Kaip mikro TBM keičia podėtines iškavimo technologijas

Kas yra mikro TBM? Pagrindiniai komponentai ir pagrindiniai skirtumai

Mikro TBM apibrėžimas ir pagrindiniai komponentai

Mikrotunelių gręžimo mašina, dažniausiai vadinama TBM, geriausiai tinka kasinėti tunelius, kurių skersmuo mažesnis nei 1,5 metro. Šios mašinos yra aprūpintos keletu pagrindinių dalių, įskaitant besisukantį pjovimo galvutę, kuria iškasi žemę, hidrauliką, stumiančią ją pirmyn, bei drėgnas ar sausas sistemas, skirtas tvarkyti visą iškastą medžiagą. Tai, kas juos tikrai išskiria, yra lazerinis orientavimosi sistema, kuri užtikrina tikslią padėtį su mažiau nei kelių centimetrų dalimi. Pagal 2023 metų pramonės ataskaitas, toks tikslumas sumažina lygiavimo problemas apie 15 %, palyginti su senesnėmis rankinėmis technikomis. Savivaldybės ypač mėgsta šias TBM, ypač norėdamos tiesi plombas ir kabelius po intensyviai naudojamomis gatvėmis, nereikšdamos kelių ar trikdydamos kasdienį gyvenimą virš žemės paviršiaus.

Kaip mikro TBM skiriasi nuo tradicinių TBM

Konkretiniai tunelių gręžimo automobiliai geriausiai tinka dideliams tuneliams, kurių plotis viršija 6 pėdas, tačiau mikro TBMs yra specialiai sukurti siaurų vietų gręžimui, kur trūksta erdvės. Senesnės versijos reikalauja didelių įėjimų ir nuolat daug darbininkų statybvietėje. Mikro TBMs gali būti valdomi iš atstumo, be to, jie tiesiogiai gręždami dirvą integruoja vamzdžių montavimą. Pagal praėjusiais metais atliktus Realtop Machinery tyrimus, projektai, naudojant šiuos mažesnius mechanizmus, miesto teritorijose baigiami 25 % iki beveik 40 % greičiau. Be to, jų modulinė konstrukcija leidžia darbininkams juos greitai išmontuoti, kai to reikia, ir perkelti į kitas darbo vietas – kažkas, kas neįmanoma su tais didesniais tradiciniais mechanizmais, užimančiais daug vietos.

Mikrotunelių gręžimo mašinų funkcionalumas ir valdymo sistemos

Naujausios kartos mikro MAZ įrenginiai aprūpinti protingais jutikliais, kurie per „dalykų internetą“ seka tokias vertes kaip sukimo momentas, stūmos jėga ir kiek pasipriešinimo jie patiria iš skirtingų dirvožemio tipų, dirbdami po žeme. Šią informaciją mašinos siunčia atgal darbuotojams paviršiuje realiu laiku. Kai kurios sumaningos kompiuterinės programos iš tiesų gali nuspėti gedimus net 50 valandų anksčiau nei kas nors sugestų, pagal 2023 metų pramonės ataskaitas. Toks tomatumas sumažina netikėtus sustojimus apie 30 %. Sudėtingoms dirvožemio sąlygoms įveikti šie įrenginiai turi specialias uždarosios kilpos sistemas, kurios viską tinkamai išlaiko subalansuotą. Be to, integruotos kameros suteikia darbuotojams visapusišką vaizdą aplink kasant tunelį, padedant išvengti galimų susidūrimų. Visa tai leidžia nepertraukiamai dirbti itin įspūdingu tempu – kasdien įsiskverbdami apie 15 metrų, nesukeldami rizikos aplinkiniams statiniams.

Tikslumas ir automatizacija: mikro TBM technologinis pranašumas

Automatiniai nukreipimo sistemos mikro TBM veikloje

Mikro TBM naudojasi automatinėmis nukreipimo sistemomis, kurios sujungia inercinės navigacijos technologiją, pasvirimo jutiklius bei hidraulinius valdymo mechanizmus, kad pasiektų labai tikslius matavimus iki milimetro. Šių sistemų veiksmingumą lemia gebėjimas koreguoti pjovimo galvutės padėtį nuo 50 iki 100 kartų kiekvieną sekundę, kas praktiškai pašalina klaidas, kurias žmonės dažnai daro bandydami rankiniu būdu išlyginti tunelį. Skaičiai taip pat byloja – matuojamas apie 40 % mažesnis nukrypimų skaičius. Tai ypač svarbu kasant tunelius po miestų jautriais rajonais, kur stovi senos pastatų struktūros arba veikia esamos metro linijos po žeme. Inžinieriai gali ramiau miegoti, žinodami, kad įranga nenukryps nuo numatyto kelio ir nepažeis vertingos infrastruktūros vykdant darbus.

Lazerinė ir CCTV nukreipimo sistemos realaus laiko tikslumui

Naudojant dvigubus koordinačinius lazerius kartu su PTZ stiliaus saugumo kameromis, darbuotojai gauna iš karto naudojamą erdvinę informaciją, į kurią galima nedelsiant reaguoti, kai reikia reguliuoti. Lazeris praktiškai veikia kaip atramos taškas pjovimo galvutėje, o kameros stebi, kas iš tikrųjų vyksta, palygindamos su tuo, kas parodyta skaitmeniniuose planuose. 2023 m., kai buvo montuojamos šviesolaidinės linijos per senovinius Londono rajonus, šios sistemos užtikrino, kad žemės judėjimas būtų mažesnis nei 3 milimetrai. Toks tikslumas buvo absoliučiai būtinas, nes tiesiai virš tunelių buvo pastatyti šimtmečius seni pastatai.

IoT integracija realaus laiko stebėsenai ir duomenų analizei

Mikro TBMs yra komplektuojamos su apie 30–50 integruotais IoT jutikliais, kurie siunčia visokiausią eksplotacinę informaciją, tokį kaip sukimo momento lygis, stūmos matavimai ir dirvožemio tipas, pro kurį gręžiama, į debesijos saugyklų sistemas. Tai leidžia inžinieriams koreguoti gręžimo parametrus realiu laiku, kas padėjo padidinti darbų tempą maždaug 22 procentais statant didelius nuotekų tunelius po Niujorko miestu. Tikras pranašumas pasireiškia naudojant mašininio mokymosi algoritmus, kurie analizuoja uolienų formacijas ir dirvožemio tipus, tada siūlo optimalius apsukų per minutę (RPM) nustatymus bei tyros slėgio koregavimus, reikalingus skirtingoms dirvos sąlygoms. Praktikoje tai reiškia sklandesnę veiklą ir mažiau sustojimų, kai komandos juda per sudėtingas požemines aplinkas.

Dirbtinio intelekto valdoma prognozuojamoji techninė priežiūra užtikrinant veiklos tęstinumą

Stebint, kaip vibruoja mašinos, ir tikrinant hidraulinių skysčių būklę, dirbtinio intelekto sistemos gali nustatyti įrangos gedimą nuo 300 iki 500 valandų iki jo įvykimo. Gebėjimas numatyti šias problemas sumažina netikėtus sustojimus apie dvi trečiąsias, kas ypač svarbu miestų statybos darbams, vykstantiems griežtomis taisyklėmis dėl triukšmo lygio ir darbo valandų. Paimkime pavyzdį – vieno metro regiono telekomunikacijų projektas pernai. Jų dirbtinio intelekto sistema aptiko požymius, kad pagrindinis guolis pradėjo dėvėtis per reguliarias naktines patikras. Be šio ankstyvo įspėjimo, visas procesas galėjo užtrukti net 14 dienų.

Inovacijos, skatinančios šiuolaikinę mikrotunelių įrangą

Pažangūs pjoviklių galvos dizainai įvairioms geologinėms sąlygoms

Naujausios mikro TBM pjovimo galvų konstrukcijos yra modulinės, leidžiančios operatoriams reguliuoti pjovimo kampus pagal poreikį, taip pat turi pakeičiamus diskinius pjūklus, kurie sumažina dėvėjimąsi apie 40 % dirbant sudėtingomis mišrių gruntų ir uolienų sąlygomis. Tai didelis pagerinimas lyginant su senesniais fiksuotos konstrukcijos modeliais, kaip nurodyta „Tunneling Journal“ praeitais metais. Tačiau tai, kas iš tikrųjų išskiria šias mašinas, yra jų dvigubos veikimo galimybės. Jos gali akimirksniu perjungti režimą nuo minkštų grunto sluoksnių prie kietų uolienų formacijų be jokio darbo stabdymo. Toks lankstumas yra absoliučiai būtinas statant tunelius po miestų gatvėmis, kur požeminiai sluoksniai niekada nepasilieka nuoseklūs iš vienos vietos į kitą.

Hibridinės ir energiją taupančios energijos sistemos darnai

Vedantys gamintojai dabar naudoja hibridines dyzelio-elektrines variklių sistemas, kurios sumažina kuro suvartojimą 28 %, išlaikant aukštą sukimo momentą. Rekuperacinis stabdymas stabdymo metu sugauna kinetinę energiją ir pakartočiai ją panaudoja pagalbinėms funkcijoms, tokioms kaip tirpalo siurbimas. Šie patobulinimai atitinka globalius dekarbonizacijos tikslus, sumažindami CO₂ išmetamą kiekį 22 tonomis kiekvienam iškastam kilometrui.

Nuotolinio valdymo galimybės, didinančios tikslumą ir saugą

Turint dirbtinį intelektą valdyme, operatoriai dabar gali valdyti visus mikro mažųjų gręžtuvų (Micro TBM) veikimo aspektus tiesiai iš savo paviršiaus stotyje, nesileisdami į tunelius. Sistema nuolat stebi, kas vyksta po žeme, gaunant realaus laiko duomenis iš jutiklių. Tai leidžia jai koreguoti tokias parametrus kaip slėgio dydis stūmimo metu ir pjovimo galvutės sukimosi greitis. Pagal 2024 m. NIOSH atliktus tyrimus, šios korekcijos padeda beveik idealiai išlyginti optinių kabelių klojimą – pasiekiant 0,4 % nuokrypį nuo absoliučiai tiesaus išdėstymo. Darbuotojų pašalinimas iš tų pavojingų požeminių zonų ženkliai sumažina sužeidimų riziką. Statistika rodo, kad kalbama apie apytiksliai tris ketvirtadalius sumažėjusią veiklą kenksmingomis sąlygomis, kas daug prisideda prie sprendimo daugelio saugos problemų, dėl kurių OSHA priversta reguliuoti visą tunelių statybos pramonę.

Išmaniųjų valdymo sistemų integracija į MTBM darbo eigą

Valdymo skydeliai, kurie gali diagnozuoti save, dabar naudoja mašininio mokymosi algoritmus, kad analizuotų daugiau nei 200 skirtingų veikimo veiksnių. Šios sistemos iš tikrųjų gali prognozuoti gedimą net 80 valandų iki jo įvykimo. Požeminiam statybai automatinės užpildymo sistemos glaudžiai bendradarbiauja su žemės kasimo tempu per slėgio stebėjimo prietaisus. Tai padeda apriboti pastatų grimztamumą, ypač ten, kur dirvožemyje yra daug molio. Skaičiai taip pat byloja įspūdingą istoriją nuo ankstyvo 2022 metų. Tankiai apgyvendintuose miestuose projektų vėlavimai sumažėjo, kai buvo įdiegtos šios protingos technologijos. Kalbame apie tai, kad dideliuose miestuose nepageidaujami vėlavimai sumažėjo apie 34 procentus.

Taikymas miesto infrastruktūroje: efektyvumas su minimaliais sutrikimais

Pagrindiniai mikro TBM technologijos taikymo mieste aspektai

Micro TBM technologija yra plačiai naudojama kritinės požeminės infrastruktūros įrengimui minimaliai paveikiant paviršių. Pagrindiniai taikymo būdai apima:

• Komerciniai tuneliai vandens, nuotekų ir elektros tinklus
• Lietaus vandens drenažo sistemas norint sumažinti miestų potvynių riziką
• Telekomunikacijų kabelių kanalizacijos tinklus palaikant 5G plėtrą
• Dujotiekio montavimą po istorinėmis zonomis

Dėl jų kompaktiško dydžio (0,6–1,5 m skersmens) galima judėti po keliais ir pastatais, išvengiant trikdančių atvirų iškastų duobių ar konstrukcijų stiprinimo

Laiko efektyvumas užmiesčiuose miestų aplinkose

Plėtojant telekomunikacijų tinklą Madride, mikro TBM įrenginiai įveikė 2,1 km tunelių 40 % greičiau nei atvirojo kasimo metodas, veikdami nepertraukiamai be paviršiaus trikdymo. Pramonės duomenys rodo, kad miestų mikro TBM projektai baigiami 30–50 % greičiau nei gręžimo ir sprogimo metodas (Urban Tunneling Journal 2023), todėl jie yra idealūs miestams, siekiantiems sumažinti visuomenės nepatogumus.

Tiksli inžinerija, siekiant sumažinti paviršiaus trikdymą

Turėdami padėties tikslumą ±5 mm, mikro TBM įrenginiai leidžia labai kontroliuojamą tuneliavimą, įskaitant:

1. Saugų pravažiavimą po veikiančiomis metro linijomis, kai žemės nusėdimas sudaro mažiau nei 1 mm
2. 800 mm vamzdynų montavimą 8 m gylyje po intensyviai naudojamais automagistralėmis
3. Judėjimą siaurais posūkiais, kurių spindulys gali būti toks pat mažas kaip 30 m

Dėl šio tikslumo paviršiaus trikdymas yra 70 % mažesnis lyginant su tradiciniais metodais, todėl išsaugomas esamas reljefas, atnaujinant požemines komunalines paslaugas.

Pavyzdžiai: komunalinių paslaugų tuneliai, lietaus nuotekų sistemos ir telekomunikacijų tinklai

Tokijos miestas įdarbino 12 mažų tunelių gręžimo mašinų, vadinamų Mikro TBM, siekiant įrengti apie 23 kilometrus požeminių nuotekų kanalizacijos vamzdžių po dirvožemio sluoksniais, siekiančiais apie 15 metrų gylio. Nepaprastai sėkmingai jiems pavyko užbaigti šį milžinišką darbą nesukeldami jokių didelių sutrikimų kasdieniam gyvenimui savo platėjančiame metropolyje nAMAI daugiau nei 14 milijonų žmonių. Tuo tarpu per vandenyną Londone inžinieriai dirbo su viena konkrečia Mikro TBM, kurios skersmuo sudarė vos 0,9 metro, o ji gebėjo kasdien gręžti įspūdingu 15 metrų per dieną greičiu tiesiai pro senovines Viktorijos amžiaus pastatų pamatus. Tai padėjo išvengti net šešių visų savaičių trukmės būtinų, tačiau erzinančių kelio uždarymų. Šie praktiniai pavyzdžiai aiškiai parodo, kodėl daugelis miestų renkasi šias kompaktiškas tuneliavimo technologijas atnaujindami infrastruktūrą, nereikalaudami gatvių ardomo ir nepatogumų gyventojams.

Mikro TBM naudojimo sąnaudos, saugumas ir aplinkosauginiai pranašumai

Micro TBM technologija užtikrina 30 % žemesnes eksploatacijos išlaidas mažo skersmens projektams (1,5 mln. €), o miesto sąlygomis statybos trukmė sutrumpinama 40 % (2023 m. Tunelių statybos kainų analizė). Taupymas pasiekiama dėl tikslaus medžiagų naudojimo ir sumažintų darbo jėgos poreikių – projektuose paprastai reikia 60 % mažiau personalo nei gręžimo ir sprogimo darbams.

Palyginti su tradiciniais metodais, mikro TBM siūlo reikšmingus pranašumus:

• 85 % mažesnis vibracijos lygis , apsaugant gretutines konstrukcijas
• 92 % sumažėjęs dalelių išmetimas (Ponemon Institute 2023)
• Paviršiaus trikdymo zonos sumažėja nuo 15 m² iki vos 2 m²;

Aplinkosauginiu požiūriu mikro TBM projektai sukuria 45 % mažesnis anglies pėdsakas dėl efektyvaus energijos naudojimo ir 98 % sumažėjusio išgriovimo tūrio. Uždarasis žemės kasimo sistema neleidžia užteršti gruntinių vandenų – tai ypač svarbu dirbant po apsaugomais akviferiais.

Saugos rodikliai ženkliai pagerėja, su 73 % mažiau darbo vietų nelaimingų atsitikimų dėl nuotolinio valdymo ir automatinio slėgio reguliavimo. Šios sistemos pašalina darbuotojų veiklos tunelių galuose riziką ir 68 % sumažina susidūrimo pavojų.

Ilgalaikiai pranašumai apima ilgesnį įrangos tarnavimo laiką – dirbtinio intelekto diagnostika komponentų ilgaamžiškumą padidina 30 % – bei didelį perdirbamumą, kai modulinė konstrukcija leidžia 85 % detalių pakartotinai naudoti skirtinguose projektuose. Visi šie veiksniai prisideda prie 22 % didesnio projekto užbaigimo greičio daugiametėse miesto infrastruktūros programose.

Dažniausiai paskyrančių klausimų skyrius

Kas yra mikro TBM?

Mažo skersmens gręžimo mašina (TBM) naudojama mažo skersmens tunelių projektams, ideali tuneliams, kurių skersmuo mažesnis nei 1,5 metro, kasti.

Kuo skiriasi mažo skersmens TBM nuo tradicinių TBM?

Micro TBMs yra projektuojami siaurų erdvių reikmėms ir gali būti valdomi iš toli. Jie kompaktiški ir moduliniai, skirtingai nuo įprastų TBM, kuriems reikia didelių pradinių taškų ir daugiau darbuotojų vietoje.

Kokie yra mikro TBM pagrindiniai komponentai?

Pagrindiniai komponentai apima besisukantį pjovimo galvą, hidraulinius stūmimo mechanizmus, lazerines navigacijos sistemas ir sistemas iškastos medžiagos tvarkymui.

Kokie yra mikro TBM naudojimo pranašumai?

Mikro TBM siūlo tikslumą, greitesnius projekto terminus, sumažintas darbo jėgos reikmes, aplinkosauginius pranašumus, tokio kaip mažesnis anglies pėdsakas, bei pagerintą saugą dėl galimybės dirbti nuotoliniu būdu.

Kurios miestų sritys dažniausiai naudoja mikro TBM?

Mikro TBM naudojami komunikacijų tuneliams, lietaus vandens sistemoms, telekomunikacijų tinklams ir dujotiekio montavimui su minimaliais paviršiaus sutrikdymais.