Tünel Açma Makinesi: Nasıl Çalışır, Ne Türleri Var ve Neden Önemlidir

Tünel Açma Makinesinin Arkasındaki Temel Fikir

Tünel açma makinesi - genellikle TBM olarak adlandırılır - tek bir sürekli işlemle zeminde dairesel bir tünel açan, kaya veya toprağı yüzeyden keserken aynı anda arkasına yapısal bir kaplama yerleştiren büyük bir kazı ekipmanıdır. Mühendislik öyle olmasa da konsept basittir: makinenin ön kısmındaki döner kesici kafa malzemeyi kazar, kazılan atık makine gövdesinden çıkarılır ve tünel, ilerledikçe makinenin arka kalkanının içine dikilen prefabrik beton veya çelik parçalarla desteklenir. Yolun diğer ucunda, donatıya hazır, bitmiş, astarlı bir tünel ortaya çıkıyor.

TBM'ler metro hatları, demiryolu tünelleri, karayolu tünelleri, su temini tünelleri, kanalizasyon tünelleri, hidroelektrik santral tünelleri ve hizmet koridorları inşa etmek için kullanılır. Dünyanın en zorlu ve ikonik tünel projelerinden bazılarında kullanıldılar: Manş Denizi'nin altındaki Manş Tüneli, İsviçre Alpleri boyunca uzanan Gotthard Üssü Tüneli, Londra'daki Thames Tideway Tüneli ve Tokyo'dan İstanbul'a ve Sidney'e kadar şehirlerdeki düzinelerce kentsel metro sistemi. TBM'nin geleneksel delme ve patlatma veya yol açma kazısına göre çekiciliği, hız, güvenlik, doğruluk ve çevredeki zemini kontrolsüz çökmeye maruz bırakmadan aynı anda bir tüneli kazma ve kaplama yeteneğinin birleşimidir.

Çağdaş tünel açma makineleri Var olan en karmaşık ve pahalı inşaat ekipmanı parçaları arasındadır. En büyük TBM'lerin çapı 17 metreyi aşıyor ve maliyeti 80 milyon ABD dolarına kadar çıkıyor. 6-9 metre çap aralığındaki mütevazı metro ölçekli makineler bile 15-40 milyon dolarlık yatırımları temsil ediyor ve düzinelerce mühendis, operatör ve bakım teknisyeninden oluşan ekiplerin günün her saatinde sürekli çalışmasını gerektiriyor. Bu makinelerin nasıl çalıştığını, neden bu kadar çok farklı türde bulunduğunu ve TBM projelerinde performansı ve maliyeti neyin artırdığını anlamak, büyük yer altı altyapısıyla ilgilenen herkes için temel bilgidir.

Bir Tünel Açma Makinesi Nasıl Kazıyor ve İlerliyor?

Bir TBM'nin operasyonel döngüsü tekrarlıdır ancak koreografisi kesin olarak ayarlanmıştır. Makinenin ön kısmında, kazılmakta olan zemine uygun kesici aletlerle donatılmış büyük dairesel bir kesici kafa, tünel yüzüne doğru döner. Kesici kafa, dişli kutuları aracılığıyla bir dizi elektrik motoruyla veya doğrudan hidrolik tahrikle çalıştırılır ve hem malzemeyi kesmek için gereken dönme torkunu hem de kesici takımları yüzeye bastırmak için gereken itme kuvvetini üretir. İtme kuvveti, makinenin arkasına monte edilen tünel kaplama segmentlerinin son tamamlanan halkasına doğru iten hidrolik silindirler tarafından sağlanır.

Kesici kafa döndükçe ve ilerledikçe, kesilen parçalar kesici kafanın arkasındaki toplama odasına çamur açıklıkları veya kovalar adı verilen kesici kafa yüzeyindeki açıklıklardan düşer. Buradan, atık, makine tipine bağlı olarak bir dizi bantlı konveyör, vidalı konveyör veya çamur boru hatları aracılığıyla makine gövdesi boyunca iletilir ve sahadan uzaklaştırılmak üzere tünel portalına veya bir şafta taşınır. Eş zamanlı olarak, kesme kafasının hemen arkasındaki halka şeklindeki alanda, bir segment oluşturucu (kuyruk kalkanının içinde çalışan robotik bir kol) yüzeyden gönderilen prefabrik beton kaplama parçalarını alıyor ve bunları tam bir halka halinde oluşturuyor. Dolu bir halka oluşturulduktan sonra, itme silindirleri yeni halkayı itmek için ilerler ve döngü yeniden başlar.

Uygun zemin koşullarında, iyi çalışan bir TBM, her vardiyada birden fazla halkayı tamamlayabilir; her halka tipik olarak tünelde 1,2 ila 2,0 metrelik bir ilerlemeyi temsil eder. Metro ölçeğindeki TBM tahriklerindeki günlük ilerleme oranları, normal koşullar altında günde 8 ila 20 metre arasında değişirken, olağanüstü zemin ve makine performansı bazen 24 saatlik bir süre içinde 30 metre veya daha fazlasına ulaşıyor. Aylarca süren tam bir yolculuk boyunca, bu oranlar kilometrelerce tamamlanmış tünelde birikir; bu, hiçbir geleneksel kazı yönteminin eşdeğer ölçekte eşleşemeyeceği bir üretkenliktir.

Tünel Açma Makinalarının Ana Tipleri

Tek bir evrensel TBM tasarımı yoktur. Makine, tünel hizalaması boyunca belirli zemin koşullarına göre seçilmeli ve yapılandırılmalıdır ve yanlış makine tipini seçmenin sonuçları, düşük performans ve aşırı kesici aşınmasından, yıkıcı zemin çökmesine veya su basmasına kadar uzanır. TBM türlerinin birincil sınıflandırması, yüzey desteği yöntemini (makinenin kazı sırasında tünel yüzeyinin stabilitesini nasıl yönettiğini) takip eder.

Açık Yüzlü Hard Rock TBM'leri

Kazı döngüsü boyunca zeminin tünel yüzeyinde desteksiz duracak kadar güçlü olduğu, yeterli, kendi kendini destekleyen kayalarda, açık yüzlü sert kaya TBM standart seçimdir. Tutucu TBM'ler veya uzun kirişli TBM'ler olarak da adlandırılan bu makineler, makine gövdesinden yanal olarak uzanan ve itme silindirlerine reaksiyon kuvveti sağlamak üzere tünel duvarlarına baskı yapan büyük hidrolik tutucular kullanır. Kesici kafa, yüksek nokta yükleri altında kaya yüzeyi boyunca yuvarlanan, bitişik kesici raylar arasında yayılan çatlaklar boyunca kayayı kıran ve onu talaşlara ayıran sertleştirilmiş çelik tekerleklerden oluşan disk kesicilerle donatılmıştır. Açık yüzlü sert kaya TBM'leri güçlü, dayanıklı kayalarda çok yüksek penetrasyon oranlarına ulaşabilir ve şimdiye kadar kaydedilen en hızlı tünel açma rekorlarından bazılarının sorumlusu olmuştur.

Açık yüzlü tutucu TBM'lerin sınırlaması, zayıf veya sıkışan zemin, kırık kaya bölgeleri, su girişleri veya tünel duvarlarının güvenilir tutucu reaksiyonu sağlayamadığı herhangi bir durumla baş edememeleridir. Karışık zemin veya değişken kaya kalitesinde - uzun dağ tünellerinde yaygın olarak - makinenin, ilerlemeye devam ederken sondajın etrafındaki halka şeklindeki boşluğa kaya cıvataları, ağ ve püskürtme beton dahil olmak üzere geçici yer destek önlemlerini monte edebilmesi gerekir, bu da üretimi önemli ölçüde yavaşlatır.

Toprak Basıncı Denge TBM'leri

Toprak basıncı dengeli TBM'ler (EPB TBM'ler), kentsel ortamlarda yumuşak zemin tünelciliği için baskın makine türüdür. EPB TBM'nin tanımlayıcı özelliği, kesici başlığın hemen arkasında, kapalı bir kazı odası oluşturan bir basınç bölmesidir. Kazılan toprak bu odayı doldurur ve toprağı, basıncı iletmek için doğru kıvamda plastikleştirilmiş, yarı akışkan bir kütleye dönüştürmek için kesici kafadaki deliklerden su, köpük, polimer veya bentonit gibi iyileştirme maddeleri enjekte edilir. Kazı odasındaki basınç, tünel yüzeyindeki birleşik toprak ve yeraltı suyu basıncını eşleştirmek için aktif olarak kontrol edilir, böylece toprak veya su girişi önlenir ve yüzey oturması en aza indirilir.

Atık, basınçlı kazı odasından, bir basınç kilidi görevi gören ve bölmede gerekli yüzey basıncını korurken malzemenin makinenin atmosferik tarafında atmosferik basınçta boşaltılmasına olanak tanıyan, kapalı bir tüp içinde dönen bir sarmal olan Arşimet vidalı konveyörü tarafından çıkarılır. EPB TBM'ler; kil, silt, kum ve çakıl gibi çok çeşitli yumuşak zemin türlerinde etkilidir ve dünya çapında metro ve şehir içi demiryolu tünelleri için en yaygın olarak belirtilen makinedir. Yer hareketini kontrol edebilme yetenekleri, binaları ve altyapıyı korumak için tünel üzerindeki yerleşimin milimetre dahilinde tutulması gereken yoğun kentsel ortamlarda onları vazgeçilmez kılmaktadır.

Bulamaç Kalkanı TBM'leri

Bulamaç kalkanlı TBM'ler, kazılan toprağın kendisi yerine basınçlı bentonit bulamacı kullanarak tünel yüzeyini destekler. Kesici başlığın arkasındaki kazı odası, basınç altında çamurla doldurulur ve bulamaç aynı anda yüzeyi stabilize eder ve süspansiyon halindeki kesimleri bir çamur boru hattı aracılığıyla bir yüzey ayırma tesisine geri taşır. Ayırma tesisinde kesimler elekler, hidrosiklonlar ve santrifüjler kullanılarak çıkarılır ve temizlenen bulamaç yenilenerek kapalı devre olarak tünel yüzeyine geri pompalanır. Bulamaç korumalı TBM'ler, EPB'nin karşı basınç kontrolünün zor olduğu ve patlama veya kontrolsüz akış riskinin en yüksek olduğu, su tablasının altındaki akan kumlar, çakıllar ve karışık topraklar gibi doymuş granüler zeminlerde mükemmeldir. Ayrıca nehirler, limanlar veya yüzey dengesizliğinin sonuçlarının ciddi olduğu diğer su kütlelerinin altında tünel açarken de tercih edilen makine türüdür.

Çamurlu TBM'lerin EPB makineleriyle karşılaştırıldığında birincil dezavantajı, çamur devresi ve ayırma tesisinin karmaşıklığı ve alan gereksinimidir. Yüzey tesisi önemli bir alanı kaplar, bulamaç sürekli yönetim ve özellik ayarlaması gerektirir ve atık ürün olarak üretilen filtre preslenmiş bulamaç kekinin yönetilen malzeme olarak imha edilmesi gerekir. Yüzey alanının sınırlı olduğu kısıtlı kentsel alanlarda, bu ek lojistik talep, makine seçiminde önemli bir faktör olabilir.

Karma Kalkan ve Dönüştürülebilir TBM'ler

Uzun tünel hizalamaları sıklıkla birkaç farklı zemin türünden geçer; derinlikteki kaya, karışık zemine geçiş, ardından portala yakın yumuşak kentsel topraklar. Makineyi geri almadan ve değiştirmeden bu geçişlerin üstesinden gelmek için üreticiler, hem EPB hem de sulu çamur modlarında çalışabilen veya hem sert kaya hem de yumuşak zemin tasarımı unsurlarını bir araya getiren karma kalkanlı TBM'ler ve dönüştürülebilir TBM'ler sunmaktadır. Dönüştürülebilir makinelerin tedariki daha pahalıdır ve çalıştırılması ve bakımı daha karmaşıktır, ancak zemin değişkenliğinin yüksek olduğu ve makine geri alma maliyetinin engelleyici olacağı projelerde bunlar tek pratik seçenektir.

TBM Kesici Kafa Tasarımı ve Kesici Takımlar

Kesici kafa, herhangi bir tünel açma makinesinin en kritik ve aşınmaya en fazla maruz kalan bileşenidir. Tasarımı (çapı, jant teli konfigürasyonu, açılma oranı, kesici alet tipi ve düzeni), makinenin zemini ne kadar etkili bir şekilde kazacağını, aletlerin ne kadar çabuk aşınacağını ve aşınmış kesicilerin değiştirilmesi için ne sıklıkta müdahale gerektiğini belirler. Bir projenin belirli jeolojisine göre kesici kafa tasarımının doğru yapılması, projenin ilerleme hızı, takım maliyeti ve genel programı üzerinde doğrudan ve ölçülebilir bir etkiye sahiptir.

Kaya için Disk Kesiciler

Sert kayada birincil kesici alet, TBM'nin itme kuvvetinin uyguladığı yüksek nokta yükleri altında kaya yüzeyi boyunca yuvarlanan bir yatak düzeneği üzerine monte edilmiş sertleştirilmiş çelik bir halka olan disk kesicidir. Kesici kafa döndükçe, her disk kesici kaya yüzeyinde dairesel bir oluk açar. Bitişik oluk izleri arasındaki gerilim alanı, kayanın kırılmasına ve talaşlara (yontma veya kraterleşme adı verilen bir işlem) parçalanmasına neden olur ve bunlar, kesici kafalı kovalar tarafından çamur açıklıklarına sürüklenir. Disk kesici çapı onlarca yıllık gelişim süreci boyunca artmıştır; modern kesiciler tipik olarak 432 mm (17 inç) veya 483 mm (19 inç) çapındadır ve 250–320 kN'lik bireysel yükleri destekleyebilir. Kesici aşınma oranı, Cerchar Aşındırıcılık Endeksi ile ölçülen kaya aşındırıcılığına bağlıdır ve sert kaya TBM projelerinde en önemli maliyet faktörlerinden biridir; yüksek aşındırıcı kayalarda kesicinin değiştirilmesi bazen her 50-100 metrede bir müdahale gerektirir.

Yumuşak Zemin Kesme Aletleri

Yumuşak zeminde, disk kesiciler, nokta yüklemeyle toprağı kırmak yerine toprağı kesen ve kazıyan sürükleme uçları, kazıyıcı aletler ve sökücülerle değiştirilir veya desteklenir. Yumuşak zemine yönelik kesici kafa tasarımı, kazılan malzemenin karıştırılması ve koşullandırılması kadar kesme işlemine de öncelik verir; geniş çamur açıklıklarına sahip jant teli desenli kafalar, toprağın kazı odasına serbestçe akmasına izin verirken, yüzey boyunca dağıtılan enjeksiyon portları, koşullandırma maddelerini doğrudan kesme noktasına iletir. Yumuşak toprağın yanında kaldırım taşları, kayalar veya kaya şeritleriyle karşılaşılabilecek karışık zeminde, kesici kafanın hem toprak için sürükleme uçlarını hem de sert malzeme için disk kesicileri taşıması gerekir; bu kombinasyon, tüm zemin türlerinde etkili bir şekilde çalışabilmesi için dikkatli alet aralığı ve yerleşim düzeni gerektirir.

TBM'lerde Kullanılan Tünel Kaplama Sistemleri

Bir TBM'nin arkasına monte edilen tünel kaplaması aynı anda birden fazla işlevi yerine getirir: yer hareketini önlemek için anında yapısal destek sağlar, altyapının tasarım ömrü boyunca zemin yüklerini, su basıncını ve servis yüklerini taşıması gereken tünelin kalıcı yapısal kabuğunu oluşturur ve basınçlı yüzeyli TBM'lerde, itme silindirlerinin makineyi ilerletmek için ittiği reaksiyon yüzeyini sağlar. Bu nedenle kaplama sisteminin tasarımı ve kalitesi, TBM operasyonunun performansından ayrılamaz.

Yumuşak zemindeki kalkan TBM'ler için baskın kaplama sistemi, prefabrik beton parçalı kaplamadır. Her bir astar halkası, sürekli bir silindirik kabuk oluşturmak üzere birbirine ve bitişik halkalara cıvatayla bağlanan veya bağlanan bir dizi kavisli prefabrik beton parçadan (tipik olarak beş ila sekiz parça artı daha küçük bir kapatma anahtarı parçası) birleştirilir. Segment boyutları hassas bir şekilde kontrol edilir: ±1 mm'lik çap toleransları ve ±2 mm'lik kalınlık değişimleri tipik kalite gereklilikleridir, çünkü segmentlerin dikilmiş halkanın karmaşık üç boyutlu geometrisi altında birbirine mükemmel şekilde uyması gerekir. Segmentlerin dış yüzü ile kazılan zemin profili arasındaki halka şeklindeki boşluğun enjeksiyonu, birincil harç kürlenmeden önce boşluğa zemin hareketini önlemek için hızla sertleşen iki bileşenli harç kullanılarak, TBM kuyruk kalkanının hemen arkasındaki segment kuyruklarındaki harç portları aracılığıyla gerçekleştirilir.

Uygun zemindeki sert kaya TBM'leri için, su tünelleri ve diğer kamuya açık olmayan altyapılar için bazen astarsız veya kısmen astarlı bir tünel kabul edilebilir; kayanın kendisi birincil yapısal desteği sağlar. Daha yaygın olarak, yerinde dökme beton kaplama veya basitleştirilmiş prefabrik parçalı kaplama, TBM geçtikten sonra ikinci geçiş işlemi olarak kurulur ve sürüş sırasında eş zamanlı kaplama montajının acil program basıncını azaltır.

Proje Ekiplerinin Takip Ettiği TBM Performans Metrikleri

TBM proje performansı, makinenin ne kadar verimli kesim yaptığını, üretken olmayan faaliyetlere ne kadar zaman kaybedildiğini ve makine ve zemin koşullarının beklenen parametreler dahilinde olup olmadığını ortaya koyan bir dizi operasyonel ölçüm aracılığıyla izlenir. Bu ölçümler makinenin veri toplama sistemi tarafından sürekli olarak kaydediliyor ve proje ekibi tarafından vardiya bazında inceleniyor.

Kullanım oranı, proje ekibinin üzerinde en doğrudan kontrole sahip olduğu ölçüm olduğu için özel bir ilgiyi hak ediyor. %40 kullanımda çalışan 6 mm/dev penetrasyon oranına sahip bir TBM, %70 kullanımda çalışan 4 mm/dev penetrasyon oranına sahip bir makineden daha yavaş ilerleyecektir. Kullanımı azaltan sıkıcı olmayan süre, segment montajı, kesici denetimleri ve değişiklikleri, kuyruk contası bakımı, önden prob delme, malzeme lojistik gecikmeleri ve planlı ve plansız bakım tarafından tüketilir. Kesinti süresinin nerede meydana geldiğinin sistematik analizi ve buna en büyük katkıda bulunanların azaltılmasına yönelik hedeflenen eylem, bir TBM proje yönetimi ekibinin kullanabileceği en yüksek kaldıraçlı faaliyetlerden biridir.

TBM Seçimi ve Tasarımına Bilgi Sağlayan Zemin Araştırmaları

Bir TBM projesinin başarısı, büyük ölçüde, makine zemine girmeden önce, güzergah boyunca zemin koşullarını karakterize eden jeoteknik araştırma programının kalitesi ve kapsamlılığıyla belirlenir. TBM'ler belirli jeolojik parametrelere göre üretilmiş özel ekipman parçalarıdır; Bir kez inşa edilip kullanıma sunulduktan sonra, zeminin varsayılandan farklı olduğu ortaya çıkarsa, temelde yeniden tasarlanamazlar. Bir TBM projesinde yetersiz zemin araştırmasının sonuçları (sıkışmış makineler, beklenmedik su girişleri, ciddi kesici aşınması, yüzey oturmaları veya tahrikin tamamen terk edilmesi) onlarca veya yüz milyonlarca dolarlık ek maliyet ve yıllar süren program gecikmesiyle ölçülür.

• Sondaj aralığı ve derinliği: TBM hizalaması boyunca araştırma sondajları tipik olarak 50-100 metre aralıklarla yerleştirilmelidir; fırlatma ve alım şaftı pozisyonları, nehir geçişleri ve bilinen jeolojik karmaşıklığa sahip alanlar gibi kritik yerlerde daha yakın aralıklarla yerleştirilmelidir. Kazının tam etki alanını karakterize etmek için sondaj delikleri, tünelin tersinin altında en az üç tünel çapına kadar uzanmalıdır.
• Kaya mukavemeti ve aşındırıcılık testi: Sert kaya TBM projeleri için laboratuvar testleri, tek eksenli basınç dayanımını (UCS), Brezilya çekme dayanımını, nokta yük indeksini, Cerchar Aşındırıcılık İndeksini (CAI) ve hizalama boyunca her litolojik birimden alınan temsili karot numunelerinin petrografik ince kesit analizini içermelidir. Bu parametreler, disk kesici özelliklerini, kesici kafa itme gereksinimlerini ve kesici değiştirme maliyeti tahminlerini doğrudan bilgilendirir.
• Yeraltı suyu karakterizasyonu: Hizalama boyunca yerleştirilen piyezometrik izleme sondajları (okumaların zamanın izin verdiği ölçüde tam bir mevsimsel döngü boyunca alınmasıyla birlikte) TBM'nin içinde çalışması gereken yeraltı suyu rejimini oluşturur. Makine tasarımı ve enjeksiyon stratejisi geliştirme sırasında tünele büyük miktarda akışı sürdürebilecek artezyen koşulları, tünemiş su tablaları ve yüksek geçirgenlikli bölgeler belirlenmeli ve planlanmalıdır.
• Toprak sınıflandırması ve parçacık boyutu dağılımı: Yumuşak zemin TBM projeleri için, hizalama boyunca alınan toprak örneklerinin ayrıntılı parçacık boyutu analizi, EPB koşullandırma tasarımı ve bulamaç devresi spesifikasyonu için gereklidir. Belirli yüzdelerin üzerinde çakıl veya çakıl fraksiyonlarının varlığı, EPB çalışmasını sorunlu hale getirebilir ve çamurlu kalkanın daha uygun makine tipi olduğunu gösterebilir.
• Tıkanma ve kirlenme araştırmaları: Kentsel hizalamalarda, kesici başlığın uygun kaya kırma veya engelleri kaldırma kapasitesiyle tasarlanabilmesi için makine tedarikinden önce mevcut yer altı engellerinin (kullanılmayan kazıklar, eski duvar yapıları, gömülü altyapı, kirlenmiş zemin) kapsamlı bir araştırması tamamlanmalıdır.

TBM Projelerindeki Başlıca Riskler ve Nasıl Yönetildikleri

TBM tüneli inşaat sektöründeki teknik açıdan en karmaşık ve risk yoğun faaliyetler arasındadır. Büyük sermaye harcamaları, yer altı çalışma koşulları, jeolojik belirsizlik ve bir çalışma başladıktan sonra temel ekipman kararlarını değiştirmenin fiziksel imkansızlığının birleşimi, proje geliştirmenin ilk aşamalarından itibaren yapılandırılmış risk yönetimi gerektiren bir risk ortamı yaratır.

Yüz Kararsızlığı ve Yerleşim

Yumuşak zemin tünellerinde alın basıncı kontrolünün kaybedilmesi en ciddi risklerden biridir. Bir EPB veya bulamaçlı TBM'nin kazı odasındaki basınç, yüzeydeki toprak ve yeraltı suyu birleşik basıncının altına düşerse - anlık da olsa - zemin makinenin içine akabilir ve yukarıdaki yüzeyde bir çukura veya çöküntüye neden olabilir. Tünelin işgal altındaki binaların, canlı demiryolu hatlarının veya yoğun yol kavşaklarının altından geçtiği kentsel ortamlarda, 20-30 mm'lik mütevazı bir yerleşim bile yapısal hasara ve tünel açma sözleşme bedelinin birçok katına mal olan aksamalara neden olabilir. Bu nedenle, belirlenen sınırların ötesindeki herhangi bir sapma için otomatik alarmlar ve operatör müdahale protokolleri ile yüz basıncı izleme ve kontrolü sürekli ve kritik öneme sahiptir. Tipik olarak optik araştırma prizmaları, hassas tesviye kriterleri ve hassas yapılar üzerindeki otomatik eğim ölçerlerden oluşan bir yüzey oturma izleme dizisi, TBM'nin yüz basıncı yönetiminin gerekli oturma performansını elde ettiğinin bağımsız olarak doğrulanmasını sağlar.

Sıkışmış TBM

Kalkanın etrafındaki zeminin sıkışması, yağlama kaybı, kesicinin tıkanması veya büyük bir engelle karşılaşma nedeniyle yere sabit bir şekilde sıkışan bir TBM, yer altı inşaatındaki en pahalı senaryolardan biridir. Kurtarma operasyonları, tünelin basıncının düşürülmesini, doğrudan makinenin üzerine bir kurtarma şaftı inşa edilmesini, zemin basıncını azaltmak için kalkanın etrafında kazı yapılmasını ve potansiyel olarak ana makine bileşenlerinin yer altında sökülüp yeniden monte edilmesini içerebilir. Bu tür operasyonlar aylar sürdü ve yüksek profilli projelere on milyonlarca dolara mal oldu. Önleme açıkça tercih edilir: Kalkan sürtünme kuvvetlerinin sürekli izlenmesi, proaktif yağlama yönetimi, sonda delme kullanarak makinenin önünde yüz haritalaması ve sürüş başlamadan önce müşteri ve sigortacı ile mutabakata varılan prova edilmiş sıkışmış makine acil durum planına sahip olmak, iyi yürütülen TBM projelerinde standart risk yönetimi önlemleridir.

Beklenmeyen Su Girişleri

Faylardan, karstik boşluklardan, geçirgen çakıl merceklerinden veya beklenmedik derecede yüksek piyezometrik yüksekliklerden kaynaklanan büyük su girişleri, TBM'nin ve yedek sistemlerinin drenaj kapasitesini aşabilir, tüneli su basabilir ve en kötü durumlarda çalışanları tehlikeye atabilir. TBM yüzeyinin ilerisinde sistematik prob sondajı (genellikle kesici kafaya veya makine içine monte edilmiş darbeli veya döner sondaj takımları kullanılarak 30-50 metre ileriye kadar) su taşıyan özellikler hakkında erken uyarı sağlar. Tünelin içinden veya hizalamanın üzerindeki yüzeyden yapılan kazı öncesi enjeksiyon, geçirgen bölgeleri kesici kafa ile kesişmeden önce kapatabilir. Özellikle suya duyarlı zeminlerdeki tüneller için TBM, hiperbarik müdahale kapasitesiyle belirtilebilir; bu, yeraltı suyu basıncını dengelemek için çalışma odasına basınç uygulama yeteneği, işçilerin kesici değişiklikleri ve yüz incelemesi için basınçlı havayla kazı odasına girmelerine olanak tanır.

TBM Teknolojisi Nasıl Gelişti ve Nereye Gidiyor?

Tünel açma makinesi, 1950'lerin başında Güney Dakota'daki Oahe Barajı tünel projesi için James Robbins tarafından geliştirilen ilk başarılı modern TBM'den bu yana sürekli olarak geliştirildi. Her on yılda kesici kafa tasarımı, kesici kafa tahrik sistemleri, segment montaj teknolojisi, kılavuz hassasiyeti ve makine güvenilirliği konularında, TBM'lerin tercih edilen kazı yöntemi olduğu zemin koşulları ve proje ölçekleri aralığını giderek genişleten ilerlemeler sağlanmıştır.

TBM teknolojisindeki mevcut geliştirme odak alanları arasında kesici kafaya gömülü sensörler kullanılarak gerçek zamanlı zemin karakterizasyonu yer alıyor; kaya türü veya toprak bileşimindeki değişiklikleri operasyonel sorunlara yol açmadan önce belirlemek için titreşimi, tork dağılımını ve akustik izleri ölçüyor. Kesici aşınma oranlarını tahmin etmek, yüzey basıncına göre penetrasyon oranını optimize etmek ve bakım müdahalelerini arızalara yanıt vermek yerine arızalar ortaya çıkmadan önce planlamak için modern TBM kontrol sistemleri tarafından oluşturulan büyük veri kümelerine makine öğrenimi algoritmaları uygulanıyor. Tünel açma döngüsünün en çok zaman harcayan ve fiziksel olarak zorlu unsurlarından biri olan segment elleçleme ve montajın otomasyonu, minimum insan katılımıyla segmentleri konumlandırma ve cıvatalama yeteneğine sahip bazı modern makinelerdeki tam otomatik montaj makineleriyle hızla ilerlemektedir.

TBM gelişiminin sınırında, araştırmacılar ve makine üreticileri, yeniden yapılandırmaya gerek kalmadan kaya ve yumuşak zeminde aynı anda delme yapabilen çok modlu makineleri araştırıyor ve sonunda belirli kaya türlerinde geleneksel mekanik disk kesicileri tamamlayabilecek veya bunların yerini alabilecek yeni kesme teknolojilerini (lazer destekli kaya kırma, yüksek basınçlı su jetiyle kesme) araştırıyorlar. Temel zorluk her zaman olduğu gibi aynı: makinenin kesim için harcadığı süreyi en üst düzeye çıkarmak ve diğer her şeyi en aza indirmek. Bu doğrultuda tünel açma makinesi şimdiye kadar yapılmış en önemli mühendislik makinelerinden biri olarak gelişmeye devam ediyor.