Aquí, als Estats Units, solia referir-nos als túnels per perforació i explosió com a túnels "convencionals", cosa que suposo que deixa el túnel per TBM o altres mitjans mecanitzats com a "no convencionals".No obstant això, amb l'evolució de la tecnologia de tuneladora, cada cop és més estrany fer túnels per perforació i explosió i, com a tal, potser voldrem pensar en canviar l'expressió i començar a referir-se a la perforació i volada com a "no convencionals". ” túnels.
El túnel per perforació i voladura segueix sent el mètode més comú a la indústria de la mineria subterrània, mentre que el túnel per a projectes d'infraestructura s'està convertint cada cop més en túnel mecanitzat mitjançant TBM o altres mètodes.No obstant això, en túnels curts, per a grans seccions transversals, construcció de cavernes, encreuaments, passos transversals, eixos, conductes, etc., la perforació i el granat és sovint l'únic mètode possible.Amb Drill and Blast també tenim la possibilitat de ser més flexibles per adoptar diferents perfils en comparació amb un túnel de tuneladora que sempre dóna una secció transversal circular especialment per a túnels d'autopistes que resulta amb molta sobreexcavació en relació a la secció transversal real necessària.
Als països nòrdics, on la formació geològica de la construcció subterrània és sovint en granit dur i sòlid i gneis que es presta a la mineria de perforació i explosió de manera molt eficient i econòmica.Per exemple, el sistema de metro d'Estocolm consisteix normalment en una superfície de roca exposada construïda mitjançant Drill and Blast i ruixada amb formigó projectat com a revestiment final sense cap revestiment colat al lloc.
Actualment el projecte d'AECOM, la circumval·lació d'Estocolm, que consta de 21 km (13 milles) d'autopista dels quals 18 km (11 milles) estan sota terra sota l'arxipèlag occidental d'Estocolm, està en construcció, vegeu la figura 1. Aquests túnels tenen seccions transversals variables, per acomodar tres carrils en cada sentit i s'estan construint rampes d'entrada i sortida que connecten a la superfície mitjançant la tècnica de perforació i explosió.Aquest tipus de projectes segueixen sent competitius com Drill and Blast per la bona geologia i la necessitat de secció transversal variable per adaptar-se a les necessitats d'espai.Per a aquest projecte s'han desenvolupat diverses rampes d'accés per dividir els llargs túnels principals en múltiples capçals que escurçaran el temps global d'excavació del túnel.El suport inicial del túnel consta de cargols de roca i formigó projectat de 4 polzades i el revestiment final consisteix en una membrana impermeabilitzant i un formigó projectat de 4 polzades suspès per cargols espaciats al voltant de 4 per 4 peus, instal·lats a 1 peu de la superfície de roca revestida de formigó projectat, actua com a aigua i gelades. aïllament.
Noruega és encara més extrema quan es tracta de fer túnels mitjançant Drill and Blast i al llarg dels anys ha perfeccionat els mètodes de Drill and Blast a la perfecció.Amb la topografia molt muntanyosa de Noruega i els fiords molt llargs que tallen la terra, la necessitat de túnels sota els fiords tant per a l'autopista com per al ferrocarril és de gran importància i pot reduir considerablement el temps de viatge.Noruega té més de 1.000 túnels de carreteres, que és la majoria del món.A més, Noruega també és la llar d'innombrables centrals hidroelèctriques amb túnels de tubs i pous construïts per Drill and Blast.Durant el període del 2015 al 2018, només a Noruega, hi va haver uns 5,5 milions d'anys d'excavació subterrània de roca per perforació i explosió.Els països nòrdics van perfeccionar la tècnica de Drill and Blast i van explorar les seves tecnologies i l'estat de l'art arreu del món.A més, a Europa Central, especialment als països alpins, Drill and Blast segueix sent un mètode competitiu en túnels malgrat la llarga longitud dels túnels.La principal diferència amb els túnels nòrdics és que la majoria dels túnels alpins tenen un revestiment final de formigó colat al lloc.
Al nord-est dels Estats Units ia les regions de les Muntanyes Rocalloses hi ha condicions similars a les dels nòrdics amb roca dura i competent que permet l'ús econòmic de perforació i explosió.Alguns exemples inclouen el metro de la ciutat de Nova York, el túnel Eisenhower a Colorado i el túnel Mt McDonald a les Muntanyes Rocalloses del Canadà.
Projectes de transport recents a Nova York, com ara el recentment acabat Second Avenue Subway o el projecte East Side Access, han tingut una combinació de túnels en funcionament amb mines de TBM amb Station Caverns i altres espais auxiliars fets per Drill and Blast.
L'ús de trepants jumbos ha evolucionat al llarg dels anys des dels primitius trepants manuals o jumbos d'un boom fins als jumbos multiplumes autoperforants informatitzats on els patrons de trepant s'introdueixen a l'ordinador de bord permetent una perforació ràpida i d'alta precisió fins a un pre -establir un patró de trepant calculat amb precisió.(vegeu la figura 2)
Els jumbos de perforació avançats vénen totalment automatitzats o semiautomatitzats;en el primer, després de completar el forat, el trepant torna a seguir i es mou automàticament a la següent posició del forat i comença a perforar sense necessitat de posicionar-lo per part de l'operador;per a les barres semiautomàtiques, l'operador mou el trepant d'un forat a un altre.Això permet a un operador manejar eficaçment els jumbos de trepant amb fins a tres barres amb l'ús de l'ordinador de bord.(vegeu la figura 3)
Amb el desenvolupament de perforadores de roca a partir de 18, 22, 30 i fins a 40 kW de potència d'impacte i trepants d'alta freqüència amb alimentadors que subjecten barres drifter de fins a 20' i l'ús del sistema automatitzat d'addició de barres (RAS), l'avanç i la velocitat de perforació ha millorat molt amb velocitats d'avanç reals de fins a 18' per ronda i forat que s'enfonsa entre 8 i 12 peus/min, depenent del tipus de roca i de la broca utilitzada.Un jumbo de trepant automatitzat de 3 braços pot perforar de 800 a 1200 peus/h amb barres de deriva de 20 peus.L'ús de barres de deriva de 20 peus necessita una certa mida mínima de túnel (uns 25 peus) per permetre que els cargols de roca siguin perforats perpendicularment a l'eix del túnel amb el mateix equip.
Un desenvolupament recent és l'ús de jumbos multifunció suspesos de la corona del túnel que permeten múltiples funcions simultàniament, com ara la perforació i l'embolcall.El jumbo també es pot utilitzar per instal·lar bigues de gelosia i formigó projectat.Aquest enfocament se superposa a les operacions seqüencials en el túnel, la qual cosa suposa un estalvi de temps a la programació.Vegeu la figura 4.
L'ús d'emulsió a granel per carregar els forats des d'un camió de càrrega independent, quan el trepant jumbo s'utilitza per a diversos encapçalaments, o com a característica integrada al trepant jumbo quan s'excava un sol cap, és cada cop més comú, tret que hi ha restriccions locals per a aquesta aplicació.Aquest mètode s'utilitza habitualment en diverses zones del món, amb dos o tres forats que es poden carregar al mateix temps;la concentració de l'emulsió es pot ajustar en funció dels forats que s'estan carregant.Els forats tallats i els forats inferiors es carreguen normalment amb una concentració del 100%, mentre que els forats de contorn es carreguen amb una concentració molt més lleugera d'aproximadament un 25%.(vegeu la figura 5)
L'ús de l'emulsió a granel necessita un reforç en forma d'un pal d'explosius envasats (imprimació) que juntament amb el detonador s'insereix al fons dels forats i és necessari per encendre l'emulsió a granel que es bombeja al forat.L'ús d'emulsió a granel redueix el temps de càrrega global que els cartutxos tradicionals, on es poden carregar de 80 a 100 forats/hora des d'un camió de càrrega equipat amb dues bombes de càrrega i cistelles d'una o dues persones per arribar a la secció transversal completa.Vegeu la Fig.6
L'ús de carregadores de rodes i camions segueix sent la forma més comuna de fer l'escombratge en combinació amb Drill and Blast per als túnels amb accés addicional a la superfície.En el cas de l'accés per eixos, el fang es transportarà majoritàriament amb una carregadora de rodes fins a l'eix on s'elevarà a la superfície per al seu posterior transport fins a la zona d'abocament final.
Tanmateix, l'ús d'una trituradora a la cara del túnel per trencar les peces de roca més grans per permetre la seva transferència amb una cinta transportadora per portar el fang a la superfície és una altra innovació que es va desenvolupar a Europa Central sovint per a túnels llargs pels Alps.Aquest mètode redueix considerablement el temps d'embolcall, especialment en túnels llargs i elimina els camions al túnel, la qual cosa al seu torn millora l'entorn de treball i redueix la capacitat de ventilació necessària.També allibera el túnel invertit per a obres de formigó.Té un avantatge addicional si la roca és de tal qualitat que es pot utilitzar per a la producció d'àrids.En aquest cas, la roca triturada es pot processar mínimament per a altres usos beneficiosos com ara àrids de formigó, llast de ferrocarril o paviment.Per reduir el temps des de l'explosió fins a l'aplicació del Shotcrete, en els casos en què el temps d'aixecament pot ser un problema, la capa inicial de Shotcrete es pot aplicar al sostre abans de fer l'embolcall.
Quan s'excava grans seccions transversals en combinació amb condicions pobres de la roca, el mètode de perforació i voladura ens ofereix la possibilitat de dividir la cara en múltiples capçals i aplicar el mètode d'excavació seqüencial (SEM) per a l'excavació.Sovint s'utilitza un encapçalament pilot central seguit de derivas laterals esglaonades en SEM en túnels, com es pot veure a la figura 7 per a l'excavació del capçal superior de l'estació del carrer 86 al projecte del metro de la Segona Avinguda a Nova York.L'encapçalament superior es va excavar en tres derivacions, i després va ser seguit per dues excavacions de banc per completar la secció transversal de la caverna de 60' d'ample per 50' d'alçada.
Per tal de minimitzar la intrusió d'aigua al túnel durant l'excavació, sovint s'utilitza rejuntat prèvia a l'excavació.A Escandinàvia, el rejuntat de la roca prèvia a l'excavació és obligatori per atendre els requisits ambientals relacionats amb les fuites d'aigua al túnel per tal de minimitzar l'impacte de la construcció sobre el règim d'aigua a la superfície o prop.El rejuntat prèvia a l'excavació es pot fer per a tot el túnel o per a determinades zones on l'estat de la roca i el règim de les aigües subterrànies requereixen rejuntar per reduir la intrusió d'aigua a una quantitat manejable, com ara en zones de falla o cisalla.En el rejuntat pre-excavació selectiva, es perforen 4-6 forats de sonda i, depenent de l'aigua mesurada dels forats de la sonda en relació amb el disparador de rejuntat establert, s'implementarà el rejuntat mitjançant lletades de ciment o químiques.
Normalment, un ventilador de rejuntat prèvia a l'excavació consta de 15 a 40 forats (70-80 peus de llarg) perforats per davant de la cara i rejuntats abans de l'excavació.El nombre de forats depèn de la mida del túnel i de la quantitat d'aigua prevista.A continuació, l'excavació es fa deixant una zona de seguretat de 15-20 peus més enllà de l'última ronda quan es faci el següent sondeig i rejuntat pre-excavació.L'ús del sistema automatitzat d'addició de barres (RAS), esmentat anteriorment, fa que sigui senzill i ràpid perforar la sonda i els forats de la lletada amb una capacitat de 300 a 400 peus/h.El requisit de rejuntat prèvia a l'excavació és més factible i fiable quan s'utilitza el mètode de perforació i explosió en comparació amb l'ús d'una tunera.
La seguretat en els túnels de perforació i voladura sempre ha estat una preocupació important i requereix disposicions especials de mesures de seguretat.A més dels problemes de seguretat tradicionals en els túnels, la construcció per perforació i explosió, els riscos a la cara, com ara perforació, càrrega, escalat, embrutiment, etc. afegeixen riscos de seguretat addicionals que s'han d'abordar i planificar.Amb l'avenç de les tecnologies en tècniques de perforació i explosió i l'aplicació de l'enfocament de mitigació de riscos als aspectes de seguretat, la seguretat en túnels ha millorat significativament en els últims anys.Per exemple, amb l'ús de la perforació jumbo automatitzada amb el patró de trepant carregat a l'ordinador de bord, no cal que ningú estigui davant de la cabina del trepant jumbo, reduint així l'exposició potencial dels treballadors a perills potencials i augmentant així. la seva seguretat.
La millor característica relacionada amb la seguretat és probablement el sistema automatitzat d'addició de barres (RAS).Amb aquest sistema, s'utilitza principalment per a la perforació de forats llargs en relació amb la rejuntat prèvia a l'excavació i la perforació de forats de sonda;la perforació d'extensió es pot fer de forma totalment automatitzada des de la cabina de l'operador i com a tal elimina el risc de lesions (especialment lesions a les mans);en cas contrari, l'afegit de varetes es va fer manualment amb els treballadors exposats a lesions quan s'afegeixen varetes a mà.Val la pena assenyalar que la Societat Noruega de Túneles (NNF) va publicar el 2018 la seva publicació núm. 27 titulada "Seguretat en la perforació noruega de túnels i explosió".La publicació aborda de manera sistemàtica mesures relacionades amb la gestió de la salut, la seguretat i el medi ambient durant l'explotació de túnels mitjançant mètodes de perforació i explosió i ofereix les millors pràctiques per als empresaris, els capataces i els treballadors de la construcció de túnels.La publicació reflecteix l'estat de l'art en seguretat de la construcció de perforacions i explosions, i es pot descarregar gratuïtament des del lloc web de la Societat Noruega de Túnels: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
Perforació i explosió utilitzats en el concepte correcte, fins i tot per a túnels llargs, amb la possibilitat de dividir la longitud en nombrosos encapçalaments, encara poden ser una alternativa viable.Recentment, s'han fet avenços significatius en equips i materials que donen com a resultat una millora de la seguretat i una major eficiència.Tot i que l'excavació mecanitzada amb tuneladora sovint és més favorable per a túnels llargs amb una secció transversal constant, no obstant això, en cas que hi hagi una avaria a la tunera que es tradueixi en una parada llarga, tot el túnel s'atura, mentre que en operacions de perforació i voladura amb múltiples capçals, la construcció encara pot avançar encara que una partida tingui problemes tècnics.
Lars Jennemyr és un enginyer expert en construcció de túnels a l'oficina d'AECOM Nova York.Té una llarga experiència en projectes subterranis i de túnels d'arreu del món, com ara el sud-est asiàtic, Amèrica del Sud, Àfrica, Canadà i els EUA en projectes de trànsit, aigua i energia hidroelèctrica.Té una àmplia experiència en túnels convencionals i mecanitzats.La seva experiència especial inclou la construcció de túnels de roca, la capacitat de construcció i la planificació de la construcció.Entre els seus projectes destaquen: el metro de la Segona Avinguda, estació 86th St. a Nova York;l'extensió de la línia de metro número 7 de Nova York;el connector regional i l'extensió de la línia violeta a Los Angeles;Citytunnel a Malmö, Suècia;el projecte hidroelèctric Kukule Ganga, Sri Lanka;Projecte d'energia hidràulica d'Uri a l'Índia;i el Pla estratègic de clavegueram de Hong Kong.
Hora de publicació: 01-maig-2020