ماشین‌های حفاری تونل (TBM) 🚇 راهـ بازکن‌های زیرزمینی

ماشین‌های حفاری تونل یا Tunnel Boring Machines (TBM) دستگاه‌های عظیمی هستند که برای حفاری تونل‌های زیرزمینی در پروژه‌های مترو، راه‌آهن، جاده‌ای و انتقال آب استفاده می‌شوند. این ماشین‌ها با دقتی بالا، بدون ایجاد آسیب زیاد به محیط اطراف، مسیرهای زیرزمینی را ایجاد کرده و با استفاده از فناوری‌های پیشرفته، حفر، تقویت و تخلیه مواد حفاری‌شده را به‌صورت هم‌زمان انجام می‌دهند.

دستگاه‌های حفاری تونل، به‌عنوان جایگزینی برای روش‌های حفاری و انفجار صخره‌ها و کندن زمین با دست مورد استفاده قرار می‌گیرد. تی‌بی‌ام‌ها مزایایی همچون کاهش تعرض به زمین‌های مجاور و ایجاد دیوارهای نرم در تونل را دارند. این دستگاه به صورت قابل توجهی هزینه استرکشی تونل را کاهش می‌دهد که خود این باعث شده برای استفاده در مناطق به شدت شهرنشین مناسب باشند

TBM چگونه کار می‌کند؟

ماشین‌های TBM مانند یک کارخانه متحرک زیرزمینی عمل می‌کنند و دارای بخش‌های مختلفی هستند:

1️⃣ سپر (Shield): محفظه‌ای بزرگ که جلوی دستگاه را پوشانده و از فروریختن تونل جلوگیری می‌کند.
2️⃣ صفحه حفاری (Cutterhead): دیسکی چرخان با تیغه‌های قدرتمند که سنگ و خاک را برش می‌دهد.
3️⃣ سیستم انتقال مواد: نوار نقاله و پمپ‌ها که خاک حفاری‌شده را به بیرون منتقل می‌کنند.
4️⃣ سیستم تقویت تونل: بلافاصله بعد از حفاری، قطعات بتنی (Segments) در دیواره تونل نصب می‌شوند تا آن را پایدار نگه دارند.
5️⃣ موتورهای هیدرولیکی: نیرو را برای حرکت تیغه‌ها و پیشروی دستگاه فراهم می‌کنند.
6️⃣ سیستم هدایت و کنترل: TBM با هوش ماشینی و سنسورهای پیشرفته مسیر تونل را تنظیم و اصلاح می‌کند.

انواع ماشین‌های حفاری تونل (TBM)

🔸 TBM سپردار (Shielded TBM): دارای محافظ برای جلوگیری از ریزش تونل در خاک‌های نرم و ناپایدار.
🔸 TBM دو سپره (Double Shield TBM): ترکیبی از سپر حفاظتی و قابلیت خودنگه‌دارندگی، مناسب برای سنگ‌های سخت.
🔸 TBM باز (Open TBM): بدون سپر، مناسب حفاری در زمین‌های سخت و پایدار.
🔸 TBM فشار تعادلی زمین (EPB-TBM): مناسب برای خاک‌های سست، با کنترل فشار زمین برای جلوگیری از ریزش.
🔸 TBM دوغابی (Slurry TBM): برای زمین‌های با سطح آب بالا، از دوغاب (Slurry) برای تثبیت خاک و دفع مواد حفاری‌شده استفاده می‌کند.

بزرگترین تی‌بی‌امی که تاکنون ساخته شده با قطر ۱۵٫۴۳ متر توسط کارخانه آلمانی هرنکنشت برای پروژهٔ اخیری در شانگهای چین ساخته شده‌است. این دستگاه برای حفاری زمین سستی حاوی ماسه و خاک رس ساخته شده بود. بیشترین قطر مربوط به تی‌بی‌ام‌هایی که برای زمین‌هایی با سنگ‌های سخت ساخته شده‌اند توسط شرکت رابینز برای پروژه تونل نیاگارا تولید شده‌است. این دستگاه برای حفاری تونلی برق‌آبی در زیر آبشار نیاگارا استفاده شد. دستگاه تی‌بی‌ام مذکور به نام «بکی بزرگ»، با اشاره به سد برق‌آبی «سر آدام بک» نام گذاری شده‌است که این دستگاه، تونلی برای دسترسی اضافی به آن حفاری می‌کند.

مزایای استفاده از TBM

✅ کاهش لرزش و آسیب به ساختمان‌ها | برعکس حفاری انفجاری، TBM ارتعاش کمتری ایجاد می‌کند.
✅ افزایش سرعت پروژه | حفاری و نصب پوشش تونل هم‌زمان انجام می‌شود.
✅ دقت بالاتر در حفاری مسیرها | با سیستم‌های هدایت لیزری و هوش ماشینی، انحراف حداقلی دارد.
✅ ایمنی بیشتر برای کارگران | کارگران در محفظه‌ای ایمن فعالیت می‌کنند.
✅ امکان حفاری در شرایط سخت زمین‌شناسی | از خاک نرم تا سنگ‌های آذرین، TBM‌ها قادر به حفاری هستند.

چالش‌ها و محدودیت‌های TBM

🔴 هزینه بالا | خرید و راه‌اندازی TBM گران است (گاهی تا 50 میلیون دلار) و نیاز به سرمایه‌گذاری کلان دارد.
🔴 ابعاد بزرگ و حمل‌ونقل دشوار | TBM‌ها باید در محل پروژه مونتاژ شوند که زمان‌بر است.
🔴 محدودیت در مسیرهای پرپیچ‌وخم | مانور دادن TBM در مسیرهای پیچیده سخت‌تر از روش‌های سنتی است.
🔴 مدیریت خاک و مواد حفاری‌شده | باید خاک حفاری‌شده به‌درستی دفع یا بازیافت شود.

نمونه‌های معروف از پروژه‌های تونل‌سازی با TBM

🏗️ تونل گوتارد (Gotthard Base Tunnel) | سوئیس | طولانی‌ترین تونل راه‌آهن جهان (57 کیلومتر)، حفاری با TBM دو سپره انجام شد.
🏗️ متروی شانگهای | چین | یکی از بزرگ‌ترین پروژه‌های مترو با حفاری گسترده TBM.
🏗️ تونل مانش (Channel Tunnel) | بریتانیا – فرانسه | اتصال بریتانیا و فرانسه زیر دریای مانش با TBM فشار تعادلی زمین.
🏗️ پروژه بورینگ کمپانی (Boring Company) | آمریکا | ایلان ماسک برای تونل‌های حمل‌ونقل سریع از TBM‌های کم‌هزینه و سریع‌تر استفاده می‌کند.

نکات حرفه‌ای: آینده ماشین‌های حفاری تونل

جمع‌بندی

دستگاه تی بی ام جزء ماشین آلات ویژه به حساب می آید، لذا استفاده از این دستگاه به دلیل هزینه های بالای سرمایه گذاری تنها در پروژه های خاص به صرفه می باشد؛

تی‌بی‌ام‌ها برای استفاده در ساخت‌وسازها گران‌قیمت بوده و آن‌ها را به سختی می‌توان جابجا کرد. هرچند با وجود طویل بودن تونل‌های مدرن، هزینه استفاده از دستگاه‌های حفاری تونل، در مقابل روش‌های سنتی حفر و انفجار به مراتب پایین‌تر است. به همین دلیل تونل سازی با دستگاه‌های تی‌بی‌ام در یک پروژهٔ کوتاه تأثیر بیشتری دارد.

ماشین‌های حفاری تونل (TBM) دنیای مهندسی را متحول کرده‌اند و امکان ایجاد تونل‌های ایمن، سریع و دقیق را در زمین‌های مختلف فراهم می‌کنند. با پیشرفت در هوش ماشینی، طراحی‌های مدرن و استفاده از انرژی‌های پایدار، آینده این غول‌های مهندسی حتی کارآمدتر و سریع‌تر خواهد شد.

✅ اگر به مهندسی عمران، تونل‌سازی و فناوری‌های حفاری علاقه‌مند هستید، دنیای TBMها یکی از هیجان‌انگیزترین حوزه‌های مهندسی زیرساختی است! 🎯🚀