トンネルボーリングマシンはどのように機能しますか？

a トンネルボーリングマシン （TBM）は、本質的にレール上の自己完結型の工場であり、トンネルを正確かつ効率的に掘削するように設計されています。従来のドリルとブラストの方法とは異なり、TBMは速度、安全性、環境への影響の点で大きな利点を提供します。

すべてのTBMの中心にあるのはそのです カッターヘッド 。この巨大な回転ホイールには、地質条件に応じて、ディスクカッター、切断ビット、またはスクレーパーが装備されています。カッターヘッドが回転し、トンネルの面に対して前進すると、これらのツールは材料を掘削します。掘削された腐敗は、カッターヘッドの開口部を通してチャネリングされます コンベアシステム （多くの場合、コンベアまたはベルトコンベヤーをスクリューまたはベルトコンベヤー）。トンネルから除去するために機械の背面に輸送します。

主要なコンポーネントとその機能：

• カッターヘッド： TBMの最前部は、地面の掘削を担当しています。カッターの種類は異なります：

  • ディスクカッター ハードロックに使用され、岩を転がすと岩を押しつぶします。

  • ビットとスクレーパーを切る より柔らかい土壌の方が一般的であり、材料を切断して削ります。

• スラストシステム： カッターヘッドの後ろには、TBMを前方に押す強力な油圧シリンダーがあります。これらのシリンダーは通常、以前に設置されたトンネルライニングセグメントまたはトンネルの壁に圧力をかけるグリッパーに押し付けます。

• シールド： これはTBMの本体であり、発掘された地面を支援し、作業員と機械を崩壊から保護します。シールドにはさまざまなシステムもあります。

• エレクターシステム： TBMが進むと、同時にインストールします プレキャストコンクリートセグメント それは永久トンネルの裏地を形成します。エレクターアームはこれらのセグメントを拾い上げ、リングを作成するために正確に配置します。

• グラウトシステム： トンネルリングが設置されると、グラウトが取り付けられたセグメントと掘削された地面の間の環状ギャップに注入されます。これは、地面を安定させ、荷重を伝達し、水浸しを防ぐのに役立ちます。

• マック除去システム： 前述のように、コンベアは掘削された材料（「マック」）をTBMの後部に輸送し、トンネルから除去するために電車、トラック、またはその他のシステムに積み込まれます。

• ガイダンスシステム： 最新のTBMは、洗練されたレーザーガイダンスシステム、GPS、およびその他の測量装置を使用して、設計されたアライメントと勾配に沿ってトンネルが正確に掘削されるようにします。

• トレーリングギア（バックアップシステム）： TBMシールドの後ろに数百メートルの延長されている後続のギアは、重要なサポートシステムを収容しています。これには、電力、換気ダクト、水とグラウトのライン、コントロール室、乗組員のための変圧器が含まれます。

TBMSの種類：

TBMタイプの選択は非常に重要であり、地質条件と地下水の存在に大きく依存します。

• オープンフェイスTBMS（グリッパーTBMS）： 安定した岩の状態に最適です。彼らはトンネルの壁を握り、前進させることによって前進します。

• シールドTBMS： 即時のサポートが必要な不安定な地上条件で使用されます。シールドは、セグメントが設置されるまで地面を保護します。

  • 地球圧力バランスマシン（EPBMS）： さまざまな一貫性を備えたソフトグラウンドで一般的に使用されます。彼らは、チャンバー内の掘削された土壌の圧力と、トンネル面を支えるために必要な圧力との間のバランスを維持し、地面の居住地を防ぎます。

  • Slurry TBMS： 非常に湿った飽和した地面または高い水圧を備えた地面に最適です。加圧されたスラリー（ベントナイトまたはポリマー混合物）を使用してトンネルの顔をサポートし、掘削された材料をこのスラリーと混合して汲み上げます。

  • シングルシールドTBMS： 設置の前に地面が短期間立つことができるまとまりのある地面で動作します。

  • ダブルシールドTBMS： 骨折した岩または混合地面で使用されます。連続した掘削とセグメントの勃起を可能にする2つのシールドがあり、より速い前払い率につながります。

TBMSの利点：

• スピード： TBMSは、特に長距離にわたる従来の方法と比較して、大幅に速い掘削速度を達成できます。

• 安全性： 彼らは、カッターヘッドの後ろの地面を直ちに支援し、崩壊や危険な状態への暴露のリスクを減らすことにより、より安全な作業環境を提供します。

• 精度： TBMは非常に厳しい許容範囲を維持することができ、トンネルが正確な設計仕様に掘削されるようにします。

• 環境への影響： 表面の破壊を減らし、騒音と振動を減らし、爆破の必要性を最小限に抑え、都市部に最適になります。

• 労働の減少： 熟練したオペレーターを必要としますが、TBMSは通常、トンネル面ではドリルとブラストと比較して少ない人員が必要です。

課題と考慮事項：

• 料金： TBMSは、購入と運用に非常に高価です。

• ロジスティクス： TBMの輸送、組み立て、および起動は、大規模な物流の取り組みです。

• 地上条件： 柔らかい地面で非常に骨折した岩や大きな岩に遭遇するなど、地質学の予期せぬ変化は、操作を大幅に遅くしたり停止したりする可能性があります。水の侵入はもう一つの大きな課題です。

• メンテナンス： TBMSは、継続的なメンテナンスと特殊なスペアパーツを必要とする複雑なマシンです。

• トンネルの長さ： TBMは、初期セットアップコストが高いため、長いトンネルで最も費用対効果が高くなります。

結論として、TBMは現代のエンジニアリングの驚異の証であり、トンネルが世界的にどのように構築されるかに革命をもたらします。正確さ、速度、安全性を高めて挑戦的な地面条件を駆け抜ける能力は、地下鉄システムから給水トンネル、高速道路バイパスまで、世界中の主要なインフラストラクチャプロジェクトに不可欠なツールです。