Μηχάνημα Διάνοιξης Σηράγγων

Μηχάνημα Διάνοιξης Σηράγγων

Το Μηχάνημα Διάτρησης Σηράγγων – ΤΒΜ (Tunnel Boring Machine) κλειστού τύπου για σκληρά πετρώματα σχεδιάστηκε από την MITSUBISHI Ιαπωνίας και κατασκευάσθηκε από την NEYRPIC FRAMATOME MECHANIQUE (NFM) Γαλλίας. Το μήκος του ΤΒΜ, συμπεριλαμβανομένων των βαγονιών υποστήριξης και του κλειδιού California είναι 150μ. και το συνολικό βάρος του είναι 1.650 τόνοι.

Στο Βασικό Έργο χρησιμοποιήθηκαν δύο ΤΒΜ κλειστού τύπου για σκληρά πετρώματα, για τη διάνοιξη σηράγγων διπλής γραμμής μεταξύ των σταθμών, συνολικού μήκους 11 χλμ. Συγκεκριμένα, το ΤΒΜ1 (με το όνομα «ΙΑΣΟΝΑΣ») χρησιμοποιήθηκε στο τμήμα της Γραμμής 2 από τον Στ. Λαρίσης έως τον Στ. Αγ. Ιωάννη και το ΤΒΜ2 (με το όνομα «ΠΕΡΣΕΦΟΝΗ») χρησιμοποιήθηκε στο τμήμα της Γραμμής 3 από το Στ. Κατεχάκη έως τον Στ. Σύνταγμα. Τα δύο ΤΒΜ έκαναν διάνοιξη σε βάθος έως 28 μ. κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, απόσταση που ήταν αρκετά κάτω από τα αρχαιολογικά ευρήματα και τις εγκαταστάσεις δικτύων Οργανισμών Κοινής Ωφελείας, ώστε να διασφαλίζεται η ακεραιότητά τους και να αποφευχθούν δαπανηρές και χρονοβόρες καταστάσεις.

Το TBM χωρίζεται σε 2 τμήματα:

  • Την Κεφαλή Κοπής και την διπλή Αρθρωτή Ασπίδα (Πρόσθια και Οπίσθια Ασπίδα) που διατρυπούν το έδαφος και κατασκευάζουν τη σήραγγα.

  • Τα βαγόνια υποστήριξης για την παροχή ενέργειας και την κάλυψη των απαιτήσεων ανεφοδιασμού του ΤΒΜ.


Ο μέσος ρυθμός προώθησης των ΤΒΜ ήταν 10 μ./ημέρα, κατασκευάζοντας αντίστοιχο μήκος σχεδόν περατωμένης σήραγγας, εσωτερικής διαμέτρου 8,48 μ., με επένδυση από προκατασκευασμένους δακτυλίους σκυροδέματος. Ένας τυπικός κύκλος εργασιών προώθησης του ΤΒΜ διαρκεί κατά μέσο όρο 1 ώρα, σε ιδανικές συνθήκες χωρίς γεωλογικά ή ηλεκτρομηχανολογικά προβλήματα και περιγράφεται ως εξής: πραγματοποιείται εκσκαφή 1,5 μ. σήραγγας (~25 λεπτά), ακολουθεί καθαρισμός και προετοιμασία (~5 λεπτά) και τέλος τοποθετούνται τα προκατασκευασμένα στοιχεία του δακτυλίου (~30 λεπτά).

Η Κεφαλή Κοπής είναι το περιστρεφόμενο τμήμα του ΤΒΜ, το οποίο κόβει και ανασκάπτει το έδαφος. Η μέγιστη εκσκαφθείσα διάμετρος της σήραγγας είναι 9,516 μ. με κυμαινόμενη ταχύτητα περιστροφής της Κεφαλής Κοπής από 0 έως 4 στροφές ανά λεπτό και διαβαθμισμένη ροπή στρέψεως από 1.140 έως 1.368 τόνοι/μέτρο. Το μήκος της Κεφαλής Κοπής είναι 1.500 χιλ. και διαθέτει 63 τεμάχια δίσκων κοπής, διαμέτρου 17 ίντσες, που είναι τοποθετημένα σε ξεχωριστές ακτίνες καθώς και 200 τεμάχια σιαγώνων σύνθλιψης. Οι δίσκοι κοπής χρησιμοποιούνται για τα σκληρά εδάφη, ενώ οι σιαγόνες σύνθλιψης για τα μαλακά εδάφη. Όταν φθείρονται αντικαθίστανται από την εσωτερική πλευρά της Κεφαλής Κοπής.

Η μεγαλύτερη διάμετρος υπερεκσκαφής οφείλεται στους δύο ακτινωτούς ρυθμιζόμενους δίσκους κοπής που είναι τοποθετημένοι στην περιφέρεια της Κεφαλής Κοπής. Η υπερεκσκαφή 30 χιλ. επιτρέπει την καλύτερη στήριξη και διεύθυνση του ΤΒΜ καθώς και τον περιορισμό των δυνάμεων τριβής στην ασπίδα του ΤΒΜ.

Η περιστροφή της Κεφαλής Κοπής προς τις δύο κατευθύνσεις (κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού και αντίστροφα) επιτυγχάνεται με 16 υδραυλικούς κινητήρες (180 kW) με οδοντωτούς τροχούς – μειωτήρες, με μέγιστη ταχύτητα απόδοσης 57,6 στροφές ανά λεπτό και μέγιστη πίεση λειτουργίας 350 bar. Η προώθηση είναι ηλεκτροϋδραυλική.

Η Πρόσθια Ασπίδα έχει εξωτερική διάμετρο 9,456 μ. και η Οπίσθια Ασπίδα 9,440 μ. Το συνολικό μήκος της Ασπίδας είναι 7,515 μ., το βάρος της 880 τόνοι και το περίβλημα της Οπίσθιας Ασπίδας έχει πάχος 92 χιλ. Για να καταστεί δυνατή η εκσκαφή ελαφράς στροφής της σήραγγας, η Πρόσθια και η Οπίσθια Ασπίδα συνδέονται αρθρωτά μεταξύ τους. Τα δύο τμήματα των ασπίδων συνδέονται με 16 αρθρωτούς γρύλους, διαμέτρου 300 χιλ., με πίεση λειτουργίας 260 bar, γεγονός που καθιστά δυνατό τον προσανατολισμό του ενός τμήματος σε σχέση με το άλλο σε όλες τις διευθύνσεις μέσα στο χώρο. Η ελάχιστη ακτίνα καμπυλότητας της σήραγγας είναι 300 μ. και η οριακή ακτίνα αντιστάθμισης καμπύλης είναι 250 μ.

Η ποσότητα των προϊόντων εκσκαφής μετά από μία πλήρη διαδρομή εκσκαφής 1,5 μ. της Κεφαλής Κοπής είναι περίπου 192 μ3. Τα προϊόντα εκσκαφής περνούν μέσα στο θάλαμο της Κεφαλής Κοπής, διαμέσου των ανοιγμάτων της. Με την περιστροφή της Κεφαλής Κοπής, ανυψώνονται τα υλικά εκσκαφής στο άνω τμήμα, από όπου ρίχνονται μέσω της χοάνης στην πρώτη μεταφορική ταινία, μήκους 18,25 μ. και πλάτους 1,20 μ., η οποία βρίσκεται στη στάθμη του άξονα της σήραγγας. Από την πρώτη μεταφορική ταινία, τα προϊόντα εκσκαφής ρίχνονται στη δεύτερη μεταφορική ταινία, μήκους 28 μ, και στη συνέχεια στην τρίτη μεταφορική ταινία, μήκους 38 μ., που βρίσκονται στον συρμό υποστήριξης στο πίσω μέρος του ΤΒΜ. Στη συνέχεια, η τρίτη μεταφορική ταινία αδειάζει τα προϊόντα εκσκαφής σε μεταφορική ταινία μήκους 30μ., που κινείται παλινδρομικά, παράλληλα προς τον άξονα της σήραγγας και γεμίζει τους άδειους κάδους των βαγονιών του ειδικού συρμού μεταφοράς τους. Οι μεταφορικές ταινίες έχουν μελετηθεί για μεταφορική απόδοση προϊόντων εκσκαφής 950 τόνους/ώρα ή 750 κυβ. μέτρα/ώρα.

Σε περίπτωση εμφάνισης ύδατος στο έδαφος, η πρώτη μεταφορική ταινία αποσύρεται και μία θύρα ασφαλείας απομονώνει το θάλαμο της Κεφαλής Κοπής από την εσωτερική πλευρά της ασπίδας του ΤΒΜ. Μία αντλία έκτακτης ανάγκης 140 kW που βρίσκεται τοποθετημένη στην Πρόσθια Ασπίδα απομακρύνει το νερό από το θάλαμο της Κεφαλής Κοπής διαμέσου σωλήνων απορροής υδάτων. Η μέγιστη ικανότητα εξαγωγής νερού είναι 82 κυβ. μέτρα/λεπτό και 60μ. πίεση ύδατος. Η εισροή των υπογείων υδάτων που αντιμετωπίστηκε κατά τη διάρκεια της εκσκαφής ήταν 120 λίτρα/λεπτό.

Είκοσι οκτώ (28) υδραυλικοί γρύλοι ωθήσεως του ΤΒΜ, διαμέτρου 320 χιλ., με κάθε γρύλο να λειτουργεί με πίεση 260 bar ωθούν προς τα εμπρός το ΤΒΜ, πιέζοντας τα προκατασκευασμένα στοιχεία του δακτυλίου με δύναμη 5.600 τόνων. Οι γρύλοι ωθήσεως χωρίζονται σε 14 ξεχωριστά τμήματα (ένα πέδιλο ανά δύο έμβολα), γεγονός που καθιστά δυνατή την ώθηση του ΤΒΜ με διαφορετική πίεση σε κάθε ένα από τα τμήματα. Η προκαλούμενη δύναμη στο μέτωπο είναι μέχρι 3.000 τόνοι ή 42 τόνους/τμ. Η μέγιστη διαδρομή επέκτασης των γρύλων ώθησης είναι 2.300 χιλ., παρέχοντας επαρκή χώρο για την ανόρθωση των προκατασκευασμένων στοιχείων δακτυλίου εντός της Οπίσθιας Ασπίδας του ΤΒΜ.

Η Πρόσθια Ασπίδα του ΤΒΜ διαθέτει 6 ακτινωτούς υδραυλικούς γρύλους (πρόσθιοι σιαγόνες) κωνικού σχήματος, διαμέτρου 250 χιλ. (350 bar) με διαδρομή επέκτασης 150 χιλ.. Η επέκταση των πρόσθιων σιαγόνων γίνεται ώστε να αποφευχθεί η περιστροφή του ΤΒΜ γύρω από τον άξονα της σήραγγας κατά την εκσκαφή διαμέσου σκληρού πετρώματος. Το σχήμα των πρόσθιων σιαγόνων είναι κωνικό στην πρόσθια πλευρά, ώστε να αποφεύγονται ζημίες στο χάλυβα των σιαγόνων κατά την εκσκαφή.

Στο άκρο της Οπίσθιας Ασπίδας βρίσκεται τοποθετημένο το διάφραγμα μόνωσης, μήκους 270 χιλ., το οποίο παρέχει τη στεγάνωση μεταξύ του εδάφους εκσκαφής και της Οπίσθιας Ασπίδας. Για την επιθεώρηση του διαφράγματος μόνωσης, απαιτείται η προέκταση των πρόσθιων σιαγόνων και η απόσυρση της Οπίσθιας Ασπίδας.

Η τοποθέτηση των προκατασκευασμένων στοιχείων δακτυλίου γίνεται μετά την εκσκαφή 1,50 μ. από το ΤΒΜ, στην ουρά της Οπίσθιας Ασπίδας. Η διάμετρος της εξωτερικής επιφάνειας του δακτυλίου της σήραγγας είναι 9,180 μ. και η διάμετρος της εσωτερικής επιφάνειας είναι 8,480 μ.. Υπάρχουν δύο τύποι κωνικού δακτυλίου, που επιτρέπουν τη στροφή της σήραγγας προς τα αριστερά, δεξιά, επάνω και κάτω. Κάθε τύπος δακτυλίου (βάρους 40,60 τόνων) αποτελείται από 8 τεμάχια προκατασκευασμένων στοιχείων, δηλ. 5 κανονικά στοιχεία, 2 στοιχεία με υποδοχή για την κλείδα και μία κλείδα. Η τοποθέτησή τους γίνεται με τη χρήση ειδικού βραχίονα ανέγερσης (erector) και με τη βοήθεια του κενού αέρος. Τα προκατασκευασμένα στοιχεία  βιδώνονται μεταξύ τους και με τον προηγούμενο δακτύλιο με χαλύβδινους κοχλίες υψηλής αντοχής.

Ο κενός χώρος μεταξύ της υπερεκσκαφής και της εξωτερικής επιφάνειας του δακτυλίου της σήραγγας (~200 εκ.) συμπληρώνεται με πρωτογενές υδαρές τσιμεντοκονίαμα. Η πλήρωση του κενού χώρου γίνεται κατά τη διάρκεια της εκσκαφής, διαμέσου αυλακώσεων που είναι τοποθετημένοι στην Οπίσθια Ασπίδα. Το ένεμα διοχετεύεται στο δακτυλιοειδές διάστημα με δύο εμβολοφόρες αντλίες, με πίεση λειτουργίας 2 bar, οι οποίες βρίσκονται στο βαγόνι υποστήριξης Νο1.

Η Ασπίδα του ΤΒΜ και τα βαγόνια υποστήριξης συνδέονται με συνδετήρια δοκό. Το σύστημα υποστήριξης του ΤΒΜ αποτελείται από 8 βαγόνια μήκους 11 μ. και βάρους 55-100 τόνων, τα οποία περιλαμβάνουν μια σιδηροτροχιά για τη στάθμευση του συρμού μεταφοράς των προϊόντων εκσκαφής. Η υποστήριξη περιλαμβάνει επίσης το βοηθητικό εξοπλισμό και εγκαταστάσεις για τη λειτουργία του ΤΒΜ (καλώδιο υψηλής τάσης 20 kV, μετασχηματιστές, δεξαμενές καθίζησης υδάτων, ηλεκτρολογείο, μηχανουργείο, σύστημα ψύξης, σύστημα αερισμού κτλ). Η σιδηροτροχιά επιτρέπει στα βαγόνια των συρμών να κινούνται εντός της υποστήριξης, για την παροχή υλικών (8 προκατασκευασμένα στοιχεία δακτυλίου, τσιμεντοκονίαμα πλήρωσης, προκατασκευασμένο στοιχείο πυθμένα σήραγγας, ράγες, αναλώσιμα κτλ.) και την απομάκρυνση των προϊόντων εκσκαφής. Οι συρμοί τροφοδοσίας έχουν πρόσβαση στο ΤΒΜ από τη διπλή γραμμή της σήραγγας προς τη μονή σιδηροτροχιά των βαγονιών διαμέσου ενός κλειδιού τύπου «California», που σύρεται από το τελευταίο βαγόνι υποστήριξης του ΤΒΜ.

Το κέντρο ελέγχου του ΤΒΜ βρίσκεται στο βαγόνι υποστήριξης Νο1 και σε απόσταση 25 μ. περίπου πίσω από το μέτωπο εκσκαφής. Ο χειριστής ελέγχει την Πρόσθια και Οπίσθια Ασπίδα του ΤΒΜ, ώστε να παραμένει ο άξονας εκσκαφής παράλληλος με τον άξονα της σήραγγας μελέτης.

Το ΤΒΜ διευθύνεται από σύστημα σκόπευσης με laser (CAP / ZED). Το σύστημα ZED χρησιμοποιεί laser που υποδεικνύει τις συντεταγμένες από την οριζόντια και κατακόρυφη απόσταση της θέσης του πρόσθιου σημείου της Κεφαλής Κοπής του ΤΒΜ και τις μεταδίδει στο σύστημα CAP. Το σύστημα CAP «διαβάζει» τις τιμές αυτές και ο χειριστής προσπαθεί να τηρήσει τις ανωτέρω τιμές, ενεργοποιώντας τις πιέσεις και τους ρυθμούς ροής των προωθητικών γρύλων, την ταχύτητα περιστροφής και τη ροπή στρέψης της Κεφαλής Κοπής. Σε περίπτωση σημαντικής παρέκκλισης που επισημαίνεται από το σύστημα ZED, προσδιορίζεται διορθωτική καμπύλη, ο σκοπός της οποίας είναι να φέρει το ΤΒΜ, διαδοχικά, στη θεωρητική πορεία.

Print Friendly, PDF & Email
Scroll Up