Machines d'orage du tunnel (TBMS) sont des merveilles modernes de l'ingénierie, révolutionnant la construction souterraine en excavant les tunnels à travers diverses conditions géologiques, des sols les plus doux aux formations rocheuses les plus dures. Contrairement aux méthodes traditionnelles de forage et de explosion, les TBM offrent un processus de tunneling continu, plus sûr et souvent plus rapide. Le cœur de leur opération se trouve dans une tête de coupe rotative équipée d'outils de coupe spécialisés, conçus pour interagir avec et décomposer le sol.
Le principe fondamental: fouille rotative
Dans sa base, un TBM fouille par tournant une tête de coupe circulaire contre la face du tunnel tout en appliquant simultanément force de poussée pour le faire avancer. Le type d'outils de coupe et la méthode de gestion du matériau excavé (souvent appelé "boue") varient considérablement en fonction des conditions du sol.
Excavation en hard rock
Dans les formations de rock dur, les TBM utilisent coupe-disques monté sur la tête de coupe. Ces coupeurs de disques ne sont pas conçus pour "broyer" la roche, mais plutôt pour induire des fractures de stress. Lorsque la tête de coupe tourne et que le TBM est propulsé vers l'avant, les coupeurs de disques en carbure en acier ou en tungstène exercent une immense contrainte de compression sur la face rocheuse. Ce stress fait que la roche fracture et copeau du corps principal devant la machine.
La "boue" produite, généralement sous la forme de copeaux de roche et de fragments, puis tombe à travers les ouvertures dans la tête de la tête et sur un système de convoyeur dans le TBM. Ce système transporte le matériel excavé à travers la machine et hors du tunnel pour l'élimination. Les TBM du dur peuvent être soit de type ouvert (sans un bouclier complet, permettant un soutien immédiat en roche derrière la tête de la tête) ou blindé (Fournir un soutien temporaire aux parois du tunnel, en particulier dans la roche fracturée). Pour faire avancer, les TBM dures rochers utilisent souvent un Système Gripper Cela pousse contre les parois latérales du tunnel déjà excavé, fournissant la force de réaction nécessaire pour la poussée vers l'avant.
Excavation dans un sol mou
L'excavation à travers un sol mou, qui comprend l'argile, le limon, le sable et le gravier, présente différents défis, principalement liés au maintien de la stabilité du visage et à la prévention de l'effondrement du sol. Pour y remédier, des TBM spécialisés sont utilisés:
Machines à l'équilibre de la pression de la Terre (EPB)
Les TBM EPB sont couramment utilisés dans les terrains mous cohésifs. Leur tête de coupe est équipée d'une combinaison de Bits de coupe en carbure de tungstène, sélections de traînée et parfois coupe-disques (pour un sol mélangé avec des inclusions plus dures). La clé de l'opération d'un EPB est sa capacité à équilibrer la pression à la face du tunnel en utilisant le matériau excavé lui-même.
La tête de coutelle tourne et fouille le sol, qui entre ensuite chambre de travail derrière la tête de coupe. UN convoyeur à vis À l'arrière de cette chambre contrôle la vitesse à laquelle la boue est retirée. En régulant soigneusement la vitesse de rotation de la tête de la tête et le taux de décharge du convoyeur à vis, la pression dans la chambre peut être contrôlée avec précision, permettant au sol excavé d'agir comme un milieu de soutien, stabilisant ainsi la face du tunnel et empêchant la colonie à la surface. Des additifs comme la mousse peuvent être injectés dans le sol pour améliorer sa fluidité et réduire son adhérence, empêchant le colmatage de la tête de la tête et du convoyeur.
TBMS du bouclier de suspension
Les TBM du bouclier de lisier sont les mieux adaptés aux sols granulaires hautement saturés ou instables, en particulier ceux qui ont une pression souterraine élevée. Au lieu de s'appuyer uniquement sur le matériau excavé pour le support facial, ces TBM utilisent un boue sous pression (un mélange d'eau et d'argile bentonite) pour stabiliser le visage d'excavation.
La tête de coupe, souvent équipée d'outils de coupe similaires à EPB chambre d'excavation . Ce mélange de boue de suspension est ensuite pompé hors du tunnel vers un usine de séparation sur la surface. À l'usine, le matériau excavé est séparé de la suspension, qui est ensuite traité et recyclé vers le TBM. La circulation continue de la suspension sous pression garantit que la pression hydrostatique à la face du tunnel est équilibrée contre la pression externe du sol et de l'eau, empêchant l'entrée d'eau et l'instabilité du sol.
Pousser et avancer
Quelles que soient les conditions du sol, tous les TBM nécessitent un mécanisme pour se propulser vers l'avant. Ceci est généralement réalisé à travers cylindres de poussée hydraulique . Ces cylindres poussent contre la doublure du tunnel installé (segments de béton préfabriqué ou béton de tir) ou, dans le cas des TBM de Gripper, directement contre la roche excavée, conduisant la tête de coupe dans la face du tunnel. À mesure que la machine progresse, de nouveaux segments de doublure de tunnel sont érigés derrière le bouclier, formant la structure du tunnel permanent.
Essentiellement, les TBM sont des usines souterraines sophistiquées, excavant et soutiennent continuellement le tunnel à mesure qu'ils avancent, ce qui les rend indispensables pour le développement des infrastructures modernes.
