Machine à tunnel

Types de machines à creuser des tunnels

Les machines à creuser des tunnels (TBM) sont des équipements de construction spécialisés utilisés pour excaver des tunnels à travers une variété de strates géologiques. Plusieurs types de machines à creuser des tunnels existent, chacun étant adapté à des besoins et des circonstances particuliers.

• Bouclier à pression de terre équilibrée : Les machines EPBS sont spécialement conçues pour excaver des tunnels dans des sols cohésifs ou des terrains mixtes. Elles ont un convoyeur à vis comme principal mécanisme d'évacuation des déblais. Les machines EPBS peuvent ajuster la pression derrière la face du tunnel, ce qui contribue à maintenir le sol environnant et à prévenir les affaissements en surface.
• Navette hydraulique : Il s'agit d'un type spécial de méthode d'évacuation des déblais utilisée dans certaines TBM, en particulier celles conçues pour les sols meubles. Les navettes hydrauliques utilisent un système de pompes et de pipelines pour transporter les matériaux excavés (déblais) hors du tunnel sous forme de boue. Cette méthode est particulièrement utile lorsque le matériau excavé est trop fluide ou problématique pour être transporté par des méthodes traditionnelles comme les convoyeurs à bande ou les tarières. De plus, le système de navette hydraulique peut contribuer à maintenir le soutien de la face et la stabilité du terrain en évacuant rapidement les déblais dans le tunnel. Il réduit le risque de congestion à la face du tunnel. Cette méthode consiste à convertir le matériau excavé en boue par l'ajout d'eau, puis à utiliser des pompes hydrauliques pour transporter la boue hors du tunnel.
• TBM à face ouverte : Cette TBM est adaptée aux formations rocheuses stables ou aux sols présentant une cohésion suffisante. Une TBM à face ouverte a une face de coupe exposée. Elle utilise un bouclier circulaire pour excaver des tunnels tout en soutenant simultanément le terrain environnant. Le soutènement du terrain est installé immédiatement après l'excavation à l'aide d'une TBM à face ouverte. Il existe plusieurs types de TBM à face ouverte, dont le bouclier simple et le bouclier double.
• TBM à bouclier mixte : Ce sont des machines à creuser des tunnels adaptées aux conditions de terrain mixtes. Elles ont la capacité d'ajuster leurs modes de coupe et leurs systèmes de soutien de la face. Cette adaptabilité les rend aptes à creuser des tunnels à travers des zones présentant des conditions géologiques variables.
• TBM à double bouclier : Ce type de TBM possède deux boucliers en acier, l'un à l'avant et l'autre à l'arrière. Le bouclier arrière sert également de zone de placement du béton. La méthode TBM à double bouclier est plus efficace que la méthode à bouclier simple, car elle permet l'excavation et l'installation du revêtement en béton simultanément. Les TBM à double bouclier sont adaptées aux projets de creusement de tunnels de grand diamètre dans des formations de sols, de roches ou de sédiments stables.
• TBM à bouclier de boue : Il s'agit d'un type de machine à creuser des tunnels conçue pour être utilisée dans des conditions de terrain meuble ou instable où un soutien fluide est nécessaire pour maintenir la stabilité de la face pendant l'excavation. Les TBM à bouclier de boue utilisent un mélange de boue (généralement de la boue de bentonite et de l'eau) pour créer une pression hydrostatique à la face du tunnel. Cette pression contribue à équilibrer les pressions du sol et des eaux souterraines, empêchant l'effondrement de la face du tunnel. En outre, un mécanisme à charnière, également connu sous le nom de cadre articulé, permet une plus grande flexibilité dans la navigation des courbes et des virages. Cela permet à la machine d'ajuster son orientation et sa trajectoire en fonction des besoins pour maintenir l'alignement souhaité du tunnel, en particulier dans les courbes de petit rayon ou les conditions géologiques difficiles.

Spécifications et entretien des machines à creuser des tunnels

Spécifications des machines à creuser des tunnels

• Taille

  Les tailles des TBM varient en fonction du projet et peuvent avoir des diamètres allant d'environ 0,3 m (1 pi) à plus de 20 m (65 pi). Les TBM de grand diamètre, comme DISC, ont une seule machine massive qui creuse le tunnel et installe le revêtement simultanément.

• Système d'entraînement

  Les types courants sont les moteurs électriques/hydrauliques/à engrenages. Les systèmes de poussée responsables de la propulsion de la machine à travers l'excavation sont généralement basés sur l'hydraulique, les vérins hydrauliques fournissant la force.

• Tête de coupe

  Les types de têtes de coupe varient en fonction de la géologie et du diamètre. Les disques de coupe montés à l'avant sont courants pour les roches dures. Les machines EPB utilisent un convoyeur à vis pour déplacer les matériaux excavés. Les machines à face mixte peuvent utiliser les deux.

• Longueur et diamètre totaux

  Les TBM peuvent mesurer de 9 à 15 m (30 à 50 pi) de long et de 4 à 6 m (13 à 20 pi) de diamètre. La longueur dépend du nombre de segments préassemblés. Le diamètre est à nouveau régi par les exigences du projet.

• Bras de coupe

  Certaines TBM ont de grands bras rotatifs qui peuvent contenir plusieurs types de coupeurs en fonction des conditions du terrain.

• Système de cric

  La TBM doit contrer les frottements du tunnel en croissance en ayant une force qui la pousse. Ceci est réalisé par des systèmes de cric hydrauliques intégrés à la TBM. Les vérins hydrauliques appuient contre le segment de tunnel qui a été revêtu, ce qui est comme un nouveau "dos" pour la machine.

Maintenance des machines à creuser des tunnels

Les machines utilisées pour creuser des tunnels nécessitent des inspections et des remplacements périodiques. Dans cette approche traditionnelle, la TBM est immobile et l'équipe de maintenance se déplace avec elle pour effectuer les réparations. Voici quelques-uns des composants critiques qui nécessitent une attention particulière :

• Tête de coupe et disques de coupe :

  La tête de coupe est la partie la plus cruciale car c'est l'outil qui excave le matériau pour créer le tunnel. La tête de coupe comporte plusieurs disques de coupe qui y sont fixés. Ces têtes de coupe sont généralement en acier et parfois revêtues de carbure de tungstène pour augmenter la résistance à l'usure et la longévité. Les disques de coupe, qui sont circulaires, sont ceux qui entrent en contact direct avec le sol et sont donc ceux qui nécessitent le plus souvent des remplacements et des réparations.

• Moteur de poussée et d'entraînement :

  Le moteur d'entraînement d'une machine à creuser des tunnels est ce qui entraîne tout le moteur de la machine. Il comprend également les systèmes de transmission, tels que les boîtes de vitesses, les roulements et les systèmes d'étanchéité. La boîte de vitesses a besoin d'huile de lubrification pour fonctionner correctement, et les huiles et graisses hydrosolubles sont utiles pour aider à la lubrification.

• Système d'érection des segments et convoyeur :

  Les convoyeurs à bande et les systèmes d'érection des segments, qui contribuent à évacuer les matériaux excavés du tunnel et à soutenir les parois du tunnel, respectivement, nécessitent également une maintenance et des inspections régulières, car ils sont cruciaux pour le frottement et le bon fonctionnement tout au long du processus de forage.

Scénarios des machines à creuser des tunnels

La TBM est principalement appliquée dans les scénarios suivants.

• Infrastructure urbaine

  Les TBM sont couramment utilisées dans la construction de lignes de métro urbaines, ainsi que dans les projets de passages souterrains. Leur capacité à excaver des tunnels profonds avec un minimum de perturbation de la surface fournit une solution efficace pour lutter contre la congestion urbaine et améliorer les systèmes de transport en commun.

• Investigation géotechnique

  En plus de la construction de tunnels, les TBM jouent également un rôle vital dans les investigations géotechniques. Spécialement équipées d'instruments de recherche scientifique, les TBM peuvent créer des trous d'exploration ou des sondages pour l'échantillonnage des sols et la cartographie géologique.

• Infrastructure énergétique

  Les TBM sont largement utilisées dans la construction de tunnels pour les infrastructures énergétiques telles que les pipelines et les lignes électriques.

• Exploitation minière

  Dans l'industrie minière, les machines à creuser des tunnels sont également d'une grande importance. Elles sont utilisées pour excaver des tunnels permettant d'accéder aux gisements minéraux, aux systèmes de ventilation, aux tunnels de drainage, etc.

• Projets environnementaux

  Les TBM jouent également un rôle important dans les projets environnementaux.

• Mégaprojets internationaux

  La technologie TBM est appliquée dans les principaux projets de tunnels internationaux. Par exemple, le tunnel de base du Gothard en Suisse, qui a été achevé en 2016, est le tunnel ferroviaire le plus long et le plus profond du monde, avec une longueur d'environ 57 kilomètres.

Comment choisir des machines à creuser des tunnels

Lors de l'achat d'une machine à creuser des tunnels à vendre, les acheteurs doivent tenir compte de plusieurs facteurs pour s'assurer qu'ils achètent la bonne machine.

• Analyse des exigences du projet

  Tout d'abord, les acheteurs doivent évaluer les exigences uniques de leur projet. Ils doivent tenir compte de facteurs tels que le diamètre et la longueur du tunnel, ainsi que les conditions du terrain, du sol ou de la roche. En outre, il convient de tenir compte du mode de creusement nécessaire pour le projet et des besoins de la machine en matière de cric, d'excavation et de soutien.

• Technologie et performances de la TBM

  Les acheteurs doivent s'assurer que la TBM qu'ils souhaitent acheter est dotée d'une technologie de pointe et de performances exceptionnelles. Recherchez des fonctionnalités telles que des systèmes d'excavation efficaces, des systèmes de contrôle de l'environnement fiables, des systèmes de manutention des déblais efficaces et des technologies de coupe de roche/sol efficaces. Les acheteurs doivent également tenir compte du taux d'avancement de la machine et de sa fiabilité générale.

• Personnalisation spécifique au projet

  Étant donné que la plupart des projets nécessitent des fonctionnalités uniques, les acheteurs doivent rechercher des machines à creuser des tunnels qui peuvent être personnalisées en fonction des besoins de leurs projets. Cela peut inclure l'adaptation de la taille de la TBM ou l'ajout de certains systèmes comme la surveillance ou les fonctions de sécurité.

• Logistique et services d'assistance

  Les acheteurs doivent tenir compte de la logistique et des services d'assistance offerts par le fournisseur. Ils doivent tenir compte de la complexité du transport de la TBM jusqu'au site du projet. De plus, il faut tenir compte du type d'assistance à l'assemblage et à la mise en service offert par le fournisseur. Les acheteurs doivent prendre le temps de se renseigner sur l'assistance technique fournie pendant la mise en service et le fonctionnement de la machine à creuser des tunnels, ainsi que sur la formation du personnel sur site.

• Analyse de la rentabilité

  En fin de compte, les acheteurs doivent trouver un équilibre entre le coût initial de la TBM et ses performances et sa fiabilité à long terme. Une machine ayant un coût initial plus élevé peut offrir de meilleures performances et nécessiter moins d'entretien.

Q&A

Q1 : Quelles sont les tendances dans les machines à creuser des tunnels ?

A1 : Certaines tendances dans les machines à creuser des tunnels comprennent l'automatisation et la numérisation croissantes, l'accent mis sur la durabilité et les considérations environnementales, une plus grande personnalisation et flexibilité, et les progrès de la technologie de sécurité.

Q2 : Quels sont les inconvénients des machines à creuser des tunnels ?

A2 : Les inconvénients des machines à creuser des tunnels comprennent les coûts initiaux élevés, la complexité, la visibilité limitée de la face et le risque d'affaissement du terrain.

Q3 : Qu'est-ce qui est meilleur entre une machine à creuser des tunnels et un bouclier de terrassement ?

A3 : Les machines à creuser des tunnels sont plus adaptées aux projets à grande échelle. Elles ont la capacité d'excaver des volumes plus importants par rapport aux boucliers de terrassement. De plus, elles offrent un meilleur contrôle du processus d'excavation et des méthodes plus efficaces pour gérer le soutènement du terrain et les affaissements. D'un autre côté, les boucliers de terrassement sont plus adaptés aux projets plus petits ou lorsque la géologie est moins difficile.

Q4 : Quels sont les composants d'une machine à creuser des tunnels ?

A4 : Une machine à creuser des tunnels comprend une tête d'excavation, un système de poussée, une chambre d'excavation, un système de convoyeur et un système de soutien de la machine. Certaines machines à creuser des tunnels peuvent également inclure des composants supplémentaires tels que la segmentation, le système de ballast et le système de ventilation.