Comment fonctionne une machine à alésage tunnel?

UN Machine d'alésage du tunnel (TBM) est essentiellement une usine autonome sur les rails, conçue pour creuser des tunnels avec précision et efficacement. Contrairement aux méthodes traditionnelles de forage et de explosion, les TBM offrent des avantages importants en termes de vitesse, de sécurité et d'impact environnemental.

Au cœur de chaque TBM est son tête de coupe . Cette roue rotative massive est équipée de coupe-disques, de bits de coupe ou de grattoirs, selon les conditions géologiques. Alors que la tête de coupe tourne et est poussée vers l'avant contre la face du tunnel, ces outils excavent le matériau. Le butin excavé est ensuite canalisé par des ouvertures dans la tête de la tête pour un système de convoyeur (souvent des convoyeurs à vis ou des convoyeurs de ceinture) qui le transporte à l'arrière de la machine pour le retrait du tunnel.

Composants clés et leurs fonctions:

• Cutterhead: La partie la plus avant du TBM, responsable de l'excavation du sol. Le type de coupeurs varie:

  • Coupe-disques sont utilisés pour le rocher dur, écrasant la roche pendant qu'ils roulent dessus.

  • Bits de coupe et grattoirs sont plus courants pour les sols plus mous, la coupe et le grattage du matériau.

• Système de poussée: Derrière la tête de coupe se trouvent de puissants cylindres hydrauliques qui poussent le TBM vers l'avant. Ces cylindres poussent généralement contre les segments de doublure du tunnel précédemment installés ou contre les pinces qui exercent une pression sur les parois du tunnel.

• Bouclier: Il s'agit du corps principal du TBM, fournissant un soutien au sol excavé et en protégeant l'équipage et les machines de travail contre les effondrements. Le bouclier abrite également divers systèmes.

• Système d'érecteurs: À mesure que le TBM progresse, il installe simultanément le segments de béton préfabriqué qui forment la doublure du tunnel permanent. Le bras érecteur ramasse ces segments et les place précisément à créer une bague.

• Système de coulis: Une fois un anneau de tunnel installé, le coulis est injecté dans l'espace annulaire entre les segments installés et le sol excavé. Cela sert à stabiliser le sol, à transférer les charges et à empêcher la pénétration d'eau.

• Système d'élimination de la boue: Comme mentionné, les convoyeurs transportent le matériau excavé ("boue") à l'arrière du TBM, où il est chargé sur des trains, des camions ou d'autres systèmes pour le retrait du tunnel.

• Système d'orientation: Les TBM modernes utilisent des systèmes de guidage laser sophistiqués, des GPS et d'autres équipements d'arpentage pour garantir que le tunnel est excavé précisément le long de l'alignement et du gradient conçus.

• Le train de fuite (système de sauvegarde): S'étendant derrière le bouclier TBM sur des centaines de mètres, l'équipement de fuite abrite des systèmes de soutien cruciaux. Cela comprend les transformateurs pour la puissance, les conduits de ventilation, les lignes d'eau et de coulis, les salles de contrôle et les installations d'équipage.

Types de TBM:

La sélection d'un type TBM est cruciale et dépend fortement des conditions géologiques et de la présence des eaux souterraines:

• TBMS Open Face (Gripper TBMS): Idéal pour les conditions rocheuses stables. Ils avancent en saisissant les murs du tunnel et en poussant vers l'avant.

• Bouclier TBMS: Utilisé dans des conditions de sol instables où un soutien immédiat est requis. Le bouclier protège le sol jusqu'à l'installation des segments.

  • Machines d'équilibre de pression de la Terre (EPBMS): Couramment utilisé dans le sol mou avec une consistance variable. Ils maintiennent un équilibre entre la pression du sol excavé dans la chambre et la pression requise pour soutenir la face du tunnel, empêchant la colonie du sol.

  • TBMS de suspension: Mieux adapté au sol ou au sol très humide et saturé à haute pression d'eau. Une suspension sous pression (mélange de bentonite ou de polymère) est utilisée pour soutenir la face du tunnel, et le matériau excavé est mélangé avec cette suspension et pompé.

  • TBMS de bouclier unique: Opérez dans un sol cohérent où le sol peut se tenir pendant une courte période avant la doublure.

  • TBMS à double bouclier: Utilisé dans la roche fracturée ou le sol mélangé. Ils ont deux boucliers qui permettent une excavation continue et une érection du segment, conduisant à des taux d'avance plus rapides.

Avantages des TBM:

• Vitesse: Les TBM peuvent atteindre des taux d'excavation beaucoup plus rapides par rapport aux méthodes conventionnelles, en particulier sur de longues distances.

• Sécurité: Ils fournissent un environnement de travail plus sûr en soutenant immédiatement le sol derrière la tête de coupe, réduisant le risque d'effondrements et l'exposition à des conditions dangereuses.

• Précision: Les TBM peuvent maintenir des tolérances très serrées, garantissant que le tunnel est excavé aux spécifications de conception exactes.

• Impact environnemental: Ils provoquent moins de perturbations de surface, réduisent le bruit et les vibrations et minimisent le besoin de dynamitage, ce qui les rend idéaux pour les zones urbaines.

• Travail réduit: Tout en exigeant des opérateurs qualifiés, les TBM ont généralement besoin de moins de personnel à la face du tunnel par rapport à la perceuse et à la explosion.

Défis et considérations:

• Coût: Les TBM sont extrêmement coûteux à acheter et à exploiter.

• Logistique: Le transport, l'assemblage et le lancement d'un TBM sont une entreprise logistique massive.

• Conditions du sol: Des changements inattendus dans la géologie, comme la rencontre de roche très fracturée ou de gros rochers dans un sol mou, peuvent considérablement ralentir ou arrêter les opérations. La pénétration de l'eau est un autre défi majeur.

• Entretien: Les TBM sont des machines complexes nécessitant une maintenance continue et des pièces de rechange spécialisées.

• Longueur du tunnel: Les TBM sont les plus rentables pour les tunnels longs, car les coûts de configuration initiaux sont élevés.

En conclusion, les TBM témoignent des merveilles d'ingénierie modernes, révolutionnant la façon dont les tunnels sont construits à l'échelle mondiale. Leur capacité à perturber des conditions de sol difficiles avec précision, vitesse et sécurité améliorée en fait un outil indispensable pour les principaux projets d'infrastructure dans le monde