نفق TBM

أنواع أنفاق ماكينات الحفر (TBM)

تُؤثّر احتياجات مشاريع الحفر بشكل كبير على اختيار نوع نفق ماكينات الحفر (TBM). من أهم النقاط التي يجب وضعها في الاعتبار هو نوع تكوين التربة التي سيتم العمل فيها، وقطر النفق المطلوب، وأيّ عوائق جيولوجية مثل وجود الصخور الكبيرة أو المياه الجوفية. عند مواجهة طبقات جيولوجية ناعمة أو مختلطة، يكون من الضروري اتباع نهج قابل للتكيف. في مثل هذه الحالات، يصبح استخدام ماكينة حفر (TBM) مزودة بميزات فعّالة لإدارة التربة، مثل درع الطين، أكثر من مجرد خيار – بل هو ضروري لنجاح عملية الحفر. وعلاوة على ذلك، عند العمل على مشاريع ذات أقطار مختلفة للنفق، فإنّ تعديل حجم ماكينة الحفر (TBM) يضمن تلبية احتياجات المشروع المحددة بدقة.

• ماكينة حفر (TBM) ذات توازن ضغط التربة (EPB):

تُبرز هذه الماكينة المتخصصة في إنشاء الأنفاق قدراتها عند التعامل مع التربة الناعمة إلى المتماسكة، خاصة تلك التي تحتوي على مزيج من مكونات الأرض المشبعة بالماء أو المُضغوطة. تصميمها يُحقق توازنًا مثاليًا بين ضغط التربة وأيّ ضغط أرضي خلفها، مما يُحمي من هبوط التربة وانهيار السطح. تتمتع دروع ماكينات حفر (TBM) ذات توازن ضغط التربة (EPB) بحجيرة أسطوانية متعددة الوظائف بشكل ملحوظ. هذه الحجيرة المميزة لا تُشكل فقط مساحة لإنشاء النفق، بل تُوفر أيضًا مساحات لتخزين التربة المُستخرجة ومناطق تشغيل مختلفة. علاوة على ذلك، تُجهّز ماكينات حفر (TBM) ذات توازن ضغط التربة (EPB) بأداة حيوية لتكييف التربة للتحكم في خصائصها أثناء عملية استخراجها. تُجدر الإشارة أيضًا إلى وجود بعض المتغيرات المميزة، مثل ماكينة حفر (TBM) ذات كثافة متغيرة، والتي يمكن تغييرها وفقًا لخصائص التربة في منطقة الحفر.

ماكينة حفر (TBM) للتربة الناعمة:

- ماكينة حفر (TBM) ذات درع طيني:

- ماكينة حفر (TBM) ذات تدفق مختلط:

- ماكينة حفر (TBM) ذات واجهة مفتوحة أو غير مُضغوطة:

تُناسب سلسلة ماكينات الحفر (TBM) للتربة الناعمة أنواع التربة ذات الاتساق الأقل صلابة. تُبرع ماكينات حفر (TBM) ذات درع طيني بشكل خاص في التعامل مع الظروف الجيولوجية الصعبة، مثل التربة غير المستقرة أو ضغوط المياه الكبيرة، حيث قد تواجه الدروع غير المُضغوطة صعوبات. يُدمج تصميم ماكينات حفر (TBM) ذات درع طيني خزانًا للمزيج السائل، يُعرف أيضًا باسم حفرة الطين، للمساعدة في إدارة ضغط التربة والمياه. تُمكن هذه الميزة الفريدة ماكينات حفر (TBM) ذات درع طيني من الازدهار حتى في المناطق ذات المياه الجوفية الكثيفة أو التحديات الجيولوجية أو الأحمال السطحية العالية. تُناسب ماكينة حفر (TBM) ذات تدفق مختلط الظروف الجيولوجية للتربة الناعمة والصخرية على حد سواء. يسمح هيكلها الفريد بالانتقال السريع بين أنواع التربة. بينما تُعدّ ماكينة حفر (TBM) ذات الواجهة المفتوحة درعًا غير مُضغوط. تُستخدم أساليب دعم الأرض وحفظ الوجه. لا يُناسب استخدامها إلا في التربة المستقرة.

ماكينة حفر (TBM) للصخور الصلبة:

صُمّمت هذه الماكينات القوية للتغلب على تحديات تشكيلات الصخور الصلبة، مثل الجرانيت أو البازلت. تُجهّز بقطع دائرية أو مخروطية قوية، وهي قادرة على التعدين بكفاءة من خلال المواد الصخرية الكاشطة والصلبة. تُستخدم ماكينات حفر (TBM) للصخور الصلبة في مجموعة واسعة من المشاريع، بما في ذلك خطوط المترو، وأنفاق نقل المياه، ومشاريع الطاقة الكهرومائية، وأنفاق الطرق، وممرات الخدمات تحت الأرض.

- ماكينة حفر (TBM) ذات درع واحد:

- ماكينة حفر (TBM) ذات درعين:

تُعدّ زيادة حماية الضغط سمة مميزة لماكينات حفر (TBM) للصخور الصلبة. وهذا ما يُميزها عن باقي ماكينات حفر الأنفاق. تتكون ماكينة حفر (TBM) ذات درع واحد من مكون واحد لدعم النفق. من ناحية أخرى، تتمتع ماكينات حفر (TBM) ذات درعين بأقسام أمامية وخلفية منفصلة. وتكون مسؤولة عن الدعم الداخلي المباشر للنفق. بالإضافة إلى ذلك، تُسارع ماكينات حفر (TBM) ذات درعين عملية اختراق الأرض، وتركيب البطانة، وتركيب القطع.

المواصفات والصيانة لأنفاق ماكينات الحفر (TBM)

تختلف مواصفات أنفاق ماكينات الحفر (TBM) باختلاف نوع ماكينة الحفر (TBM) ومتطلبات المشروع. تُعدّ بعض المواصفات الرئيسية كالآتي.

• القطر: يتراوح قطر أنفاق ماكينات الحفر (TBM) بشكل عام من 3 أمتار إلى 20 مترًا. ومع ذلك، يمكن أن تكون الأرقام أكبر لبعض المشاريع الخاصة. يتطابق القطر عادةً مع قطر ماكينات الحفر.
• الطول: يكون الطول الإجمالي لأنفاق ماكينات الحفر (TBM) مرنًا بناءً على احتياجات المشروع. يمكن لماكينات الحفر إنشاء أنفاق ذات أطوال مختلفة حسب الحاجة، عادةً ما تربط بين مئات الأمتار إلى عدة كيلومترات.
• الشكل: تُعدّ أنفاق ماكينات الحفر (TBM) بشكل عام دائرية بنفس القطر على طول المسار بالكامل. تُسهّل الأنفاق الدائرية توزيع قوى الحفر والضغوط بشكل موحد، مما يجعل إنشاءها سهلًا ومناسبًا لمختلف الظروف الجيولوجية والتربة.
• هيكل الدعم: يختلف هيكل الدعم لأنفاق ماكينات الحفر (TBM). تُعدّ جميع تقنيات البطانة الشائعة لأنفاق ماكينات الحفر (TBM) الخرسانة المصبّبة في الموقع، وقطع الخرسانة المُسبقة الصنع، وبطانات الصلب، والخرسانة البيضاء. لكل منها مزايا وقابلية للتطبيق الخاصة، لذلك يتم اختيارها بناءً على الظروف الجيولوجية والاحتياجات الهندسية للمشروع.
• التحكم بالهواء والمياه: تُضمّن أنفاق ماكينات الحفر (TBM) أنظمة تهوية وأنظمة صرف. تُضمن هذه الأنظمة تبادل الهواء وصرف المياه الجوفية، مما يجعلها آمنة وعملية.
• الأنظمة الكهروميكانيكية: تُضمّن الأنظمة الكهروميكانيكية المعقدة في أنفاق ماكينات الحفر (TBM) مصدر الطاقة، والإضاءة، والاتصال، والمراقبة، والتحكم. تتوفر هذه الأنظمة للتشغيل والصيانة والإدارة.

علاوة على ذلك، لا تُعدّ أبعاد أنفاق ماكينات الحفر (TBM) ثابتة. يمكن للمشترين التجاريين تعديلها بناءً على احتياجات المشروع، مثل ربط الطرق أو الأنابيب أو الهياكل الأخرى.

الصيانة

تعتمد صيانة أنفاق ماكينات الحفر (TBM) بشكل أساسي على صيانة المعدات والأنظمة ذات الصلة. تُقدم بعض طرق الصيانة العامة لأنفاق ماكينات الحفر (TBM) كالآتي.

• التفتيش المنتظم: يُجرى التفتيش الروتيني للتحقق من عدم وجود أضرار أو تخلخل أو تشوه في مكونات أنفاق ماكينات الحفر (TBM). يُجرى على الفور أيّ إصلاحات أو استبدال إذا لزم الأمر.
• إزالة الغبار والحطام: يُعدّ إزالة الغبار والحطام ضروريًا لصحة وسلامة الموظفين والمعدات. يُزال الغبار والحطام في أنفاق ماكينات الحفر (TBM) بانتظام لضمان الممرات السلسة وجودة الهواء.
• صيانة النظام: تُضمّن أنفاق ماكينات الحفر (TBM) عادةً أنظمة مختلفة، بما في ذلك الطاقة والإضاءة والتهوية وإمدادات المياه والصرف الصحي، وغيرها. يُجرى الصيانة والإصلاح الروتيني لهذه الأنظمة لضمان عملها بكفاءة.
• تزييت المعدات: عندما تعمل المعدات ذات الصلة في أنفاق ماكينات الحفر (TBM) لفترة طويلة، قد تتعرض للتآكل. يمكن للتزييت تقليل التآكل وإطالة عمر الخدمة للمعدات. يُطبّق الزيت بانتظام على أجزاء التآكل والأسطح المنزلقة للمعدات.
• صيانة مرافق السلامة: تُعدّ مرافق السلامة في أنفاق ماكينات الحفر (TBM)، مثل مخارج الطوارئ ومعدات الحريق والعلامات، حيوية لسلامة الموظفين. يُجرى الصيانة والتنظيف بانتظام لضمان سهولة الوصول إلى هذه المرافق ووجودها في حالة جيدة.

السيناريوهات

• تطوير البنية التحتية

  تُلعب ماكينات الحفر (TBM) دورًا حاسمًا في بناء البنية التحتية الأساسية مثل شبكات الطرق والسكك الحديدية. تُنشئ أنفاقًا لطرق جديدة، وتوسع أنظمة النقل.

• التوسع العمراني والهجرة

  يجعل اتجاه الناس للانتقال إلى المدن بناء الأنفاق أكثر أهمية. في المناطق الحضرية المتنامية، تُستخدم ماكينات الحفر (TBM) لبناء أنفاق لزيادة النقل.

• مشاريع الطاقة المتجددة

  مع تزايد الحاجة إلى الطاقة المستدامة، تتطلب المشاريع التي تربط مصادر الطاقة المتجددة أنفاقًا فعّالة. تُقدم ماكينات الحفر (TBM) طريقة موثوقة لبناء هذه الأنفاق.

• الحفر العميق والحفر الرأسي

  تُشكل الحفر العميق والحفر الرأسي تحديات صعبة. ومع ذلك، تطورت تكنولوجيا ماكينات الحفر (TBM) لمواجهة هذه الظروف الصعبة من خلال تسهيل عمق الحفر والرأسية.

• تقنيات تحسين التربة

  تُستخدم الآن على نطاق واسع طرق تحسين جودة التربة قبل الحفر باستخدام ماكينات الحفر (TBM). تُعزز هذه التقنيات الاستقرار والدعم، مما يسمح بمزيد من التحكم أثناء عملية الحفر.

كيفية اختيار أنفاق ماكينات الحفر (TBM)

عند شراء ماكينة حفر (TBM) لمشروع بناء نفق، يحتاج المشترون إلى التأكد من أنها ستلبي متطلبات مشروعاتهم المحددة.

• حالة التربة والجيولوجيا:

  يحتاج المشترون إلى تقييم الظروف الجيولوجية لخط النفق، بما في ذلك نوع التربة وقوتها وظروف المياه الجوفية. صُمّمت ماكينات الحفر (TBM) المختلفة للعمل في ظروف جيولوجية محددة. على سبيل المثال، تُعدّ ماكينة حفر (TBM) ذات توازن ضغط التربة (EPB) مناسبة للتربة المتماسكة، بينما تُستخدم ماكينة حفر (TBM) ذات درع طيني للظروف الجيولوجية المعقدة ذات الضغط العالي.

• قطر النفق وطوله:

  يحتاج المشترون إلى تحديد القطر والطول المرغوب فيهما للنفق. يحتاجون إلى اختيار ماكينة حفر (TBM) ذات الحجم المناسب لتلبية متطلبات المشروع. يجب عليهم أيضًا التأكد من أن ماكينة الحفر (TBM) المختارة يمكنها تحقيق معدل الحفر المطلوب لتلبية جدول زمني المشروع.

• نظام الدعم والبطانة:

  يحتاج المشترون إلى مراعاة نظام دعم النفق والبطانة المطلوب للمشروع. تتوافق ماكينات الحفر (TBM) المختلفة مع أنظمة دعم وبطانة مختلفة. على سبيل المثال، قد تتطلب ماكينة حفر (TBM) ذات واجهة مفتوحة دعائم مؤقتة، بينما قد تستخدم ماكينة حفر (TBM) المُدرعة قطعًا مُسبقة الصنع.

• اللوجستيات والتجميع:

  يحتاج المشترون إلى مراعاة اللوجستيات والتجميع لماكينة الحفر (TBM) المختارة. يجب عليهم التأكد من أنه يمكن نقل ماكينة الحفر (TBM) إلى موقع المشروع وتجميعها بكفاءة في غضون الإطار الزمني والميزانية المخصصين.

الأسئلة والأجوبة

س1: ما هي بعض الابتكارات الحديثة في ماكينات حفر الأنفاق (TBMs)؟

ج1: أحد الابتكارات الرئيسية في ماكينات حفر الأنفاق (TBMs) هو ماكينة حفر الأنفاق ذاتية التشغيل بالكامل. من الابتكارات الحديثة الأخرى في ماكينات حفر الأنفاق (TBMs) ماكينة حفر الأنفاق ذات الطاقة الهجينة.

س2: كيف تتعامل ماكينات حفر الأنفاق (TBMs) مع المياه الجوفية وتدفق المياه السطحي؟

ج2: تستخدم ماكينات حفر الأنفاق (TBMs) تقنيات تجميد الأرض، والعزل المائي، وصَبّ القاع لمنع تسرب المياه الجوفية إلى الأنفاق. عندما يكون الماء فوق مستوى الأرض، يتم تحويله بعيدًا عن وجه النفق باستخدام الخنادق أو الأنابيب.

س3: ما هي العوامل الحرجة التي تؤثر على تكاليف مشاريع حفر الأنفاق؟

ج3: تُعدّ بعض العوامل التي تؤثر على تكلفة مشاريع حفر الأنفاق هي اختيار طريقة حفر الأنفاق، وقطر النفق وعمقه، والظروف الجيولوجية لموقع الحفر.

س4: ما هي بعض الاستراتيجيات الرئيسية لإدارة المخاطر في مشاريع حفر الأنفاق؟

ج4: تُعدّ بعض الاستراتيجيات الرئيسية هي إجراء مسح جيولوجي شامل، واستخدام تقنية حفر الأنفاق المناسبة، وإنشاء نظام قوي لإدارة المشروع.

س5: كيف تحافظ ماكينات حفر الأنفاق (TBMs) على الاستقرار والتحكم؟

ج5: تستخدم ماكينات حفر الأنفاق (TBMs) أنظمة دعم الأرض، مثل المسامير الصخرية أو الخرسانة المُرشوشة، لتعزيز استقرار النفق أثناء تقدمه. بالإضافة إلى ذلك، تُجهّز ماكينات حفر الأنفاق (TBMs) بنظم تحكم متقدمة لمراقبة المعلمات في الوقت الحقيقي، مثل الدفع والدوران وسرعة الحفر، وضبطها.