Ո՞ր факторներն են պետք արդյոք դիտարկել ընտրելիս տունելի կայունական մաքինա պրոեկտի համար?

Երկրաբանական և երկրամեխանիկական պայմաններ, որոնք ազդում են թունելային փորման մեքենայի ընտրության վրա

Հողի, ժայռերի կազմության և հիմքի կայունության գնահատում

Թունելային փորման մեքենաները (TBMs) անհրաժեշտ է ճշգրիտ երկրաբանական համատեղելիություն ունենան՝ արդյունավետ աշխատելու համար: 2023 թվականի հետազոտությունը Գիտական զեկույցներ հայտնաբերեց, որ TBM-ների դադարի 70%-ը պայմանավորված է երկրաբանական անհամատեղելիությամբ, հատկապես խառը հողային միջավայրերում: Հիմնական համարվող գործոններն են՝

• Ճեղքված շերտեր առաջացնում են 3 անգամ ավելի արագ կտրող գլխի մաշվածություն ներառյալ փափուկ հողերի համեմատ
• Կավից հարուստ ձևավորումներ պահանջում են մեծացված պտտման մոմենտ՝ մեքենայի կանգն կանխելու համար
• Խզված գոտիներ անհրաժեշտ է իրական ժամանակում հողային հենարանների ճշգրտում՝ փլուզումներից խուսափելու համար

Երկրաշերտի ջրի ճնշման և խզվածքային գոտիների գնահատում

5 բարից ավելի բարձր երկրաշերտի ջրի ճնշումը կարող է վտանգել թունելի ամրությունը, իսկ խզվածքային գոտիները 40%-ով մեծացնում են փլուզման ռիսկը։ Ժամանակակից TBMs-ները ներառում են՝

• Հիպերբար ճնշման սենսորներ՝ ջրի ներթափանցման անմիջական հայտնաբերման համար
• Ցեմենտացման համակարգեր, որոնք ակտիվանում են 3 բար դիֆերենցիալ ճնշման սահմանային արժեքի դեպքում
• Սեյսմիկ նախաքննության մոդուլներ, որոնք քարտեզագրում են խոտաբեկումներից 15 մետր հեռավորության վրա գտնվող խոտաբեկումների գծերը

Փաստի ուսումնասիրություն. Գոտարդի հիմնարար թունելում TBM-ների հարմարեցում բարդ երկրաբանության համար

Գոտարդի նախագիծը բախվել է 73 տարբեր երկրաբանական միջերեսների հետ, այդ թվում՝

1. Մետա-մետաղացուցային ժայռեր հատվածներ, որոնց համար պահանջվում է 450 կիլոնատրանտ հզորություն
2. Ստորերկրյա ջրերի գոտիներ կառավարվում է երկկետանի ջրհեռացման միջոցով
3. Շառավղային գոտիներ նվազեցվում է մոդուլային սեգմենտային պատվածքային համակարգերի միջոցով

Այս ճշգրտումը 62% -ով կրճատեց երկրաբանական դանդաղումները համեմատած հասարակ մեթոդների հետ, ինչը ցույց է տալիս հողամեխանիկական հետազոտությունների կարևոր դերը փորվածքային մեքենաների ընտրության ժամանակ:

Փորվածքային մեքենաների տեսակների համապատասխանեցումը հողի պայմաններին

Օպտիմալ փորվածքային մեքենայի (TBM) ընտրությունը պահանջում է համապատասխանեցնել մեքենայի հնարավորությունները ենթամակերության մարտահրավերների հետ:

EPB, Slurry և Կարծր Թեքային TBM-ներ. Ընտրությունը հիմնված է երկրաբանության վրա

Երկրային ճնշման հավասարակշռություն (EPB) տունելային փորող մեքենաները լավագույնս աշխատում են փափուկ հողերում և քաղաքային պայմաններում, որտեղ սեղմված հողային նյութի միջոցով պահպանվում է տունելի պատերի կայունությունը՝ նվազագույնի հասցնելով մակերևույթի շարժումը: Իսկ հիդրատաքացված հողային պայմաններում օգտագործվում են սլարի պաշտպանական մեքենաներ, քանի որ նրանք բենտոնիտային կավը ջրի հետ խառնելով ստեղծում են սլարի, որը հավասարակշռում է ստորերկրյա ջրերի ճնշումը: Դիսկային կտրիչներով ապահովված պինդ ապարների համար նախատեսված TBMs-ները կարող են առաջ շարժվել պինդ ապարների միջով՝ օրական մոտ 15-ից 30 մետր ընդհանրապես կախված ապարի որակից: Ըստ 2022 թվականին հրապարակված վերջերս հետազոտության, երբ ինժեներները սխալ տիպի մեքենա են ընտրում կոնկրետ երկրաբանական պայմանների համար, նախագծերը սովորաբար հետաձգվում են մոտ երկու երրորդով ավելի երկար, քան սպասվում էր: Սա ընդգծում է, թե ինչքան կարևոր է իրականում հասկանալ, թե ինչ է գտնվում երկրի տակ՝ աշխատանքները սկսելուց առաջ:

Բազմառեժիմային TBMs փոփոխական և հետերոգեն հողային պայմանների համար

Ժամանակակից հիբրիդային թունելային փորման մեքենաները համատեղում են EPB-ն և սլարի տեխնոլոգիաները՝ հնարավորություն ընձեռելով նրանց տարբեր տիպի ժայռեր մշակելու առանց ամբողջ նախագծի կանգնեցման: Վերցրեք Գոթհարդի մուտքային թունելը որպես օրինակ: Այնտեղ ինժեներները օգտագործեցին մեքենա, որը կարող էր մի քանի անգամ փոխել ռեժիմները փորման ընթացքում: Մասնավորապես, այն փոխեց կարգավորումները մոտ 14 անգամ՝ աշխատելով կրաքարի շերտերով, որոնք խառնված էին ավելի փափուկ մարլի նստվածքների հետ: Այս մեքենաները սարքավորված են սենսորներով, որոնք անընդհատ հսկում են երկրի ներքևում տեղի ունեցող գործընթացները: Երբ նրանք հայտնաբերում են հողի փոփոխություններ առջևում, համակարգը ավտոմատ կերպով կարգավորում է պտտման մոմենտը և զարկը: Սա հանգեցրել է մոտ 40% անսպասելի կանգերի իջեցման բարդ խառը դեմքի պայմանների դեպքում: Մեկ այլ մեծ առավելություն բխում է մոդուլային կտրող գլխի նախագծումից: Փոխարենը շաբաթներ տևող գործիքների փոխանակման տարբեր ժայռերի ձևավորման համար՝ աշխատակազմերը այժմ կարող են ավարտել այս փոփոխությունները ընդամենը երկու օրվա ընթացքում, ինչը մեծ տարբերություն է նախագծերի ժամանակացույցին համապատասխան ընթացքում:

Թունելի չափսերը, համակենտրոնությունը և մեքենայի աշխատանքային պահանջները

Թունելի խորության, տրամագծի և համակենտրոնության ազդեցությունը TBM-ի ընտրության վրա

Այն, թե որքան խորը է թունելը, որոշում է գետնի ճնշումը, որը նշանակում է, որ խողովակների փորման սարքերը պետք է լինեն հատուկ ամուր կառուցվածքով՝ 5 բարից ավելի ճնշումներ դիմադրելու համար, երբ փորում են շատ խոր տակ: Չափը նույնպես կարևոր է: 12 մետրից ավելի մեծ սարքերը սովորաբար լավագույն արդյունք են տալիս հողային ճնշման հավասարակշռման համակարգերով քաղաքային միջավայրերում, որտեղ չենք ցանկանում, որ շենքերը խորտակվեն: 6 մետրից փոքր սարքերը կարող են օգտագործել ղեկավարվող փորման տեխնոլոգիան՝ ճշգրիտ դիրքավորման համար: Երբ թունելները ծռվում են կամ գնում են ուղիղ վեր/ներքև, օպերատորներին անհրաժեշտ են այնպիսի սարքեր, որոնք կարող են ծռվել և պտտվել՝ մոտ 8 աստիճանի պտույտի կարողությունը օգնում է կառավարել այդ բարդ բարձրության փոփոխությունները՝ առանց կոտրվելու: Ուղղանկյուն ձևով թունելների վերջերի վերաբերյալ վերջերս կատարված ուսումնասիրությունները ցույց տվեցին մի հետաքրքիր փաստ: Եթե բարձրությունը ավելի քան 1,5 անգամ մեծ է լայնությունից, ապա անկայունության խնդիրներ առաջանալու հավանականությունը մոտ 34% ավելի բարձր է: Դա բացատրում է, թե ինչու են ինժեներները շատ ժամանակ ծախսում կտրող գլխիկների նախագծման վրա՝ համապատասխանեցնելով թունելի որոշակի ուղիներին:

Նախագծի արդյունավետության համար հզորության, բարձրացման և առաջընթացի օպտիմալացում

Այսօրվա թունելային փորման մեքենաներին խառը հողային պայմաններում շարժման համար անհրաժեշտ է 2,500-ից 6,000 կիլոնյուտոն բարդության ուժ՝ ապահովելով մոտ 15-35 միլիմետր րոպեում արագություն: Շարժիչային համակարգերը պետք է ճիշտ չափազանցված լինեն՝ համապատասխանեցնելով կտրող գլխի պտտման մոմենտի պահանջներին, որը սովորաբար տատանվում է 3-ից մինչև 15 մեգանյուտոն մետր: Կարծր ժայռերի միջով աշխատելիս սկավառակաձև կտրիչները սովորաբար պտտվում են մոտ 5-6 պտույտ րոպեում՝ 350 կիլովատտային շարժիչների կողմից սնուցված: Երբ աշխատում ենք փափուկ հողերում գերադրությունը հավասարակշռող մեքենաների հետ, իրավիճակը մեծապես փոխվում է: Այդ մեքենաները ավելի շատ կենտրոնանում են հողի հեռացման գործընթացի վրա, ուստի հիմնվում են պտուտակաձև կոնվեյերների պտտման մոմենտի հնարավորության վրա, որը սովորաբար պահանջում է 120-ից 250 կիլոնյուտոն մետր: 2015 թվականին փափուկ հողում թունելային աշխատանքների ընթացքում ստացված որոշ հետաքրքիր արդյունքներ ցույց տվեցին, որ բարդության ճնշման իրական ժամանակում կատարվող ճշգրտումները կարող են կրճատել ուղղության սխալները կրկնակի, համեմատած ֆիքսված ճնշման պայմանների հետ: Թունելի օպերատորները միշտ հավասարակշռում են այն արագությունը, որով ցանկանում են առաջ շարժվել, և գործիքների կյանքի տևողությունը: 2022 թվականի վերջերս կատարված ուսումնասիրությունները ցույց տվեցին, որ պարզապես 20%-ով իջեցնելով պտույտների քանակը րոպեում, կարող է երկու անգամ ավելացնել կտրիչների կյանքի տևողությունը՝ աշխատելով շատ կոպտաշերտ գրանիտային ձևավորումներում:

Տեխնոլոգիական ինտեգրում և շահագործման արդյունավետություն ժամանակակից թունելային փորման մեքենաներում

Ժամանակակից թունելային փորման մեքենաները (TDM-ները) այժմ սարքավորված են ավտոմատացմամբ և ԱԻ-ով օգնվող ղեկավարման համակարգերով որոնք օպտիմալացնում են փորման ճշգրտությունը՝ նվազեցնելով մարդկային սխալները: Այդ համակարգերում տեղադրված իրական ժամանակում նիշայնացման գործիքները վերլուծում են երկրաբանական տվյալները՝ դինամիկորեն կարգավորելով կտրող գլխի պտտման մոմենտն ու հրման ուժերը, ապահովելով ±10 մմ-ի ճշգրտություն նույնիսկ անկայուն շերտերում:

Ավտոմատացում, ԱԻ-ով օգնվող ղեկավարում և իրական ժամանակում հսկման համակարգեր

Ժամանակակից ԱԻ համակարգերը կարող են մշակել 500-ից ավելի սենսորային տվյալներ յուրաքանչյուր վայրկյանը, ինչը թույլ է տալիս կանխատեսել հողի վարքը և համապատասխանաբար կարգավորել փորման պարամետրերը: Սա խոշոր նախագծերում, ինչպիսին է Գոթհարդի հիմնական թունելի շինարարությունը, անսպասելի կանգները նվազեցրել է մոտ մեկ քառորդով: Բետոնային աղբյուրի կառավարման հարցում ավտոմատացումը պահում է ճնշումը հավասարակշռված, ինչը օգնում է կանխել կործանումները՝ աշխատելիս խոնավ հողում: Իրական ժամանակում հսկման համակարգերը նույնպես ապացուցվել են շատ արդյունավետ, նվազեցնելով ջրի ներծծման խնդիրները մոտ 40 տոկոսով՝ համեմատած հին ձեռքով կատարվող մեթոդների հետ: Եվ մի մոռացեք այն կանխատեսող սպասարկման հատկությունների մասին, որոնք երկարաձգում են սարքավորումների աշխատանքը, մասերի կյանքը երկարաձգելով մոտ 30%-ով՝ ըստ մի քանի ինժեներական ընկերությունների հաշվետվությունների:

Հեռակա դիագնոստիկայի և կառավարման համակարգեր՝ բարձրացված կատարողականության համար

Կենտրոնացված կառավարման կենտրոնները հիմա թույլ են տալիս հեռակա ՏԲՄ կառավարում օգտագործելով IoT-ով հիմնված ախտորոշում: Օրինակ՝ թրթռոցի վերլուծության ալգորիթմները հայտնաբերում են ոսպնյակների մաշվածություն 50 ժամ առաջ վնասվածքից, թույլ տալով կանխակալված վերանորոգումներ: Հեռահար ուղեցույցների համակարգ օգտագործող 2024 թ. փորձարկման նախագիծը հասել է 98% անվտանգության ցուցանիշի քաղաքային խողովակների տեղադրման ընթացքում՝ պարզեցնելով կտրիչների փոխումը և հողի հեռացումը:

Այս նվաճումները նախագծերի ժամանակացույցը կրճատում են 20-30%՝ նվազեցնելով աշխատանքի արժեքն ու վթարների քանակը:

Սեփականության ընդհանուր արժեք, սպասարկում և աշխատողների հարմարվողականություն

Կյանքի տևողության ծախսեր, սպասարկման կարիքներ և վերանորոգման հասանելիություն

Թունելային փորման մեքենայի սեփականության ընդհանուր արժեքը (TCO) շատ ավելին է, քան սկզբնական գինը. շահագործումն ու սպասարկումը (O&M) կազմում են ծախսերի 45-60%՝ ընդհանուր կյանքի ընթացքում: Դրա մեջ են ներառված՝

• Կանոնավոր նորոգում : Կտրող գլխի ստուգումներ ($12հազար–$18հազար ըստ ինտերվալի) և կնիքերի փոխարինում ($740հազար–$2,1 միլիոն տարեկան), որպեսզի կանխվեն կատաստրոֆալ անսարքություններ
• Անպլանային նորոգումներ : Մաշված մասերի փոխարինում աբրազիվ ժայռերի պայմաններում, որի արժեքը կարող է հասնել տարեկան նախագծի բյուջեի 30%-ի
• Կանգնեցման հետևանքներ : Փոխանցման մեխանիզմի անսարքությունների պատճառով 1-2 շաբաթ ուշացումը թունելային աշխատանքների արդյունավետությունը կրճատում է 18-22%

Վերանորոգման հասանելիությունը կազմում է սպասարկման ծախսերի 25%-ը սահմանափակ աշխատանքային տարածքներում: Մոդուլային կառուցվածքները՝ ստանդարտացված մասերով, 40%-ով կրճատում են մասերի փոխարինման ժամանակը՝ համեմատած հատուկ համակարգերի հետ:

Օպերատորների վերապատրաստում, անվտանգության հատկանիշներ և համապատասխանություն տեղական նորմերին

Որակյալ օպերատորները արագացնում են առաջխրահանման ընթացքը 15%-ով, միաժամանակ կրճատելով կտրող գործիքների մաշվածությունը 28%-ով: Պարտադիր վարձակալությունները ներառում են՝

• 120–180 ժամ սիմուլյատորային վարձակալություն փափուկ հողում աշխատող TBM-ների համար
• Շաբաթական անվտանգության վարժանքներ՝ հրդեհի մարման և արտակարգ դեպքերում էվակուացիայի վերաբերյալ
• Համապատասխանություն տարածաշրջանային ստանդարտներին, ինչպիսին է OSHA-ի սահմանափակված տարածքներում մտնելու կանոնները (29 CFR 1926.800)

Ժամանակակից թունելային անցքահանները համատեղում են բախումից խուսափման համակարգեր (25% քիչ դեպքեր) և ավտոմատացված գազի հսկողություն՝ համապատասխանելու ԵԱՄ-ի 2023 թվականի սարքավորումների ուղեցույցի թարմացումներին: Կենտրոնական Եվրոպայում 2023 թվականին իրականացված նախագիծը ցույց տվեց, որ հարմարվողական վարձակալության ծրագրերը իրական ժամանակում կատարողականի վերլուծության շնորհիվ 30% կրճատեցին անպլանավոր դադարները:

Հաճախ տրամադրվող հարցեր

Ո՞ր հիմնական գործոններն են ազդում Թունելային Բուրող Մեքենայի (TBM) ընտրության վրա

Հիմնարար գործոններից են երկրաբանական համատեղելիությունը՝ ինչպիսիք են ժայռի կազմությունը, հողի տեսակը, հողի կայունությունը, ստորերկրյա ջրերի ճնշումը և խզվածքային գոտիների առկայությունը, որոնք կարող են ազդել մեքենայի արդյունավետության և նախագծի ընդհանուր հաջողության վրա:

Ինչպե՞ս են ժամանակակից անցքահանները կառավարում փոփոխական հողային պայմանները:

Ժամանակակից անցքահան մեքենաները, հատկապես հիբրիդային մոդելները, միավորում են Երկրային ճնշման հավասարակշռության (EPB) և սլարի տեխնոլոգիաները՝ հարմարվելու տարբեր տեսակի ժայռերին, օգտագործելով իրական ժամանակում աշխատող սենսորներ հսկման և ինքնաշխատ կարգավորումների համար:

Ինչու՞ է տեխնոլոգիաների ինտեգրումը կարևոր անցքահան մեքենաներում:

Արհեստական ինտելեկտով ապահովված ղեկավարման համակարգերը և իրական ժամանակում հսկողությունը բարելավում են փորման ճշգրտությունը, նվազեցնում են մարդու սխալները և ամբողջական շահագործման արդյունավետությունը՝ դինամիկորեն կարգավորելով կտրող գլխի պարամետրերը՝ ճշգրիտ համաձայնեցման համար:

Ո՞ր վարպետություններն են անհրաժեշտ անցքահան մեքենաների օպերատորների համար

Օպերատորներից ընդհանրապես պահանջվում է 120-180 ժամ սիմուլյատորային վարժարկություն, շաբաթական անվտանգության վարժանքներ և համապատասխանություն տարածաքային անվտանգության ստանդարտներին՝ ինչպիսին օրինակ OSHA-ի սահմանափակված տարածքներում մտնելու կանոններն են՝ համոզված լինելու համար, որ TBM-ի գործողությունները կատարվում են արդյունավետ և անվտանգ: