Maszyna TBM to zautomatyzowany system do drążenia tuneli, a nie tylko ogromna wiertarka. Jej tarcza skrawająca rozdrabnia grunt, urządzenia transportują urobek, a zespół montażowy układa prefabrykowane elementy obudowy. Dzięki temu TBM może jednocześnie wykonywać tunel i zabezpieczać jego ściany.
Czym jest maszyna TBM?
Skrót TBM pochodzi od angielskiego Tunnel Boring Machine, czyli maszyna do drążenia tuneli. Urządzenie często nazywa się „mechanicznym kretem”, ponieważ pracuje pod ziemią i przesuwa się przez grunt bez konieczności rozkopywania całej powierzchni.
Technologia TBM sprawdza się między innymi pod miastami, rzekami i górami. Ogranicza ingerencję w istniejącą zabudowę, drogi oraz infrastrukturę znajdującą się na powierzchni. Nie oznacza to jednak, że pod ziemią pracuje pojedyncze wielkie wiertło. TBM jest rozbudowanym systemem, który obejmuje tarczę skrawającą, napędy, urządzenia transportowe, instalacje hydrauliczne i elektryczne, zaplecze obsługi oraz mechanizm montażu obudowy tunelu.
Każda maszyna powstaje z myślą o konkretnym projekcie. Jej konstrukcję dobiera się do średnicy tunelu, rodzaju gruntu, poziomu wód gruntowych oraz przebiegu trasy. Z tego powodu TBM używany pod rzeką może mieć inne rozwiązania niż maszyna przeznaczona do pracy w skałach lub pod gęsto zabudowanym centrum miasta.
Jak działa maszyna TBM?
Pracę urządzenia można porównać do podziemnej fabryki. Przednia część maszyny drąży grunt, kolejne systemy usuwają urobek, a za tarczą powstaje szczelna obudowa tunelu. Poszczególne operacje są ze sobą zsynchronizowane, dzięki czemu urządzenie może przesuwać się etapami w kierunku wyznaczonym przez projekt.
Najważniejsze etapy pracy TBM obejmują:
- Skrawanie gruntu – obracająca się tarcza skrawająca wyposażona w noże, ostrza lub dyski tnące rozdrabnia grunt znajdujący się przed maszyną.
- Transport urobku – rozdrobniony materiał trafia do wnętrza urządzenia, a następnie jest odprowadzany na powierzchnię. W zależności od konstrukcji służy do tego między innymi przenośnik ślimakowy oraz dalszy system taśmociągów.
- Przesuwanie maszyny – siłowniki hydrauliczne opierają się na wykonanym fragmencie obudowy i przesuwają tarczę oraz pozostałe części TBM do przodu.
- Montaż tubingów – za tarczą montowane są prefabrykowane segmenty obudowy. Tubingi tworzą zamknięty pierścień, który stabilizuje ściany i staje się konstrukcyjną powierzchnią tunelu.
Właśnie jednoczesność drążenia i zabezpieczania odróżnia TBM od prostego urządzenia wiercącego. Maszyna nie tylko usuwa grunt, lecz także przygotowuje gotowy, zabezpieczony odcinek tunelu. W wielu konstrukcjach przestrzeń za zamontowanymi tubingami jest dodatkowo wypełniana materiałem zapewniającym kontakt obudowy z gruntem.
Jak duża jest maszyna TBM?
Rozmiary urządzenia zależą od zadania, dlatego nie istnieje jeden uniwersalny model TBM. Średnica tarczy musi odpowiadać planowanej średnicy tunelu, a masa i długość wynikają między innymi z warunków geologicznych oraz zakresu wyposażenia. Maszyny są zwykle dostarczane na plac budowy w wielu częściach, a następnie składane w komorze startowej.
Parametry urządzeń wykorzystywanych przy wybranych polskich inwestycjach pokazują skalę takich konstrukcji:
| Projekt | Średnica tarczy [m] | Waga [t] |
|---|---|---|
| Tunel pod Martwą Wisłą w Gdańsku | 12,5 | 2200 |
| Tunel pod Świną w Świnoujściu | 13,5 | 2740 |
| Tunel średnicowy w Łodzi | 13,04 | 1560 |
Podane wartości dotyczą konkretnych maszyn i nie powinny być traktowane jako standard dla wszystkich urządzeń tego typu. Przykładowo TBM dla tunelu pod Martwą Wisłą miała także około 91 metrów długości, maszyna ze Świnoujścia około 100 metrów, a duża tarcza przeznaczona do tunelu średnicowego w Łodzi około 110 metrów.
Tak duża konstrukcja musi pomieścić nie tylko głowicę tnącą, ale również napędy, osłonę, system usuwania urobku, instalacje, stanowiska obsługi i urządzenia do montażu tubingów. Jej parametry są więc wynikiem całego procesu technologicznego, a nie samej średnicy tunelu.
Dlaczego TBM wykorzystuje się przy dużych tunelach?
TBM pozwala prowadzić prace pod powierzchnią z dużą kontrolą nad kierunkiem i geometrią drążenia. Jest szczególnie przydatna tam, gdzie otwarty wykop powodowałby poważne utrudnienia dla mieszkańców, transportu lub istniejącej infrastruktury. W Polsce maszyny tego typu wykorzystano między innymi przy budowie tuneli pod Martwą Wisłą, pod Świną oraz przy tunelu średnicowym w Łodzi.
Najważniejsza cecha TBM polega na połączeniu kilku funkcji w jednym systemie. Urządzenie usuwa grunt, odprowadza urobek i montuje obudowę, dlatego można je traktować jako kompletną fabrykę pracującą pod ziemią. Jej wydajność i precyzja zależą jednak od właściwego dopasowania konstrukcji do średnicy tunelu oraz warunków geologicznych.
