TBM

TBM (z anglického Tunnel Boring Machine, doslova tunel vrtající stroj), je tunelovací metoda, k níž se používají razicí štíty (ty se rovněž nazývají TBM, též také krtek). Tyto štíty slouží k ražení tunelů kruhového průřezu v nejrůznějších druzích zeminy a horniny od písku až po tvrdou skálu. Tunely mohou mít průměr průřezu od 1 metru (ty se razí s tzv. mikro-TBM) až 19,25 m (v dnešní době (2012) největší), tunely s menším průměrem se obvykle budují bezvýkopovými metodami nebo vodorovným vrtáním spíše než TBM.

Razící štít TBM po dokončení jižního tubusu železničního tunelu Ejpovice - Plzeň

Historie

První úspěšný tunelovací štít byl vyvinut na stavbu temžského tunelu roku 1825, jednalo se ovšem pouze o vynález koncepce štítu, který nezahrnoval výrobu celého TBM stroje.[1]

První TBM byl vyroben v roce 1846 z pověření Sardinského království ke stavbě Fréjuského železničního tunelu ve zbrojovce nedaleko Turína. Skládal se z více než 100 příklepových vrtaček namontovaných v přední části stroje a poháněných od vstupu do tunelu. Revoluce v roce 1848 ovlivnily financování a tunel byl dokončen až 10 let poté za použití levnějších metod, například pneumatických kladiv.[2]

V USA byl razicí štít poprvé použit roku 1853 při stavbě tunelu Hoosac[3] Tento stroj byl vyroben z litiny.[4] a razil 3 metry skrz horninu, než se poškodil. Tunel byl nakonec dokončen za více než 20 let.[5]

Popis

Moderní TBM se obvykle skládají z rotující řezné hlavy, která pomocí řezných nástrojů rozpojuje horninu/zeminu, odkud se pak postupně odvádí ven ze stroje.

TBM do tvrdých hornin

V tvrdých horninách se používá buď chráněný, nebo otevřený typ TBM. Všechny tyto typy vykopávají horninu za použití diskovitých řezných nástrojů umístěných na řezné hlavě. Řezné nástroje vytvářejí tlak v hornině způsobující ulamování horniny u přední části štítu. Odtěžená hornina je přepravována pásovým dopravníkem ven z tunelu.

Stíněný typ

V rozpukaných horninách se používá stíněný typ, který postaví betonové díly, které zpevní nestabilní stěny tunelu. TBM s dvojitým štítem mají dva módy; ve stabilní zemině/hornině se může posunovat vpřed tlakem na stěny, zatímco v nestabilním, rozpukaném prostředí se tah posouvá na tah válců, které se odstrkávají proti dílům tunelu za strojem. Tyto udržují přítlačné síly ovlivňující tunelové stěny. TBM s jednoduchým štítem pracují stejně, používají se však pouze v rozpukaných horninách.

TBM do měkkého prostředí

V měkkém prostředí se používají tyto druhy TBM: EPB(S) (anglicky Earth Pressure Balance (Shield)) (doslova štít vyrovnávající tlak horniny), TBM-SS (Slurry Shield) a otevřený typ. Oba uzavřené typy pracují jako jednoštítové TBM za použití přítlačných válců k posunu vpřed tlakem proti betonovým dílům.

TBM-EPB

EPB se používají v měkkém prostředí s tlakem do 7 barů. Na řezné hlavě nejsou jen diskovité řezné nástroje, ale místo toho se používá kombinace řezacích bitů z karbidu wolframu, karbidových diskovitých řezných nástrojů a/nebo diskovitých řezných nástrojů pro tvrdé prostředí.

Technik a automatické systémy udržují rychlost odklízení rubaniny na hodnotě odpovídající postupu stroje a je tedy udržováno stabilní prostředí. Do horniny se za účelem další stabilizace také přidávají přísady, jako jsou bentonit, různé polymery a pěny.

TBM-SS

V měkkých horninách s velmi vysokým tlakem podzemní vody, jsou potřeba TBM-SS (Slurry Shield). Tyto stroje nabízejí zcela uzavřené pracovní prostředí. Odtěžená zemina se v řezné hlavě míchá s bentonitovým výplachem, který je potrubím odváděn z tunelu. Na povrchu jsou pro tento proces potřebná velká separační zařízení, která oddělují vytěženou horninu od výplachu. Ten se poté vrací zpět do razicího stroje.

Otevřené TBM

Otevřená TBM v měkkém prostředí spoléhají na to, že povrch zeminy, ve které se razí tunel, se postaví bez podpory v krátkém časovém úseku, díky čemuž jsou vhodné k použití v typech hornin, s tlakem do 10 MPa a s nízkým množstvím vody. K ražbě tímto druhem TBM se používají řezné hlavy v rozmezí 150 mm od okraje štítu. Řezné nástroje v přední části štítu uřezávají zbylou zeminu do stejného kruhového tvaru.

Tunelování ve městech a v blízkosti povrchu

Při výstavbě tunelů ve městech je potřeba, aby byl povrch nad tunelem v klidu (aby se omezily poklesy). Toho se v měkké půdě dosahuje udržením jejího tlaku během a po stavbě tunelu. Je to poněkud obtížné, zejména v různých vrstvách (například ražba tunelu územím, kde horní část tunelu tvoří vlhký písek a spodní část tvoří tvrdá hornina).

V některých případech se používají TBM s kontrolou stěny, jako například EPB a TBM-SS. Oba typy (TBM a SS) jsou schopny omezit poklesy povrchu a pracují správně, pokud jsou dobře zdokumentovány podmínky na povrchu.

Výhody a nevýhody

Používá se jako alternativa místo jiných vrtacích a trhacích metod, jako je například nová rakouská tunelovací metoda (NRTM). Výhoda TBM spočívá v omezení propadů povrchu a ve vytváření hladké stěny tunelu. Tímto se výrazně snižují náklady na vybudování tunelu a technologie je dobře použitelná i pod hustě zastavěným územím.

Štíty TBM jsou nákladné na výrobu a jejich přeprava může být obtížná. Nicméně, jak se dnešní tunely stávají delšími, cena těchto strojů oproti ostatním tunelovacím metodám klesá, což způsobuje, že jsou TBM mnohem efektivnější a ražba tunelu je rychlejší.

Největší TBM

Největší TBM štít o průměru 19,25 m vyrobila německá firma Herrenknecht pro nedávný (2012) projekt Orlovského tunelu v ruském Petrohradě. Stroj byl vyroben pro ražbu měkkým prostředím (pískem a hlínou). Největší průměr TBM pro ražbu v tvrdých horninách činil 14,4 m a tento stroj byl vyroben pro kanadský Niagarský tunel. Byl použit k ražbě hydroelektrického tunelu pod Niagarskými vodopády.


Příklady použití TBM

Ražby železničních tunelů Ejpovice

Tunel Ejpovice se razí strojem S 799 typu TBM-EPB, pojmenovaným Viktorie. Jedná se o ražbu dvou jednokolejných traťových tunelů, z nichž každý bude dlouhý 4 150 m. Viktorie má ražený průměr 9,89 m, výkon 3 600 kW, délku přibližně 110 m a váží 1800 tun. Stroj do čerstvě vyraženého tunelu rovnou instaluje prefabrikované prstence, které zhotovitel stavby, Metrostav vyrábí v Dýšině, poblíž východního portálu tunelu. Prstence jsou tvořeny 7+1 segmenty, celková hmotnost jednoho prstence je více než 60 tun. [6]

Jedná se o technicky náročnou ražbu, probíhající přibližně ze dvou třetin v měkkých horninách (pod vrchem Homolka), kde ražbu komplikovala převážně podzemní voda, křemenové žíly v břidlici, které tupily řezné nástroje, nízké nadloží a problémy se stabilitou čelby. Třetina ražeb je naproti tomu ve tvrdých horninách, které představují spility pod vrchem Chlum, pro které je třeba použít jiné řezné nástroje.[7]

Stavba byla zahájena v roce 2013, ražbu tunelů provádí sdružení firem Metrostav a.s. a Subterra a.s. pro Správu železniční dopravní cesty.

Ražba tunelů pražského metra V.A
Razící štít Adéla během dne otevřených dveří na staveništi metra V.A Vypich
Traťový tunel metra V.A mezi stanicemi Nemocnice Motol a Petřiny vyražený metodou TBM

Při ražbě tunelů pražského metra V.A v úseku Vypich-Petřiny-Nádraží Veleslavín-Bořislavka-Dejvická se pomocí TBM razily dva jednokolejné traťové tunely. Používaly se stroje TBM-EPB o průměru řezné hlavy 6 080 mm, dlouhé přes 100 m, s hmotností téměř 900 tun. Řezná hlava je rozdělena do tří částí pro usnadnění její demontáže po ukončení ražeb. Je osazena 17 dvojitými valivými dláty a 4 jednoduchými obrysovými dláty, která je možné vysunout a zvětšit tak ražený průměr na 6 100 mm. Pro ražbu v zeminách lze kompletně vyměnit valivá dláta za řezné nože, které v měkkém prostředí pracují lépe. Pohon řezné hlavy zajišťuje 6 hydraulických motorů o příkonu 1 200 kW. 16 dvojic hydraulických pístů vytváří maximální přítlak na čelbu o velikosti 39 MN. Stroje jsou pracovně pojmenovány Tonda (firma Herrenknecht, která oba štíty vyrobila, jej označuje S–609) a Adéla (S–610).

26. listopadu 2012 oba štíty prorazily do stanice Dejvická. Prorážku dokumentují snímky na Youtube 1 2 3 4

Stanice, část tunelu pro obratové koleje a úsek Nemocnice Motol-Vypich se razil NRTM, kdežto tunel pro obratové koleje je částečně hloubený a hloubená je též stanice Nemocnice Motol.

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Tunnel boring machine na anglické Wikipedii.

  1. Bagust, Harold. The greater genius?: a biography of Marc Isambard Brunel. [s.l.]: Ian Allan Publishing, 2006. ISBN 0-7110-3175-4. S. 65. (anglicky)
  2. Hapgood, Fred, "The Underground Cutting Edge: The innovators who made digging tunnels high-tech",Invention & Technology Vol.20, #2, Fall 2004. www.mindfully.org [online]. [cit. 2012-07-28]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2005-03-15.
  3. Hardrock Tunnel Boring Machines. [s.l.]: Ernst & Sohn, 2008. Dostupné online. ISBN 978-3-433-01676-3. S. 1. (anglicky)
  4. SMITH, Gary. FINDING AID FOR THE HOOSAC TUNNEL COLLECTION at the NORTH ADAMS PUBLIC LIBRARY [online]. North Adams Public Library [cit. 2011-07-14]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2013-01-21. (anglicky)
  5. HOWES, M. Hoosac Tunnel History - Abridged Timeline [online]. [cit. 2011-07-14]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2011-05-21. (anglicky)
  6. www.rokycanyplzen.cz [online]. www.rokycanyplzen.cz [cit. 2016-02-08]. Dostupné online.
  7. KORELUS, Pavel. Viktorie razí poslední kilometr pod Chlumem. Plzeňský deník. 2.2., roč. 2016, čís. 03. Dostupné online.

Externí odkazy


This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.