دستگاه حفاری تونل Tunnel Boring Machine یا TBM که با نام مول نیز شناخته می‌شود، دستگاهی است که برای حفاری تونل‌ها از آن استفاده می‌گردد. این دستگاه با استفاده از یک سطح مقطع مدور، قادر است زمین‌های خاکی و سنگی را حفاری کند. این نوع از ماشین‌آلات توانایی ایجاد حفره در هر نوع زمینی، از سنگ سخت گرفته تا ماسه را دارد. قطر تونل‌هایی که این دستگاه ایجاد می‌کند در محدوده یک متر تا نزدیکی ۱۶ متر قرار دارند.
برای کندن تونل‌هایی که کمتر از یک متر قطر دارند، به‌طور معمول، به جای استفاده از تی‌بی‌ام‌ها، از روش ساخت‌وساز بدون گودال یا حفاری افقی استفاده می‌کنند.
دستگاه‌های حفاری تونل، به‌عنوان جایگزینی برای روش‌های حفاری و انفجار صخره‌ها و کندن زمین با دست مورد استفاده قرار می‌گیرد. TBMها 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.
ایراد عمده این دستگاه قیمت بالای آن است.
TBMها 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 TBM در یک پروژه کوتاه تأثیر بیشتری دارد.
بزرگترین TBM 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 TBMهایی 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 TBM مذکور به نام (بکی بزرگ)، با اشاره به سد برق‌آبی (سر آدام بک) نام گذاری شده است که این دستگاه، تونلی برای دسترسی اضافی به آن حفاری می‌کند.
فیلم دستگاه TBM
تاریخچه دستگاه TBM
نخستین سپر محافظ تونل، توسط سر مارک ایزامبارد برونل در سال ۱۸۲۵ و برای حفاری تونل تِیمز ساخته شد. اگرچه این ابتکار تنها به منظور ساخت یک سپر بوده و شامل ساختن یک دستگاه حفاری تونل کامل نبود؛ اما عملیات حفر تونل‌ها نیاز داشت که با استفاده از روش‌های استاندارد حفاری به سرانجام برسد.
مشهور است که نخستین دستگاه حفاری ساخته شده، هنری-جوزف ماوس یک دستگاه برش کوه بوده‌است. این دستگاه در سال ۱۸۴۵ به سفارش پادشاه ساردینیا و به منظور حفر تونل ریلی فرجوس از میان رشته‌کوه‌های آلپ، بین دو کشور فرانسه و ایتالیا ساخته شده بود. عملیات ساخت این دستگاه در یک کارخانه اسلحه‌سازی در نزدیکی تورین و در سال ۱۸۴۶ به پایان رسید.
این دستگاه عبارت است از بیش از ۱۰۰ مته کوبه‌ای که در قسمت جلویی دستگاهی به اندازه لوکوموتیو نصب شده بود که نیروی رانشی آن از ورودی تونل به صورت مکانیکی اعمال می‌شد. بودجه این پروژه تحت تأثیر انقلاب سال ۱۸۴۸ قرار گرفته و تونل هنوز کامل نشده بود؛ تا اینکه با استفاده از روش‌های مبتکرانه و کم‌هزینه‌ای همچون استفاده از متهٔ پنوماتیک، پس از ۱۰ سال به بهره‌برداری رسید.
نخستین ماشین حفر تونل ساخته شده در ایالات متحده برای ساختن تونل هوساک در سال ۱۸۵۳ مورد استفاده قرار گرفت. این دستگاه، با چدن ساخته شده و به نام ماشین برش سنگ انحصاری ویلسون و به نام مخترعی به اسم ویلسون نام گذاری شد. این ماشین، قبل از شکستن زمین سنگی، ۱۰ فوت را درون سنگ حفاری کرد. تونل مذکور سرانجام بعد از بیش از ۲۰ سال به پایان رسید. در ساخت آن همانند تونل ریلی فرجوس از روش‌های جاه‌طلبانه، کمتر استفاده شد!
چیزی که باعث شد ماشین‌های حفر تونل، کارآمد و مطمئن شوند، اختراع سر گردان آن‌ها بود که به صفحه برش نصب می‌شد. در ابتدا، در دستگاه TBM رابینز از چکش‌های فولادی چرخشی استفاده کردند که با حرکت دایره‌ای خود زمین پیش‌روی‌اش را حفر می‌کرد؛ اما او سریعاً متوجه این شد که این چکش‌ها، علی‌رغم محکم بودنشان کارایی زیادی ندارند؛ زیرا به محض شکستن و کند شدن، باید مکرراً با چکش‌های جدید تعویض می‌شدند.
این مشکل با جایگزین کردن صفحات برش بادوام‌تر به جای چکش، به‌طور قابل ملاحظه‌ای برطرف شد. در سال ۱۹۵۶ این طرح، برای اولین بار در تونل فاضلاب و رودخانه هامبر با موفقیت مورد استفاده قرار گرفت (فولی، ۲۰۰۹). از آن زمان تاکنون، در تمام حفاری‌هایی که در زمین‌های سخت، با توفیق همراه بوده‌است، از TBMهایی با چرخ‌های برش گردان و صفحات برش مدور استفاده گردیده است.
استفاده از دستگاه حفار تونل TBM
دستگاه TBM جزء ماشین آلات ویژه به حساب می آید.
لذا استفاده از این دستگاه به دلیل هزینه‌های بالای سرمایه گذاری تنها در پروژه‌های خاص به صرفه می‌باشد .
انواع TBM ها:
- TBM مخصوص حفاری در سنگ
- TBM مخصوص حفاری در زمین‌های سست
امروزه TBMها با قطرهای مختلف در پروژه‌های حفر تونل به صورت وسیع مورد استفاده می‌باشند.
بزرگترین TBM موجود که توسط شرکت آلمانی هرنگشت برای پروژه ای در شهر شانگهای ساخته شده‌است دارای قطر ۱۵٫۴۳ متر می‌باشد.
انواع TBM بر اساس ویژگی
۱- TBMهای سپر دار خاکهای سست
۲- TBM سپردار دوغابی (Slurry Shield)
۳- TBM سپردار(EPB)
۴- TBM اﻛﺴﻜﺎوﻳﺘﻮر
۵- TBMهای صخره ای سخت
۶- TBM صخره ای باز
۷- TBM صخره ای سپردار که خود به دو نوع زیر تقسیم بندی می‌شوند:
- ﺗﻲ ﺑﻲ ام ﺻﺨﺮه ای ﺗﻚ ﺳﭙﺮه
- ﺗﻲ ﺑﻲ ام ﺻﺨﺮه ای دو ﺳﭙﺮه
۸- TBMهای ترکیبی
برای انتخاب نوع TBM موارد بسیار زیادی را باید در نظر گرفت که به صورت اختصاری به شرح زیر می‌باشند:
- منحنی دانه بندی خاک
- نفوذ آب‌های زیر زمینی
- کانی‌شناسی خاک/سنگ
- کیفیت خاک
- مقاومت سنگ
مزایای دستگاه TBM
- سرعت پیشروی بالا
- عملیات پیوسته
- تخریب کمتر سنگ
- ایمنی بیشتر
- توان عملیات مکانیزه
- اندازه یکسان خاکهای حفاری شده
معایب دستگاه حفاری TBM
- مقطع دایره ای ثابت
- انعطاف‌پذیری محدود در برابر مشکلات زمین
- نیاز به سرمایه زیاد دارد
- نیاز به زمان تجهیز طولانی تر نسبت به سایر ماشین آلات حفر تونل