KR20230132499A - 터널 보링 시스템 - Google Patents

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KR20230132499A
KR20230132499A KR1020237026873A KR20237026873A KR20230132499A KR 20230132499 A KR20230132499 A KR 20230132499A KR 1020237026873 A KR1020237026873 A KR 1020237026873A KR 20237026873 A KR20237026873 A KR 20237026873A KR 20230132499 A KR20230132499 A KR 20230132499A
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South Korea
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cutting head
tunnel
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tractor
machine
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KR1020237026873A
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트로이 앤서니 헬밍
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어스그리드 피비씨
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Abstract

커팅 헤드 상에 복수의 플라즈마 토치 및 플라즈마 토치가 활성인 동안 영역을 냉각하는 스트림을 제공하기 위해 커팅 헤드 상에 복수의 노즐, 및 커팅 헤드에 추진력을 제공하는 트랙터(트랙터는 커팅 헤드를 이동시켜 터널을 커팅함)를 포함하는 플라즈마 터널 보링 기계.

Description

터널 보링 시스템
본 발명은 보링(boring)에 관한 것으로, 더 구체적으로 터널 보링을 위해 플라즈마 토치를 활용하는 것에 관한 것이다.
"몰(mole)"로도 지칭되는 터널 보링 기계(tunnel boring machine)는 다양한 암석 및 토양 지층을 통해 원형 단면으로 터널을 굴착하는 데 사용된다. 현대의 터널 보링 기계는 통상적으로 회전 커팅 휠, 또는 커터 헤드를 사용하고, 이어서 메인 베어링, 추력 시스템, 및 후행 지지 메커니즘을 사용한다. 그러나, 기존의 터널 보링 기계는 대형이고, 느리고, 노동 집약적이고, 비용이 많이 든다. 이들은 또한 위치 사이에서 이동하기가 극히 어렵다. 작동 비용도 상당하다.
본 발명은 첨부된 도면의 도면들에서 제한이 아닌 예로 도시되며, 동일한 도면 부호는 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 터널 보링 시스템의 일 구현예를 도시한다.
도 2는 터널 보링 시스템의 일부의 일 구현예의 측면도를 도시한다.
도 3은 커팅 조립체의 일 구현예의 사시도를 도시한다.
도 4는 커팅 헤드의 일 구현예의 정면도이다.
도 5는 커팅 헤드의 다른 구현예의 정면도이다.
도 6은 2개의 토치 크기를 갖는, 커팅 헤드의 다른 구현예의 정면도이다.
도 7은 과도한 터널 보링 가능성을 보여주는 커팅 헤드의 다른 구현예의 정면도이다.
도 8a 및 도 8b는 힌지식 진공 유입구를 갖는 진공 트랙터의 일 구현예를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 포장 트랙터의 일 구현예를 도시한다.
도 10은 터널 보링 시스템을 사용하는 일 구현예의 흐름도이다.
플라즈마 토치를 사용하는 터널 보링 시스템(TBS)이 기술된다. 일 구현예에서, 터널 보링 시스템은 3개의 부분(TBS에 대한 이동을 제공하는 트랙터, TBS의 전방에서의 커팅 헤드, 및 스포일을 취하고 이를 제거하는 폐기부)을 갖는다.
일 구현예에서, 트랙터는 커팅 헤드 뒤에 대략 2 내지 4미터에 위치된 별개의 유닛으로서 작동한다. 일 구현예에서, 트랙터는 커팅 헤드를 금속 로드 또는 로드들로 밀어낸다. 다른 구현예에서, 커팅 헤드는 커팅 헤드를 트랙터에 연결하는 2개의 아암을 갖는 쇼벨(shovel) 조립체를 통해 트랙터에 연결된다. 일 구현예에서, 트랙터가 이의 쇼벨 버킷을 올리고 내릴 수 있는 방법과 유사하게, 아암은 커팅 헤드를 올리고 내릴 수 있다. 일 구현예에서, 이들 요소는 기성제품 설계 및 재료를 사용하여 구성될 수 있다.
트랙터는 추진력, 센서, 안내 및 지능, 및 플랜트의 주변 보조기기를 포함한다. 이는, 일 구현예에서, 전력 공급부, 공기 및 물 매니폴드, 진공 요소, 및 관리 시스템을 포함한다.
일 구현예에서, 커팅 헤드는 금속 스페이서로 지지되는 복수의 고정 플라즈마 토치를 포함한다.
일 구현예에서, 토치는 상단에 아치가 있고 하단에서 평평한 수평면을 만나도록 아래로 내려가는 호를 갖는 말편자 형상으로 구성된다. 일 실시예에서, 말편자 형상의 대략적인 중심에 나머지 토치보다 약 15cm 더 길게 연장되는 하나의 더 큰 토치가 있어서, 이 중앙 토치("눈")가 보링되는 터널 벽의 면과 접촉하는 제1 토치가 된다.
일 구현예에서, 커팅 헤드는 원하는 터널 직경에 따라 다수의 터널 보링 기계에 대한 필요성을 피하도록 상호교환 가능하다. 더 큰 터널을 보링하기 위해, 커팅 헤드를 단순히 더 큰 직경 버전으로 교환하거나, 그 반대로 할 수 있다.
일 구현예에서, 플라즈마 토치의 일부(또는 전부) 사이의 공간에서, 노즐은 스트림을 벽에 지향하도록 배치된다. 일 구현예에서, 노즐은 고압 공기 제트 노즐 및/또는 고압 물 제트 노즐이고, 커팅면에 지향되는 고압 스트림을 적용하도록 배치될 것이다. 이는 열간 수축을 고온 지면(암석)에 도입하여 암석 내의 결합의 파괴를 향상시킨다(파쇄). 스트림은 가스 스트림, 물 스트림, 또는 증기 스트림일 수 있다.
공기 및/또는 물 제트로부터의 냉각 효과는 고실리카 함량을 갖는 암석(예를 들어, 사암 및 현무암)에 특히 유용하여, 암석이 표면에서 흘러내려 제거하기 어려운 라바(lava) 웅덩이를 형성하기 전에 이를 냉각시켜 암석의 용융 (라바) 부분을 분해하는 것을 돕는다. 스트림을 사용하는 것은 용융물을 기화시킬 필요가 없도록 피쇄하여, 암석을 처리하는 데 필요한 에너지를 감소시킨다. 냉각 스트림은 직면하는 지질학에 따라 필요에 따라 때때로 적용될 수 있다.
일 구현예에서, 플라즈마 토치 각각은 DC 정격 용량에서 대략 100 kW 이상이다.
일 구현예에서, 트랙터 내의 토치 및 다른 온보드 시스템에 대한 전력 유닛은 직류 (DC)이고, 터널의 직경에 따라 200 kW 내지 500 kW의 증분으로 모듈식 전력 공급부를 활용한다. 일 구현예에서, 각각의 전력 공급부는 커팅 헤드 내의 토치의 총 개수의 25% 미만에 전력을 제공한다.
일 구현예에서, 하나의 DC 전력 공급부는 한 번에 2 내지 5개의 토치에 전력을 공급할 수 있다. 일 구현예에서, 각각의 전력 공급부는 커팅 헤드를 가로질러 분포된 플라즈마 토치에 전력을 공급한다. 따라서, 하나의 전력 공급부가 고장나면, 토치의 10% 이하가 고장나고, 전력 공급부가 수리되거나 교체될 수 있을 때까지 비록 더 느린 관통 속도에서 일지라도 터널링은 계속할 수 있다.
일 구현예에서, 스포일 제거는 다수의 진공 유입구를 갖는 커팅 헤드의 베이스에서의 진공 흡입을 사용하여 달성되며, 진공 스트림을 금속 튜브로 조합하고, 튜브에 고압 공기를 적용하고, 스포일 입자의 연속 스트림을 생성하여 튜브를 따라 터널 입구로 제거한다.
일 구현예에서, 커팅 헤드의 베이스를 따라 수평으로 신장된 좁은 진공 개구가 사용된다. 일 구현예에서, 추가 진공 유입구가 커팅 헤드의 하단에 배치된다.
일 구현예에서, 진공 장비의 진공 펌프 및 주변 보조기기는 트랙터 뒤에 휠 및 자가 추진 "진공 카트" 상에 위치된다. 일 구현예에서, 진공 카트는 (열 축적 및 마모로 인한 내구성을 위해) 스포일과 접촉하게 되는 임의의 부분에서 모두 금속 부품으로 이루어진다. 일 구현예에서, 진공 필터는 제거되거나 내구성 및 효율을 위해 최소 금속 메시 필터가 사용된다.
일 구현예에서, 보충 진공 유입구는 트랙터의 전방에 위치된다. 일 구현예에서, 진공 유입구는 터널 바닥의 1 내지 2 cm 내에 유입구의 개구의 베이스를 유지하도록 하단에 휠을 갖는 힌지식 가중 아암 상에 위치된다. 일 구현예에서, 진공 카트의 전방에 추가 진공 유입구가 있다. 일 구현예에서, 파편, 자갈, 작은 암석, 모래, 및 분진의 더 크거나 더 끈적한 입자의 관성을 극복하도록 교반을 생성하는 신속 시작/정지 밸브를 갖는 공기 제트도 있다. 이들 제트는 입자를 진공 카트 주위의 진공 유입구를 향해 지향한다.
일 구현예에서, 진공 유입구는 매니폴드에서 더 큰 튜브로 조합된다. 일 구현예에서, 더 큰 튜브는 터널의 직경의 25% 일 수 있다. 이 더 큰 튜브는 "1차 진공 튜브" 또는 "1차 튜브"로 지칭된다.
일 구현예에서, 진공 펌프 뒤에, 고압의 냉각된 압축 가스는 스포일을 후방으로 불어내는 벤츄리 튜브 공기 제트를 갖는 1차 튜브에 주입되고, 스포일 입자가 후방으로 흐르는 것을 유지하도록 1차 튜브의 하단 근처의 제트에서 급속 온/오프 밸브의 사용으로 보충한다.
일 구현예에서, 스포일은 처리될 터널 입구에서 수거되고, 필요에 따라 분류되고 제거된다. 일 구현예에서, 현장의 "벽돌" 제조 플라스마 용광로는 고실리카 함량을 충분히 포함하는 스포일 입자를 용융시켜, 이를 터널 벽 및 지붕을 라이닝하는 데 필요한 형상으로 성형된 벽돌로 변환할 수 있다.
일 구현예에서, 고실리카 함량 스포일의 베드를 갖는 포장 트랙터는 표면을 매끄럽게 하는 데 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 포장 트랙터는 보링 트랙터가 완료되고 제거된 후에 사용될 수 있다. 다른 구현예에서, 포장 트랙터는 보링 트랙터 뒤를 따르고 터널의 바닥을 매끄럽게 할 수 있다. 일 구현예에서, 포장 트랙터는 표면을 매끄럽게(포장) 하도록 터널 바닥 상에 스포일을 도포한다. 일 구현예에서, 포장 트랙터는 하향식 플라즈마 토치를 사용하여 터널 바닥 상의 스포일을 용융시킨다. 이는 고실리카 스포일을 용융시키고, 터널 바닥의 표면을 평평하게 한다. 일 구현예에서, 포장 트랙터는 플라즈마 플룸에 실리카 스포일의 스트림을 적용하여 바닥 표면 내의 더 깊은 포켓에 라바를 적용한다. 일 구현예에서, 동일한 터널을 보링하는 것으로부터 수거된 실리카 스포일은 모래, 파편 및 비트이다. 이들 폐기물 생성물은 실리카 및 다른 재료로 분류될 것이다. 일 구현예에서, 분류는 산업용 시프터를 사용하여 작은 입자로 분리하고, 원심분리기를 사용하여 고실리카 함량을 갖는 부분을 수거할 것이다. 이 분리된 실리카 "폐기물" 재료의 스트림은 터널 아래 포장 트랙터 로봇으로 다시 보내진다. 이들 입자는 공압 공기 제트(입자와 혼합된 공기)를 통해 터널의 지면(바닥)으로 지향되는 플라즈마 플룸(들)으로 주입된다. 실리카 스포일은 액체 재료로 용융되고, 터널 바닥의 최저 부분으로 자연적으로 유동하고, 냉각되어 암석으로 경화된다. 이는 바닥을 매끄럽게 하는 것을 돕는 데 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 포장 트랙터는 바닥의 고르지 않은 영역을 검출하고 용융될 스포일을 선택적으로 도포하는 센서를 구비한다.
본 발명의 구현예에 대한 다음의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하며, 동일한 참조 부호는 본 발명을 실시하는 특정 구현예를 예시로 도시하는 유사한 요소를 나타낸다. 이들 구현예의 설명은 충분히 상세하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있게 한다. 당업자는 다른 구현예가 활용될 수 있고 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 논리적, 기계적, 전기적, 기능적 및 다른 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해한다. 따라서, 아래의 상세한 설명은 제한적인 의미로 받아들여져서는 안 되며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정의된다.
도 1은 터널 보링 시스템의 일 구현예를 도시한다. 시스템은 커팅 조립체(120)를 함께 형성하는 커팅 헤드 지지체(115)에 결합된 커팅 헤드(110)를 포함한다. 일 구현예에서, 커팅 헤드(110) 는이동 아암(125)을 통해 결합되어, 트랙터(130)가 커팅 헤드를 이동할 수 있게 한다. 일 구현예에서, 이동은 수직(붐)에서만 있고, 좌우 이동은 없다. 다른 구현예에서, 시스템은 커팅 헤드의 수직(붐) 및 좌우(스윙) 이동 둘 모두를 지지한다. 일 구현예에서, 좌우(스윙) 이동은 2개의 위치(하나는 트랙터(130)에 대한 연결 지점에 있고 다른 하나는 조정 가능한 암이 커팅 조립체(120)에 연결되는 연결 지점에 있음)에 조인트를 갖는 이중 스윙일 수 있다. 일 구현예에서, 커팅 헤드는 상단에 아치가 있고 측부가 직선인 D 형상이다. 그러나, 커팅 헤드는 타원형, 원형, 또는 다른 형상일 수 있다.
일 구현예에서, 커팅 조립체(120)는 전력을 공급받지 않는다. 추진력은 전력 공급부를 통해 메인 동력 트랙터(130)에 의해 제공된다. 일 구현예에서, 메인 동력 트랙터(130)는 또한 센서(들) 및 카메라(들)를 포함한다. 메인 동력 트랙터(130)는 원동력뿐만 아니라 센서, 카메라, 및 다른 장치를 포함한다. 일 구현예에서, 센서 및/또는 카메라 중 적어도 일부는 트랙터(130)로부터 커팅 헤드로 연장되어, 가능한 한 커팅 헤드 근처로부터 이미지 및 센서 데이터를 제공한다. 진공 카트(140)는 제거된 암석의 수거를 위한 진공을 제공한다. 일 구현예에서, 진공 카트(140)는 자가 추진된다. 이는 메인 동력 트랙터(130)에 부담을 덜 준다. 다른 구현예에서, 진공 카트(140)는 자가 추진되지 않고, 메인 동력 트레이터(130)에 의해 견인되고/되거나 포장 트랙터(150)에 의해 밀린다.
포장 트랙터(150)는 터널 바닥을 매끄럽게 하는 데 사용될 수 있다. 포장 트랙터(150)는 터널 입구로부터 반환되는 분리된 폐기물 생성물을 수용한다. 일 구현예에서, 실리카 스포일이 사용된다. 동일한 터널을 보링하는 것으로부터 수거된 실리카 스포일은 모래, 파편 및 비트이고, 스포일 제거 튜브(160)를 통해 터널 입구 외부의 스포일 수거부(175)로 제거된다. 일 구현예에서, 실리카 스포일은 스포일 분리기(177)에 의해 표면에서 실리카 및 다른 스포일로 분류되는 용도 변경된 "폐기물" 스포일이다. 일 구현예에서, 산업용 시프터는 스포일 분리기(177)의 일부이고, 스포일을 큰 덩어리 및 작은 입자로 분리하는 데 사용된다. 일 구현예에서, 이어서, 작은 입자는 포장용 실리카(178)인 고실리카 함량을 갖는 부분을 수거하도록 스포일 분리기(177)의 일부인 원심분리기를 통과한다. 이 분리된 실리카 스포일의 스트림 또는 포장용 실리카(178)는 터널 아래 포장 트랙터(150)로 다시 보내진다. 이어서, 포장 트랙터는 터널 바닥의 고르지 않은 부분에 이를 침착시킨다.
일 구현예에서, 포장 트랙터(150)는 또한 터널을 보강하기 위한 재료로 터널 벽 및 아치형 지붕을 라인링할 수 있다. 라이닝은 쇼트크리트, 콘크리트 또는 다른 재료(들)를 갖는 것일 수 있다. 일 구현예에서, 포장 트랙터(150)는 터널의 벽 및/또는 아치형 지붕에 액체 터널 라이닝 제품(들)을 분무하는 데 사용되는 노즐을 포함할 수 있다. 포장 트랙터(150)는, 다른 구현예에서, 터널 라이닝 제품을 침착시키도록 회전하는 인젝터 아암을 포함할 수 있다.
시스템은 터널 입구(170)로부터 인바운드 튜브(155)를 통해 전력, 물, 공기, 및 일부 구현예에서 분리된 실리카 스포일 및/또는 터널 라이닝 재료(들)를 수용한다. 일 구현예에서, 커팅 헤드(110)를 위한 저온 공기 및 물을 제공하는 공기 압축기(185), 물 공급원(190), 및 칠러(195)가 있다. 전원은 이동 변전소(180)에 의해 제공될 수 있다. 다른 구현예에서, 전력은 태양 전력, 또는 다른 공급원에 의해 제공될 수 있다.
일 구현예에서, 인바운드 튜브(155)는 동력 트레이터(130)뿐만 아니라 커팅 헤드(110)의 토치에 전력을 제공한다. 물 및/또는 압축 공기는 아래에서 논의되는 바와 같이 커팅 헤드(110)에 의해 사용된다. 일 구현예에서, 공급선(135) 및 스포일 제거 튜브(160)는 커팅 헤드로부터 마지막 트랙터(여기서, 포장 트랙터(150))까지 내내 전체 시스템을 따라 이동한다.
스포일 제거 튜브(160)는 터널 보링에 의해 생성된 스포일을 스포일 수거부(175)로 제거한다. 시스템을 따라 진공 유입구가 있다. 일 구현예에서, 제1 진공 유입구는 커팅 헤드(110)에 있고, 이어서 메인 동력 트랙터(130)에 있고, 진공 카트(140)에 있다. 일 구현예에서, 스포일 제거 튜브(160)는 스포일 제거 튜브(160) 통해 스포일을 밀어내는 진공 카트(140)에 의해 전력을 공급받는다. 일 구현예에서, 스포일은 벤츄리 튜브(165)를 통해 튜브(160)에서 가속된다. 진공은 비트 모두를 흡입하고, 이어서 진공 카트(140) 뒤에는 처음 몇 미터에 스포일 제거 공기 흐름을 가속화하는 벤츄리 튜브 공기 제트(165) 및 도중에 스포일 제거 속도를 유지하는 추가 벤츄리 제트를 포함하는 스포일 제거 튜브(160)가 있다. 일 구현예에서, 스포일 제거 튜브(160)의 제1 섹션은 강성 금속이다. 일 구현예에서, 금속은 이의 경도 및 다른 합금보다 더 낮은 비용으로 인해 스테인리스강이다. 스포일 제거 튜브(160)의 후속 섹션은 플렉시블하지만 파형이 아닐 것이어서, 이것이 공기 유동을 최적화하기 위해 매끄러운 내부를 갖도록 한다. 일 구현예에서, 추가 진동 플레이트(168)가 스포일 제거 튜브(160) 아래에, 또는 스포일 제거 튜브(160) 내에 위치된다. 진동 플레이트(168)는 튜브의 하단 상에 침강하고 이들을 다시 공기 유동으로 가속하는 스포일을 진탕하도록 설계된다. 일 구현예에서, 터널이 특정 길이 초과인 경우, 인바운드 및 아웃바운드 튜브의 경로를 따라 추가 전력 요소가 있을 수 있다. 이는 튜브에 대한 추가 원동력뿐만 아니라 터널 보링 기계로 이동되고 터널로부터 제거되는 재료를 제공함으로써 터널 보링 시스템을 더 깊은 터널로 연장될 수 있게 한다. 다른 구현예에서, 이 전력 요소는 부스터 펌프에 전력을 공급하여 공기 및/또는 물 압력, 역률 보정 및 전압 및/또는 주파수 조정기, 추가 센서 및 다른 장비와 같은 전력 조절 장치를 부스팅할 수 있다.
이 자립형 보링 기계는 다양한 종류의 암석을 통해 보링할 수 있고, 빠르고 효율적인 터널 보링을 제공할 수 있는 효율적인 시스템을 제공한다.
도 2는 터널 보링 시스템의 일 구현예의 측면도이다. 커팅 헤드(210)는 커팅 조립체(220)에 부착된다. 커팅 헤드(210)는 보링을 보조하는 공기 및/또는 물의 스트림을 위한 토치 및 노즐을 포함한다. 전력 및 공기/물은 공급선(245)을 통해 커팅 조립체(220)로 공급된다. 일 구현예에서, PYPROGENSIS™의 비전사 아크 플라즈마 토치(APT)가 사용된다. 일 구현예에서, PHOENIX SOLUTIONS™에 의한 비전사 플라즈마 아크 토치 PT250이 사용된다. 다른 토치가 활용될 수 있다.
일 구현예에서, 커팅 조립체(220)는 보링으로부터의 부스러기를 진공 흡입하기 위해 하단 상에 진공 유입구(215)를 포함한다. 이 부스러기는 진공 튜브 (225a, 225b)를 통과하고, 스포일 튜브(290)를 통과하여, 터널 밖으로 나간다. 커팅 조립체(220)는 또한 공기 및 물 제트를 위한 물 매니폴드(230) 및 가스 매니폴드(235)를 포함한다. 커팅 조립체(220)는 또한 커팅 헤드(210)를 이동시키기 위해 조정 가능한 아암(250)을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 조인트는 스테인리스 강일 수 있는 트랩(240)에 의해 열 및 연마 입자로부터 보호된다.
일 구현예에서, 조정 가능한 아암(250)은 보링되는 터널의 방향을 변경하도록 커팅 헤드의 이동을 가능하게 한다. 일 구현예에서, 조정 가능한 아암(250)은 전방 단부 로더 트랙터의 리프팅 아암일 수 있다. 일 구현예에서, 커팅 조립체(220)는 또한 커팅 헤드(210)의 토치에 전력을 공급하도록 전력 공급부(237)의 일부 부분을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 트랙터(260)는 복수의 전력 공급부(237)를 포함하고, 각각의 전력 공급부는 커팅 헤드(210)의 토치의 서브세트에 전력을 공급한다. 일 구현예에서, 전력 유닛에 의해 전력을 공급받는 토치의 서브세트는 서로 인접하지 않는다. 일 구현예에서, 전력 공급부(237)는 전력 공급부 중 하나가 기능을 멈추면 시스템이 계속 사용될 수 있도록 분산된 토치 세트에 전력을 공급한다. 일 구현예에서, 임의의 하나의 전력 공급부(237)는 토치의 1/4번째 이하의 전력을 공급한다. 전력, 가스, 물, 및 다른 자원은 터널 외부로부터 공급선(265)을 통해 트랙터(260)에 공급된다.
일 구현예에서, 커팅 조립체(220)는 전력을 공급받지 않는 금속 휠을 포함한다. 오히려, 전력은 제2 트랙터(260)에 의해 제공된다. 그러나, 금속 휠은 토치에 의해 보링된 돌로부터의 고온 라바 및 암석을 견디도록 설계된다.
일 구현예에서, 커팅 조립체(220)는 또한 하나 이상의 센서를 포함한다. 대안적으로, 센서는 제2 트랙터(260)에 있을 수 있다.
제2 트랙터(260)는 커팅 조립체를 이동시키고 조정 가능한 아암 및 다른 서브시스템에 전력을 공급하도록 전기 모터(들)(264)를 포함한다. 일 구현예에서, 토치는 200 kW 내지 3,000 kW의 전력을 갖는 플라즈마 토치이다. 일 구현예에서, 각각의 플라즈마 토치는 500 kW 정격 용량을 갖는다.
일 구현예에서, 제2 트랙터(260)는 또한 센서(262) 및 카메라(263)를 포함한다. 일 구현예에서, 센서는 카메라, 수중 음파 탐지기, 레이저, 라이다, 레벨 센서, 온도 센서, 공기 및 물에 대한 유량 및 압력 센서, 자이로스코프, 자기, GPS 및/또는 다른 위치 센서, 또는 다른 센서를 포함할 수 있다. 센서(262) 및 카메라(263)는 조작자에게 데이터를 제공한다. 일 구현예에서, 조작자는 보링 기계(200)에 대한 원격 제어 안내를 제공한다. 일 구현예에서, 보링 기계(200)는 일반적으로 조작자에 의한 감독으로 자가 안내된다.
일 구현예에서, 센서(262)는 가연성 가스가 있는 지 여부를 포함하는, 터널 내의 공기에 대한 데이터를 제공한다. 가스는 폭발을 야기할 수 있기 때문에 플라즈마 보링 기계(200)에 위험할 수 있다. 일 구현예에서, 센서(262)는 특정 가스가 위험한 농도로 검출되는 경우 토치를 자동으로 셧다운하고/하거나 물 제트로의 물 유동을 증가시켜 가스 또는 가스들의 폭발 잠재성을 완화시키도록 자동 셧다운 메커니즘에 결합될 수 있다.
일 구현예에서, 카메라(263) 및 센서(262)는 보링되는 암석의 유형에 대한 데이터를 제공한다. 이러한 센서는 커팅면에서 암석의 광물학을 확인하기 위해 분자 스캐너 및 가스 검출기를 포함할 수 있다. 상이한 암석 조성물은 상이한 전력 설정, 공기 유동 설정, 및 물/증기 설정으로 드릴링될 수 있다. 예를 들어, 고실리카 암석은 더 낮은 전력 설정 및 현무암보다 더 저온 공기로 가장 잘 제거될 수 있다. 일 구현예에서, 트랙터(260)의 센서(262)에 더하여, 제거된 암석 및 부스러기에 기반하여 표면에서 추가 분석이 일어날 수 있다.
일 구현예에서, 제2 트랙터(260)는 또한 터널의 바닥에 지향된 저온 공기/물 분무(255)를 포함할 수 있다. 이는 제2 트랙터(260)가 손상을 야기하기에 충분히 고온인 암석 위를 통과하지 않는 것을 보장한다. 일 구현예에서, 냉각 공기/물 분무는 냉각을 위해 단지 충분한 물을 제공하도록 설계되며, 이는 증발하여, 부스러기가 제거하기 어려운 진흙탕이 되지 않고 오히려 진공 카트(280)에 의해 진공 흡입될 수 있다.
일 구현예에서, 진공 카트(280)는 제2 트랙터(260)에 결합된다. 진공 카트(280)는 바닥으로부터 부스러기를 진공 흡입하고, 또한 커팅 조립체(220)의 진공 유입구(215)에 의해 진공 흡입된 부스러기를 수용한다. 일 구현예에서, 진공 유입구는 금속으로 만들어지며, 냉각된 공기 또는 물을 사용하여 진공 유입구를 냉각하기 위해 도시된 바와 같이 냉각 슬리브를 포함한다. 진공 카트(280)는 또한 표면으로 폐기물의 반환을 제어한다. 일 구현예에서, 스포일 튜브(290)는 보링 기계(200)로부터 표면으로 연장되어, 폐기물 재료를 반환한다.
일 구현예에서, 일련의 벤츄리 튜브(295)는 스포일 튜브(290)를 따라 삽입된다. 벤츄리 튜브(295)는 터널 입구를 향해 향하여, 스포일 튜브(290) 내의 공기 유동을 가속하여 더 긴 거리에 걸쳐 폐기물 입자를 제거한다. 일 구현예에서, 벤츄리 튜브(295)는 스포일 제거 튜브(290)를 따라 주기적으로 배치된다. 일 구현예에서, 벤츄리 튜브(295)는 대략 10 내지 30 미터마다 배치되고, 공기 공급 라인에 연결되어 터널 입구를 향해 후방으로 이동하는 공기 유동 및 입자 유동의 속도를 계속 유지한다. 일 구현예에서, 벤츄리 튜브(295)는 튜브(290)에"고착된" 임의의 입자를 상승시키는 데 도움을 주기 위해 와류, 에디, 및 윈드 시어를 포함하는 공기 유동의 충분한 교반을 생성하도록 다양한 각도로 배치된다. 일 구현예에서, 진동 플레이트(297)는 또한 튜브(290) 아래에 또는 튜브의 하단에 삽입되어, 공기 유동으로부터 분리되고 튜브의 하단 상에 침강되는 임의의 입자를 진탕하여, 교반 공기 유동에 의해 픽업될 수 있다. 일 구현예에서, 벤츄리 튜브(295)는 20 미터마다 배치되고, 진동 플레이트(297)는 또한 20 미터마다 있어서, 진동 플레이트 또는 벤츄리 튜브가 10 미터마다 있다.
도 3은 터널 보링 시스템에서 커팅 조립체의 일 구현예의 사시도이다. 이 시스템은 부착된 커팅 헤드(310)를 갖는 커팅 조립체를 포함한다. 일 구현예에서, 커팅 헤드(310)는 교체 가능하다. 이는 특정 암석 조성물에 대한 커팅 헤드의 조정을 가능하게 한다.
커팅 헤드는 복수의 토치(330)를 포함한다. 일 구현예에서, 토치(330)는 패턴으로 배열된다. 일 구현예에서, 중앙 토치(335)는 다른 토치(330)보다 더 길게 연장된다. 일 구현예에서, 중앙 토치(335)는 다른 토치(330)를 넘어 15 내지 45 cm만큼 연장된다. 일 구현예에서, 중앙 토치(335)는 다른 토치에 비례하여 연장된다. 더 긴 중앙 토치(335)를 갖는 목적은 열 및 스포일 재료를 커팅면으로부터 더 쉽게 이탈하게 할 수 있다. 이는 현무암 및 사암 유형 암석에 유용할 수 있다. 일 구현예에서 연장된 토치(335)는 커팅 헤드(310)의 상단에서 또는 그 근처에서, 커팅 헤드(310)의 중심에 있다.
플라즈마 토치(330) 더하여, 보링기에 의해 커팅되는 암석에 스트림을 지향하도록 커팅 헤드(310) 상에 공기 또는 물 제트(340)가 있다. 공기 또는 물 제트(340)는 공기 및/또는 물을 출력한다. 공기 및/또는 물은 암석을 분할하는 것을 돕는 데 유용하다. 그러나, 시스템은 드릴링 진흙 및 물을 사용하지 않는다. 스트림은 공기 제트(340)를 통한 저온 공기의 스트림, 또는 물 제트(340)를 통한 물의 스트림, 공기와 물의 조합일 수 있다. 일 구현예에서, 매우 적은 양의 물이 사용되며, 이는 보링면에 영향을 미치기 때문에 토치(330)로부터의 높은 온도로 인해 증기를 변하거나 증발한다. 이는 스포일이 물에 의해 탁해지고, 더 무거워지는 것을 방지한다. 일 구현예에서, 온도 및 물 부피는 암석의 유형에 기반하여 조정된다. 일 구현예에서, 공기 및/또는 물은 매우 낮은 온도로 냉각되어, 암석에서 더 큰 온도 델타를 생성하여 열분해를 최적화하고, 관통 속도를 증가시킨다. 일 구현예에서, 플라즈마 플룸의 온도는 에지에서 2,000℃ 초과 및 플룸의 중심에서 최대 27,000℃의 범위이고, 물 및/또는 공기 제트는 3℃ 내지 15℃이다.
커팅 헤드, 스탠드 오프 거리, 및 스트림의 유형(물 또는 공기)의 구성은 보링되는 암석의 유형에 기반하여 조정될 수 있다. 표 1은 예시적인 설정을 예시한다.
[표 1]
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일 구현예에서, 커팅 헤드(310)는 토치(330)의해 생성된 높은 열로부터 커팅 헤드 뒤의 시스템의 부분 및 커팅 조립체(320)를 절연시키는 차폐부(345)를 구비한다. 다른 구현예에서, 이 차폐부는 형상이 오목하고, 열 에너지 및 음파를 커팅면을 향해 다시 반사하도록 설계된 재료로 만들어져 효율성 및 관통 속도를 증가시켜 보링 공정을 보조한다.
일 구현예에서, 커팅 헤드(310)는 이동 가능한 아암을 통해 커팅 조립체(320)에 결합된다. 트랙터는 토치(330) 대한 전력뿐만 아니라 제트(340)를 위한 공기 또는 물을 전달한다. 일 구현예에서, 커팅 헤드(310) 및 커팅 조립체(320)는 휠(325)을 갖는다. 일 구현예에서, 휠(325)은 토치(330)의해 생성된 열을 견딜 수 있는 텅스텐 또는 다른 금속으로 만들어진다. 일 구현예에서, 공급선(370)은 커팅 조립체(320)를 외부 요소에 연결한다.
도 4는 도 3의 커팅 헤드의 일 구현예의 정면도이다. 일 구현예에서, 커팅 헤드(310)는 아치형 지붕 및 수직 벽을 갖는 D 형상 터널을 생성하도록 형상화된다. 커팅 헤드(310)의 형상을 터널의 의도된 형상에 매칭시킴으로써, 일 구현예에서, 후보링 공정이 감소될 수 있다.
정면도는 커팅 헤드(310)로부터 연장되는 토치(330)를 지지하는 토치 지지 구조체를 도시한다. 이는 또한 중앙 눈 토치(335)에 대한 예시적인 위치를 도시한다. 일 구현예에서, 지지 구조체(360)는 커팅 헤드(310)의 토치(330) 사이에 지지를 제공한다.
일 구현예에서, 커팅 헤드(300)는 또한 공기 제트 및 물 제트(340)를 포함한다. 일 구현예에서, 도시된 바와 같이, 공기/물 제트(340)는 주로 상단 및 하단에서 커팅 헤드(300)의 에지를 따라 위치된다. 공기/물은 터널링되는 암석에서 균열을 야기하기 위해 온도 변화를 도입하는 데 사용된다. 일 구현예에서, 공기/물 제트(340)의 턴 온 및 오프는 선택적이고, 터널링되는 암석의 조성물에 기반한다.
도 5는 커팅 헤드(500)의 다른 구현예의 정면도이다. 이 구성에서, 더 많은 토치(510)가 있다. 이 구성에서, 커팅 헤드(500)의 하단을 가로지르는 7개의 토치, 및 수직으로 최대로 8개의 토치가 있다. 그러나, 이는 단지 예시적인 것이며, 개별 토치의 실제 배열은 본 발명으로부터 벗어남이 없이 변경될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
일 구현예에서, 공기 제트(520)는 커팅 헤드(500) 전체에 걸쳐 위치되는 반면, 물 제트(530)는 커팅 헤드(500)의 외부 영역 주위에 위치된다. 일 구현예에서, 공기 제트는 공기가 지향될 수 있음을 의미하는 관절형 제트이다. 일 구현예에서, 공기 제트(520)는 신속 시작/정지 밸브를 포함한다. 일 구현예에서, 밸브는 노즐과 공급 라인 밸브(들) 사이의 전자 제어식 솔레노이드이다. 저온 공기의 급속 펄싱은 특정 암석 유형을 파괴하는 데 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 시스템은 공기 유형을 검출하고 데이터에 기반하여 커팅 헤드(500)의 기능을 조정하는 센서를 포함한다. 일 구현예에서, 보링 시스템을 제어하는 조작자는 공기 제트 및 물 제트를 조정할 수 있다. 일 구현예에서, 물 제트(530)로부터의 증기/물 및/또는 공기 제트(520)부터의 저온 공기가 스포일 제거를 위해 라바를 파괴하는 데 사용된다.
또한, 일 구현예에서, 커팅 헤드(500)의 하단에 진공 유입구(540)가 있다. 진공 유입구(540)는 사용하여 스포일을 진공 흡입하여 이를 제거하는 데 사용된다. 일 구현예에서, 1 내지 10개의 진공 유입구가 있다. 일 구현예에서, 진공 유입구는 터널의 바닥 위에 대략 1 cm 내지 20 cm에 있다. 다른 구현예에서, 진공 유입구(540)는 플렉시블 아암 상에 있고, 유입구(540)가 바닥과 일관되게 밀접하게 접촉하게 유지되게 하고 바닥 표면의 범프 및 결함과 함께 이동하도록 위치된 휠을 가질 수 있다. 일 구현예에서, 진공 유입구는 고온 암석를 견디도록 설계된 재료의 금속이다. 일 구현예에서, 진공 유입구는 스포일 제거 튜브의 나머지 부분을 따라 이동하기에 충분히 암석를 냉각시키도록 공기 또는 물을 사용하여 냉각된다. 일 구현예에서, 진공 유입구 및 진공 튜브의 일부는 순환하는 냉각수를 포함하는 냉각 슬리브로 라이닝되며, 이때 반환 수 라인은 튜브(들)의 외부에 위치된다. 일 구현예에서, 냉각 슬리브는 모든 진공 수거 서브시스템 상에 위치된다. 일 구현예에서, 냉각 슬리브는 거리에 대해 연장된다. 일 구현예에서, 거리는 포장 트랙터 뒤에 최대 10 미터일 수 있다.
도 6은 토치의 커팅 직경을 도시하는, 커팅 헤드의 일 구현예를 도시한다. 커팅 헤드(600)는 2개의 상이한 크기의 플라즈마 토치(대형 토치(610) 및 소형 토치(630))를 포함한다. 이 예시에서, 토치 직경 외에, 토치 반경은 점선으로 도시된다. 볼 수 있는 바와 같이, 대형 토치(610) 및 소형 토치(630)의 조합은 영역의 전체 커버리지를 제공한다. 일 구현예에서, 각각의 토치 플룸은 토치 헤드 크기(610, 630)의 직경의 2.5배까지 연장된다. 따라서, 각각의 토치의 실제 터널 보링 가능성은 커팅 헤드(600) 내에서 토치 플룸이 교차하고, 토치 커팅부는 커팅 헤드를 넘어 연장되도록 예시된 반경(620, 640)을 넘어 확장된다. 일 구현예에서, 소형 토치(630)는 합류점에서 에지에서 더 높은 온도를 생성하는 다수의 토치 플라즈마 플룸의 시너지로 인해 불필요할 수 있다.
도시된 바와 같이, 일 구현예에서, 물 제트는 경사진 물 분무기(650)를 제공한다. 각도는 탁한 스포일 없이, 암석의 분할을 보조하는 물이 적절한 위치에 분무되는 것을 보장한다. 일 구현예에서, 경사진 물 분무기(650)가 분무하는 방향은 조작자에 의해 변경될 수 있다.
도 7은 차폐부의 직경을 넘어서 토치 플룸의 과도한 터널 보링 가능성를 도시하는, 커팅 헤드의 다른 구현예를 도시한다. 커팅 헤드(700)는 더 작은 구성이다. 이 예에서, 플라즈마 토치(710)에 의해 생성된 플룸의 유효 반경(720) 사이에 간극이 없고, 유효 반경은 중첩된다. 토치(710)의 반경(720)은 차폐부(730)의 에지를 넘어 연장되어, 차폐부(730)를 토치(710)에 의해 커팅된 경로를 통과할 수 있게 한다.
일 구현예에서, 다수의 토치의 사용은 시너지를 생성한다. 이는 2개 또는 3개의 플라즈마 플룸의 합류점아 있는 표면적에 적용된 열 및 운동 에너지를 2배 또는 3배로 만들 수 있다. 이는 자체적으로 암석을 보링하기에 충분한 에너지를 갖지 않거나, 플룸의 코어에 더 근접한 플룸의 영역으로서 빠르지 않은 플라즈마 플룸의 에지에서"폐기물"열을 활용함으로써 보링 용량을 증가시키지만, 다른 중첩된 토치 플룸으로부터의 폐열과 조합될 때, "섬이 있는(islanded)" 지역의 암석은 쪼개지며 하나의 플라즈마 플룸만으로 예상되는 것보다 더 빨리 쪼개질 수 있다. 이는 간극에 소형 토치에 대한 필요성을 제거한다.
물 제트(740)는 토치 사이에 분산된다. 일 구현예에서, 공기 제트가 또한 존재할 수 있다. 이 도면은 또한 160 cm의 높이, 및 120 cms의 폭의 "토치"를 구비한 커팅 헤드(700)의 일부 예시적인 치수를 도시하며, 이때 토치는 40 cm × 40 cm의 토치 반경(615)을 갖는다. 따라서, 커팅 헤드에 의해 보링된 터널의 추정된 터널 치수(750)는 160 cm, 또는 5'3" × 120 cm 또는 대략 3'11"일 것이다. 이들 치수는 물론 단지 예시적이다.
도 8a 및 도 8b는 힌지식 진공 유입구의 일 구현예를 도시한다. 일 구현예에서, 진공 트랙터의 전방은 진공 아암을 포함한다. 도 8a는 진공 트랙터(860)의 진공 아암의 구현예의 정면도를 도시하고, 도 8b는 측면도를 도시한다. 진공 트랙터(860)는 바닥을 향해 굴곡되는 연장 튜브(810)를 갖는다. 일 구현예에서, 연장 튜브(810)는 바닥 상에 남아 있는 피스를 포획하기 위해 스쿠프(820)를 구비한다. 일 구현예에서, 휠(830)은 스쿠프(820)를 바닥에 근접하게 유지하도록 이에 대한 지지를 제공한다. 일 구현예에서, 튜브(810)는 플렉시블 슬리브(840), 및 엘보우(850)를 포함한다. 일 구현예에서, 단일 진공 트랙터(860)는 전방을 가로질러 3개의 힌지식 진공 아암을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 진공 스쿠프(820)는 터널의 바닥의 대부분을 커버한다. 일 구현예에서, 부품은 가열된 스포일의 열을 견디기 위해 금속으로 만들어진다. 일 구현예에서, 금속은 스테인리스 강이다. 위에서 언급된 바와 같이, 일 구현예에서, 진공 아암은 스포일을 냉각하기 위한 냉각 슬리브를 구비할 수 있다.
도 8b는 힌지식 진공 유입구의 정면도를 도시한다. 일 구현예에서, 스쿠프는 전방에서 스포일을 끌어당기도록 전방으로 만곡된다. 일 구현예에서, 진공 유입구를 위한 이 구성은 또한 보링 시스템의 다른 부분과 함께 커팅 헤드, 동력 트랙터에 사용될 수 있다.
도 9a는 포장 트랙터의 일 구현예의 측면도를 도시한다. 일 구현예에서, 포장 트랙터(910)는 공급 라인(920)을 통해 인바운드 고실리카 폐기물을 수용한다. 일 구현예에서, 인바운드 재료는 매우 작은 실리카 입자이다. 일 구현예에서, 트랙터(910)는 또한 공급 라인(920)을 통해 인바운드 공기/가스뿐만 아니라 전력을 수용한다.
또한, 일 구현예에서, 트랙터(910)는 공급 라인(920)을 통해 터널 라이닝 제품을 수용한다. 일 구현예에서, 접지 센서(930)는 하나 이상의 센서로 바닥을 모니터링한다. 일 구현예에서, 접지 센서(930)는 트랙터 트레드(915) 전에 포장 트랙터(910)의 전방에서 터널 바닥을 모니터링한다. 접지 센서(930)는 카메라, 수중 음파 탐지기, 레이저, 라이다, 레벨 센서, 및 온도 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 혼합기(940)는 인바운드 공기 및 실리카 폐기물을 혼합하여 입자 혼합물을 생성한다. 일 구현예에서, 입자 혼합물은 공압 공기 제트(960)를 통해 터널의 지면(바닥)으로 지향되는 플라즈마 토치(970)로부터 플라즈마 플룸(들)으로 주입된다. 유동 제어(950)는 입자 혼합물 및 플라즈마 토치(970)를 제어한다. 다른 구현예에서, 입자 혼합물은 플라즈마 토치(970)를 위한 공기 공급부로 직접적으로 주입될 수 있다. 실리카는 액체 라바 유형 재료로 용융되고, (중력을 사용하여) 터널 바닥의 최저 부분으로 자연적으로 유동하고 냉각된다. 이는 암석으로 경화되어 바닥을 매끄럽게 하는 데 도움을 준다.
일 구현예에서, 포장 트랙터(910)은 또한 터널 벽 및 아치형 지붕을 터널 라이닝 제품으로 라이닝하기 위한 재료 도포기 또는 분무기(980)를 포함한다. 터널 라이닝 제품은 쇼트크리트, 콘크리트 또는 다른 재료를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 터널 라이닝 제품은 섬유 강화 쇼트크리트(FRS)이다. 일 구현예에서, 도포기(980)는 재료를 터널 벽에 분배하도록 하나 이상의 회전식 인젝터 아암을 포함한다. 다른 구현예에서, 재료 도포기(980)는 터널의 벽 및/또는 아치형 지붕에 액체 터널 라이닝 제품을 분무하는 데 사용되는 노즐일 수 있다. 일 구현예에서, 분무기(980)는 힌지 연결되어, 회전할 수 있다. 일 구현예에서 분무기(980)는 포장 트랙터(910)의 후방의 상단 중심 근처에 장착된 중심 피벗(985)으로부터 회전하는 하나의 아암이며, 최대 360도까지 회전하지만 터널의 전체 측부 및 지붕을 커버하기 위해 약 270도로 회전하도록 설계된다. 분무기(980)는 공급선 스포일 제거 및 그 아래의 공급 튜브에 있는 스토퍼에 의해 정지되고, 이어서 바닥 또는 공급 라인을 분무하지 않도록 하단에서 다시 정지될 때까지 회전 방향을 바꾸어 반대 방향으로 돌아간다.
도 9b는 도 9a의 포장 트랙터의 배면도를 도시한다. 분무기(980)는 중앙 힌지(985)를 중심으로 회전하여, 터널 벽에 재료를 분무한다. 일 구현예에서, 분무기(980)는 스토퍼 가드(982) 사이에서 대략 270도로 회전한다. 스토퍼 가드는 스포일 제거 튜브(925)에 제공될 수 있다. 일 구현예에서, 개별 공급 라인(990, 992, 994) 및 스포일 제거 라인(925)의 배열은 임의적이며, 이들 중 하나 이상은 내부 분리부를 갖는 단일 공급 튜브 내에서 조합되어, 다양한 재료를 분리할 수 있다.
도 10은 터널 보링 시스템을 사용하는 일 구현예의 흐름도이다. 프로세스는 블록(1010)에서 시작한다.
블록(1020)에서, 보링되는 암석이 식별된다. 토치 배열은 토치 설정과 마찬가지로 암석에 기반하여 선택된다. 일 구현예에서, 토치 배열은 사용되는 토치의 크기 및 위치뿐만 아니라 이의 간격을 정의한다. 일 구현예에서, 토치 설정은 사용되는 전력 레벨을 포함한다. 공기 및/또는 물 스트림 및 스탠드 오프 거리는 또한 암석 조성물 및 토치 배열 및 설정에 기반하여 선택된다. 공기 및/또는 물 스트림은 암석 조성물에 기반하여 선택된다. 일부 암석은 일정한 공기 스트림으로 최상으로 분할되고, 일부는 그럴 필요가 없다.
블록(1030)에서, 전력/물/공기 인바운드는 트랙터로 시작된다. 전술된 바와 같이, 일 구현예에서, 터널의 입구로 신장되는 공급선이 있다.
블록(1040)에서, 플라즈마 토치는 전력을 공급받아 보링을 시작한다. 일 구현예에서, 공기/물/증기 스트림이 또한 시작된다.
블록(1050)에서, 진공장치는 전력을 공급받아 보링으로부터 폐기물을 수거하고, 아웃바운드 튜브를 통해 터널 입구로 반환한다. 일 구현예에서, 진공은 다수의 흡기부를 포함한다.
블록(1060)에서, 프로세스는 터널 내의 센서 중 임의의 것이 경보를 발령하는 지 여부를 결정한다. 그렇다면, 블록(1065)에서, 경보가 해결된다. 경보는 잠재적인 가스 누출을 나타내는 센서에 대한 것일 수 있다. 그 경우에, 개선 조치는 플라즈마 토치를 턴 오프하거나, 공정에 물을 추가하거나, 일부 다른 솔루션을 추가하는 것일 수 있다. 일 구현예에서, 센서는 드릴링 속도가 예상되지 않는다면 경보를 발령할 수 있다. 센서 데이터는 토치의 배열 또는 설정, 공기, 물, 또는 증기 스트림의 부재 여부 등을 조정하는 데 사용될 수 있다. 프로세스는 이어서 블록(1070)으로 복귀한다.
블록(1070)에서, 프로세스는 포장 트랙터가 활성인 지 여부를 결정한다. 일 구현예에서, 포장 트랙터는 선택적이다. 활성인 경우, 블록(1075)에서, 실리카 폐기물의 반환은 포장 트랙터로 개시되고, 포장 트랙터는 실리카 및 공기 제트를 터널 바닥에 도포하고 지면에 지향된 플라즈마 토치를 통해 이를 용융시킨다.
블록(1080)에서, 프로세스는 터널 세그먼트가 완료되었는 지, 또는 보링이 다른 이유로 정지되어야 하는 지 여부를 결정한다. 그렇지 않은 경우, 프로세스는 블록(1040)로 복귀하여 드릴링을 계속한다. 프로세스가 종료되면, 이는 블록(1090)에서 종료된다. 일 구현예에서, 프로세스는 필요에 따라 일시정지되고 재시작될 수 있다.
전술한 명세서에서, 본 발명은 이의 특정한 예시적인 구현예를 참조하여 기술되었다. 그러나 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 보다 넓은 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서 본 명세서 및 도면은 제한적인 의미라기보다는 예시적인 의미로 간주되어야 한다.

Claims (20)

  1. 지면을 통해 터널링하는 터널 보링 기계(tunnel boring machine)로서,
    커팅헤드;
    상기 커팅 헤드 상의 복수의 플라즈마 토치;
    상기 플라즈마 토치가 활성인 동안 상기 지면의 영역을 냉각하는 스트림을 제공하는 상기 커팅 헤드 상의 복수의 노즐; 및
    상기 커팅 헤드에 추진력을 제공하는 트랙터(상기 트랙터는 상기 커팅 헤드를 이동시켜 터널을 커팅함)
    를 포함하는, 기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 커팅 헤드는 평평한 하단 및 만곡된 상단을 갖는, 말편자 형상으로 배열된 상기 복수의 플라즈마 토치를 구비하는, 기계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스트림을 냉각하고, 상기 플라즈마 토치의 열과 상기 스트림 사이에 더 큰 온도 델타를 생성하는 칠러를 추가로 포함하는, 기계.
  4. 제1항에 있어서, 상기 노즐은 공기 스트림을 지향하는 고압 공기 제트 노즐을 포함하는, 기계.
  5. 제1항에 있어서, 상기 노즐 중 적어도 하나는 상기 스트림을 지향하는 고압 물 제트 노즐을 포함하는, 기계.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스트림은 물 및 증기 중 하나를 포함하는, 기계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 토치를 위한 복수의 전력 유닛을 추가로 포함하며, 상기 플라즈마 토치의 서브세트는 상기 복수의 전력 유닛 각각에 의해 전력을 공급받는, 기계.
  8. 제7항에 있어서, 전력 유닛에 의해 전력을 공급받는 상기 플라즈마 토치의 서브세트는 서로 인접하지 않는, 기계.
  9. 제1항에 있어서,
    스포일을 진공 제거하는 상기 커팅 헤드의 베이스에 진공 유입구를 추가로 포함하는, 기계.
  10. 제1항에 있어서,
    복수의 진공 유입구;
    상기 진공 유입구로부터의 진공 스트림을 조합하여 상기 터널로부터 스포일의 스트림을 생성하는 금속 튜브를 추가로 포함하는, 기계.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 커팅 헤드에 의해 생성된 스포일을 제거하기 위해 상기 트랙터 뒤에 진공 카트를 추가로 포함하는, 기계.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스포일을 진공 흡입하는 하나 이상의 진공 튜브를 추가로 포함하며, 상기 하나 이상의 진공 튜브는 상기 스포일을 냉각하는 냉수를 순환시키는 냉각 슬리브로 라이닝되는, 기계.
  13. 제1항에 있어서,
    입자 관성을 극복하기 위해 교반을 생성하는 상기 복수의 노즐의 적어도 서브세트에 대한 신속한 시작/정지 밸브를 추가로 포함하는, 기계.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 트랙터에 의해 견인된 포장 트랙터로서, 상기 터널의 지붕, 상기 터널의 벽, 및/또는 상기 터널의 하단 중 하나 이상에 재료를 도포하는 상기 포장 트랙터를 추가로 포함하는, 기계.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 커팅 헤드를 상기 트랙터에 연결하고, 상기 커팅 헤드를 회전시켜, 상기 터널 보링 기계가 보링되는 상기 터널의 각도를 변경할 수 있게 하는, 조정 가능한 아암을 추가로 포함하는, 기계.
  16. 제1항에 있어서, 상기 커팅 헤드는
    상기 플라즈마 토치에 의해 출력되는 에너지를 커팅면을 향해 반사하여, 보링 관통 속도를 보조하는 오목한 차폐부를 추가로 포함하는, 기계.
  17. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 토치의 플룸은
    중첩되고, 상기 중첩은 보링면에 적용되는 열 및 운동 에너지를 증가시키는 시너지를 생성하는, 기계.
  18. 커팅 헤드를 포함하는 터널 보팅 기계로서,
    상기 커팅 헤드 상의 복수의 플라즈마 토치(상기 복수의 플라즈마 토치는 말편자 형상으로 상기 커팅 헤드 상에 배열되어, 상기 터널이 실질적으로 평평한 바닥 및 만곡된 상단으로 보링되도록 함); 및
    상기 커팅 헤드에 추진력을 제공하는 트랙터(상기 트랙터는 상기 커팅 헤드를 이동시켜 터널을 커팅함)
    를 포함하는, 기계.
  19. 제18항에 있어서, 상기 플라즈마 토치가 활성인 동안 영역을 냉각하는 스트림을 제공하기 위해 상기 커팅 헤드 상에 복수의 노즐을 추가로 포함하는, 기계.
  20. 제19항에 있어서, 상기 스트림은 저온 공기, 저온 물, 및 저온 공기 및 저온 물의 조합 중 하나 이상을 포함하는, 기계.
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