеля.
- Туннель Атал Рохтанг: Строительство самого длинного в мире автодорожного тоннеля на высоте 10 000 футов.
- Готардский базовый тоннель: Особенности строительства самого длинного в мире тоннеля.
- Тоннель Ченани-Нашри: Самый длинный в Индии двунаправленный автодорожный тоннель.
- Вентиляция в тоннелях – Типы вентиляционных систем при строительстве тоннелей.
- Какие установки необходимы в тоннеле?.
- Новый австрийский метод прокладки тоннелей (NATM): Проектирование и эксплуатация.