מכונה לכריית מנהרות

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
דגם של מכונה לכריית מנהרות שפעלה בבניית מנהרת בסיס הגוטהארד
ראש הקידוח של מנהרה 3 בקו הרכבת המהיר לירושלים דקות ספורות לאחר פריצתה

מכונה לכריית מנהרות (Tunnel Boring Machine - TBM) היא ציוד מכני הנדסי המשמש לחפירת מנהרות בעלות חתך עגול במגוון רחב של סוגי אדמה או סלע. המכונה מסוגלת לחפור בכל תווך מסלע קשה עד חול. קוטר המנהרה נע בין מטר (מתבצע על ידי מיקרו TBM) לכמעט 16 מטרים. כריית המנהרות בעלות קוטר פחות ממטר מתבצעת תוך שימוש בשיטת trenchless או על ידי קידוח אופקי ולא על ידי TBM.

למכונת הכרייה ראש כרייה מסתובב הכולל להבים חזקים במיוחד. במקביל להתקדמות ראש הכרייה בסלע מתבצע פינוי של חומרי הכרייה על ידי מערכת הובלה ייעודית. המכונה מבצעת דיפון סופי של המנהרה על ידי סגמנטים מבטון. לכל מכונת כרייה צמוד מסוע המפנה את העפר והמסלע שמוצא מתוך המנהרה אחורה, לאורך מספר קילומטרים. רכבות עבודה קטנות מעמיסות את כל הציוד והחומר הנדרש לדיפון המנהרה ומובילות אותו עד למקום הנדרש.

מכונה לכריית מנהרות משמשת כחלופה לשיטת "קידוח ופיצוץ" (D&B) ולשיטת "כרייה ידנית" קונבנציונלית בסלע. אחד היתרונות של שימוש ב-TBM היא צמצום פגיעה בשכבות הסלע סביב המנהרה ויצירת קירות מנהרה חלקים יחסית. זה מפחית באופן משמעותי את עלות הטיפול בדפנות המנהרה, והופך את השיטה למתאימה ביותר לשימוש באזורים עירוניים. החיסרון העיקרי הוא בעלויות הרכבת המכונה והובלתה לאתר העבודות, אולם בפרויקטים של בניית מנהרות ארוכות, העלויות האלה הופכות להיות משתלמות לעומת שיטת "קידוח ופיצוץ", הן בזכות יעילות המכונה והן בזכות הקיצור המשמעותי בזמני הביצוע של הפרויקט.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

מגן המנהור הראשון פותח על ידי סר איזמבארד קינגדום ברונל בשנת 1825 לצורך חפירת מנהרה מתחת לתמזה. אך המכשיר עדיין דרש שילוב עבודות חפירה סטנדרטיות לבניית המנהרה.

מכונת כריית המנהרות הראשונה נבנתה על ידי הנרי-יוזף מאוס (Henry-Joseph Maus), וכונתה "פורס הרים". הנרי-יוזף מאוס גויס בשנת 1845 על ידי מלך סרדיניה, כדי לבנות את מנהרת הרכבת פרג'וס (Frejus) בין צרפת לאיטליה, דרך הרי האלפים. המכונה הורכבה בשנת 1846 במפעל צבאי ליד העיר טורינו, והיא כללה כ-100 מקדחים מכנים, שהורכבו בקדמת רכב בגודל של קטר. המהפכות של 1848 השפיעו לרעה על יכולת המימון של הפרויקט, ולכן המנהרה הושלמה רק 10 שנים מאוחר יותר, באמצעות שיטות חדשניות וזולות יותר, כגון מקדחות פנאומטיות.

בארצות הברית, השימוש הראשון במכונת הכרייה היה בשנת 1853 במהלך בניית מנהרת הוסאק (Hoosac Tunnel). המכונה הייתה בנויה מברזל יצוק, והיא כונתה: Wilson's Patented Stone-Cutting Machine, על שם הממציא צ'ארלס וילסון. המכונה הצליחה לכרות 10 מטרים בסלע לפני שהתפרקה. בניית המנהרה הסתיימה באיחור של 20 שנה, כמו במנהרת רכבת פראיז'וס (Frejus), באמצעות שיטות פחות שאפתניות.

בתחילת שנות חמישים של המאה העשרים, פ.ק. מיטריי (F.K. Mitry) זכה בחוזה הסחת סכר Oahe בעיר פייר, בדרום דקוטה. הוא התייעץ עם ג'יימס ס. רובינס, המייסד של חברת The Robbins Company , באיזו שיטה לחפור את האזור הקשה ביותר לחפירה באותו זמן – הנקרא פצלי פייר (Pierre Shale). רובינס בנה מכונה שהייתה מסוגלת לחפור 160 מטר בתוך פצלים ב-24 שעות, פי עשרה מהר יותר מכל שיטה אחרת באותה תקופה.

המצאה של ג'יימס ס. רובינס – ראש מסתובב משולב עם דיסקים חותכים גרמה לפריצת הדרך בשיפור אמינות ויעילות של מכונות כריית המנהרות. המכונות בתכנון החדש פעלו בפרויקט לבניית מנהרה מתחת לנהר האמבר ב-1956. היום כל המכונות לכריית מנהרות משתמשות בראש מסתובב משולב עם דיסקים חותכים.

סוגי מכונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

מכונות כריית מנהרות מודרניות מורכבות מגלגל מסתובב שנקרא ראש חיתוך, ממערכת היגוי וממערכת הנעה. סוגי מכונות נבדלים לפי סוגי תווך גאולוגים שהם יכולים לכרות:

  • מכונות כריית מנהרות בסלע קשה.
  • מכונות כריית מנהרות בקרקע רכה.

נכון להיום המכונה לכריית מנהרות בעלת הקוטר הגדול בעולם (15.43 מ') היא מכונה שנבנתה על ידי חברת Herrenknecht AG עבור פרויקט בשאנגחאי, סין. היא מיועדת לכריית מנהרה בקרקע רכה (חול וחומר). המכונה בעלת הקוטר הגדול בעולם (14.4 מ') לקידוח קרקע קשה (סלע) נבנתה על ידי חברה The Robbins Company עבור Niagara Tunnel Project בקנדה. שם היא שימשה לכריית מנהרה הידרו-חשמלית מתחת למפלי הניאגרה.

בשל מורכבותן הרבה, קיימות כיום בעולם רק שש ייצרניות המתמחות בייצור מכונות כרייה (שתי חברות בארצות הברית וקנדה, שתיים בגרמניה, ושתיים ביפן).

שימוש במכונות לכריית מנהרות בישראל[עריכת קוד מקור | עריכה]

קו הביוב המזרחי של השפד"ן[עריכת קוד מקור | עריכה]

כ-13 ק"מ מקו הביוב המזרחי (קו M) של השפד"ן נכרו באמצעות מכונת כרייה מסוג AVN לכרייה בחול\סלע רך המופעלת בשלט רחוק מתוצרת חברת "Herrenknecht" הגרמנית. כריית המנהרה הסתיימה בשנת 2007.

קו הרכבת המהיר לירושלים[עריכת קוד מקור | עריכה]

מכונת כרייה פורצת החוצה ממנהרה מספר 1 בקו הרכבת המהיר לירושלים

במסגרת פרויקט קו הרכבת המהיר לירושלים פועלות 3 מכונות:

  • מכונה אחת במנהרה מספר 1 מלטרון לשער הגיא.
  • שתי מכונות נוספות במנהרה מספר 3, הכוללת צמד מנהרות מנחל יתלה ועד נחל לוז. כריית צד אחד של המנהרה הסתיימה באוגוסט 2014.

נתונים טכנים[עריכת קוד מקור | עריכה]

המכונה הראשונה הושקה ב-6 בפברואר 2012. מכונות כרייה דומות חפרו את מנהרת התעלה מתחת לתעלת למאנש בין צרפת לאנגליה ואת מנהרת בסיס הגוטהארד בין איטליה לשווייץ ומנהרת ברנר בין איטליה לאוסטריה.

  • סוג: מכונה 1 (עבור מנהרה מס' 1) – Earth Pressure Balance Machine לכרייה בסלע רך מעורבב עם מים. מכונות 2 ו-3 (עבור מנהרה מס' 3): Hard Rock Single Shield לכרייה בסלע קשה.
  • אורך: 102 מטר (160 מטר עבור מכונה שנייה ושלישית)
  • קוטר: 10.036 מטר מכונה 1, 9.99 מטר מכונה שנייה ושלישית.
  • קצב ממוצע: מכונה 1 – 36 ס"מ בשעה (12 מטר ביום, 360 מטר בחודש, היא פועלת 24 שעות ביממה). מכונות 2 ו-3 – 60 ס"מ בשעה (20 מטר ביום, 500 מטר בחודש, היא פועלת 24 שעות ביממה). ייתכנו אף מהירויות כרייה מהירות מכך בהתאם לתנאי הקרקע ומשתנים אחרים.
  • משקל: 1,800 טון
  • תפעול: על ידי חברות זרות ונציגי היצרן "Herrenknecht"
  • עלות כל מכונה: 100 מיליון שקל

נתוני המנהרות[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • מנהרה מס' 1 – מורכבת משתי מנהרות מקבילות באורך של 3.5 קילומטרים כל אחת. בסיום כריית המנהרה הדרומית, המכונה תפורק ותורכב מחדש לכריית המנהרה הצפונית.
  • מנהרה מס' 3 – מורכבת משתי מנהרות מקבילות באורך של 11.5 קילומטר כל אחת שמתוכן 9 ק"מ כ"א ייכרו בידי מכונות הכרייה.

מערכת להסעת המונים במטרופולין תל אביב[עריכת קוד מקור | עריכה]

במסגרת הקו האדום שיבוצע על ידי חברת נת"ע יכרו שתי מנהרות מקבילות, באורך של כ-11 קילומטר כל אחת ובעומק של כ-20 מטר מתחת לאדמה.

הקו הירוק כולל שתי מנהרות מקבילות של באורך כולל של 4.6 קילומטרים כל אחת.

כריית המנהרות תתבצע ברובה באמצעות מכונות כרייה.

מערכת המים החמישית לירושלים[עריכת קוד מקור | עריכה]

כחלק מפרויקט "מערכת המים החמישית לירושלים" מקורות תכרה המנהרה באורך 14 ק"מ ובעומק של עד 350 מטר בעלות של מיליארד שקלים. המנהרה תהווה חלק מהקטע המזרחי של הפרויקט ותכּרה בעזרת מכונה לכריית מנהרות[1].

מקורות וסימוכין[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]