سایت مهندسین و دانشجویان عمران
فایلهای کاربردی مهندسی عمران
سایت مهندسین و دانشجویان عمران
فایلهای کاربردی مهندسی عمراندستگاه حفاری تونل ( TBM )
( Tunel Boring Machine) TBM
، نام دیگر هیولا ی زیرزمینی
TBMها از جمله ماشین های حفر تونل است
که تونل را به صورت تمام مقطع حفر می کند.
در حفاری های تونلهای بزرگ ، طول این دستگاه تا 200 متر هم می رسد.این دستگاه علاوه بر حفاری و حمل مصالح حفاری شده ، همزمان عملیات نصب پلاکهای بتنی تحکیمات مقطع تونل را نیز انجام می دهد.
تاریخچه:
اولین دستگاه حفار زیرزمینی که در سال 1856 ساخته شده ، در تونل Hoosac واقع در آمریکا بکار گرفته شده است. قسمت جلوی این دستگاه دایره ای شکل ، دارای حرکت دورانی بود و زائده های میله ای که بشکل دوایر هم مرکز در آن تعبیه شده بودندحفاری را انجام می دادند.این دستگاه مکانیسم حرکت به جلو و مکانیسم حمل مصالح حفاری شده به بیرون را نیز دارا بود. این دستگاه توان حفاری در سنگهای سخت را نداشت. مهندس Herman Haupt توانسته بود با این دستگاه حدود سه متر پیشروی داشته باشد. پس از این دوره که اساس پیدایش TBM بود ، تا صد سال بعد هیچ پیشرفتی در این زمینه حاصل نشد.
در سال 1956 مهندسی به نام James Robbins ، طرح استفاده از سیستم دیسکهای چرخشی را به جای سیستم ناخنی (زائده های میله ای) پیشنهاد کرد. بطوری که در یک حفاری انجام شده در تورنتو روزانه حدود 38 متر پیشروی حاصل شده بود. این اقدام اقتصادی بودن بکار گیری TBMها در حفاری زمینهای نرم و نیمه سخت را نمایان کرد.پس از این اقدام دوباره تا 26 سال بعد پیشرفت زیادی نبوده است.
در اواخر دهه 70و اوایل دهه 80 بسیاری از دانشگاهها و مراکز تحقیقاتی آمریکا و اروپا جهت درک اصول فیزیکی حفاری دیسکهای چرخشی در سنگهای سخت مطالعات متعددی انجام دادند.
ویژگی های ساختاری دستگاه:
·
قسمت های اصلی این نوع ماشین ها به شرح زیر است:
بدنه
صفحه حفار (قسمت دورانی جلو )
ابزار برش
جک های رانش صفحه حفار
جک های تغییر مسیر
کفشکهای قفل کننده (gripper)
موتورهای به حرکت در آورنده قسمت دورانی جلو
سیستم های پشتیبانی پشت قسمت حفاری:
· واحد هیدرولیک
· ترانسفورماتور برق
· فن های تهویه
· تسمه نقاله برای حمل و نقل مصالح حفاری
· واگن ها
مقایسه هزینه های حفاری با TBM و حفاری به روش انفجار
شرکت ها قبل از شروع کار پروژه تونل سازی ، چنانچه عوامل محدود کننده ای وجود نداشته باشد به دنبال روشی برای کم کردن هزینه اجرای پروژه هستند. پارامترهای که براین مطالعات تاثیر دارند و پیامدهای آن از لحاظ هزینه به شرح زیر است:
· قطر و طول تونل
· ساعات کار
· دلایل جلوگیری کننده استفاده از مواد منفجره در حفاری
· چالش های تامین ماشین آلات مناسب و خاص
· مدت زمان کار
· ....
تمام پارامترهای ذکر شده در بالا پس از ارزیابی های دقیق نوع روش حفاری تونل را مشخص خواهد کرد. از پارامترهای فوق ، قطر تونل و طول تونل پارامتر های تعیین کننده در انتخاب روش حفاری هستند
مقایسه هزینه های حفاری با آتشباری و حفاری با TBM در سنگ آهک
همانطور که در نمودار بالا
نشان داده شده است ، برای حفاری تونل با قطر 3 متر ، از 5 کیلومتر به بعد ، حفاری با
TBM
مقرون به صرفه تر است. با در نظر گرفتن زمان اتمام پروژه ،
استفاده از دستگاههای حفار تونل همیشه در الویت هستند.
چرا TBM ؟
· سرعت حفاری بسیار بالا است،
· تعداد کارگران بسیار کم و هزینه های نیروی کار در حال کاهش است.
· مقدار گرد و غبار حاصل به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد ، بنابراین یک محیط کاری سالم ازنظر سلامت کارگران بوجود می آید،
· میزان ارتعاش های حاصل خیلی کمتر از میزان ارتعاشهای ناشی از حفاری به روش آتشباری است ، لذا در مناطق شهری به راحتی قابل استفاده است.
