トンネルボーリングマシン （TBMS）は、エンジニアリングの近代的な驚異であり、最も柔らかい土壌から最も硬い岩層まで、さまざまな地質条件を通ってトンネルに掘削することで地下建設に革命をもたらします。従来のドリルとブラストの方法とは異なり、TBMSは継続的で安全で、しばしばより速いトンネリングプロセスを提供します。それらの操作の中核は、特殊な切削工具を備えた回転カッターヘッドにあり、前方の地面と対話して分解するように設計されています。
基本原則：回転式の掘削
最も基本的には、TBMが掘削します 円形のカッターヘッドを回転させます 同時に重要な適用しながら、トンネル面に対して 推力力 それを前進させるために。切削工具の種類と掘削された材料（「マック」と呼ばれることが多い）を管理する方法は、地面の状態によって大きく異なります。
ハードロックでの発掘
ハードロック層では、TBMは利用します ディスクカッター カッターヘッドに取り付けられています。これらのディスクカッターは、岩を「粉砕」するように設計されているのではなく、ストレス骨折を誘発するように設計されています。カッターヘッドが回転し、TBMが前方に推進されると、硬化鋼またはタングステンの炭化物ディスクカッターが岩面に計り知れない圧縮ストレスを発揮します。このストレスは岩を引き起こします 骨折してチップを離します 機械の前の本体から。
通常、ロックチップとフラグメントの形で生成された「マック」は、カッターヘッドの開口部を通り抜けて、 コンベアシステム TBM内。このシステムは、掘削された材料を機械から、そして処分のためにトンネルから輸送します。ハードロックTBMはどちらかです オープンタイプ （フルシールドなしで、カッターヘッドの後ろの即時ロックサポートを可能にする）または シールド （特に骨折した岩の中で、トンネルの壁に一時的なサポートを提供します）。前進するために、ハードロックTBMはしばしば使用します グリッパーシステム それはすでに発掘されたトンネルの側壁に押し付けられ、前方への推力に必要な反応力を提供します。
柔らかい地面での掘削
粘土、シルト、砂、砂利を含む柔らかい地面から掘削することは、主に顔の安定性を維持し、地面の崩壊を防ぐことに関連するさまざまな課題を提示します。これに対処するために、専門のTBMが採用されています。
地球圧力バランス（EPB）マシン
EPB TBMSは、一般的にまとまりのあるソフトグラウンドで使用されます。彼らのカッターヘッドにはの組み合わせが装備されています タングステンカーバイドカッティングビット、ドラッグピック、時にはディスクカッター （いくつかの困難な包含物を備えた混合地面の場合）。 EPBの操作の鍵は、 圧力のバランスを取ります 掘削された材料自体を使用してトンネル面で。
カッターヘッドが土壌を回転させて発掘し、 作業室 カッターヘッドの後ろ。 a スクリューコンベア このチャンバーの背面には、マックが除去される速度を制御します。カッターヘッドの回転速度とスクリューコンベアの排出速度を慎重に調整することにより、チャンバー内の圧力を正確に制御し、掘削された土壌が支持媒体として機能し、トンネル面を安定化し、表面での沈下を防ぐことができます。フォームのような添加物を土壌に注入して、その流動性を向上させ、粘着性を低下させ、カッターヘッドとコンベアの詰まりを防ぎます。
Slurry Shield TBMS
Slurry Shield TBMSは、飽和または不安定な粒状土壌、特に地下水圧の高い土壌に最適です。顔のサポートのために掘削された材料だけに頼る代わりに、これらのTBMは 加圧されたスラリー （水とベントナイト粘土の混合物）掘削面を安定させる。
しばしばEPBに似た切削工具を装備したカッターヘッドは、地面を掘り出し、それが加圧されたスラリーと混合します 発掘室 。このスラリーマック混合物は、トンネルからポンプで送られます 分離プラント 表面。植物では、掘削された材料がスラリーから分離され、その後、処理され、TBMにリサイクルされます。加圧されたスラリーの連続循環により、トンネル面の静水圧が外部の地面と水圧とバランスが取れていることを保証し、水の浸入と地面の不安定性を防ぎます。
推力と前進
地面の条件に関係なく、すべてのTBMは自分自身を前進させるメカニズムを必要とします。これは通常、介して達成されます 油圧スラストシリンダー 。これらのシリンダーは、取り付けられたトンネルの裏地（プレハブコンクリートセグメントまたはショットクリート）に押し付けられ、グリッパーTBMSの場合、掘削された岩に直接反対し、カッターヘッドをトンネルフェイスに駆り立てます。マシンが進むと、新しいトンネルライニングセグメントがシールドの後ろに建てられ、永久的なトンネル構造が形成されます。
本質的に、TBMは洗練された地下工場であり、前進するときにトンネルを継続的に掘削してサポートし、現代のインフラ開発のための不可欠なツールになります。
