ماشین آلات حفاری

با استفاده از مکانیک به جای تبر، حفر تونل را بسیار آسان کنید

اولین ماشین تونل زنی توسط مهندس مارک برونل (پسر ایزامبارد) در قرن نوزدهم طراحی شد. این تونل برای کمک به ساخت تونل تیمز در سال 1843 استفاده شد – اولین تونل زیر یک رودخانه.

اختراع برونل اساساً یک چارچوب آهنی بود که فضایی برای ایستادن کارگران داشت.

مهندسان جیمز هنری گریتهد و ویلیام هنری بارلو طرح برونل را توسعه دادند. سپر Barlow-Greathead یک استوانه آهنی به عرض 7 فوت (2 متر) بود. این دستگاه دارای جک‌های پیچی بود – مکانیزمی که به دستگاه اجازه می‌داد در حین حفر تونل به سمت جلو حرکت کند.

پیشرفت‌های بعدی شامل اولین ماشین مکانیکی در سال 1876 و بیل مکانیکی چرخشی مهندس جان پرایس در سال 1897 بود.

در سال 1965 با اختراع مفهوم تونل سازی بنتونیت، یک گام بزرگ به جلو در فناوری TBM رخ داد. این اجازه می دهد تا خاک از سطح تونل با پمپاژ بنتونیت (یک کانی رسی) برای ایجاد دوغاب – شکل مایع خاک – از سطح تونل خارج شود.

پیشرفت‌های اخیر در طراحی ماشین‌های تونل‌زنی، استفاده از TBM‌های سنگ سخت را نشان داده است. این ماشین ها از یک سر برش برای اعمال فشار بر روی سنگ جلوی آن استفاده می کنند. این باعث می شود که سطح با زباله هایی که به پشت دستگاه منتقل می شوند شکسته شود.

تفاوتی که ماشین های تونل زنی ایجاد کرده اند

ماشین های تونل زنی تاثیرات اقتصادی، زیست محیطی و فرهنگی در سراسر جهان داشته اند. مانند پل ها، تونل ها جوامع – و گاهی اوقات کل کشورها را به هم متصل می کنند.

در بریتانیا، TBM های مدرن به تقویت اقتصاد کمک کرده اند. تونل خط Jubilee متروی لندن توسعه مجدد را در طول خط جدید به ارمغان آورده است.

TBM ها می توانند به محیط زیست کمک کنند. ماشین‌هایی که تونل‌های لی و تیمز تایدوی را حفر کردند به بهبود تصفیه فاضلاب برای مناطق وسیعی از لندن کمک کردند.

ماشین ها می توانند جوامع را به هم متصل کنند. به عنوان مثال می توان به کراس ریل و تونل کانال اشاره کرد که همگی توسط TBM امکان پذیر شده اند.

چگونه کار انجام شد

هنگامی که تونل تیمز در سال 1843 افتتاح شد، آن را هشتمین عجایب جهان نامیدند. در عرض 3 ماه یک میلیون نفر – نیمی از جمعیت لندن – برای دیدن آن آمده بودند.

ساخت این سازه 18 سال طول کشید. بعید به نظر می رسد که بدون استفاده از اولین ماشین تونل زنی دنیا به پایان برسد.

از سال 1799 تلاش هایی برای حفر تونلی در زیر رودخانه انجام شد. همه آنها شکست خوردند. مهندسان به این نتیجه رسیدند که ساخت تونل زیرزمینی غیرممکن است.

مهندس مارک برونل، که با پدرش ایزامبارد کینگد برونل کار می کرد، متوجه شد که روش های استخراج سنتی روی خاک رس نرم لندن کار نمی کند. بنابراین او دستگاهی را برای “تشکیل رانش ها و تونل ها در زیر زمین” ساخت و ثبت اختراع کرد.

این سازه به قفس معدنچی یا سپر تونل معروف بود. چارچوب آهنی دارای ردیف سلول هایی بود که قد هر کدام به اندازه یک مرد بود. یک معدنچی در هر سلول ایستاده بود و دیوار روبروی او را حفاری می کرد.

هنگامی که هر کارگر چند اینچ را کنده بود، سپر به جلو حرکت می کرد – معمولاً حدود 6 اینچ (15 سانتی متر) – و کار دوباره شروع می شد.

ماشین های تونل زنی مدرن (TBM) با قفس معدنچی مارک برونل بسیار متفاوت به نظر می رسند اما عملکرد آنها مشابه است. TBM ها زمینی را که از پشت آن به عقب برده می شود – معمولاً روی یک تسمه نقاله حفر می کنند. سپس به جلو حرکت می کند و به حفاری ادامه می دهد.

TBM های امروزی از نظر اندازه متفاوت هستند، اما عمدتاً بزرگ و استوانه ای شکل هستند. پروژه کراس ریل لندن 42 کیلومتر تونل را در زیر پایتخت با استفاده از هشت TBM 1000 تنی حفر کرد. طول هر کدام 150 متر با سر برش چرخان بود.

یک Crossrail TBM 72 متر را در یک روز حفر کرد – پیشرفتی عظیم در پیشرفت اینچ به اینچ سپر تونل برونل.