Το EPB που χρησιμοποιήθηκε στην επέκταση της Γραμμής 3 προς Δουκ. Πλακεντίας σχεδιάστηκε και κατασκευάσθηκε από τη Γερμανική εταιρία HERRENKNECHT A.G., ώστε να λειτουργεί σε ετερογενή εδάφη. Χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή της σήραγγας από τον Στ. Χαλάνδρι έως το φρέαρ Ξάνθου (3.374 μ.) της επέκτασης της Γραμμής 3, και σήμερα χρησιμοποιείται στην επέκταση της Γραμμής 2 προς Ελληνικό.
Τα βασικά χαρακτηριστικά αυτής της σήραγγας είναι:
| Μήκος σήραγγας | 3.374 μ. |
| Ελάχιστη ακτίνα ευθυγράμμισης | 300 μ. οριζόντια, 2.500 μ. κατακόρυφα |
| Ελάχιστη ακτίνα εκσκαφής της σήραγγας (καμπύλη διόρθωσης) | 250 μ. |
| Μέγιστο όριο κλίσης | ±4% |
| Εξωτερική διάμετρος εκσκαφής | 9.490 χιλιοστά |
| Εσωτερική διάμετρος επένδυσης | 8.480 χιλιοστά |
| Υπερκείμενο από την ασπίδα | 9 μ. – 17 μ. |
Η αρχή λειτουργίας της μηχανής με ασπίδα EPB, σε ασταθείς εδαφικές καταστάσεις, είναι η ελαχιστοποίηση των επιφανειακών καθιζήσεων, μέσω του ελέγχου της φυσικής εδαφικής πίεσης (υποστήριξη εξισορρόπησης της εδαφικής πίεσης) στο μέτωπο της σήραγγας. Η πίεση εξισορρόπησης του εδάφους πρέπει να είναι ισοδύναμη ή ελάχιστα υψηλότερη από την επικρατούσα πίεση του περιβάλλοντος εδάφους για να αντιστέκεται στις μετακινήσεις και τη δυναμική εισροή νερού. Η φυσική πίεση του εδάφους ποικίλει από 1 έως 4 bar και εξαρτάται από τα υπερκείμενα. Η εξισορρόπηση του μετώπου καθώς το EPB προωθείται επιτυγχάνεται κρατώντας τον θάλαμο της κοπτικής κεφαλής μπροστά από το κλειστό διάφραγμα και τον ατέρμονα κοχλία μεταφοράς προϊόντων εκσκαφής γεμάτο από υλικό εκσκαφής. Το εξορυγμένο υλικό αποσπάται με ελεγχόμενο τρόπο μέσω ενός μεταφορικού ατέρμονα κοχλία, μαζί με τους ρυθμιστικούς παράγοντες, από το θάλαμο της κοπτικής κεφαλής.
Η κεφαλή κοπής του EPB είναι εξοπλισμένη με σταθερούς κοπτικούς δίσκους, σιαγόνες σύνθλιψης και ρυθμιζόμενους έκκεντρους μονταρισμένους κοπτικούς δίσκους, οι οποίοι επιτρέπουν υπερεκσκαφή μέχρι και 30 χιλιοστά περιμετρικά της κεφαλής κοπής.
Η ασπίδα EPB είναι ικανή να λειτουργήσει σε «open mode», όπου ο ατέρμων κοχλίας και ο θάλαμος της κεφαλής κοπής δεν λειτουργεί υπό πίεση και σε «close mode», όπου ο ατέρμων κοχλίας και ο θάλαμος της κεφαλής κοπής λειτουργεί υπό πίεση. Το EPB χωρίζετα σε δύο κύρια τμήματα:
- την κεφαλή ολομέτωπης κοπής με ασπίδα
- το σύστημα υποστήριξης (back – up)
Η κεφαλή κοπής και το σύστημα υποστήριξης του EPB χωρίζονται σε τομείς για την εύκολη μεταφορά και συναρμολόγησή τους στο εκάστοτε εργοτάξιο. Η πίεση λειτουργίας είναι 3 bar και η εξωτερική διάμετρος της μπροστινής ασπίδας είναι 9,44 μ. Το συνολικό μήκος του EPB είναι 94 μ., ενώ το βάρος του ανέρχεται στους 1.100 τόνους.
Η ασπίδα του EPB σχεδιάστηκε με τρόπο ώστε να αντέχει όλα τα φορτία και τις δυνάμεις που εμφανίζονται από το υπερκείμενο έδαφος, αλλά και από την λειτουργία του μηχανήματος, κανονική ή διορθωτική. Η ασπίδα χωρίζεται στην Πρόσθια, την Κεντρική και την Οπίσθια ασπίδα.
Η κοπτική κεφαλή, που βρίσκεται στην Πρόσθια ασπίδα, είναι μια βαριά κατασκευή, που παρέχει την αναγκαία μηχανική υποστήριξη στο μέτωπο της σήραγγας. Περιλαμβάνει ένα συνδυασμό εναλλασσόμενων σιαγόνων σύνθλιψης και κοπτικών δίσκων. Όλα τα κοπτικά εργαλεία της κεφαλής έχουν σχεδιαστεί έτσι, ώστε να αντικαθίστανται από το πίσω μέρος της κοπτικής κεφαλής, μέσα από τον θάλαμο αποκομιδής των προϊόντων εκσκαφής.
Για να διατηρηθεί ο έλεγχος του εδάφους σε συνάρτηση με την αποκομιδή των προϊόντων εκσκαφής, η εκσκαφή ξεκινά ρυθμίζοντας στον ατέρμονα κοχλία το άνοιγμα της θύρας αποκομιδής του υλικού. Καθώς τα έμβολα προώθησης του μηχανήματος εκτείνονται, τα προϊόντα εκσκαφής γεμίζουν το θάλαμο της κεφαλής κοπής, με αποτέλεσμα το έδαφος μπροστά από το EPB και μέσα στην κοπτική κεφαλή να είναι υπό πίεση. Οι κυψέλες μέτρησης της πίεσης του εδάφους, που βρίσκονται μέσα στον θάλαμο της κοπτικής κεφαλής μετρούν την πίεση του εδάφους και, εάν αυτή υπερβεί ένα συγκεκριμένο όριο, οι υδραυλικά ελεγχόμενες θύρες εκτόνωσης της πίεσης, που βρίσκονται στον περιστρεφόμενο ατέρμονα κοχλία, αναγκάζονται να ανοίξουν και επιτρέπουν στο υλικό εκσκαφής να περάσει από τις θύρες αυτές στην πρώτη μεταφορική ταινία.
Στην Πρόσθια ασπίδα υπάρχει και μία ανθρωποθυρίδα, δηλ. ένας αεροστεγής θάλαμος, προσαρμοσμένος στις απαιτήσεις των προτύπων ασφαλείας, ο οποίος περιλαμβάνει δύο διαμερίσματα, που λειτουργούν με πίεση εργασίας 3 bar:
- της εκτάκτου ανάγκης (δύο ατόμων)
- του κυρίως διαμερίσματος (τεσσάρων ατόμων), για την επέμβαση στην κεφαλή καθώς και την διάτρηση της πίεσης στο έδαφος.
Η Πρόσθια ασπίδα είναι ουσιαστικά ανεξάρτητη από την υπόλοιπη ασπίδα και συνδέεται με την Οπίσθια με 28 αρθρωτούς γρύλους, διαμέτρου Φ 160 / 80 χιλιοστά, οι οποίοι λειτουργούν με πίεση 250 bar, έχουν μέγιστη διαδρομή 150 χιλιοστά και επιτρέπουν τον προσανατολισμό της Οπίσθιας ασπίδας σε σχέση με την Πρόσθια, σε κάθε διεύθυνση στο χώρο. Τέσσερις από αυτούς είναι εφοδιασμένοι με σύστημα καταμέτρησης της επιμήκυνσης.
Το έδαφος μπορεί να ρυθμιστεί με πρόσθετα υλικά ώστε να αποκτήσει την αναγκαία πλαστική ρευστότητα, ελέγχοντας τον όγκο που εκσκάπτεται κατά την προχώρηση του EPB. H πλαστική ρευστότητα του εξορυγμένου υλικού είναι απαραίτητη ώστε να υπάρχει ομαλή ροή πάνω στον ατέρμονα κοχλία να αποφεύγονται οι φθορές στα κοπτικά εργαλεία και στον κοχλία. Τα ρυθμιστικά υλικά προστίθενται διαμέσου του διαφράγματος στο υπό εκσκαφή έδαφος ώστε να διασφαλιστεί ότι το υλικό που βρίσκεται στο θάλαμο της κοπτικής κεφαλής έχει αποκτήσει την επιθυμητή σύσταση. Οι ρυθμιστικοί παράγοντες, συμπεριλαμβανομένου του απλού νερού, της ιλύος με βάση τον μπεντονίτη, τα χημικά πολυμερή και τους παράγοντες με βάση τον αφρό, έχουν εισαχθεί για τρεις λόγους:
- Για να λιπαίνεται το υλικό και να διευκολύνεται η ροή του διαμέσου του διαμερίσματος της κοπτικής κεφαλής και του ατέρμονα κοχλία
- Για να βελτιώνεται η διαπερατότητα του υλικού σε πολύ υγρές εδαφικές συνθήκες και να αποτρέπεται η δίοδος του νερού διαμέσου της θύρας εκτόνωσης του ατέρμονα κοχλία
- Για να βελτιώνεται η σύσταση του υλικού για καλύτερη διαχείριση της ιλύος, από τη θύρα εκτόνωσης προς την τελική απόθεση.
Τα 28 έμβολα ώθησης του EPB είναι τοποθετημένα γύρω από την Οπίσθια ασπίδα, ομαδοποιημένα ανά δύο σε ένα πέδιλο (συνολικά 14 πέδιλα), σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου, που έρχεται σε επαφή με τα προκατασκευασμένα στοιχεία. Το υδραυλικό σύστημα των γρύλων είναι σχεδιασμένο να παρέχει δύο λειτουργίες: προέκτασης και επαναφοράς.
- Κατά την προχώρηση του μηχανήματος, που συμπίπτει με τη φάση εκσκαφής, τα έμβολα έχουν μικρή ταχύτητα έκτασης και ασκούν μεγάλη πίεση
- Κατά την τοποθέτηση της επένδυσης των προκατασκευασμένων στοιχείων (επτά κανονικά στοιχεία και μία κλείδα), τα έμβολα λειτουργούν με μεγάλη ταχύτητα έκτασης και επαναφοράς και ασκούν μικρές πιέσεις, ώστε να αποτραπεί πιθανή κατάρρευση του δακτυλίου.
Πρέπει να τονιστεί ότι στις αρχές λειτουργίας του EPB είναι και η καταγραφή της πίεσης και του όγκου του εισπιεζόμενου ενέματος στο δακτύλιο. Ο κενός χώρος μεταξύ της εξωτερικής επιφάνειας του προκατασκευασμένου δακτυλίου και της περιφέρειας που έχει εκσκαφθεί γεμίζει με ένεμα, έτσι ώστε να ελαχιστοποιηθούν οι εδαφικές καθιζήσεις και να σταθεροποιηθεί η επένδυση της σήραγγας. Το ένεμα διοχετεύεται στο δακτυλιοειδές διάστημα με τρεις εμβολοφόρες αντλίες SCHWING, με πίεση λειτουργίας 2 bar.
Η εφαρμογή της Οπίσθιας ασπίδας έχει στόχο:
- να εφοδιάζει συνεχώς με ένεμα (τσιμεντοκονίαμα) το κενό μεταξύ του προκατασκευασμένου δακτυλίου της σήραγγας και του εδάφους μέσω διόδων στο οπίσθιο τμήμα της ασπίδας, εργασία που εκτελείται ταυτόχρονα με την εκσκαφή
- να αποτρέπει την εισροή υπογείου νερού ή ενέματος στο χώρο τοποθέτησης των νέων προκατασκευασμένων στοιχείων, μέσω δύο περιμετρικών σειρών συρμάτινων βουρτσών, τοποθετημένων στο άκρο της
Ο ατέρμων κοχλίας είναι τοποθετημένος στην Πρόσθια ασπίδα και, μέσω του σφραγισμένου θαλάμου της κοπτικής κεφαλής που λειτουργεί υπό πίεση, μεταφέρει το εκσκαμμένο υλικό και το αποθέτει στην πρώτη μεταφορική ταινία. Όταν η κοπτική κεφαλή περιστρέφεται, το σύστημα προώθησης ενεργοποιείται και ο ατέρμων κοχλίας ξεκινά. Η ταχύτητα περιστροφής του κοχλία είναι που καθορίζει το ρυθμό εκσκαφής και, με την ελεγχόμενη αποκομιδή του υλικού της κεφαλής, εξασφαλίζεται και η ευστάθεια του μετώπου.
Αφαιρώντας το μπροστινό τμήμα του ατέρμονα κοχλία από το χώρο της κεφαλής κοπής, η θύρα ασφαλείας μέσα στο διάφραγμα του θαλάμου εκσκαφής μπορεί να κλείσει και να απομονώσει το θάλαμο. Στην περίπτωση που παρουσιασθεί υψηλή ποσότητα νερού στο έδαφος, μια αντλία νερού, τοποθετημένη στο τέλος του ατέρμονα κοχλία, μπαίνει σε λειτουργία για την απορροή του νερού.
Το σύστημα των μεταφορικών ταινιών έχει ικανότητα 650 μ.3/ώρα εκσκαφής υλικού, ξεκινώντας από τον ατέρμονα κοχλία και, μέσω της σήραγγας, αποθέτει το υλικό στην επιφάνεια του εργοταξίου.
Ο δακτύλιος από προκατασκευασμένα στοιχεία τοποθετείται στην ουρά της Οπίσθιας ασπίδας, μετά από εκσκαφή και προχώρηση 1,5 μ. του ΕΡΒ. Η τοποθέτηση των προκατασκευασμένων στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα γίνεται από ένα σύστημα ανέγερσης (erector), ο οποίος λειτουργεί με κενό αέρος (βεντούζα), για την ανύψωση και προσωρινή συγκράτηση των στοιχείων μέχρι την τοποθέτησή τους. Στην περίπτωση που χαθεί η παροχή ισχύος, το σύστημα κενού είναι ικανό να διατηρήσει συγκρατημένο το στοιχείο για 30 λεπτά.
Η τοποθέτηση των προκατασκευασμένων στοιχείων ξεκινά από τον πυθμένα της Οπίσθιας ασπίδας του ΕΡΒ και συνεχίζεται εναλλάξ αριστερά / δεξιά έως την κλείδα. Το ελαστικό παρέμβυσμα, που είναι θερμικά συγκολλημένο στην υποδοχή των όψεων του κάθε προκατασκευασμένου στοιχείου, συμπιέζεται μεταξύ των στοιχείων και των δακτυλίων της σήραγγας, εξασφαλίζοντας την υδατοστεγανότητα αυτής. Τα προκατασκευασμένα στοιχεία συνδέονται μεταξύ τους και με τον προηγούμενο δακτύλιο με χαλύβδινους κοχλίες υψηλής αντοχής, διαμέτρου 25 χιλιοστά και μήκους 500 χιλιοστά. Τα προωθητικά έμβολα βοηθούν στη στήριξη των στοιχείων, κατά την τοποθέτηση των δακτυλίων της σήραγγας. Το προκατασκευασμένο στοιχείο του πυθμένα της σήραγγας τοποθετείται μετά την ολοκλήρωση της εγκατάστασης του δακτυλίου και στην επίπεδη επιφάνειά του τοποθετούνται οι σιδηροτροχιές τύπου 38 kg/μ., για την ολίσθηση των βαγονιών υποστήριξης του ΕΡΒ και του τροχαίου υλικού.
Το κέντρο ελέγχου του ΕΡΒ είναι τοποθετημένο στο 1ο βαγόνι υποστήριξης, σε απόσταση 22 μ. από το μέτωπο εκσκαφής και περιέχει όλα τα απαραίτητα συστήματα καταγραφής και ελέγχου της ασφαλούς λειτουργίας του ΕΡΒ. Το σύστημα καθοδήγησης SLS – T, που σχετίζεται με τις λειτουργίες του ΕΡΒ, αναπτύχθηκε από την εταιρία VΜ.T Gμ.bH και μέρος των χαρακτηριστικών του συστήματος SLS – T είναι τα ακόλουθα:
- Υπολογισμοί και εμφάνιση της τρέχουσας θέσης του ΕΡΒ με γραφικά και αριθμητικά δεδομένα
- Υπολογισμός και εμφάνιση της οριζόντιας και κατακόρυφης θέσης του ΕΡΒ
- Υπολογισμός της καμπύλης διόρθωσης που οδηγεί το ΕΡΒ εφαπτομενικά πίσω στον θεωρητικό άξονα της σήραγγας
- Αυτόματη οδήγηση του ΕΡΒ
- Υπολογισμός της θέσης και του τύπου των μελλοντικών δακτυλίων, οι οποίοι επιλέγονται σύμφωνα με τη γνωστή θέση του ΕΡΒ και με τις μετρούμενες εκτάσεις των αρθρωτών γρύλων ώθησης
- Εμφάνιση της οθόνης πλοήγησης του μηχανήματος στο γραφείο επιφανείας ή σε οποιοδήποτε άλλο σημείο στον κόσμο μέσω Internet.
Η μέγιστη απόκλιση του πραγματικού άξονα της σήραγγας από τον θεωρητικό άξονα, οριζόντια και κατακόρυφα, είναι ±40 χιλιοστά. Σε περίπτωση που παρατηρηθεί μια σημαντική απόκλιση, καθορίζεται μια διορθωτική καμπύλη (οριακή ακτίνα καμπυλότητας 250 μ.), η οποία προοδευτικά επαναφέρει το ΕΡΒ στους θεωρητικούς κύκλους εκσκαφής.
Το σύστημα υποστήριξης του ΕΡΒ είναι εφοδιασμένο με:
- Σύστημα μεταφοράς της υποστήριξης
- Κατάστρωμα με σύστημα μονής τροχιάς για εκφόρτωση των στοιχείων της επένδυσης και άλλων υλικών
- Γερανό για εκφόρτωση των στοιχείων της επένδυσης και άλλων υλικών
- Χώρους αποθήκευσης με δίκτυα των πρόσθετων ρυθμιστικών παραγόντων
- Σύστημα αντλιών ενέματος (τσιμεντοκονιάματος) με τα αντίστοιχα δίκτυα
- Σύστημα τροφοδοσία λιπαντικού στη συρματόβουρτσα της ασπίδας
- Υποδομή και σύνδεση με τις επιφανειακές εγκαταστάσεις για αερισμό, επικοινωνία, κεντρική παροχή ρεύματος, πεπιεσμένο αέρα, νερό ψύξης κτλ.
- Εγκαταστάσεις για το προσωπικό (τουαλέτα, τραπεζαρία κτλ.)
- Σύστημα αερισμού του ΕΡΒ
- Σύστημα ενδοεπικοινωνίας και τηλεφωνικό δίκτυο
- Σύστημα πυροπροστασίας και καταπολέμησης πυρκαγιάς
- Εξοπλισμό πρώτων βοηθειών
Η ολική εγκατεστημένη ισχύς είναι περίπου 3.580 kW.
