معرفی دستگاه حفاری تونل و انواع آن

Tunnel boring machine

(TBM)

یک نمونه دستگاه حفاری در حال حمل به محل حفاری

دستگاه حفاری تونل (Tunnel Boring Machine) یا تی‌بی‌ام که با نام مول (Mole) نیز شناخته می‌شود، دستگاهی است که برای حفاری تونل‌ها از آن استفاده می‌گردد. این دستگاه با استفاده از یک سطح مقطع مدور، قادر است در قشر های خاکی و سنگی زمین حفاری کند. این نوع از ماشین‌آلات توانایی ایجاد حفره در هر نوع زمینی، از سنگ سخت گرفته تا ماسه را دارد. قطر تونل‌هایی که این دستگاه ایجاد می‌کند در محدوده یک متر (با استفاده از میکرو-تی‌بی‌ام‌ها) تا نزدیکی ۱۶ متر (تی‌بی‌ام‌های امروزی) قرار دارند. برای کندن تونل‌هایی که کم‌تر از یک متر قطر دارند، به طور معمول، به جای استفاده از تی‌بی‌ام‌ها، از روش ساخت‌وساز بدون گودال یا حفاری افقی استفاده می‌کنند.

دستگاه‌های حفاری تونل، به عنوان جایگزینی برای روش‌های حفاری و انفجار صخره‌ها و کندن زمین با دست مورد استفاده قرار می‌گیرد. تی‌بی‌ام‌ها مزایایی همچون کاهش تعرض به زمین‌های مجاور و ایجاد دیوارهای نرم در تونل را دارند. این دستگاه به صورت قابل توجهی هزینه آسترکشیدن تونل را کاهش می‌دهد که خود این باعث شده برای استفاده در مناطق شهری مناسب باشند. ایراد عمده این دستگاه قیمت بالای آن است. تی‌بی‌ام‌ها برای استفاده در ساخت‌وسازها گران قیمت بوده و آن‌ها را به سختی می‌توان جابجا کرد. هرچند با وجود طویل بودن تونل‌های مدرن، هزینه استفاده از دستگاه‌های حفاری تونل، در مقابل روش‌های سنتی حفر و انفجار به مراتب پایین تر است. به همین دلیل تونل سازی با دستگاه‌های تی‌بی‌ام در یک پروژه کوتاه هزینه بیشتری دارد.

بزرگترین تی‌بی‌امی که تاکنون ساخته شده با قطر ۱۵٫۴۳ متر توسط کارخانه آلمانی شانگهای چین ساخته شده‌است. این دستگاه برای حفاری زمین سست حاوی ماسه و خاک رس ساخته شده بود. بیشترین قطر مربوط به تی‌بی‌ام‌هایی که برای زمین‌هایی با سنگ‌های سخت ساخته شده‌اند توسط شرکت رابینز برای پروژه تولید شده‌است. این دستگاه برای حفاری تونلی برق‌آبی در زیر آبشار نیاگارا استفاده شد. دستگاه تی‌بی‌ام مذکور به نام «بکی بزرگ»، با اشاره به سد برق‌آبی «سر آدام بک» نام گذاری شده‌است که این دستگاه، تونلی برای دسترسی اضافی به آن حفاری می‌کند.

تاریخچه

نخستین سپر محافظ تونل، توسط سر مارک ایزامبارد برونل در سال ۱۸۲۵ و برای حفاری تونل تِیمز ساخته شد. اگرچه این ابتکار تنها به منظور ساخت یک سپر بوده و شامل ساختن یک دستگاه حفاری تونل کامل نبود؛ اما عملیات حفر تونل‌ها نیاز داشت که با استفاده از روش‌های استاندارد حفاری به سرانجام برسد.

مشهور است که نخستین دستگاه حفاری ساخته شده، هنری-جوزف ماوس یک دستگاه برش کوه بوده‌است. این دستگاه در سال ۱۸۴۵ به سفارش پادشاه ساردینیا و به منظور حفر تونل ریلی فرجوس از میان رشته‌کوه‌های آلپ، بین دو کشور فرانسه و ایتالیا ساخته شده بود. عملیات ساخت این دستگاه در یک کارخانه اسلحه‌سازی در نزدیکی تورین و در سال ۱۸۴۶ به پایان رسید. این دستگاه عبارت بوده‌است از بیش از ۱۰۰ مته کوبه‌ای که در قسمت جلویی دستگاهی به اندازه لوکوموتیو نصب شده بود که نیروی رانشی آن از ورودی تونل به صورت مکانیکی اعمال می‌شد. بودجه این پروژه تحت تاثیر قرار گرفته و تونل هنوز کامل نشده بود؛ تا اینکه با استفاده از روش‌های مبتکرانه و کم‌هزینه‌ای همچون استفاده از ، پس از ۱۰ سال به بهره‌برداری رسید.

نخستین ماشین حفر تونل ساخته شده در ایالات متحده برای ساختن در سال ۱۸۵۳ مورد استفاده قرار گرفت. این دستگاه، با چدن ساخته شده و به نام ماشین برش سنگ انحصاری ویلسون و به نام مخترعی به اسم

در اوایل دهه ۱۹۵۰، ف. ک. مایتری برنده مناقصه احداث سد انحرافی اوه واقع در پییر در ایالت داکوتای جنوبی شد که با مشاوره جیمز س. رابینز (بنیان‌گذار شرکت رابینز) حفاری زمین‌های سنگ رسی پییر شیل را که مشکل‌ترین عملیات حفاری زمین‌های سنگ رسی در آن زمان بود شروع کرد. شرکت رابینز دستگاهی درست کرد که قادر بود ۱۶۰ فوت از زمین‌های سنگ رسی را در بیست و چهار ساعت حفر کند که نسبت به روش‌های رایج در آن هنگام ۱۰ برابر سریع‌تر بود.

چیزی که باعث شد ماشین‌های حفر تونل، کارآمد و مطمئن شوند، اختراع سر گردان آن‌ها بود که به صفحه برش نصب می‌شد. در ابتدا، در دستگاه تی‌بی‌ام رابینز از چکش‌های فولادی چرخشی استفاده کردند که با حرکت دایره‌ای خود زمین پیش‌روی‌اش را حفر می‌کرد؛ اما او سریعاً متوجه این شد که این چکش‌ها، علیرغم محکم بودنشان کارآیی زیادی ندارند؛ زیرا به محض شکستن و کند شدن، باید مکرراً با چکش‌های جدید تعویض می‌شدند. این مشکل با جایگزین کردن صفحات برش بادوام‌تر به جای چکش، به طور قابل ملاحظه‌ای برطرف شد. در سال ۱۹۵۶ این طرح، برای اولین بار در تونل فاضلاب و رودخانه هامبر با موفقیت مورد استفاده قرار گرفت (فولی، ۲۰۰۹). از آن زمان تاکنون، در تمام حفاری‌هایی که در زمین‌های سخت، با توفیق همراه بوده‌است، از تی‌بی‌ام‌هایی با چرخ‌های برش گردان و صفحات برش مدور استفاده گردیده‌است

ماشین آلات حفر تونل TBM

دستگاهای T.B.M یا Tunnel Boring Machine یکی از مهمترین ماشین آلات حفر تونل می باشند که قادرند تونل را به صورت تمام مقطع حفر کنند. مواد حفر شده به وسیله سیستم ویزه از جلوی جبهه کار جمع آوری شده و به داخل نوار نقاله ای که از داخل دستگاه می گذرد به پشت ماشین هدایت می شود.

تکامل و گسترش این دستگاه ها سبب شده است که آهنگ پیشروی تونل ها در حد قابل توجهی افزایش یابد. امروزه در سنگ های نسبتا سخت نیز برای حفر تونل از این ماشین ها استفاده می کنند.
بعد از سال ها تلاش و ساخت انواعی از این نوع ماشین ها کوشش های بعدی به منظور ساخت ماشین های تمام مقطعی بود که شرایط سخت زمبن شناختی قادر به حفر تونل باشد که آهنگ پیشرفت و تکامل در این زمینه در مقایسه با پیشرفت های اولیه این ماشین ها محدود تر است. در واقع شروع این تحقیقات کوشش های رابینز در سال 1957 میلادی برای ساخت ماشین هایی بود که بتواند در سنگ های خیلی سخت نیز با راندمان معقول تونل حفر کند.
در آن زمان به تدریج این دستگاه ها سنگینتر و محکم تر شد ند و توان آنها نیز افزایش یافت اما پیشرفت آنها در زمینه حفاری سنگ های محکم کند است. به عنوان مثال عملکرد نوعی از این دستگاه ها که مجهز به هر دو سیستم برش ناخنی و دیسکی بود برای حفر در سنگهای آهکی سیلیتی که در بین آنها لایه هایی با مقاومت140مگا پاسکال وجود داشت راضی کننده نبود. سر انجام ناخن ها به طور کلی حذف شد و حفر تونل تنها با استفاده از دیسک های حفار ادامه یافت

.

دستگاههای حفر تونل که قادرند تونل را به صورت تمام مقطع حفر کنند...

تقسیم بندی ماشین های TBM :

(German Committee for Underground Construction)

(Japan Society of Civil Engineers)

برای تقسیم بندی ماشین های TBMاز روش های مختلف استفاده شده است امایکی از رایج ترین آنها به شرح ذیل می باشد:

1. open TBM
2. single shielded TBM
3. Double shielded TBM

قسمت های اصلی این نوع ماشین ها به شرح زیر است:

1. بدنه
2. صفحه حفار
3. ابزار برش
4. چنگ زنها
5. جک های رانش صفحه حفار

نحوه تخلیه مواد حفر شده توسط ماشین :
مواد حفر شده به وسیله سیستم ویزه ای که معمولاً مرکب از سطل های تعبیه شده پیرامون صفحه حفار است از جلوی جبهه کار جمع آوری شده و به داخل نوار نقاله ای که از داخل دستگاه می گذرد به پشت ماشین هدایت می شود گرچه معمولاً محدودیتی برای ابعاد مواد حفاری شده و انتقال آنها وجود ندارد اما اگر ابعاد حفاری شده خیلی زیاد باشد ممکن است گیر کنند وعمل انتقال را متوقف سازند.
از طرفی مواد خیلی نرم نیز علاوه بر مشکل تهویه ممکن است مخلوطی را تولید کنند که به شدت ساینده باشند. در بعضی از این نوع ماشین ها در مجاورت صفحه حفار پرده هائی تعبیه می شود که گرد و غبار را می گیرند این ذرات در اثر اسپری آب جدا می شوند.

واگن تخلیه خاک حاصل از حفاری به خارج از تونل و لوله تهویه هوای تونل

قیمت این ماشین ها :
قیمت TBM به نوع سفارش داده شده به کارخانه سازنده و نوع سنگ های حفر شونده بستگی دارد . ولی در کل قیمت آنها را می توان در حدود 7 یا 8 میلیارد تومان در نظر گرفت البته این حدود قیمت است و بسته به شرایط قیمت آنها ممکن است کمتر یا بیشتر باشد.

هزینه دستگاه TBM مترو شیراز:

اين دستگاه با 16 ميليـون يـورو معـادل 160 ميليارد ريال از كشور فرانسه خريداري شده است . براي ايجاد قطار شهرى شيراز 31 كيلـومتـر تونل با عمـق 16 متـر و قـطر 6 متـر و 88 سانتي متر, احداث ميشود. . از مهم ترین سازند گان این نوع ماشین ها می توان از شرکت ویرث،روبین،اطلس کوپکو ، کاترپیلار،کوماتسوو هرنکنشت نام برد.

جک هیدرولیکی ثابت نگهدارنده دستگاه

دستگاه حفر تونل سپر باز

 OPEN TBM

این نوع روش برای حفر تونل درسنگ های سخت بکار می رود این ماشین ها طراحی متفاوتی دارند ولی در کل دو سیستم دوکفشکه و تک کفشکه، دارای عمومیت بیشتری در میان سازندگان این نوع ماشین ها می باشد.

قطعات تشکیل دهنده دستگاه:

 (grippers (1

Ring erectors (2)

anchor drilling devices (3)

wire-mesh erectors (4)

Single Shield TBM

دستگاههای حفر تمام مقطع تک سپری

این ماشین ها در شرایطی به کار می روند که سنگ درون بدنه تونل به قدری سست باشد که امکان استفاده از کفشک برای تامین نیروی پیشروی وجود نداشته باشد. نصب قطعات بتنی در داخل سپر از ریزش دیواره ها جلوگیری کرده ومحیط مناسب برای فعالیت کارگران فراهم می نماید. سرعت پیشروی این ماشین ها در زمین های سست و احیاناً ریزشی، محدود به سرعت نصب قطعات بتنی می باشد. ماشین های تک سپری به صورت استوانه دارای پوشش بوده که در قسمت جلوی آن کله حفاری و در قسمت عقب دستگاه نصب سگمنت و جکهای پیشران قرار گرفته اند

Double Shield TBM

دستگاههای حفر تمام مقطع سپر تلسکوپی
برای اولین بار این نوع ماشین با هدف کار در زمین های با شرایط نا مناسب و یا هنگامی که سرعت اجرای بالامورد نیاز است به عرصه مهندسی تونل معرفی گردید.
این ماشین علاوه بر دو سر جلو و عقب مجهز به جک های پیشران همانند ماشین تک سپری و کفشک، همانند ماشینهای
باز می باشد. بنابراین این

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: