Tunnelsköld
En tunnelsköld är en skyddande struktur som används vid utgrävning av stora, konstgjorda tunnlar . Vid schaktning genom mark som är mjuk, flytande eller på annat sätt instabil, finns det en potentiell hälso- och säkerhetsrisk för arbetare och själva projektet på grund av fallande material eller ett hål. En tunnelsköld kan användas som en tillfällig stödstruktur. Den är vanligtvis på plats under kortare tid från det att tunnelsektionen schaktas tills den kan fodras med en permanent stödkonstruktion. Den permanenta strukturen kan, beroende på perioden, bestå av tegel, betong, gjutjärn eller stål. Även om moderna sköldar vanligtvis är cylindriska, var den första "skölden", designad av Marc Isambard Brunel , faktiskt en stor, rektangulär, ställningsliknande järnstruktur med tre nivåer och tolv sektioner per nivå, med en solid lastbärande övre yta. Strukturen skyddade männen från grottor när de arbetade i den och grävde ut tunneln framför skölden.
Historia
Den första framgångsrika rektangulära tunnelskölden utvecklades av Marc Isambard Brunel och patenterades av honom och Lord Cochrane i januari 1818. Brunel och hans son Isambard Kingdom Brunel använde den för att gräva ut Thames-tunneln med början 1825 (även om tunneln inte öppnades förrän 1843) . Brunel sägs ha inspirerats i sin design av skeppsmaskens skal, ett blötdjur vars effektivitet vid borrning genom nedsänkt timmer han observerade när han arbetade på ett varv. Skölden byggdes av Maudslay, Sons & Field of Lambeth, London, som också byggde ångpumparna för avvattning av tunneln.
År 1840 var Alfred Ely Beach , redaktör för tidskriften Scientific American , den första som föreslog att en cirkulär design skulle vara överlägsen Brunels rektangulära design. År 1868 byggde Beach en cirkulär sköld - en bild som trycktes i en New York-nyhetsartikel om hans idé med pneumatiska tunnelsystem. Designen baserades på Brunels sköldgaller och skruvades framåt när ansiktet flyttades fram manuellt.
1864 patenterade Peter W. Barlow en design som hade ett cirkulärt tvärsnitt. Teoretiskt gjorde detta skölden lättare att bygga och bättre kunna stödja omgivande jord; teoretiskt, eftersom ingen sköld någonsin byggdes med denna design. 1864 års Barlow-patent förbättrades ytterligare och gavs ett provisoriskt patent 1868 men ratificerades aldrig eftersom Barlow dog en kort tid därefter.
Brunels ursprungliga design förbättrades avsevärt av James Henry Greathead som beviljades tre patent för olika skölddesigner. Dessutom uppfann han konceptet med sprutbetongbruk för att stabilisera markarbeten med sprutbetong, en spånpanna som hydrauliskt injicerade armeringsbruk mellan den konstruerade beklädnaden och tunnelväggen.
, vilket han gjorde under byggandet av Tower Subway under Themsen i centrala London 1870. Greathead-skölden var 2,21 m i diameter.
Greathead använde också en i konstruktionen av City och South London Railway (idag en del av Londons tunnelbanas norra linje ) 1884, med tunnlar 10 fot 2 tum (3,10 m) i diameter. Hans sköld användes också för att driva de 12 fot 1 + 3 ⁄ 4 tum (3,702 m) för Waterloo & City Railway som öppnade 1898. Stationstunnlarna vid City station (nu känd som Bank) var tunnelsköldarna med den största diametern i världen vid den tiden, som mätte 23 fot (7,0 m).
En original Greathead-sköld som användes vid utgrävningen av Londons djupa tunnelbanelinjer finns kvar i nedlagda tunnlar under Moorgate-stationen .
De flesta tunnelsköldar är fortfarande löst baserade på Greatheads design.
Manuell sköldtunneling
Vid tidig sköldtunnelering fungerade skölden som ett sätt att skydda arbetare som utförde grävningen och flyttade skölden framåt, och gradvis ersatte den med förbyggda delar av tunnelväggen. De tidiga djupa tunnlarna för Londons tunnelbana byggdes på detta sätt. Skölden delade upp arbetsytan i överlappande delar som varje arbetare kunde gräva ut.
Moderna tunnelborrmaskiner
En tunnelborrmaskin (TBM) består av en skärm (en stor metallcylinder) och släpande stödmekanismer.
Ett roterande skärhjul är placerat vid den främre änden av skölden. Bakom skärhjulet finns en kammare där den schaktade jorden antingen blandas med slam (så kallad slurry TBM) eller lämnas som den är (jordtrycksbalans eller EPB-sköld), beroende på typ av TBM. Valet av TBM-typ beror på markförhållandena. System finns också för att avlägsna jorden (eller jorden blandad med flytgödsel).
Bakom kammaren finns en uppsättning hydrauliska domkrafter som stöds av den färdiga delen av tunneln som används för att skjuta TBM framåt. När ett visst avstånd har grävts ut (ungefär 1,5–2 meter (5–7 ft)), byggs en ny tunnelring med hjälp av erektorn. Montören är ett roterande system som plockar upp prefabricerade betongsegment och placerar dem i önskat läge.
Flera stödmekanismer finns bakom skölden, inuti den färdiga delen av tunneln, som är en del av TBM:n smutsborttagning, slamledningar i förekommande fall, kontrollrum, skenor för transport av de prefabricerade segmenten, etc.
Foder
Tunnelbeklädnaden är tunnelns vägg. Den består vanligtvis av prefabricerade betongsegment som bildar ringar. Gjutjärnsfoder användes traditionellt i Londons underjordiska tunnlar, medan stålfoder ibland användes någon annanstans. Konceptet med att använda prefabricerade gjutna fodersektioner är inte nytt och patenterades första gången 1874 av James Henry Greathead . [ citat behövs ]
Sköldar i Japan
I Japan finns det flera innovativa tillvägagångssätt för skärmtunnel, t.ex. Double-O-Tube eller DOT-tunnel. Den här tunneln ser ut som två överlappande cirklar. Det finns också sköldar med datoriserade armar som kan användas för att gräva en tunnel i praktiskt taget vilken form som helst.
Se även
- Longwall gruvdrift , en kolbrytningsmetod som använder en serie hydrauliska sköldar
externa länkar
| Myndighetskontroll : Nationell |
|---|
