Zde ve Spojených státech jsme označovali tunelování vrtáním a odstřelem jako „konvenční“ tunelování, což, myslím, ponechává tunelování pomocí TBM nebo jiných mechanizovaných prostředků jako „nekonvenční“.S vývojem technologie TBM je však stále vzácnější provádět tunelování vrtáním a odstřelováním a jako takové bychom možná chtěli uvažovat o obrácení výrazu a začít označovat tunelování vrtáním a odstřelováním jako „nekonvenční“. " tunelování.
Tunelování pomocí vrtání a odstřelu je stále nejběžnější metodou v podzemním těžebním průmyslu, zatímco tunelování pro infrastrukturní projekty se stále více stává mechanizovaným tunelováním pomocí TBM nebo jiných metod.V krátkých tunelech, pro velké průřezy, stavbu kaveren, přejezdy, příčné průchody, šachty, přivaděče atd. je však často jedinou možnou metodou Drill and Blast.Díky Drill and Blast máme také možnost být flexibilnější při přizpůsobování se různým profilům ve srovnání s tunelem TBM, který vždy dává kruhový průřez, zejména u dálničních tunelů, což vede k velkému nadměrnému výkopu ve vztahu ke skutečnému potřebnému průřezu.
V severských zemích, kde je geologická formace podzemních staveb často v pevné tvrdé žule a rule, což se hodí k vrtné a odstřelové těžbě velmi efektivně a ekonomicky.Například systém stockholmského metra se typicky skládá z exponovaného skalního povrchu konstruovaného pomocí Drill and Blast a nastříkaný stříkaným betonem jako finální vložka bez jakékoli lité podšívky.
V současné době je ve výstavbě projekt AECOM, obchvat Stockholmu, který se skládá z 21 km (13 mil) dálnice, z nichž 18 km (11 mil) je pod zemí pod západním souostrovím Stockholm, viz obr. 1. Tyto tunely mající různé průřezy, pro umístění tří jízdních pruhů v každém směru a nájezdových a sjezdových ramp navazujících na povrch jsou konstruovány pomocí techniky Drill and Blast.Tento typ projektů je stále konkurenceschopný jako Drill and Blast kvůli dobré geologii a potřebě variabilního průřezu, aby vyhovoval prostorovým požadavkům.Pro tento projekt bylo vyvinuto několik nájezdových ramp pro rozdělení dlouhých hlavních tunelů do více hlav, což zkrátí celkovou dobu ražby tunelu.Počáteční podpora tunelu se skládá ze skalních svorníků a 4” stříkaného betonu a konečná vložka se skládá z hydroizolační membrány a 4palcového stříkaného betonu zavěšeného pomocí šroubů rozmístěných kolem 4 x 4 stop, instalovaných 1 stopu od povrchu stříkaného betonu, působí jako voda a mráz izolace.
Norsko je ještě extrémnější, pokud jde o tunelování pomocí Drill and Blast a v průběhu let zdokonalilo metody pro Drill and Blast k dokonalosti.Vzhledem k velmi hornaté topografii v Norsku a velmi dlouhým fjordům zařezávajícím se do země je potřeba tunelů pod fjordy pro dálnici i železnici velmi důležitá a může výrazně zkrátit dobu cestování.Norsko má více než 1000 silničních tunelů, což je nejvíce na světě.Kromě toho je Norsko také domovem bezpočtu vodních elektráren s přivaděčovými tunely a šachtami, které postavila společnost Drill and Blast.Během období let 2015 až 2018 bylo jen v Norsku provedeno asi 5,5 milionu CY vyhloubení podzemních hornin společností Drill and Blast.Severské země zdokonalily techniku Drill and Blast a prozkoumaly její technologie a nejmodernější technologie po celém světě.Také ve střední Evropě, zejména v alpských zemích, je Drill and Blast stále konkurenceschopnou metodou při ražení tunelů i přes velkou délku tunelů.Hlavní rozdíl oproti severským tunelům je ten, že většina alpských tunelů má finální betonovou ostění Cast-In-Place.
Na severovýchodě USA a v oblastech Skalistých hor jsou podobné podmínky jako v Severských státech s tvrdou kompetentní horninou umožňující hospodárné využití Drill and Blast.Některé příklady zahrnují New York City Subway, Eisenhower Tunnel v Coloradu a Mt McDonald Tunnel v kanadských Skalistých horách.
Nedávné dopravní projekty v New Yorku, jako je nedávno dokončený Second Avenue Subway nebo projekt East Side Access, měly kombinaci TBM těžených průběžných tunelů s jeskyněmi Station Caverns a dalšími pomocnými prostory, které provedla společnost Drill and Blast.
Používání vrtacích jumb se v průběhu let vyvinulo z primitivních ručních vrtaček nebo vrtaček s jedním ramenem k počítačově řízeným samovrtným vrtačkám s více rameny, kde jsou vrtací vzory zaváděny do palubního počítače, což umožňuje rychlé a vysoce přesné vrtání až po předvrtání. -nastavit přesně vypočítaný vzor vrtání.(viz obr. 2)
Pokročilá vrtací jumbo jsou plně automatizovaná nebo poloautomatická;v prvním případě se vrták po dokončení otvoru vrátí zpět a automaticky se přesune do další polohy otvoru a začne vrtat bez nutnosti polohování operátorem;u poloautomatických výložníků přemisťuje operátor vrták z otvoru do otvoru.To umožňuje jedné obsluze efektivně manipulovat s vrtacími jumbo až se třemi výložníky pomocí palubního počítače.(viz obr. 3)
S vývojem Rock Drills od 18, 22, 30 a až 40 kW příklepového výkonu a vysokofrekvenčních vrtaček s podavači držícími až 20' unášecí pruty a použitím automatizovaného systému Rod Adding System (RAS) se pokrok a rychlost vrtání se výrazně zlepšilo se skutečnými rychlostmi postupu až 18' na kolo a hloubením otvoru mezi 8 – 12 stop/min v závislosti na typu horniny a použitém vrtáku.Automatizované vrtací jumbo se 3 výložníky dokáže vrtat rychlostí 800 – 1200 stop/h s 20 stopovými unášecími tyčemi.Použití 20 FT unášecích tyčí vyžaduje určitou minimální velikost tunelu (asi 25 FT), aby bylo možné vrtat skalní šrouby kolmo k ose tunelu pomocí stejného zařízení.
Nedávným vývojem je použití multifunkčních jumbo zavěšených na koruně tunelu, které umožňují souběžné provádění více funkcí, jako je vrtání a těžba.Jumbo lze také použít k instalaci příhradových nosníků a stříkaného betonu.Tento přístup překrývá sekvenční operace v tunelování, což vede k úspoře času v plánu.Viz obr. 4.
Používání sypké emulze k plnění děr ze samostatného nabíjecího vozíku, když se vrtací jumbo používá pro více ražeb, nebo jako vestavěná funkce do vrtací jumbo, když se razí jeden vrták, se stává běžnějším, pokud pro tuto aplikaci existují místní omezení.Tato metoda se běžně používá v různých oblastech po celém světě, přičemž lze nabíjet dva nebo tři otvory současně;koncentrace emulze může být upravena v závislosti na tom, které otvory jsou nabíjeny.Vyříznuté otvory a spodní otvory jsou normálně nabity 100% koncentrací, zatímco obrysové otvory jsou nabity mnohem lehčí koncentrací asi 25%.(viz obr. 5)
Použití sypké emulze vyžaduje booster v podobě tyčinky balených trhavin (zánět), která se spolu s rozbuškou vkládá na dno otvorů a je potřebná k zapálení sypké emulze, která se do otvoru čerpá.Použití hromadné emulze snižuje celkovou dobu nabíjení než u tradičních kazet, kde lze nabíjet 80 – 100 otvorů/h z nabíjecího vozíku vybaveného dvěma nabíjecími čerpadly a koše pro jednu nebo dvě osoby pro dosažení plného průřezu.Viz obr.6
Použití kolového nakladače a nákladních automobilů je stále nejběžnějším způsobem odklízení v kombinaci s Drill and Blast pro tunely s přístupem na povrch štolou.V případě přístupu šachtami bude bahno odváženo převážně kolovým nakladačem do šachty, kde bude vyzdviženo na povrch k dalšímu transportu na místo konečného uložení.
Další inovací, která byla vyvinuta ve střední Evropě často pro dlouhé tunely přes Alpy, je však použití drtiče na čele tunelu k rozbití větších kusů horniny, aby se umožnilo jejich přemístění dopravním pásem a vynesení bahna na povrch.Tato metoda výrazně zkracuje čas na odklízení, zejména u dlouhých tunelů, a eliminuje kamiony v tunelu, což zase zlepšuje pracovní prostředí a snižuje potřebnou ventilační kapacitu.Uvolňuje také náklon tunelu pro betonářské práce.Další výhodu má, pokud je hornina tak kvalitní, že ji lze použít pro výrobu kameniva.V tomto případě může být drcená hornina minimálně zpracována pro jiné prospěšné použití, jako je betonové kamenivo, železniční štěrk nebo chodník.Aby se zkrátila doba od otryskání po aplikaci stříkaného betonu, v případech, kdy může být problémem doba stání, může být na střechu aplikována počáteční vrstva stříkaného betonu před dokončením odklízení.
Při ražbě velkých průřezů v kombinaci se špatnými horninovými podmínkami nám metoda Drill and Blast dává možnost rozdělit čelbu do více hlav a použít pro ražbu metodu sekvenční ražby (SEM).Středový pilotní kurz následovaný střídavými bočními drifty se často používá v SEM při ražení tunelů, jak je vidět na obr. 7 pro ražbu horního kurzu 86. ulice na projektu metra Second Avenue v New Yorku.Vrchol byl vyhlouben ve třech štolách a poté následovaly dva lavicové výkopy, aby se dokončil 60' široký a 50' vysoký průřez jeskyní.
Aby se minimalizovalo vnikání vody do tunelu při ražbě, často se používá předvýkopová injektáž.Předvýkopová injektáž horniny je ve Skandinávii povinná z důvodu řešení ekologických požadavků na únik vody do tunelu s cílem minimalizovat vliv stavby na vodní režim na povrchu nebo v jeho blízkosti.Injektáž před výkopem může být provedena pro celý tunel nebo pro určité oblasti, kde stav horniny a režim podzemní vody vyžadují injektáž, aby se omezilo pronikání vody na zvládnutelné množství, jako jsou zlomové nebo smykové zóny.Při selektivní předvýkopové injektáži se vyvrtá 4-6 otvorů sond a v závislosti na naměřené vodě z otvorů sondy ve vztahu ke stanovenému spouštěči injektáže bude injektáž realizována buď cementovými nebo chemickými injektážními hmotami.
Normálně se předvýkopový injektážní ventilátor skládá z 15 až 40 otvorů (70-80 stop dlouhých) vyvrtaných před porubem a injektovaných před výkopem.Počet otvorů závisí na velikosti tunelu a předpokládaném množství vody.Výkop je pak proveden s ponecháním bezpečnostní zóny 15-20 stop za posledním kolem, když se provádí další sondování a předvýkopová injektáž.Použití automatizovaného systému přidávání tyčí (RAS), zmíněného výše, usnadňuje a urychluje vrtání otvorů sondy a zálivky s kapacitou 300 až 400 stop/h.Požadavek na injektáž před výkopem je schůdnější a spolehlivější při použití metody Drill and Blast ve srovnání s použitím TBM
Bezpečnost při ražení vrtných a odstřelovacích tunelů byla vždy hlavním problémem vyžadujícím zvláštní opatření bezpečnostních opatření.Kromě tradičních bezpečnostních problémů při ražení tunelů, konstrukce Drill and Blast přidávají rizika na porubu, včetně vrtání, nabíjení, okují, muckingu, atd. další bezpečnostní rizika, která je třeba řešit a plánovat.S rozvojem technologií v technikách Drill and Blast a aplikací přístupu ke zmírnění rizik na bezpečnostní aspekty se bezpečnost při ražení tunelů v posledních letech výrazně zlepšila.Například při použití automatizovaného jumbo vrtání s vrtacím vzorem nahraným do palubního počítače není potřeba, aby někdo byl před vrtací jumbo kabinou, čímž se snižuje potenciální vystavení pracovníků potenciálním nebezpečím a zvyšuje se jejich bezpečnost.
Nejlepší funkcí související s bezpečností je pravděpodobně automatický systém přidávání tyčí (RAS).S tímto systémem se používá hlavně pro vrtání dlouhých otvorů ve spojení s injektáží před výkopem a vrtáním sond;nástavné vrtání lze provádět plně automaticky z kabiny obsluhy a jako takové eliminuje riziko zranění (zejména poranění rukou);jinak bylo přidávání prutů prováděno ručně, přičemž pracovníci byli vystaveni zranění při ručním přidávání prutů.Za zmínku stojí, že The Norwegian Tunneling Society (NNF) vydala v roce 2018 svou publikaci č. 27 s názvem „Bezpečnost norského vrtného a výbuchového tunelování“.Publikace se systematicky zabývá opatřeními souvisejícími se zdravím, bezpečností a environmentálním managementem při ražení tunelů metodami Drill and Blast a poskytuje osvědčené postupy pro zaměstnavatele, mistry a pracovníky stavby tunelů.Publikace odráží stav techniky v oblasti bezpečnosti staveb Drill and Blast a lze ji zdarma stáhnout z webových stránek Norské tunelářské společnosti: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
Drill and Blast použité ve správném konceptu, dokonce i pro dlouhé tunely, s možností rozdělit délku do mnoha hlav, může být stále životaschopnou alternativou.V poslední době bylo dosaženo významného pokroku v oblasti vybavení a materiálů, což má za následek zvýšenou bezpečnost a zvýšenou účinnost.Mechanizovaná ražba pomocí TBM je sice často výhodnější pro dlouhé tunely s konstantním průřezem, ale v případě poruchy TBM s následkem dlouhého zastavení se celý tunel zastaví, zatímco při vrtání a odstřelu s více rozchody stavba může stále pokročit, i když se jeden okruh dostane do technických problémů.
Lars Jennemyr je expert na stavbu tunelů v kanceláři AECOM v New Yorku.Má celoživotní zkušenosti s podzemními a tunelovými projekty z celého světa, včetně jihovýchodní Asie, Jižní Ameriky, Afriky, Kanady a USA v projektech tranzitních, vodních a vodních elektráren.Má bohaté zkušenosti s konvenčním i mechanizovaným ražením tunelů.Jeho speciální odborné znalosti zahrnují stavbu skalních tunelů, stavitelnost a plánování výstavby.Mezi jeho projekty patří: Second Avenue Subway, 86th St. Station v New Yorku;prodloužení linky metra č. 7 v New Yorku;regionální konektor a rozšíření Purple Line v Los Angeles;Citytunel v Malmö, Švédsko;projekt vodní elektrárny Kukule Ganga, Srí Lanka;Uri Hydro Power Project v Indii;a hongkongský strategický program odpadních vod.
Čas odeslání: květen-01-2020