Тук, в Съединените щати, наричахме тунелирането чрез пробиване и взривяване като „конвенционално“ тунелиране, което предполагам оставя тунелирането чрез TBM или други механизирани средства да се нарича „неконвенционално“.Въпреки това, с развитието на технологията TBM става все по-рядко да се прави тунелиране чрез пробиване и взривяване и като такова може да искаме да помислим за обръщане на израза и да започнем да наричаме тунелиране чрез пробиване и взривяване като „нетрадиционно ” тунелиране.
Тунелирането чрез пробиване и взривяване все още е най-често срещаният метод в подземната минна индустрия, докато тунелирането за инфраструктурни проекти все повече се превръща в механизирано тунелиране чрез TBM или други методи.Въпреки това, при къси тунели, за големи напречни сечения, изграждане на пещери, пресичания, напречни проходи, шахти, напорни тръби и т.н., сондажът и взривяването често е единственият възможен метод.Чрез пробиване и взривяване ние също имаме възможността да бъдем по-гъвкави, за да се адаптираме към различни профили в сравнение с TBM тунел, който винаги дава кръгло напречно сечение, особено за магистрални тунели, което води до много прекомерни изкопни работи по отношение на действителното необходимо напречно сечение.
В скандинавските страни, където геоложката формация на подземните конструкции често е в солиден твърд гранит и гнайс, което се поддава на сондажно-взривно копаене много ефективно и икономично.Например системата на метрото в Стокхолм обикновено се състои от открита скална повърхност, изградена с помощта на пробиване и взривяване и напръскана с торкрет бетон като крайна облицовка без каквато и да е отлята облицовка.
Понастоящем проектът на AECOM, Стокхолмският обходен път, който се състои от 21 км (13 мили) магистрала, от които 18 км (11 мили) са под земята под западния архипелаг на Стокхолм, е в процес на изграждане, вижте Фиг. 1. Тези тунели с променливо напречно сечение, за разполагане на три ленти във всяка посока и рампи за влизане и излизане, свързващи се с повърхността, се изграждат с помощта на техниката за пробиване и взривяване.Този тип проекти все още са конкурентни като сондаж и взривяване поради добрата геология и необходимостта от променливо напречно сечение, за да се приспособят към изискванията за пространство.За този проект са разработени няколко рампи за достъп, за да се разделят дългите главни тунели на множество направления, което ще съкрати общото време за изкопаване на тунела.Първоначалната опора на тунела се състои от скални болтове и 4” торкрет бетон, а крайната облицовка се състои от хидроизолационна мембрана и 4 инча торкрет бетон, окачен на болтове, разположени на разстояние около 4 на 4 фута, монтиран на 1 фут от облицованата с торкрет бетон скална повърхност, действа като вода и скреж изолация.
Норвегия е още по-екстремна, когато става въпрос за прокопаване на тунели чрез сондаж и взривяване и през годините е усъвършенствала методите за пробиване и взривяване до съвършенство.С много планинския релеф на Норвегия и много дългите фиорди, врязващи се в земята, необходимостта от тунели под фиордите както за магистрала, така и за железопътен транспорт е от голямо значение и може значително да намали времето за пътуване.Норвегия има повече от 1000 пътни тунела, което е най-много в света.В допълнение, Норвегия също е дом на безброй водноелектрически централи с напорни тунели и шахти, които са конструирани от Drill and Blast.През периода от 2015 г. до 2018 г. само в Норвегия е имало около 5,5 милиона CY подземни скални изкопи чрез сондаж и взривяване.Скандинавските страни усъвършенстваха техниката на пробиване и взривяване и изследваха нейните технологии и най-новото в целия свят.Също така, в Централна Европа, особено в алпийските страни, сондажът и взривяването все още е конкурентен метод в тунелирането, въпреки голямата дължина на тунелите.Основната разлика спрямо скандинавските тунели е, че повечето от алпийските тунели имат крайна бетонна облицовка от отлято на място.
В североизточната част на САЩ и в районите на Скалистите планини има подобни условия като в скандинавските страни с твърда и компетентна скала, позволяваща икономично използване на Drill and Blast.Някои примери включват метрото на Ню Йорк, тунела Айзенхауер в Колорадо и тунела Макдоналд в канадските Скалисти планини
Последните транспортни проекти в Ню Йорк, като наскоро завършеното метро на Второ авеню или проектът за достъп от източната страна, имат комбинация от TBM минирани работещи тунели с Station Caverns и други спомагателни пространства, направени от Drill and Blast.
Използването на джъмбо бормашини през годините еволюира от примитивните ръчни бормашини или джъмбо с една стрела до компютъризираните самопробивни джъмбо с множество стрели, където моделите на пробиване се въвеждат в бордовия компютър, което позволява бързо и високоточно пробиване до предварително - задайте точно изчислен модел на пробиване.(виж Фиг. 2)
Усъвършенстваните сондажни джъмбо се предлагат като напълно автоматизирани или полуавтоматизирани;в първия, след завършване на отвора, свредлото се връща обратно и се придвижва автоматично към следващата позиция на отвора и започва да пробива без необходимост от позициониране от оператора;при полуавтоматичните стрели операторът мести свредлото от дупка в дупка.Това позволява на един оператор да борави ефективно с големи сеялки с до три стрели с помощта на бордовия компютър.(виж Фиг. 3)
С разработването на скални бормашини от 18, 22, 30 и до 40 kW ударна мощност и високочестотни бормашини с фидери, държащи до 20' дрифтерни пръти и използването на автоматизираната система за добавяне на пръти (RAS), напредъкът и скоростта на пробиване се е подобрило значително с действителни скорости на напредване до 18' на кръг и потъване на отвора между 8 – 12 фута/мин в зависимост от вида на скалата и използваната бормашина.Автоматизирана джъмбо бормашина с 3 стрели може да пробива със скорост 800 – 1200 фута/час с 20 футови дрифтерни пръти.Използването на 20 FT дрифтер пръти изисква определен минимален размер на тунела (около 25 FT), за да позволи скалните болтове да бъдат пробивани перпендикулярно на оста на тунела, като се използва същото оборудване.
Скорошно развитие е използването на многофункционални джъмбо, окачени от короната на тунела, позволяващи едновременното извършване на множество функции, като пробиване и изсмукване.Джъмбото може да се използва и за монтиране на решетъчни греди и торкрет бетон.Този подход припокрива последователни операции при тунелиране, което води до спестяване на време в графика.Вижте фиг. 4.
Използването на насипна емулсия за зареждане на дупките от отделен камион за зареждане, когато джъмбо сондажът се използва за множество заготовки, или като вградена функция към джъмбото за сондаж, когато се изкопава една заготовка, става все по-често срещано, освен ако има местни ограничения за това приложение.Този метод обикновено се използва в различни области по света, като две или три дупки могат да се зареждат едновременно;концентрацията на емулсията може да се регулира в зависимост от това кои дупки се зареждат.Изрязаните отвори и долните отвори обикновено се зареждат със 100% концентрация, докато контурните отвори се зареждат с много по-лека концентрация от около 25% концентрация.(вижте фиг. 5)
Използването на насипна емулсия се нуждае от усилвател под формата на пръчка от опаковани експлозиви (праймер), който заедно с детонатора се поставя на дъното на дупките и е необходим за запалване на насипната емулсия, която се изпомпва в дупката.Използването на насипна емулсия намалява общото време за зареждане в сравнение с традиционните касети, където 80 – 100 дупки/час могат да бъдат заредени от камион за зареждане, оборудван с две помпи за зареждане и кошници за един или двама души, за да достигне пълното напречно сечение.Вижте фиг.6
Използването на челен товарач и камиони все още е най-разпространеният начин за изхвърляне в комбинация с пробиване и взривяване за тунели, които имат достъп до повърхността.В случай на достъп през шахти, калта ще бъде пренасяна предимно с челен товарач до шахтата, където ще бъде повдигната на повърхността за по-нататъшно транспортиране до крайната зона за депониране.
Въпреки това, използването на трошачка в челото на тунела за раздробяване на по-големите скални късове, за да се позволи прехвърлянето им с конвейерна лента за извеждане на калта на повърхността, е друга иновация, която е разработена в Централна Европа често за дълги тунели през Алпите.Този метод значително намалява времето за изхвърляне, особено за дълги тунели и елиминира камионите в тунела, което от своя страна подобрява работната среда и намалява необходимия вентилационен капацитет.Той също така освобождава обратната страна на тунела за бетонови работи.Има допълнително предимство, ако скалата е с такова качество, че може да се използва за производство на инертни материали.В този случай натрошената скала може да бъде минимално обработена за други полезни употреби като бетонови агрегати, релсов баласт или настилка.За да се намали времето от бластирането до нанасянето на торкрет бетона, в случаите, когато времето за изправяне може да е проблем, първоначалният слой торкрет бетон може да се нанесе върху покрива, преди да се извърши почистването.
При изкопаване на големи напречни разрези в комбинация с лоши скални условия, методът за пробиване и взривяване ни дава възможност да разделим лицето на множество заглавия и прилагане на метода на последователно изкопаване (SEM) за изкопа.Централен пилотен курс, последван от шахматни странични отклонения, често се използва в SEM при прокарване на тунели, както може да се види на Фигура 7 за изкопа на горния курс на станция 86-та улица в проекта на метрото Второ авеню в Ню Йорк.Горната част беше изкопана в три преспи, а след това беше последвана от две разкопки на пейка, за да се завърши напречното сечение на 60' широка и 50' висока каверна.
За да се сведе до минимум навлизането на вода в тунела по време на изкопаване, често се използва фугиране преди изкопаване.Фугирането на скалата преди изкопа е задължително в Скандинавия, за да се отговори на екологичните изисквания по отношение на изтичане на вода в тунела, за да се сведе до минимум въздействието на строителството върху водния режим на или близо до повърхността.Фугирането преди изкопаване може да се извърши за целия тунел или за определени зони, където състоянието на скалите и режимът на подпочвените води изискват фугиране, за да се намали проникването на вода до управляемо количество, като например в зони на разлом или срязване.При селективно фугиране преди изкопаване се пробиват 4-6 сондажни отвора и в зависимост от измерената вода от сондажните отвори по отношение на установения тригер за фугиране, фугирането ще бъде извършено с помощта на цимент или химически разтвори.
Обикновено вентилаторът за фугиране преди изкопаване се състои от 15 до 40 отвора (дължина 70-80 фута), пробити пред лицето и фугирани преди изкопаване.Броят на дупките зависи от размера на тунела и очакваното количество вода.След това изкопът се извършва, като се оставя безопасна зона от 15-20 фута след последния кръг, когато се извършва следващото сондиране и фугиране преди изкопа.Използването на автоматизираната система за добавяне на пръти (RAS), спомената по-горе, прави лесно и бързо пробиването на сондата и отворите за фугиране с капацитет от 300 до 400 фута/час.Изискването за фугиране преди изкопаване е по-осъществимо и надеждно, когато се използва методът на пробиване и взривяване в сравнение с използването на TBM
Безопасността при пробиване и взривяване на тунели винаги е била от голямо значение, което изисква специални мерки за безопасност.В допълнение към традиционните проблеми, свързани с безопасността при прокарването на тунели, строителството чрез пробиване и взривяване, рисковете в лицето, включително сондиране, зареждане, мащабиране, изхвърляне и т.н. добавят допълнителни рискове за безопасността, които трябва да бъдат разгледани и планирани.С напредването на технологиите в техниките за пробиване и взривяване и прилагането на подхода за намаляване на риска към аспектите на безопасността, безопасността при прокарването на тунели се подобри значително през последните години.Например, с използването на автоматизирано джъмбо пробиване с модела на пробиване, качен на бордовия компютър, няма нужда никой да е пред кабината на джъмбо бормашината, като по този начин се намалява потенциалното излагане на работниците на потенциални опасности и по този начин се увеличава тяхната безопасност.
Най-добрата функция, свързана с безопасността, вероятно е автоматизираната система за добавяне на пръти (RAS).С тази система се използва главно за пробиване на дълги дупки във връзка с фугиране преди изкопни работи и пробиване на сондажни дупки;удължителното пробиване може да се извърши напълно автоматизирано от кабината на оператора и като такова елиминира риска от наранявания (особено наранявания на ръцете);в противен случай добавянето на пръти се извършва ръчно, като работниците са изложени на наранявания при добавяне на пръти на ръка.Заслужава да се отбележи, че Норвежкото тунелно дружество (NNF) издаде през 2018 г. своята публикация № 27, озаглавена „Безопасност при норвежки сондажни и взривни тунелни работи“.Публикацията разглежда по систематичен начин мерките, свързани със здравето, безопасността и управлението на околната среда по време на прокопаване на тунели с използване на методи за пробиване и взривяване и предоставя най-добри практики за работодателите, майсторите и работниците по строителството на тунели.Публикацията отразява състоянието на техниката в областта на безопасността на строителството с пробиване и взривяване и може да бъде изтеглена безплатно от уебсайта на Норвежкото общество за тунелиране: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
Пробиване и взривяване, използвано в правилната концепция, дори и за дълги тунели, с възможност за разделяне на дължината на множество заглавия, все още може да бъде жизнеспособна алтернатива.Наскоро беше постигнат значителен напредък в оборудването и материалите, което доведе до повишена безопасност и повишена ефективност.Въпреки че механизираното изкопаване с използване на TBM често е по-благоприятно за дълги тунели с постоянно напречно сечение, обаче, в случай че има повреда в TBM, водеща до дълго спиране, целият тунел спира, докато при работа с сондаж и взривяване с множество заглавия строителството все още може да напредва, дори ако една позиция срещне технически проблеми.
Ларс Дженемир е експерт инженер по тунелно строителство в офиса на AECOM в Ню Йорк.Той има цял живот опит в подземни и тунелни проекти от цял свят, включително Югоизточна Азия, Южна Америка, Африка, Канада и САЩ в транзитни, водни и хидроенергийни проекти.Има богат опит в конвенционалните и механизирани тунелни работи.Неговият специален опит включва изграждане на скални тунели, конструктивност и планиране на строителството.Сред проектите му са: метрото Второ авеню, гара 86-та улица в Ню Йорк;разширението на линията на метрото номер 7 в Ню Йорк;регионалния конектор и удължението на лилавата линия в Лос Анджелис;Citytunnel в Малмьо, Швеция;хидроелектрическият проект Kukule Ganga, Шри Ланка;Хидроелектрически проект Uri в Индия;и Хонконгската стратегическа канализационна схема.
Време за публикуване: 01 май 2020 г