מכונה לכריית מנהרות

מכונה לכריית מנהרה באדמה או באבן
דגם של מכונה לכריית מנהרות שפעלה בבניית מנהרת בסיס הגוטהארד
סגמנטים מבטון מזוין ששימשו את פרויקט הרכבת התחתית של פראג, תחנת ולסלאוון, קטע A.
חתך בלהב דיסק חיתוך מקרביד הטונגסטן של חברת Herrenknecht AG.

מכונה לכריית מנהרות (Tunnel Boring Machine - TBM) או מכונת מנהור היא ציוד מכני הנדסי המשמש לחפירת מנהרות בשיטת מנהור מתועש, 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) ועד ל־17.6 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 להבי דיסק חזקים במיוחד מסגסוגת מתכת. 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 מזוין. 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.

היסטוריהעריכה

מגן המנהור הראשון פותח על ידי סר איזמבארד קינגדום ברונל בשנת 1825 לצורך חפירת מנהרת התמזה (Thames Tunnel). 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 (Fréjus Rail Tunnel) 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 אואהה (Oahe Dam) בעיר פיר, 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 מכונותעריכה

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). אחת המכונות בעלות קוטר גדול (14.4 מ') לקידוח קרקע קשה (סלע) נבנתה על ידי חברה The Robbins Company עבור פרויקט מנהרת ניאגרה (Niagara Tunnel Project) בקנדה. שם היא שימשה לכריית מנהרה הידרו-חשמלית מתחת למפלי ניאגרה. נכון לשנת 2020, המכונה בעלת הקוטר (17,6 מטר) הגדול ביותר בעולם לקידוח בקרקע קשה נבנתה על ידי חברת Herrenknecht AG עבור פרויקט קישור (כ-5 ק"מ) העיר טואן מון (Tuen Mun) לנמל התעופה הבינלאומי של הונג קונג (Tuen Mun - Chek Lap Kok TBM).

בשל מורכבותן קיימות כיום רק שש חברות המייצרות מכונות כרייה (שתי חברות בארצות הברית וקנדה, שתיים בגרמניה, ושתיים ביפן).

שימוש במכונות לכריית מנהרות בישראלעריכה

קו הביוב המזרחי של השפד"ןעריכה

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 לירושליםעריכה

 
ראש הקידוח של מנהרה 3 בקו הרכבת המהיר לירושלים דקות ספורות לאחר פריצתה
 
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 טכניםעריכה

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 המנהרותעריכה

  • 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 אביבעריכה

במסגרת הקו האדום שיבוצע על ידי חברת נת"ע יכרו שתי מנהרות מקבילות, באורך של כ-12 קילומטר כל אחת ובעומק של כ-20 מטר מתחת לאדמה.

כריית המנהרות תתבצע על ידי 8 מכונות כרייה, בארבעה צמדים. כל צמד מכונות כורה שתי מנהרות צמודות זו לזו.

  • הזוג ראשון כורה מפיר גלי גיל הסמוך לתחנת ארלוזורוב לכיוון מערב עד לתחנת קרליבך. שתי המכונות כונו "גולדה", על שם גולדה מאיר, ו"מגי", על שמה של מרגרט ת'אצר.
  • הזוג שני כורה מגלי גיל לכיוון מזרח עד לתחנת בן-גוריון. שתי המכונות כונו "רוזה", על שם רוזה פארקס ואהובה עוזרי.
  • הזוג שלישי נכנס בפיר הרצל שברחוב יהודה הלוי בתל אביב וכורה מזרחה, עד שיפגוש את הזוג הראשון בתחנת קרליבך. אחד המכונות נקראת Zheng Yi Hua "צדק מופלא" בסינית והשנייה Fu Xiang Hua.
    • הזוג השלישי כאשר יגיע מפיר הרצל לתחנת קרליבך, יפורק, יוצא ויועבר לפורטל שנקר, שם יתחיל כריה עד פיר השילוח אם המושבות.
  • הזוג הרביעי נכנס בפורטל הדיפו שבפתח תקווה וכרה מערבה, עד שפגש את הזוג השני בתחנת בן-גוריון. בדרכו הוא עבר דרך שרוול פלדה בפיר אם המושבות. שתי המכונות כונו "וונדר וומן" כהוקרה לשחקנית הישראלית גל גדות שמגלמת את הדמות בקולנוע וניקי היילי.

אורכה של כל מכונה הוא 115 מטרים, קוטרה 7.5 מטרים ומשקלה כ-900 טון.

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 לירושליםעריכה

כחלק מפרויקט "מערכת המים החמישית לירושלים" מקורות תכרה מנהרה 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].

קישורים חיצונייםעריכה

הערות שולייםעריכה