トンネルボーリングマシン（TBMS）は、地下建設に革命をもたらした洗練された機器です。それらは、基本的に、周囲の地面への妨害を最小限に抑えてトンネルを掘削するように設計されたモバイル工場です。
TBMSの仕組み：基本的なプロセス
TBMのコア操作には、いくつかの連続的なステップが含まれます。
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発掘： TBMの正面には、巨大な回転カッターヘッドがあります。このスチールディスクには、ハードロック用のディスクカッターや柔らかい地面用のスクレーパーなど、さまざまな切削工具が装備されています。カッターの頭が回転すると、トンネルの表面の材料を粉砕、擦り切れ、またはせん断します。
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マック除去： 「マック」として知られる掘削された素材は、カッターヘッドの開口部を通り抜けてチャンバーに落ちます。そこから、通常、スクリューコンベヤー（ソフトグランドTBMS用）で輸送されるか、トンネルの長さを走る一連のコンベアベルト（ハードロックTBMS用）に積み込まれます。このマックは、廃棄またはリサイクルのために表面に継続的に除去されます。
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推力と前進： TBMは、カッターヘッドの後ろにある強力なスラストシリンダー（ジャック）によって前方に推進されます。これらのシリンダーは、以前に設置されたトンネルライニングセグメントに押し付けられ、カッターヘッドを地面に前進させるために必要な力を生み出します。
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トンネルライニングの設置： TBM（シールド）の保護シェル内のカッターヘッドのすぐ後ろには、エレクターがあります。このロボットアームは、プレキャストコンクリートセグメント（通常は湾曲した台形の断片）を拾い、細心の注意を払ってトンネルの裏地の完全なリングを形成するようにします。これらのセグメントは一緒にボルトで固定されており、地面をサポートし、完成したトンネル壁を形成する強力で水密で永続的な構造を作成します。
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グラウト： セグメントのリングが設置されると、セグメントの外側と掘削された地面（「テールボイド」）の間のボイドは、すぐに特殊なグラウトで満たされます。このグラウトは固まり、トンネルの裏地に追加のサポートを提供し、地面の集落を防ぎ、緊密なフィット感を確保します。
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ステアリングとナビゲーション： TBMSには、洗練されたレーザーガイダンスシステムと調査機器が装備されています。オペレーターは、個々のジャックの推力を調整し、カッターヘッドの回転速度を変化させるか、マシン内の関節ジョイントを使用することにより、TBMの方向を正確に制御できます。これにより、計画されたアライメントと勾配を維持し、曲線をナビゲートすることもできます。
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トレーリングギア（バックアップシステム）： メインのTBMボディの背後には、一連の明確なガントリーまたはトレーラー（「バックアップシステム」）が続きます。この後続のギアには、次のような重要なサポートシステムがあります。
- 電源および制御室
- 換気システム
- マック除去コンベア
- グラウトポンプと植物の混合
- 水とユーティリティライン
- 人員アクセスと安全装置。
TBMSとそのアプリケーションの種類
TBMタイプの選択は重要であり、地面の地質学的条件に大きく依存してトンネルに依存しています。
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ハードロックTBMS（オープングリッパーTBMS /シールドハードロックTBMS）：これらのTBMは、固体ロック層用に設計されています。彼らは、岩の顔にマイクロ競技を作成するディスクカッターを使用します。
- オープングリッパーTBMS：グリッパーパッドでトンネルの壁（岩）につかむことで前進します。
- シールドされたハードロックTBMS：岩の状態が破壊または混合されているときに使用され、シールドで完全な地面サポートを提供し、しばしばセグメントライニングを設置します。
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地球圧力バランス（EPB）TBMS： 短い期間サポートなしで立つことができる柔らかく粘着性の土壌（粘土、シルト、砂）に最適です。 EPB TBMは、掘削された材料自体を使用して、トンネル面に圧力をかける「マックケーキ」を作成し、周囲の地下圧のバランスをとります。スクリューコンベアは、このバランスを維持しながら、マックの除去を調節します。
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Slurry TBMS： ゆるい水を含む土壌（砂、砂利、飽和した地面）に最適です。スラリーTBMでは、カッターヘッドは加圧されたスラリーで満たされたチャンバーで動作します。スラリーはトンネルの顔を安定させ、掘削された材料をパイプを介して表面に輸送します。パイプでは、固体を液体から分離するように加工されています。
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混合グラウンドTBMS（可変密度TBM）： これらは、さまざまな地面条件に適応できる汎用性の高いマシンであり、EPBとSlurry TBMの特徴を組み合わせることがあります。彼らは、遭遇する変化する土壌特性に合わせて、顔の圧力やマックの除去率などのパラメーターを調整できます。
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パイプジャッキングマシン（マイクロトゥンネルTBMS）： 多くの場合、リモート制御されたTBMSの小さなバージョンは、パイプラインまたはより小さなユーティリティコンジットのインストールに使用されます。彼らはパイプをカッターヘッドのすぐ後ろに押します。
TBMを使用することの利点
- 速度と効率： TBMSは、掘削や爆破などの従来の方法よりもはるかに速くトンネルを継続的に掘削することができます。
- 安全性： TBMの囲まれたシールドは、人員により安全な職場環境を提供し、崩壊や地下水の侵入からそれらを保護します。
- 最小限の表面障害： 彼らが地下で動作するとき、TBMは地表インフラ、交通、コミュニティへの混乱を大幅に減らし、都市部に最適です。
- 環境への影響の減少： 爆破と比較して振動レベルが低く、ノイズが少なく、表面に腐敗した山が少なくなります。
- 一貫したトンネルの形状： TBMSは、滑らかで円形のトンネルの穴を生成し、多くの場合、必要な二次ライニングの量を減らします。
- 自動化：多くのTBM関数は自動化されており、一貫したパフォーマンスと手動労働の減少につながります。
注目すべきTBMプロジェクト
TBMSは、以下を含む、世界で最も印象的なインフラストラクチャプロジェクトのいくつかを構築するのに役立ちました。
- チャネルトンネル（EuroTunnel）： 英国とフランスをイギリス海峡の下でつなぐ。
- ゴッタルドベーストンネル： スイスのアルプスを駆け抜ける世界最長の鉄道トンネル。
- ロンドンのクロスレール（エリザベスライン）： 巨大な地下鉄道システム。
- ニューヨーク市のセカンドアベニュー地下鉄： 地下鉄ネットワークの拡大。
- シアトルのSR 99トンネル（バーサ）： 大口径の高速道路トンネル。
結論として、TBMは地下の構築方法を変えたエンジニアリングマーベルです。それらの効率、安全性、および多様な地質学的条件を処理する能力により、現代社会の重要な隠れ動脈を作成するための不可欠なツール。
