Проектын тухай туннель бургасан машин сонголтод харьяалагддаг хэдэн факторыг санал болгох хэрэгтэй вэ?

Тоннель буудах машин сонгоход нөлөөлөх газрын түүхийн болон геотехникийн нөхцлүүд

Хөрс, чулуулагийн бүтэц, газрын тогтвортой байдлыг үнэлэх

Тоннель буудах машинууд (TBM) үр дүнтэй ажиллахын тулд нарийвчлалтай газрын түүхийн нийцмэл байдал шаардлагатай. Scientific Reports-ийн Scientific Reports судалгаанд TBM-ийн зогсолтын 70% нь газрын түүхийн нийцмэл бус байдлаас үүдэж гардаг бөгөөд ялангуяа холимог хөрсний орчинд илэрдэг. Гол анхаарах зүйлс дотор:

• Завсарлагч чулуулагийн давхаргууд зөөлөн хөрстэй харьцуулахад 3 дахин хурдан толгойг элэгдүүлдэг
• Саармаглагч формациуд машин зогсохыг сэргийлэхийн тулд эргэх моментийн чадавхийг сайжруулах шаардлагатай
• Хагарсан бүсүүд хангалтгүй байдалд орохаас сэргийлэхийн тулд шаардлагатай бодит цагийн газрын дэмжлэгийн тохируулгыг хийх

Газрын доорх усны даралт болон хугарлын бүсүүдийг үнэлэх

5 бар-аас дээш газрын доорх усны даралт нь туннелийн бүтэн байдлыг эрсдэлтэй болгох бөгөөд хугарлын бүсүүд түүний чангарлыг 40%-иар нэмэгдүүлдэг. Орчин үеийн TBMs дараах системүүдийг интеграцчилсан байдаг:

• Усны орж ирэхийг немэх үед илрүүлэх гипербарик даралтын сенсорууд
• 3 бар-ийн зөрүүтэй даралтын заагт ажиллаж эхэлдэг гравтлагчийн системүүд
• Ороомог замын 15 метрийн доторх хугарлын шугамуудыг зураглах сейсмик урьдчилан шалгах модуль

Тохиолдол судалгаа: Готтхардын суурин тунелд TBM-ийг нарийн геологийн нөхцөл байдалд тохируулах

Готтхардын төслийн хүрээнд дараах зүйлсийг багтаасан 73 ялгаатай геологийн заагтай тулгарсан:

1. Мета-бүтэцтэй чулуулаг 450 кН түлхэлтийн чадал шаарддаг хэсгүүд
2. Газрын доорх усны бүс хоёр шаттай ус зайлуулах аргаар удирдаж байв
3. Хайрцган бүс модуль хэсгийн эвлүүлэгчийн систем ашиглан бууруулсан

Энэ тохируулга нь хэвийн аргатай харьцуулахад геологийн саатлыг 62%-иар бууруулсан бөгөөд туннель бурий машин сонгоход бүрэн дүнд хүрсэн инженерийн геологийн судалгааны чухал үүргийг харуулж байна.

Туннель бурий машины төрлүүдийг газрын нөхцөлтэй нийлүүлэх

Туннель бурий машин (TBM)-ийн хамгийн тохиромжтой төрлийг сонгохдоо машинийн чадавхийг газрын доорх дарамт, бэрхшээлтэй нийлүүлэх шаардлагатай.

EPB, Шингэн, Хатуу чулууны TBM: Геологийн үндсэн дээр сонгох

Далайн тэнцвэрт (EPB) газрын доорх тоннелийн буудлагын машинууд нь шахагдсан хөрсийг ашиглан тоннелийн ханыг тогтвортой байлган, гадаргуугийн хөдөлгөөнийг хамгийн бага байлгах замаар зөөлөн хөрстэй болон хотын нөхцөлд хамгийн сайн ажилладаг. Шингэн чийдийтэй газрын нөхцөлд саванын цэргийн машинууд нь доод талаас ирэх усны даралттай тэнцвэртэй байхын тулд бентонитын шороог усанд холин шингэн үүсгэдэг. Дискэн хайчлах төхөөрөмжтэй хатуу чулуулагийн TBMs нь чулуулагийн чанараас хамааран өдөрт ойролцоогоор 15-30 метр хүртэлх хурдаар хатуу чулуулагийг даван туулдаг. 2022 онд нийтэлсэн саяхны судалгаагаар инженерүүд тухайн геологийн нөхцөлд тохирохгүй машин сонгосноос болж төслүүд дунджаар хоёр дахин ихээр хоцордог байна. Энэ нь урьдчилан шахалтын ажил эхлэхээс өмнө доор юу байгааг сайтар ойлгох хэр чухал болохыг харуулж байна.

Хувьсах, эрсдэлтэй газрын нөхцөлд зориулсан олон горимын TBMs

Орчин үеийн гибрид тоннель буудлагын машинууд нь EPB болон шорооны технологийг хослуулсан байдаг тул төслийг зогсохгүйгээр янз бүрийн чулуулагийн төрлүүдтэй ажиллах боломжийг олгодог. Жишээ нь, Готтардын нэвтрэх тоннелд инженерүүд ухах үедээ олон удаа горимыг солих чадвартай машин ашигласан. Тухайлбал, энэ машин нь туузан цэв, багасан чийгтэй, элсэн чулуу ба зөгийн хольц дотор ажиллах явцдаа ойролцоогоор 14 удаа тохиргоог өөрчилсөн. Эдгээр машинууд нь хангай дахь үйл явцыг тасралтгүй хянах датчиктай хангагдсан байдаг. Урд талын хөрсний нөхцөлд өөрчлөлт илрүүлэх үед систем нь эргэлтийн момент болон түлхэлтийг автоматаар тохируулдаг. Энэ нь хүнд нөхцөл байдлын холимог толботой ажиллах үед хүлээгдээгүй зогсолтуудыг ойролцоогоор 40%-иар бууруулсан. Нөгөө их давуу тал нь модуль хэлбэртэй огтлогчийн толгойн загвар юм. Янз бүрийн чулуулагийн бүтэцтэй ажиллахын тулд хэрэгслээ солихад долоо хоног зарцуулахын орондоо ажилчид одоо эдгээр өөрчлөлтийг зөвхөн хоёр хоногт хийж дуусгадаг болсон нь төслүүдийг хугацаанд нь хийхэд маш их ялгаатай болдог.

Тоннелийн хэмжээ, чиглэл болон машин залгуурын шаардлагууд

Тоннелийн гүн, диаметр болон чиглэлийн ТБМ-ийн сонголтонд үзүүлэх нөлөө

Хоолойн хэдэн хэмжээний гүнд орох нь түүний даралтыг тодорхойлдог бөгөөд иймд маш гүн усанд шахалт 5 бар-аас дээш байх үед туннель буудлагын машинуудыг илүү хүчтэй барьж байх шаардлагатай болдог. Хэмжээ чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Нийслэл хотын орчимд барилга буултанд орохыг хүсэхгүй бол 12 метрээс дээш диаметртэй том машинууд нь ихэвчлэн газрын даралт тэнцвэржүүлэх системтэй илүү сайн ажилладаг. 6 метрээс доош хэмжээтэй жижиг машинууд нь нарийвчлалтай байршилд удирдлагатай буудлагын технологийг ашиглах боломжтой. Хоолойнууд муруй эсвэл шулуун дээш доошоо чиглэх үед операторууд задрахгүйгээр налуугийн налуу өөрчлөлтийг зохицуулахад ойролцоогоор 8 градусын эргэлтийн чадвар шаардлагатай машинуудыг хэрэглэдэг. Тэгш өнцөгт хэлбэртэй туннелийн төгсгөлийг судалсан саяхны судалгаанууд сонирхолтой зүйлийг харуулсан. Хэрэв өндөр нь өргөнөөсөө 1.5 дахин их байвал тогтворгүй байдал үүсэх магадлал 34%-иар илүү өсдөг. Ингэснээр инженерүүд тодорхой туннелийн замд тохирсон тэжээлийн толгойг загварчлахад их хэмжээний цагийг зарцуулдаг.

Төслийн үр ашгийг сайжруулахад зориулсан чадал, түлхэлт ба дэвшилтийн хурдыг тохируулах

Өнөдөр зам туннель хийх машинууд нь холимог газар, хөрсний нөхцөлд минутанд ойролцоогоор 15-35 мм-ийн энгийн хурдаар урагшаа явахын тулд зүгээр л 2,500-6,000 килоньютон хүч шаарддаг. Хөтлөх толгойн эргэх моментийн шаардлагад тохирсон чадалтай цахилгаан хангамжийн систем байх ёстой бөгөөд энэ нь ерөнхийдөө 3-15 меганьютон метр хооронд байдаг. Хатуу чулуулаг дотор ажиллах үед дискийн таслагчид ихэвчлэн 350 киловаттын хөдөлгүүрээр 5-6 эргэлт/минут хурдтай эргэдэг. Зөөлөн хөрст дотор ажилладаг даралт тэнцвэржүүлэгч туннель хийх машинуудад байдал үл ойштой өөрчлөгддөг. Эдгээр машинууд нь хаягдлыг зайлуулах процессыг удирдах асуудалд илүү их анхаардаг тул нунтаглагч конвейерын эргэх моментийн багтаамжид ихэвчлэн 120-250 килоньютон метр шаарддаг. 2015 онд зөөлөн хөрст дотор туннель хийх ажлын зарим сонирхолтой судалгааны үр дүнгээр харахад шахах даралтанд бодит цагт тохируулга хийснээр чиглэлийн алдааг тогтмол даралттай ажиллахтай харьцуулахад бараг хагасаар бууруулж болохыг харуулсан. Туннель ажиллуулагчид үргэлж газар доогуур хичнээн хурдан нэвтрэхийг хүсэж байгаа, хэрэгслүүдийнхээ амьдралын хугацаа хэр урт байхыг тэнцвэржүүлж ажилладаг. 2022 оны сүүлийн үеийн судалгааны дүгнэлтээр маш зөөлөн гранит чулуулгийг таслах үед эргэлтийн тоог зөвхөн 20%-иар бууруулах нь таслагчдын амьдралын хугацааг жинхэнэдээ хоёр дахин сунгаж чадна гэж заасан.

Орчин үеийн тоннель шахах машинд технологийн интеграци болон үйл ажиллагааны үр ашиг

Орчин үеийн тоннель шахах машинууд (ТШМ) автомжуулалт ба хиймэл оюун дэмжсэн чиглүүлэх системийг агуулдаг бөгөөд энэ нь хүний ​​алдааг багасган, уурхай авах нарийвчлалыг сайжруулдаг. Эдгээр системд суурилсан бодит цагийн хяналтын хэрэгслүүд геологийн мэдээллийг шинжилж, таслагч толгойн эргүүлэх момент болон түлхэх хүчийг динамик байдлаар тохируулж, тогтворгүй давхаргад ч ±10 мм-ийн нарийвчлалтайг баталгаажуулдаг.

Автомжуулалт, Хиймэл Оюун Дэмжсэн Чиглүүлэлт, Бодит Цагийн Хяналтын Систем

Орчин үеийн хиймэл оюун ухааны систем секунд тутамд 500 гаруй сенсорын утгыг боловсруулж, газрын төлөв байдлыг урьдчилан таамаглах, түүнд тохируулан шахалтын тохиргоог засварлах боломжийг олгодог. Энэ нь Готтардын суурийн тоннелийн барилга шиг томоох проектуудад хүртлээ хүлээгдээгүй зогсолтуудыг дөнгөж 25 хувиар бууруулсан. Шороог шингэнтэй байлгах ажиллагаанд автоматжуулалт даралтыг тогтвортой байлгаж, чийглэг хөрсөнд ажиллах үед газар хөрс цохиж унах явдлыг урьдчилан сэргийлдэг. Бодит цагт хяналт тавих систем нь мөн маш үр дүнтэй ажиллаж, хуучин арга техниктэй харьцуулахад усны нэвчилтийг ойролцоогоор 40 хувиар бууруулсан. Мөн тоног төхөөрөмжийг илүү удаан ажиллуулахад тусалдаг, инженерийн хэд хэдэн компаниудын талархлын дээр үндэслэн деталийн амьдралыг ойролцоогоор 30 хувиар сунгасан урьдчилан сэргийлэх засвар үйлчилгээний функц талаар бид маргаангүй мартаж болохгүй.

Ахиу үзүүлэлтийг сайжруулахын тулд холын диагностика, удирдлагын систем

Төвлөрсөн удирдлагын төвүүд одоо холын ТБМ-ийг ажиллуулах боломжийг олгодог ioT-тэй диагностикийн системийг ашиглан. Жишээ нь, хөдөлгүүрийн эргэлтийн шалбарийн износийг гэмтэл гарахаас 50 цагийн өмнө лабораторийн шинжилгээний алгоритмаар илрүүлж, урьдчилан засварлах боломжийг олгодог. Холын удирдлага зуучлах системийг ашиглан 2024 онд хийсэн туршилтын төслийн дүнд хотын шугам сүлжээнд 98% ажиллагааны байдлыг хангаж, хайргийн солилт, бохир хаягдал цэвэрлэх ажиллагааг хялбаршуулсан.

Эдгээр дэвшил нь төслийн хугацааг 20–30%-иар багасгаж, зэрэг ажиллагчийн зардал болон аюулгүй бус үзэгдлийг бууруулдаг.

Ерөнхий эзэмших өртөг, Засвар үйлчилгээ болон Ажилтны тохируулагдах чадвар

Амьдралын мөчлөгийн зардал, Засвар үйлчилгээний шаардлага болон Засварт хандах боломж

Туннель шахах машиний ерөнхий эзэмших өртөг (TCO) анхны үнээс хол давж, үйл ажиллагаа болон засвар үйлчилгээ (O&M) нь амьдралын туршид гарах зардлын 45–60% эзэлдэг. Үүнд дараах зүйлс орно:

• Цаг тухтай хэрэглээ : Каттерхедийн шалгалт (интервал тутамд $12k–$18k) ба герметик хальсыг солих үйлчилгээ (жилд $740k–$2.1M) гэх мэт урвуу аварга их зүйлсийг сэргийлэхийн тулд
• Хугацаа хязгааргүй засвар : Идэвхтэй чулуун орчинд элэгдэлтэнд орсон хэсгийг солих нь жилийн төслийн төсөвний хүртэл 30% зарцуулдаг
• Зогсонги байдлын нөлөө : Тээгдэхүүний эвдрэлээс болоод 1–2 долоо хоногийн хоцрогдол нь туннель босгох үйл явцыг 18–22%-иар бууруулдаг

Хязгаарлагдмал ажлын талбайд засвар үйлчилгээний нэвтрэх боломж нь засвар үйлчилгээний зардалд 25%-ийг эзэлдэг. Кастом системүүдтэй харьцуулахад стандартчилсан бүрэлдэхүүн хэсэг бүхий модуль дизайн нь бүрэлдэхүүн хэсгийн солилтоос хэмнэх хугацааг 40%-иар бууруулдаг.

Үйлчлэгчийн сургалт, аюулгүй байдлын онцлог шинж чанарууд, бүс нутгийн дүрэм журамд нийцүүлэх

Ур чадвартай үйлчлэгчид урьдчилан тодорхойлсон хурдыг 15%-иар сайжруулж, хөнгөн тээврийн хэрэгслээр орох тоноглолын износийг 28%-иар бууруулдаг. Одоо заавал шаардлагатай сертификатын шаардлага:

• зөөлөн газар нь ТБМ-ийн үйл ажиллагааны загварын сургалтад 120–180 цаг
• Галын устгах ба яаралтай нүүлтийн талаар долоо хоногт нэг удаа аюулгүй байдлын дасгал хийх
• OSHA-ийн хязгаарлагдмал орчинд орох протокол (29 CFR 1926.800) шиг бүс нутгийн стандартын шаардлагад нийцүүлэх

Орчин үеийн туннелийн чулуу бөхлөх машинууд мөргөлдөөнөөс зайлсхийх систем (25% цөөн тохиолдолд), Европын Холбооны машин техникийн чиг үүргийн 2023 оны шинэчлэлтэд нийцэхийн тулд автомжуулсан хийн хяналтыг нэгтгэсэн. Төв Европт 2023 онд хийгдсэн төслийн үр дүнд дасан зохицох сургалтын програм нь бодит цагийн үзүүлэлтэн аналитик ашиглан төлөвлөгөөгүй зогсолтыг 30%-иар бууруулсан байна.

Түгээмэл асуулт

Туннель буудах машин (TBM) сонгохдоо ямар хүчин зүйлс нөлөөлдөг вэ?

Газрын найрлага, хөрсний төрөл, газрын тогтвортой байдал, шороон дэх усны даралт, чичирхийллийн бүсийн байдал зэрэг геологийн нийцэл нь машины үйл ажиллагааны үр дүнтэй ажиллах болон төслийн ерөнхий амжилтад нөлөөлдөг бөгөөд эдгээр нь гол хүчин зүйлс юм.

Орчин үеийн ТБМ-ууд хувьсах газрын нөхцлийг хэрхэн зохицуулан ажилладаг вэ?

Орчин үеийн туннель буудах машинууд, ялангуяа гибрид загварууд нь хөрсний төрлөөс хамааран EPB (газрын даралт тэнцвэржүүлэх) болон шингэн шүүгээний технологийг нэгтгэн ашигладаг бөгөөд бодит цагт мэдрэгчид ашиглан хяналт тавижаар үргэлжийн тохируулга хийдэг.

ТБМ-д технологийн интеграци хийх нь яагаад чухал вэ?

Хиймэл оюун зэрэг удирдлагын систем, бодит цагийн хяналт шинжилгээ зэрэг технологийн интеграци нь олборлолтын нарийвчлалыг сайжруулж, хүний гаргах алдааг багасгаж, тэгш нарийн тохируулга хийх замаар үйл ажиллагааны нийт үр ашгийг дээшлүүлдэг.

ТБМ-ийн үзүүлэгчдэд ямар сургалт шаардлагатай вэ?

Операторуудад ихэвчлэн 120-180 цагийн симуляторын сургалтанд хамрагдах, долоо хоногт нэг удаа аюулгүй байдлын дасгал хийх, TBM-ийн үр дүнтэй, аюулгүй ажиллагааг хангахын тулд OSHA-ийн хязгаарлагдмал орон зайд орох зэрэг бүс нутгийн аюулгүй байдлын стандартыг мөрдөх шаардлагатай байдаг.