L'architettura meccanica delle TBM a scudo singolo
Il Alesatrice per tunnel a scudo singolo (TBM) è specificamente progettato per lo scavo in condizioni di roccia dura dove l'ammasso roccioso è fratturato o instabile. A differenza delle TBM a trave aperta, la variante a scudo singolo ospita l'intero macchinario interno all'interno di un rivestimento protettivo cilindrico in acciaio. Questo scudo fornisce un supporto immediato e laterale, proteggendo sia il personale che i componenti ad alta precisione dalla caduta di detriti o da "esplosioni di massi". La testa di taglio anteriore è dotata di frese a disco per carichi pesanti che esercitano un'enorme pressione sulla parete rocciosa, creando fratture da stress che causano la scheggiatura della roccia in frammenti gestibili.
All'interno dello scudo, il sistema di propulsione si basa su un meccanismo di spinta longitudinale. Poiché la macchina funziona in una configurazione a scudo singolo, in genere si spinge dai segmenti di cemento precedentemente installati per andare avanti. Questa integrazione di scavo e rivestimento lo rende una scelta eccezionalmente efficiente per tunnel di trasporto dell'acqua a lunga distanza, passaggi ferroviari e condotte di servizio dove è richiesto un rivestimento in calcestruzzo finito immediatamente dopo il processo di perforazione.
Dinamiche operative e sequenza noiosa
Il operational cycle of a Single Shield TBM is a synchronized process of excavation and structural reinforcement. The cycle begins with the boring phase, where hydraulic cylinders extend to push the cutterhead into the rock. As the rock is crushed, a series of buckets or scoops on the cutterhead transfer the muck onto a conveyor belt that runs through the center of the machine to the rear. This continuous removal system ensures that the face remains clear for the cutters to maintain optimal penetration rates.
Il Ring Building Phase
Una volta che i cilindri di spinta raggiungono la massima estensione, l'alesatura si arresta. I cilindri vengono poi retratti in piccoli gruppi per fare spazio all'erettore di segmenti. Questo braccio robotico solleva segmenti prefabbricati di cemento e li imbullona insieme per formare un anello completo. Questo processo è riassunto di seguito:
- Ritrazione dei cilindri di spinta idraulici contro l'ultimo anello completato.
- Posizionamento di precisione dei conci prefabbricati tramite il braccio erettore a presa a vuoto.
- Stuccatura dell'intercapedine anulare tra la roccia e il concio di calcestruzzo per garantirne la stabilità.
- Avanzare lo scudo spingendo via l'anello appena installato.
Confronto tecnico: Scudo singolo vs. Doppio scudo
La scelta della TBM corretta dipende in larga misura dalla resistenza a compressione non confinata (UCS) della roccia e dalla presenza di zone di faglia. Sebbene le TBM a doppio scudo consentano la perforazione e il rivestimento simultanei, richiedono roccia competente per fare presa con le loro scarpe "pinza". Le TBM a scudo singolo sono più versatili in geologia che varia tra roccia competente e zone altamente fratturate, poiché non fanno affidamento sulla presa sulle pareti laterali per la stabilità.
| Caratteristica | TBM a scudo singolo | TBM a doppio scudo |
| Supporto primario | Segmenti di cemento | Scarpe/segmenti di presa |
| Idoneità geologica | Fratturato a roccia stabile | Prevalentemente Hard Rock stabile |
| Modalità noiosa | Sequenziale (foro quindi linea) | Simultaneo (foro e linea) |
| Complessità | Più in basso | Più in alto |
Vantaggi in condizioni geologiche difficili
Il primary advantage of the Single Shield TBM is its superior safety profile in "poor" rock. In zones where the rock is prone to collapsing or where water pressure is a concern, the shield acts as a secondary hull. Modern machines are often equipped with "back-loading" cutterheads, allowing disc changes from within the safety of the cutterhead itself, minimizing the time workers spend in front of the machine in unsupported ground.
Efficienza nella gestione dell'afflusso di acqua
Quando si scava un tunnel attraverso roccia dura che contiene falde acquifere, le TBM a scudo singolo possono essere dotate di guarnizioni specializzate e apparecchiature di sondaggio. Eseguendo la perforazione davanti alla testa di taglio, gli ingegneri possono iniettare malta per stabilizzare il terreno e bloccare l'ingresso di acqua prima ancora che la macchina raggiunga l'area. Il design dello scudo consente un ambiente più controllato per gestire questi improvvisi cambiamenti nell'idrogeologia, garantendo che la cronologia del progetto rimanga intatta nonostante le sorprese sotterranee.
