تونل تی بی ام: غول‌های حفار زیرزمینی
تی بی ام چیست و چگونه کار می‌کند؟
یک دستگاه حفار تمام‌مقطع یا تی بی ام، یک ماشین غول‌آسا است که برای حفر تونل‌هایی با مقطع دایره‌ای درون زمین استفاده می‌شود. تصور کنید یک کرم‌ابریشم بسیار بزرگ که به‌جای برگ توت، سنگ و خاک می‌خورد و همزمان پشت سر خود یک پیله‌ی محکم می‌سازد! این یک تشبیه ساده از کار تی بی ام است.
فرآیند کار این دستگاه به صورت گام‌به‌گام و کاملاً مکانیزه است:
| مرحله | شرح عملیات | تشبیه |
|---|---|---|
| ۱. حفاری | سر حفار[4] که مجهز به دیسک‌های برنده است، می‌چرخد و سنگ و خاک را خرد می‌کند. | مانند یک مته غول‌پیکر که زمین را سوراخ می‌کند. |
| ۲. انتقال مواد | خاک‌ها و سنگ‌های خردشده توسط یک نوار نقاله به پشت دستگاه منتقل می‌شوند. | مانند یک سیستم گوارش که مواد زائد را دفع می‌کند. |
| ۳. نصب پوشش | بلوک‌های پیش‌ساخته‌ی بتنی (لاینینگ) در پشت سر دستگاه، توسط یک اپراتور ویژه در جای خود قرار می‌گیرند تا دیواره‌ی تونل را فوراً محکم کنند. | مانند ساختن یک لوله در پشت سر خود، در حین حرکت به جلو. |
| ۴. پیشروی | سیستم رانش[5] با استفاده از جک‌های هیدرولیک قدرتمند، کل دستگاه را به سمت جلو هل می‌دهد. | مانند یک کرم که با انقباض عضلاتش حرکت می‌کند. |
انواع مختلف تی بی ام برای زمین‌های مختلف
همهٔ زمین‌ها یکسان نیستند. برخی سخت و سنگی هستند و برخی نرم و رسی. بنابراین، مهندسان برای شرایط مختلف، انواع مختلفی از تی بی ام را طراحی کرده‌اند. انتخاب نوع تی بی ام یکی از مهم‌ترین تصمیمات در یک پروژه تونل‌سازی است.
| نوع تی بی ام | مناسب برای | مکانیزم اصلی | وضعیت |
|---|---|---|---|
| تی بی ام سپری[6] (خاک‌های نرم) | خاک‌های رسی، ماسه‌ای و سست که احتمال ریزش دارند. | یک صفحهٔ فلزی (سپر) در جلوی دستگاه از ریزش خاک جلوگیری می‌کند. | پرکاربرد در مترو |
| تی بی ام سنگ سخت[7] | سنگ‌های یکپارچه و محکم مانند گرانیت. | دارای دیسک‌های برنده‌ی محکم برای خرد کردن و ساییدن سنگ. | پایدار و قوی |
| تی بی ام دووجهی[8] | زمین‌های مختلط (هم خاک نرم و هم سنگ سخت). | می‌تواند هم از دیسک‌های برنده و هم از یک سیستم سپر استفاده کند. | پیچیده و گران |
مزایا و معایب استفاده از این فناوری
استفاده از تی بی ام مانند هر فناوری دیگری، نقاط قوت و ضعفی دارد که در جدول زیر به طور خلاصه آمده است:
| مزایا (نقاط قوت) | معایب (نقاط ضعف) |
|---|---|
|
سرعت بالا: حفاری بسیار سریع‌تر از روش‌های سنتی.
امنیت بیشتر: کاهش خطر ریزش برای کارگران. دقت فوق‌العاده: تونل‌هایی با سطح مقطع یکنواخت و صاف. |
هزینه اولیه زیاد: خرید یا اجاره دستگاه بسیار گران است.
انعطاف‌پذیری کم: تغییر مسیر یا قطر تونل پس از شروع کار بسیار دشوار است. زمان‌بر برای پروژه‌های کوتاه: مونتاژ اولیه دستگاه طول می‌کشد. |
|
کاهش آلودگی صوتی و گردوغبار: به‌ویژه در مناطق شهری.
نصب همزمان پوشش: دیواره تونل بلافاصله پایدار می‌شود. |
مشکل در مواجهه با موانع پیش‌بینی‌نشده: مانند یک سنگ بسیار بزرگ یا یک حفره آب. |
کاربرد تی بی ام در پروژه‌های کلان ملی
این دستگاه‌ها نقش حیاتی در ساخت زیرساخت‌های مدرن دارند. برای مثال، خطوط متروی کلان‌شهرهایی مانند تهران با استفاده از تی بی ام سپری خاک‌نرم ساخته شده‌اند. این روش باعث شد حفاری در زیر خیابان‌های شلوغ و ساختمان‌های بلند با حداقل اختلال در زندگی روزمره و با بالاترین سطح ایمنی انجام شود.
یک مثال دیگر، پروژه‌های عظیم انتقال آب بین حوضه‌آبریز است. برای عبور از زیر کوه‌های مرتفع، استفاده از تی بی ام سنگ‌سخت اجتناب‌ناپذیر است. این تونل‌ها که گاهی ده‌ها کیلومتر طول دارند، آب را به صورت مطمئن و با کمترین اتلاف به مناطق مورد نیاز می‌رسانند. محاسبات مربوط به فشار آب و استحکام لاینینگ در این تونل‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. به عنوان مثال، فشار سیال در یک نقطه با استفاده از فرمول $ P = \rho g h $ محاسبه می‌شود که در آن $ \rho $ چگالی آب، $ g $ شتاب گرانش و $ h $ ارتفاع ستون آب above آن نقطه است.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاسخ: بله، تی بی ام می‌تواند مسیرهای منحنی و حتی شیب‌دار را با دقت بالا حفر کند. هدایت این دستگاه توسط سیستم‌های لیزری و جی‌پی‌اس[9] بسیار پیشرفته انجام می‌شود تا از انحراف حتی چند سانتی‌متری نیز جلوگیری شود.
پاسخ: این یک موقعیت بسیار پیچیده و پرهزینه است. گاهی اوقات تکنسین‌ها می‌توانند دستگاه را در زیر زمین تعمیر کنند. اما در موارد شدید، ممکن است مجبور شوند یک چاه عمودی دیگر حفر کنند تا قطعات یدکی یا حتی کل دستگاه را بیرون بکشند که عملیاتی بسیار زمان‌بر و گران است.
پاسخ: یک اشتباه رایج این است که فکر کنیم تی بی ام زمین را "منفجر" می‌کند یا حفره‌ی عظیمی ایجاد می‌کند. در واقعیت، این دستگاه به آرامی و با دقت مواد را می‌تراشد و همزمان پشت سر خود یک ساختار محکم می‌سازد، بنابراین زمین اطراف تقریباً هیچ تغییری در وضعیت خود احساس نمی‌کند.
پاورقی
[1] دستگاه حفاری مکانیزه (Tunnel Boring Machine - تی بی ام)
[2] حفار تمام‌مقطع (Full-Face Rotary Excavator)
[3] لاینینگ بتنی (Concrete Segmental Lining)
[4] سر حفار (Cutterhead)
[5] سیستم رانش (Thrust System)
[6] تی بی ام سپری (Earth Pressure Balance Shield تی بی ام- EPB)
[7] تی بی ام سنگ سخت (Hard Rock تی بی ام)
[8] تی بی ام دووجهی (Dual-Mode تی بی ام)
[9] جی‌پی‌اس (Global Positioning System)
