Τι καθιστά μία μηχανή διάνοιξης τούνελ (TBM) ταχύτερη από τη μέθοδο διάτρησης και εκρήξεως σε σκληρό βράχο;

Όταν οι μηχανικοί και οι διαχειριστές έργων αξιολογούν μεθόδους διάνοιξης σηράγγων για περιβάλλοντα σκληρού βράχου, η ταχύτητα βρίσκεται σχεδόν πάντα στο επίκεντρο της συζήτησης. Το ερώτημα δεν είναι απλώς ποια τεχνική είναι πιο σύγχρονη, αλλά ποια παρέχει μετρήσιμα πλεονεκτήματα όσον αφορά το ρυθμό προόδου, την αποτελεσματικότητα κόστους και το συνολικό χρονοδιάγραμμα του έργου. Η Μηχάνημα TBM έχει, για δεκαετίες της ανάπτυξης υποδομών, αποδείξει τον εαυτό της ως μια ουσιαστικά διαφορετική προσέγγιση στη θραύση και αφαίρεση βράχου — μια προσέγγιση που βασίζεται στη συνέχεια, τη μηχανοποιημένη δύναμη και την ακριβή γεωμετρία, αντί για την κυκλική διατάραξη που χαρακτηρίζει τις συμβατικές λειτουργίες διάτρησης και εκρήξεων.

Η κατανόηση του λόγου για τον οποίο μια μηχανή TBM προσφέρει πλεονέκτημα ταχύτητας σε σκληρούς βράχους απαιτεί την εξέταση κάθε φάσης του κύκλου διάνοιξης σήραγγας — δηλαδή πώς σπάει ο βράχος, πώς απομακρύνεται το υλικό από τη διάνοιξη (spoil), πώς εγκαθίσταται η υποστήριξη και πώς συνδέονται μεταξύ τους όλες αυτές οι δραστηριότητες στο πλαίσιο μιας συνεχούς μηχανικής λειτουργίας. Η μέθοδος διάτρησης και εκρήξεων (drill and blast) εκτελεί αυτά τα βήματα διαδοχικά, με υποχρεωτικές περιόδους αδράνειας μεταξύ τους. Αντιθέτως, μια μηχανή TBM ενσωματώνει την πλειονότητα αυτών των λειτουργιών σε ένα ενιαίο, προωθούμενο σύστημα που σπάνια σταματά. Αυτή η αρχιτεκτονική διαφορά στη ροή εργασιών αποτελεί το θεμέλιο κάθε σύγκρισης απόδοσης μεταξύ των δύο μεθόδων σε συνθήκες σκληρού βράχου με καλή αντοχή.

Ο συνεχής κύκλος κοπής έναντι της διακοπτόμενης μεθόδου εκρήξεων

Πώς μια μηχανή TBM εξαλείφει τον νεκρό χρόνο

Σε μια συμβατική σήραγγα που ανοίγεται με διάτρηση και εκρήξεις, ο κύκλος εργασίας είναι εξ ορισμού κατακερματισμένος. Οι εργαζόμενοι διατρύπουν ένα πρότυπο οπών εκρήξεων, φορτώνουν τις οπές με εκρηκτικά, προκαλούν την έκρηξη, περιμένουν να διασκορπιστούν οι αέριοι, επανεισέρχονται για επιθεώρηση, αφαιρούν χαλαρό βράχο και, τέλος, απομακρύνουν το θρυμματισμένο υλικό. Μόνο μετά από όλα αυτά εγκαθίσταται η υποστήριξη του εδάφους, προτού επαναληφθεί ο κύκλος. Κάθε πλήρης κύκλος προωθεί συνήθως την προώθηση της σήραγγας κατά ένα έως τέσσερα μέτρα, ενώ οι μη παραγωγικές φάσεις αναμονής μπορούν να καταναλώνουν χρόνο ισοδύναμο με αυτόν των παραγωγικών φάσεων.

Μια μηχανή TBM ελαχιστοποιεί τον περισσότερο από αυτόν τον «νεκρό» χρόνο μέσω του μηχανικού της σχεδιασμού. Η περιστρεφόμενη κεφαλή κοπής ασκεί ελεγχόμενη δύναμη ώθησης στους δισκοειδείς κοπτικούς δίσκους, οι οποίοι πιέζουν την επιφάνεια του βράχου, δημιουργώντας εφελκυστικές ρωγμές που προκαλούν την αποκόλληση και την απόσπαση τμημάτων βράχου με συνεχή διαδικασία. Καθώς η κεφαλή κοπής περιστρέφεται, το εξορυγμένο υλικό πέφτει αμέσως σε μία ταινία μεταφοράς ενσωματωμένη στο κύριο σώμα της μηχανής και μεταφέρεται προς τα πίσω στην επιφάνεια ή σε σημείο διάθεσης. Η μηχανή TBM δεν χρειάζεται να σταματήσει για εξαερισμό μετά από κάθε κύκλο προώθησης, καθώς δεν πραγματοποιείται έκρηξη που να παράγει τοξικά αέρια.

Αυτή η συνέχεια λειτουργίας μεταφράζεται απευθείας σε υψηλότερους μέσους ρυθμούς προόδου. Ενώ μια ομάδα διάτρησης και εκρήξεων μπορεί να επιτύχει δέκα έως δεκαπέντε μέτρα την ημέρα σε σκληρό βράχο υπό ευνοϊκές συνθήκες, μια καλά επιλεγμένη μηχανή TBM που λειτουργεί στην ίδια γεωλογική μορφή μπορεί να επιτύχει ρυθμούς προόδου είκοσι έως πενήντα μέτρων την ημέρα ή και περισσότερο, ανάλογα με την αντοχή του βράχου, την αποξεστικότητά του και τη διαμόρφωση του εξοπλισμού. Η εξάλειψη των περιοδικών χρόνων αδράνειας αποτελεί τον πλέον σημαντικό παράγοντα που δημιουργεί αυτή τη διαφορά.

Περιστροφική Δύναμη και Αποδοτικότητα Κατακερματισμού του Βράχου

Οι δίσκοι κοπής που είναι τοποθετημένοι στην κεφαλή κοπής μιας μηχανής TBM έχουν σχεδιαστεί για να εκμεταλλευτούν τη φυσική εύθραυστη συμπεριφορά των σκληρών πετρωμάτων υπό συγκεντρωμένο φορτίο. Καθώς κάθε δίσκος κοπής κυλάει πάνω στην επιφάνεια του πετρώματος υπό υψηλή δύναμη ώθησης — που συνήθως κυμαίνεται από 150 έως 300 κιλονιούτον (kN) ανά δίσκο — προκαλεί μικρορωγμές οι οποίες διαδίδονται πλευρικά μεταξύ των γειτονικών ίχνης κοπής. Το πέτρωμα αποκόπτεται σε τεμάχια σχήματος πρίσματος, που ονομάζονται «chips» ή «slivers». Αυτός ο μηχανισμός διάδοσης ρωγμών είναι ενεργειακά αποδοτικός, καθώς εκμεταλλεύεται την ιδιογενή εφελκυστική αδυναμία του πετρώματος, αντί να την αντιμετωπίζει.

Τα εκρηκτικά σε μια εργασία διάτρησης και εκρήξεως πρέπει να υπερνικήσουν ταυτόχρονα την αντίσταση σε θλίψη και σε εφελκυσμό, ενώ μεγάλο μέρος της ενέργειας διασκορπίζεται ως δόνηση του εδάφους, αεροκρούστη (airblast) και θερμότητα, αντί να μετατραπεί σε αποτελεσματική θραύση βράχου. Μια μηχανή TBM εστιάζει με ακρίβεια τη μηχανική ενέργεια στην επαφή μεταξύ των κοπτικών δίσκων και του βράχου, γεγονός που σημαίνει ότι ένα πολύ μεγαλύτερο ποσοστό της εισερχόμενης ενέργειας μετατρέπεται σε χρήσιμη εξόρυξη. Σε πολύ σκληρούς, μαζικούς βράχους με αθλική αντοχή σε θλίψη πάνω από 150 MPa, ο μηχανισμός κοπής με δίσκους της μηχανής TBM επιδεικνύει σχετικά καλύτερη απόδοση σε σύγκριση με την εκρηκτική μέθοδο, καθώς η ευθραυστότητα του βράχου και η συνεκτική του μικροδομή ευνοούν την αποτελεσματική διάδοση ρωγμών σε ολόκληρη την επιφάνεια.

Ενσωματωμένη Διαχείριση Αποβλήτων και Εγκατάσταση Υποστήριξης

Σχεδιασμός Οπισθίου Συστήματος και Αδιάλειπτη Ροή Υλικού

Το πλεονέκτημα ταχύτητας μιας μηχανής TBM δεν προέρχεται αποκλειστικά από την κεφαλή κοπής. Ένας εξίσου σημαντικός παράγοντας είναι η ενσωμάτωση της διαχείρισης των υλικών εκσκαφής (muck) εντός του ίδιου του σώματος της μηχανής. Μόλις το βράχος σπάσει στο πρόσωπο εκσκαφής, οι σκαπάνες και οι κάδοι της κεφαλής κοπής συγκεντρώνουν τα υλικά κοπής και τα τοποθετούν σε μία εσωτερική ταινία μεταφοράς. Αυτή η ταινία μεταφέρει συνεχώς το υλικό προς το πίσω μέρος της μηχανής, όπου συνδέεται με ένα επακόλουθο σύστημα ταινιών μεταφοράς ή με αμαξάκια για τη μεταφορά υλικών εκσκαφής (muck cars) που λειτουργούν επί σιδηροδρομικής τροχιάς και μεταφέρουν το υλικό στην επιφάνεια.

Σε έναν σήραγγα που ανοίγεται με διάτρηση και εκρήξεις, η απομάκρυνση των υλικών (mucking) απαιτεί ξεχωριστά οχήματα φόρτωσης και μεταφοράς, τα οποία πρέπει να έχουν άμεση πρόσβαση στο πρόσωπο εργασίας. Το πρόσωπο εργασίας πρέπει να εκκενωθεί από προσωπικό και εξοπλισμό πριν από την έκρηξη, ενώ στη συνέχεια ο εξοπλισμός μεταφοράς πρέπει να επανεισέλθει μετά την επιβεβαίωση ότι το περιβάλλον είναι ασφαλές. Αυτή η διαδοχική λογική σημαίνει ότι η απομάκρυνση των υλικών δεν μπορεί να ξεκινήσει πριν ολοκληρωθεί η έκρηξη, ενώ η διάτρηση δεν μπορεί να συνεχιστεί πριν ολοκληρωθεί η απομάκρυνση των υλικών. Μια μηχανή TBM συγχωνεύει αυτές τις φάσεις σε ταυτόχρονες διαδικασίες — η εξόρυξη και η μεταφορά των υλικών πραγματοποιούνται ταυτόχρονα, με την ίδια συνεχή κίνηση.

Αυτή η ενσωματωμένη προσέγγιση μειώνει επίσης σημαντικά την εντασιμότητα της εργασίας. Το πλήρωμα μιας μηχανής TBM διαχειρίζεται ένα μηχανοποιημένο σύστημα, αντί να λειτουργεί πολλαπλά ανεξάρτητα μηχανήματα σε συντονισμό. Απαιτείται λιγότερο προσωπικό ανά μέτρο προόδου, ενώ ο φυσικός χώρος εργασίας είναι περισσότερο ελεγχόμενος, γεγονός που μειώνει τον χρόνο που χάνεται λόγω ατυχημάτων ασφαλείας ή καθυστερήσεων που οφείλονται σε ανθρώπινο συντονισμό.

Υποστήριξη εδάφους χωρίς διακοπή της εξόρυξης

Κατά τη διάνοιξη σήραγγας σε σκληρό βράχο με μηχάνημα ΤΒΜ με θώρακα, η εγκατάσταση υποστήριξης εδάφους πραγματοποιείται στην προστατευόμενη ζώνη αμέσως πίσω από τον θώρακα της κοπτικής κεφαλής, ενώ η εξόρυξη συνεχίζεται στο μέτωπο. Οι προκατασκευασμένοι δακτύλιοι σκυροδέματος τοποθετούνται από ένα αυτόματο βραχίονα τοποθέτησης στο οπίσθιο τμήμα του μηχανήματος, ενώ η κοπτική κεφαλή προωθείται. Αυτή η παράλληλη δραστηριότητα αποτελεί ένα από τα πιο ισχυρά δομικά πλεονεκτήματα του μηχανήματος ΤΒΜ σε σύγκριση με τη μέθοδο διάτρησης και εκρήξεων, όσον αφορά τη συμπίεση του χρονοδιαγράμματος.

Οι σήραγγες που διανοίγονται με μέθοδο διάτρησης και εκρήξεων σε σκληρό βράχο ενδέχεται να απαιτούν συστηματική τοποθέτηση βραχόπηλων, τοποθέτηση συρμάτινου πλέγματος και εφαρμογή σκυροδέματος με ψεκασμό μετά από κάθε γύρο εκρήξεων. Αυτές οι εργασίες εκτελούνται από εργαζόμενους με εξοπλισμό που λειτουργεί είτε χειροκίνητα είτε μηχανικά, αλλά δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν ενώ διεξάγονται εκρήξεις ή ενώ υπάρχουν αέρια στο μέτωπο. Το μηχάνημα ΤΒΜ απαλείφει αποτελεσματικά αυτόν τον περιορισμό διαχωρίζοντας τη ζώνη τοποθέτησης υποστήριξης από την ενεργή ζώνη κοπής μέσω του φυσικού μήκους του ίδιου του μηχανήματος.

Το αποτέλεσμα είναι ότι μια μηχανή TBM μπορεί να διατηρεί σχεδόν συνεχή προς τα εμπρός πρόοδο, ακόμη και σε βραχώδεις συνθήκες που θα απαιτούσαν την εγκατάσταση πυκνής υποστήριξης. Το έργο υποστήριξης δεν μειώνει τον χρόνο εκσκαφής· εκτελείται παράλληλα, διασφαλίζοντας ότι ο κύκλος λειτουργίας της μηχανής αντικατοπτρίζει την ταχύτητα εκσκαφής και όχι ένα συνδυασμένο χρονοδιάγραμμα εκσκαφής και υποστήριξης.

Καταλληλότητα για Βραχώδεις Συνθήκες και Προβλεψιμότητα Απόδοσης

Γιατί οι Σκληροί Βράχοι Ευνοούν την Απόδοση των Μηχανών TBM

Υπάρχει μια διαδεδομένη υπόθεση ότι οι σκληρότεροι βράχοι είναι πιο δύσκολοι για μια μηχανή TBM, αλλά η σχέση είναι πιο λεπτή. Οι ικανοί σκληροί βράχοι — δηλαδή βράχοι που είναι ανθεκτικοί, συνεχείς και ελεύθεροι από κύριες ζώνες ρηγμάτων — προσφέρουν στην πραγματικότητα ιδανικές συνθήκες για την επίτευξη των υψηλότερων ρυθμών προώθησης από μια μηχανή TBM. Η ομοιογένεια της βραχώδους μάζας επιτρέπει στα κοπτικά να λειτουργούν σε παραμέτρους που πλησιάζουν τη βέλτιστη τιμή, χωρίς τις αιφνίδιες μεταβολές φόρτισης που προκαλούνται από κενά, εισχωρήσεις αργίλου ή απρόβλεπτα σύνολα ρηγμάτων.

Η μέθοδος διάτρησης και εκρήξεων, παρόλο που προσαρμόζεται σε μεταβλητά εδάφη, δεν προσφέρει ανάλογο πλεονέκτημα ταχύτητας σε σκληρότερους βράχους. Οι σκληρότεροι βράχοι απαιτούν μεγαλύτερο χρόνο διάτρησης, υψηλότερες ποσότητες εκρηκτικών και συχνά πιο προσεκτική αποκόλληση (scaling) μετά την έκρηξη, γεγονός που επεκτείνει τον χρόνο κύκλου. Η απόδοση της μηχανής TBM βελτιώνεται πιο ευνοϊκά με την αύξηση της αντοχής του βράχου, καθώς οι σκληρότεροι και πιο εύθραυστοι βράχοι τείνουν να αποκόπτονται αποτελεσματικότερα υπό την επίδραση των δίσκων κοπής. Έργα σε γρανίτη, βασάλτη, χαλαζίτη και παρόμοιες γεωλογικές μορφές έχουν επανειλημμένα αποδείξει ρυθμούς προόδου με μηχανές TBM που υπερβαίνουν σημαντικά τους χρόνους της μεθόδου διάτρησης και εκρήξεων.

Σταθερότητα του ρυθμού προόδου σε μεγάλες διαδρομές

Ένα από τα στρατηγικά πιο σημαντικά πλεονεκτήματα μιας μηχανής TBM σε σκληρό βράχο είναι η προβλέψιμη ταχύτητα προόδου της. Οι σχεδιαστές έργων και οι υπεύθυνοι για τον προγραμματισμό των συμβάσεων μπορούν να προβλέψουν με σημαντική ακρίβεια την απόδοση της μηχανής, βασιζόμενοι σε δεδομένα χαρακτηρισμού του βράχου από την εξέταση του χώρου. Αυτή η προβλεψιμότητα είναι πολύτιμη για τη διαχείριση συμβάσεων, τον προγραμματισμό πόρων, τη συντονισμό λογιστικών δραστηριοτήτων και τη χρηματοδότηση.

Οι χρονοδιαγράμματα διάτρησης και εκρήξεων σε σκληρό βράχο είναι εξ ορισμού περισσότερο μεταβλητά. Μία μόνο σύγκρουση με μια απρόσμενη ζώνη ρήγματος, ένα σκληρότερο στρώμα αποξεστικού βράχου ή ασταθείς συνθήκες υπερβολικής αποκόλλησης (overbreak) μπορεί να επεκτείνει σημαντικά το χρονοδιάγραμμα του έργου. Η μηχανή TBM δεν είναι ανεπηρέαστη από γεωλογικές εκπλήξεις, αλλά η μηχανοποιημένη φύση της επιτρέπει πιο συστηματικές και ελεγχόμενες αντιδράσεις, ενώ τα συστήματα συλλογής δεδομένων της μπορούν να παρέχουν πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο για τις μεταβαλλόμενες συνθήκες εδάφους μπροστά από το πρόσωπο της διάτρησης.

Κατά τις διαδρομές μέσω μακρύων σηράγγων — και ιδίως εκείνων που υπερβαίνουν τα τρία έως πέντε χιλιόμετρα — η συσσωρευτική πλεονεκτική ταχύτητα μιας μηχανής TBM γίνεται καθοριστική. Ο χρόνος που χάνεται λόγω εγκατάστασης της μηχανής και το σχετικά υψηλότερο κεφαλαιακό κόστος της αυτής αποσβένονται στο συνολικό μήκος προώθησης, ενώ η σταθερή καθημερινή πρόοδος αντισταθμίζει πλήρως τη διαφορά αρχικής επένδυσης σε σύγκριση με τις μεθόδους διάτρησης και εκρηκτικών.

Εργατικό Δυναμικό, Ασφάλεια και Ενσωμάτωση του Χρονοδιαγράμματος

Μειωμένη Έκθεση Ανθρώπινου Δυναμικού σε Επικίνδυνες Συνθήκες

Η πλεονεκτική ταχύτητα μιας μηχανής TBM δεν οφείλεται αποκλειστικά σε μηχανικούς παράγοντες — προκύπτει επίσης από την απομάκρυνση των εργαζομένων από τα πιο επικίνδυνα τμήματα της διαδικασίας σήραγγας. Σε μια σήραγγα που κατασκευάζεται με διάτρηση και εκρηκτικά, οι εργαζόμενοι πρέπει να προσπερνούν φυσικά το μέτωπο εκρήξεως επανειλημμένως κατά τη διάρκεια κάθε κύκλου: για να διατρήσουν, να φορτώσουν εκρηκτικά, να αποκαθαρίσουν το μέτωπο (scaling) και να τοποθετήσουν υποστήριξη. Κάθε επίσκεψη στο μέτωπο ενέχει κίνδυνο, ενώ οι ατυχήματα ασφαλείας — ακόμη και τα ελάχιστης σοβαρότητας — προκαλούν απώλειες χρόνου που συσσωρεύονται κατά τη διάρκεια ενός μακροχρόνιου έργου.

Μια μηχανή TBM διατηρεί το μεγαλύτερο μέρος του εργατικού δυναμικού σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα εντός του κυρίως σώματος της μηχανής ή στην καλά καθιερωμένη περιοχή πίσω από τον οπίσθιο εξοπλισμό. Τα αυτοματοποιημένα συστήματα κοπτικής κεφαλής και μεταφοράς αναλαμβάνουν την πιο επικίνδυνη προσέγγιση στον φρέσκο βράχο. Αυτή η φιλοσοφία σχεδιασμού μειώνει τη συχνότητα των περιστατικών, προστατεύοντας έτσι απευθείας την εγκυρότητα του χρονοδιαγράμματος. Τα έργα που αποφεύγουν διακοπές εργασίας λόγω ασφάλειας διατηρούν τις προβλέψεις τους για ρυθμό προόδου με μεγαλύτερη αξιοπιστία σε σύγκριση με εκείνα που αντιμετωπίζουν επαναλαμβανόμενα περιστατικά στο πρόσωπο της σήραγγας.

Παράλληλη Ροή Εργασίας και Αξιοποίηση Ομάδων Εργασίας

Ένα έργο με μηχάνημα TBM επιτρέπει παράλληλες ροές εργασίας που δεν μπορούν να υλοποιηθούν με τις μεθόδους διάτρησης και εκρήξεων. Καθώς το μηχάνημα προωθείται, οι ομάδες εργασίας στην επιφάνεια ή στο οπίσθιο τμήμα μπορούν να εκτελούν συντήρηση, ανεφοδιασμό προμηθειών, παράδοση τμημάτων και λογιστικές δραστηριότητες χωρίς να διακόπτεται η εξόρυξη. Η ομάδα εργασίας του μηχανήματος είναι οργανωμένη σε ειδικευμένους ρόλους — χειριστές, τεχνικοί συντήρησης, χειριστές του μηχανήματος τοποθέτησης τμημάτων, υπεύθυνοι της ταινίας μεταφοράς — με κάθε ρόλο να εργάζεται ταυτόχρονα, αντί να περιμένει το προηγούμενο βήμα σε μια ακολουθιακή διαδικασία.

Αυτή η παραλληλία αποτελεί πολλαπλασιαστή δύναμης για την επίτευξη των χρονοδιαγραμμάτων. Σε μεγάλα υποδομικά έργα, όπως τούνελ μετρό, συστήματα μεταφοράς νερού ή οδικά τούνελ διαμέσου ορεινών εκτάσεων, η δυνατότητα διατήρησης πολλαπλών ροών εργασίας ταυτόχρονα σημαίνει ότι το έργο με μηχάνημα TBM μπορεί να επιτύχει συμπιεσμένα χρονοδιαγράμματα που θα ήταν φυσικά αδύνατο να επιτευχθούν με τις μεθόδους διάτρησης και εκρήξεων.

Συχνές Ερωτήσεις

Σε ποιον τύπο σκληρού βράχου το μηχάνημα TBM επιτυγχάνει τους υψηλότερους ρυθμούς προώθησης;

Μια μηχανή TBM λειτουργεί καλύτερα σε ισχυρούς, μαζικούς βράχους υψηλής αντοχής, όπως γρανίτης, γνεύσιος, βασάλτης ή κβαρτζίτης, όπου ο βράχος είναι ισχυρός, ομοιόμορφος και σχετικά ελεύθερος από σημαντικές ασυνέχειες ή ρήγματα γεμάτα άργιλο. Αυτές οι συνθήκες επιτρέπουν στα δισκοειδή τεμάχια κοπής να λειτουργούν με βέλτιστες τιμές ώθησης και περιστροφής, παράγοντας αποτελεσματική δημιουργία θραυσμάτων και διατηρώντας σταθερές συνθήκες στο πρόσωπο της σήραγγας. Όσο πιο ομοιόμορφη είναι η μάζα του βράχου, τόσο πιο αξιόπιστα η μηχανή TBM μπορεί να διατηρεί τις μέγιστες ημερήσιες ταχύτητες προόδου.

Μια μηχανή TBM υπερτερεί πάντα της μεθόδου «διάτρηση και εκρηκτικά» σε βραχώδη έδαφος;

Όχι σε κάθε σενάριο. Για σύντομους τούνελ, περίπλοκες διατάξεις με συχνές αλλαγές κατεύθυνσης ή έργα σε εξαιρετικά μεταβλητές γεωλογικές συνθήκες βράχου με πολλούς ζώνες ρηγμάτων, η ευελιξία της μεθόδου διάτρησης και εκρήξεως μπορεί να προσφέρει αντισταθμιστικά πλεονεκτήματα. Ωστόσο, για μακρύς τούνελ με ευθύγραμμη ή ελαφρώς καμπύλη διαδρομή μέσω στέρεου, ανθεκτικού βράχου, η μηχανή TBM είναι σχεδόν πάντα ταχύτερη, από τη στιγμή που η μηχανή λειτουργεί πλήρως και η αλυσίδα εφοδιασμού έχει εγκατασταθεί. Το μήκος του τούνελ στο οποίο η μηχανή TBM γίνεται οικονομικά και χρονοδιαγραμματικά ευεργετική («σημείο ισορροπίας») θεωρείται συνήθως ότι κυμαίνεται μεταξύ ενός και τριών χιλιομέτρων, ανάλογα με τις συγκεκριμένες προδιαγραφές του έργου.

Πώς επηρεάζει η συντήρηση των κοπτικών εργαλείων την ταχύτητα λειτουργίας της μηχανής TBM σε σκληρό βράχο;

Η φθορά των δισκοειδών κοπτικών εργαλείων αποτελεί μία από τις κύριες προκλήσεις συντήρησης για μια μηχανή TBM σε απαιτητικούς βραχώδεις σχηματισμούς. Τα φθαρμένα ή κατεστραμμένα κοπτικά εργαλεία πρέπει να αντικαθίστανται για να διατηρηθεί η αποτελεσματικότητα κοπής, κάτι που απαιτεί προγραμματισμένες στάσεις λειτουργίας της μηχανής για επιθεώρηση και αντικατάσταση των κοπτικών εργαλείων. Σε ιδιαίτερα απαιτητικούς σχηματισμούς, όπως το κουαρτζίτη, οι ρυθμοί κατανάλωσης των κοπτικών εργαλείων μπορεί να είναι υψηλοί και οι περίοδοι συντήρησης συχνές. Ωστόσο, οι σύγχρονες σχεδιαστικές λύσεις των μηχανών TBM προβλέπουν διαδικασίες γρήγορης αντικατάστασης κοπτικών εργαλείων, ενώ οι προγραμματισμένες στάσεις συντήρησης είναι πολύ συντομότερες και προβλέψιμες σε σύγκριση με τις απρόβλεπτες καθυστερήσεις που συσσωρεύονται κατά την εφαρμογή της μεθόδου «διάτρηση και έκρηξη» στην ίδια απόσταση.

Ποια δεδομένα του έργου πρέπει να είναι έτοιμα πριν από την επιλογή μηχανής TBM για διάνοιξη σήραγγας σε σκληρό βραχώδη σχηματισμό;

Η έρευνα του χώρου πρέπει να περιλαμβάνει λεπτομερή χαρακτηρισμό της βραχώδους μάζας, καλύπτοντας την αξονική θλιπτική αντοχή, την εφελκυστική αντοχή κατά τη δοκιμή Brazilian, το δείκτη αβρασιβότητας των βράχων, την απόσταση και τον προσανατολισμό των ρηγμάτων, τις συνθήκες υπόγειων υδάτων, καθώς και την παρουσία οποιασδήποτε σημαντικής ζώνης ρήγματος ή διατμητικής ζώνης. Αυτά τα δεδομένα εισάγονται απευθείας στην προδιαγραφή της μηχανής TBM, συμπεριλαμβανομένης της ικανότητας ώθησης της κεφαλής κοπής, του τύπου και της απόστασης των κοπτικών δισκίων, του σχεδιασμού της θωράκισης και της διαμόρφωσης του συστήματος υποστήριξης. Τα ακριβή γεωτεχνικά δεδομένα αποτελούν την πιο σημαντική είσοδο για την πρόβλεψη του εάν μια μηχανή TBM θα παράσχει το αναμενόμενο πλεονέκτημα ταχύτητας σε ένα δεδομένο έργο.