TBM

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Razící štít TBM

TBM (z anglického Tunnel Boring Machine, doslova tunel vrtající stroj), je tunelovací metoda, k níž se používají razicí štíty (ty se rovněž nazývají TBM, též také krtek). Tyto štíty slouží k ražení tunelů kruhového průřezu v nejrůznějších druzích zeminy a horniny od písku až po tvrdou skálu. Tunely mohou mít průměr průřezu od 1 metru (ty se razí s tzv. mikro-TBM) až 19,25 m (v dnešní době (2012) největší), tunely s menším průměrem se obvykle budují bezvýkopovými metodami nebo vodorovným vrtáním spíše než TBM.

Výhody a nevýhody[editovat | editovat zdroj]

Používá se jako alternativa místo jiných vrtacích a trhacích metod, jako je například nová rakouská tunelovací metoda (NRTM). Výhoda TBM spočívá v omezení propadů povrchu a ve vytváření hladké stěny tunelu. Tímto se výrazně snižují náklady na vybudování tunelu a technologie je dobře použitelná i pod hustě zastavěným územím.

Štíty TBM jsou nákladné na výrobu a jejich přeprava může být obtížná. Nicméně, jak se dnešní tunely stávají delšími, cena těchto strojů oproti ostatním tunelovacím metodám klesá, což způsobuje, že jsou TBM mnohem efektivnější a ražba tunelu je rychlejší.

Největší TBM[editovat | editovat zdroj]

Největší TBM štít o průměru 19,25 m vyrobila německá firma Herrenknecht pro nedávný (2012) projekt Orlovského tunelu v ruském Petrohradě. Stroj byl vyroben pro ražbu měkkým prostředím (pískem a hlínou). Největší průměr TBM pro ražbu v tvrdých horninách činil 14,4 m a tento stroj byl vyroben pro kanadský Niagarský tunel. Byl použit k ražbě hydroelektrického tunelu pod Niagarskými vodopády.

Historie[editovat | editovat zdroj]

První úspěšný tunelovací štít byl vyvinut na stavbu temžského tunelu roku 1825, jednalo se ovšem pouze o vynález koncepce štítu, který nezahrnoval výrobu celého TBM stroje.[1]

První TBM byl vyroben v roce 1846 z pověření Sardinského království ke stavbě Fréjuského železničního tunelu ve zbrojovce nedaleko Turína. Skládal se z více než 100 příklepových vrtaček namontovaných v přední části stroje a poháněných od vstupu do tunelu. Revoluce v roce 1848 ovlivnily financování a tunel byl dokončen až 10 let poté za použití levnějších metod, například pneumatických kladiv.[2]

V USA byl razicí štít poprvé použit roku 1853 při stavbě tunelu Hoosac[3] Tento stroj byl vyroben z litiny.[4] a razil 3 metry skrz horninu, než se poškodil. Tunel byl nakonec dokončen za více než 20 let.[5]

Popis[editovat | editovat zdroj]

Moderní TBM se obvykle skládají z rotující řezné hlavy, která pomocí řezných nástrojů rozpojuje horninu/zeminu, odkud se pak postupně odvádí ven ze stroje.

TBM do tvrdých hornin[editovat | editovat zdroj]

V tvrdých horninách se používá buď chráněný, nebo otevřený typ TBM. Všechny tyto typy vykopávají horninu za použití diskovitých řezných nástrojů umístěných na řezné hlavě. Řezné nástroje vytvářejí tlak v hornině způsobující ulamování horniny u přední části štítu. Odtěžená hornina je přepravována pásovým dopravníkem ven z tunelu.

Stíněný typ[editovat | editovat zdroj]

V rozpukaných horninách se používá stíněný typ, který postaví betonové díly, které zpevní nestabilní stěny tunelu. TBM s dvojitým štítem mají dva módy; ve stabilní zemině/hornině se může posunovat vpřed tlakem na stěny, zatímco v nestabilním, rozpukaném prostředí se tah posouvá na tah válců, které se odstrkávají proti dílům tunelu za strojem. Tyto udržují přítlačné síly ovlivňující tunelové stěny. TBM s jednoduchým štítem pracují stejně, používají se však pouze v rozpukaných horninách.

TBM do měkkého prostředí[editovat | editovat zdroj]

V měkkém prostředí se používají tyto druhy TBM: EPB(S) (anglicky Earth Pressure Balance (Shield)) (doslova štít vyrovnávající tlak horniny), TBM-SS (Slurry Shield) a otevřený typ. Oba uzavřené typy pracují jako jednoštítové TBM za použití přítlačných válců k posunu vpřed tlakem proti betonovým dílům.

TBM-EPB[editovat | editovat zdroj]

EPB se používají v měkkém prostředí s tlakem do 7 barů. Na řezné hlavě nejsou jen diskovité řezné nástroje, ale místo toho se používá kombinace řezacích bitů z karbidu wolframu, karbidových diskovitých řezných nástrojů a/nebo diskovitých řezných nástrojů pro tvrdé prostředí.

Technik a automatické systémy udržují rychlost odklízení rubaniny na hodnotě odpovídající postupu stroje a je tedy udržováno stabilní prostředí. Do horniny se za účelem další stabilizace také přidávají přísady, jako jsou bentonit, různé polymery a pěny.

TBM-SS[editovat | editovat zdroj]

V měkkém prostředí s velmi vysokým tlakem vody a velkým množstvím spodní vody jsou potřeba TBM-SS (Slurry Shield). Tyto stroje nabízejí zcela uzavřené pracovní prostředí. Zemina se míchá s bentonitem a kaly, které se musí odstranit z tunelu systémem kalových trubek, které vycházejí z tunelu. Na povrchu jsou pro tento proces potřebná velká separační zařízení, která oddělují špínu od kalů a ty se pak dají recyklovat zpět do tunelu[zdroj?].

Otevřené TBM[editovat | editovat zdroj]

Otevřená TBM v měkkém prostředí spoléhají na to, že povrch zeminy, ve které se razí tunel, se postaví bez podpory v krátkém časovém úseku, díky čemuž jsou vhodné k použití v typech hornin, s tlakem do 10 MPa a s nízkým množstvím vody. K ražbě tímto druhem TBM se používají řezné hlavy v rozmezí 150 mm od okraje štítu. Řezné nástroje v přední části štítu uřezávají zbylou zeminu do stejného kruhového tvaru.

Tunelování ve městech a v blízkosti povrchu[editovat | editovat zdroj]

Při výstavbě tunelů ve městech je potřeba, aby byl povrch nad tunelem v klidu (aby se omezily poklesy). Toho se v měkké půdě dosahuje udržením jejího tlaku během a po stavbě tunelu. Je to poněkud obtížné, zejména v různých vrstvách (například ražba tunelu územím, kde horní část tunelu tvoří vlhký písek a spodní část tvoří tvrdá hornina).

V některých případech se používají TBM s kontrolou stěny, jako například EPB a TBM-SS. Oba typy (TBM a SS) jsou schopny omezit poklesy povrchu a pracují správně, pokud jsou dobře zdokumentovány podmínky na povrchu.

Ražba tunelů pražského metra V.A[editovat | editovat zdroj]

Razící štít Adéla během dne otevřených dveří na staveništi metra V.A Vypich
Traťový tunel metra V.A mezi stanicemi Nemocnice Motol a Petřiny vyražený metodou TBM

Při ražbě tunelů pražského metra V.A (v úseku Vypich-Petřiny-Nádraží Veleslavín-Bořislavka(kompletně vyražen)-Dejvická se jejich pomocí razí 2 jednokolejné traťové tunely; stanice, část tunelu pro obratové koleje a úsek Nemocnice Motol-Vypich (také kompletně vyražen) se razí NRTM (tunel pro obratové koleje je částečně hloubený, hloubená je též stanice Nemocnice Motol) se používají 2 stroje TBM-EPB o průměru řezné hlavy 6 080 mm, dlouhé přes 100 m, s hmotností téměř 900 tun. Řezná hlava je rozdělena do tří částí pro usnadnění její demontáže po ukončení ražeb. Je osazena 17 dvojitými valivými dláty a 4 jednoduchými obrysovými dláty, která je možné vysunout a zvětšit tak ražený průměr na 6 100 mm. Pro ražbu v zeminách lze kompletně vyměnit valivá dláta za řezné nože, které v měkkém prostředí pracují lépe. Pohon řezné hlavy zajišťuje 6 hydraulických motorů o příkonu 1 200 kW. 16 dvojic hydraulických pístů vytváří maximální přítlak na čelbu o velikosti 39 MN. Stroje jsou pracovně pojmenovány Tonda (firma Herrenknecht, která oba štíty vyrobila, jej označuje S–609) a Adéla (S–610).[6]

postup ražby TBM S-609 Tonda

postup ražby TBM S-610 Adéla

26. listopadu 2012 oba štíty prorazily do stanice Dejvická.[7]

TBM: prorážka Dejvická
TBM: prorážka Dejvická 2 TBM: prorážka Dejvická 3 TBM: prorážka Dejvická 4

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Tunnel boring machine na anglické Wikipedii.

  1. Bagust, Harold(2006). The greater genius?: a biography of Marc Isambard Brunel.Ian Allan Publishing, 65. ISBN 0-7110-3175-4. 
  2. Hapgood, Fred, "The Underground Cutting Edge: The innovators who made digging tunnels high-tech",Invention & Technology Vol.20, #2, Fall 2004
  3. (2008) Hardrock Tunnel Boring Machines.Ernst & Sohn, 1. ISBN 978-3-433-01676-3. 
  4. SMITH, Gary. FINDING AID FOR THE HOOSAC TUNNEL COLLECTION at the NORTH ADAMS PUBLIC LIBRARY [online]. North Adams Public Library, [cit. 2011-07-14]. Dostupné online. (anglicky) 
  5. HOWES, M. Hoosac Tunnel History - Abridged Timeline [online]. [cit. 2011-07-14]. Dostupné online. (anglicky) 
  6. http://www.metrostav.cz/cz/technologie_tbm/popis_stitu
  7. http://www.metrostav.cz/cz/aktuality/aktualni_informace/detail?id=2523