Εδώ στις Ηνωμένες Πολιτείες συνηθίζαμε να αναφέρουμε τη σήραγγα με τρυπάνι και ανατίναξη ως «συμβατική» διάνοιξη σήραγγας, η οποία υποθέτω ότι αφήνει τη διάνοιξη σήραγγας με TBM ή άλλα μηχανοποιημένα μέσα να αναφέρεται ως «Μη συμβατική».Ωστόσο, με την εξέλιξη της τεχνολογίας TBM γίνεται όλο και πιο σπάνιο να κάνουμε σήραγγα με τρυπάνι και έκρηξη και ως εκ τούτου μπορεί να θέλουμε να σκεφτούμε να αλλάξουμε την έκφραση και να αρχίσουμε να αναφερόμαστε στη σήραγγα με τρυπάνι και ανατίναξη ως «μη συμβατική ” διάνοιξη σήραγγας.
Η διάνοιξη σήραγγας με τρυπάνι και ανατίναξη εξακολουθεί να είναι η πιο κοινή μέθοδος στη βιομηχανία υπόγειων εξόρυξης, ενώ η κατασκευή σήραγγας για έργα υποδομής γίνεται όλο και περισσότερο η μηχανοποιημένη κατασκευή σήραγγας με TBM ή άλλες μεθόδους.Ωστόσο, σε μικρές σήραγγες, για μεγάλες διατομές, κατασκευή σπηλαίων, διασταυρώσεις, εγκάρσιες διόδους, άξονες, στελέχη κ.λπ., το Drill and Blast είναι συχνά η μόνη δυνατή μέθοδος.Με το Drill and Blast έχουμε επίσης τη δυνατότητα να είμαστε πιο ευέλικτοι στην υιοθέτηση διαφορετικών προφίλ σε σύγκριση με μια σήραγγα TBM που δίνει πάντα κυκλική διατομή ειδικά για σήραγγες αυτοκινητόδρομων με αποτέλεσμα πολλή υπερβολική εκσκαφή σε σχέση με την πραγματική διατομή που απαιτείται.
Στις Σκανδιναβικές Χώρες όπου ο γεωλογικός σχηματισμός των υπόγειων κατασκευών είναι συχνά σε συμπαγή σκληρό γρανίτη και Gneiss που προσφέρεται για την εξόρυξη Drill and Blast πολύ αποτελεσματικά και οικονομικά.Για παράδειγμα, το σύστημα του μετρό της Στοκχόλμης αποτελείται συνήθως από εκτεθειμένη επιφάνεια βράχου που κατασκευάζεται με τρυπάνι και έκρηξη και ψεκάζεται με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα ως τελική επένδυση χωρίς επένδυση από χύτευση.
Επί του παρόντος, το έργο της AECOM, η παράκαμψη της Στοκχόλμης, η οποία αποτελείται από αυτοκινητόδρομο μήκους 21 km (13 μίλια), εκ των οποίων τα 18 km (11 μίλια) είναι υπόγεια κάτω από το δυτικό αρχιπέλαγος της Στοκχόλμης, είναι υπό κατασκευή, βλ. Εικ. 1. Αυτές οι σήραγγες με μεταβλητές διατομές, για να φιλοξενήσει τρεις λωρίδες προς κάθε κατεύθυνση και κατασκευάζονται ράμπες ανόδου και εξόδου που συνδέονται με την επιφάνεια με την τεχνική Drill and Blast.Αυτός ο τύπος έργων εξακολουθεί να είναι ανταγωνιστικός ως Drill and Blast λόγω της καλής γεωλογίας και της ανάγκης για μεταβλητή διατομή για να καλύψει τις απαιτήσεις χώρου.Για αυτό το έργο έχουν αναπτυχθεί πολλές ράμπες πρόσβασης για να χωρίσουν τις μεγάλες κύριες σήραγγες σε πολλαπλές κατευθύνσεις, οι οποίες θα συντομεύσουν τον συνολικό χρόνο για την εκσκαφή της σήραγγας.Το αρχικό στήριγμα της σήραγγας αποτελείται από μπουλόνια βράχου και εκτοξευόμενο σκυρόδεμα 4" και η τελική επένδυση αποτελείται από στεγανωτική μεμβράνη και εκτοξευόμενο σκυρόδεμα 4 ιντσών που αιωρούνται με μπουλόνια που απέχουν περίπου 4 επί 4 πόδια, τοποθετούνται 1 πόδι από την επιφάνεια του βράχου με επένδυση από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, λειτουργεί ως νερό και παγετός μόνωση.
Η Νορβηγία είναι ακόμη πιο ακραία όσον αφορά τη διάνοιξη σήραγγας με Drill and Blast και με τα χρόνια έχει τελειοποιήσει τις μεθόδους για το Drill and Blast στην τελειότητα.Με την πολύ ορεινή τοπογραφία στη Νορβηγία και τα πολύ μεγάλα φιόρδ που κόβουν τη στεριά, η ανάγκη για τούνελ κάτω από τα φιόρδ τόσο για τον αυτοκινητόδρομο όσο και για τον σιδηρόδρομο είναι μεγάλης σημασίας και μπορεί να μειώσει σημαντικά τον χρόνο ταξιδιού.Η Νορβηγία έχει περισσότερες από 1000 οδικές σήραγγες, που είναι οι περισσότερες στον κόσμο.Επιπλέον, η Νορβηγία φιλοξενεί επίσης αμέτρητους υδροηλεκτρικούς σταθμούς με σήραγγες και φρεάτια που κατασκευάζονται από την Drill and Blast.Κατά την περίοδο 2015 έως 2018, μόνο στη Νορβηγία, έγιναν περίπου 5,5 εκατομμύρια CY υπόγειων ανασκαφών βράχου από την Drill and Blast.Οι σκανδιναβικές χώρες τελειοποίησαν την τεχνική του Drill and Blast και εξερεύνησαν τις τεχνολογίες και την τελευταία λέξη της τεχνολογίας σε όλο τον κόσμο.Επίσης, στην Κεντρική Ευρώπη ειδικά στις αλπικές χώρες το Drill and Blast εξακολουθεί να είναι μια ανταγωνιστική μέθοδος στη διάνοιξη σήραγγας παρά το μεγάλο μήκος των σηράγγων.Η κύρια διαφορά με τις σήραγγες των Σκανδιναβικών είναι ότι οι περισσότερες από τις σήραγγες των Άλπεων έχουν τελική επένδυση από σκυρόδεμα Cast-In-Place.
Στα βορειοανατολικά των ΗΠΑ και στις περιοχές των Βραχωδών Ορέων επικρατούν παρόμοιες συνθήκες όπως στις Σκανδιναβικές χώρες με σκληρό πέτρωμα που επιτρέπει την οικονομική χρήση του Drill and Blast.Μερικά παραδείγματα περιλαμβάνουν το μετρό της Νέας Υόρκης, τη σήραγγα του Αϊζενχάουερ στο Κολοράντο και τη σήραγγα Mt McDonald στα Καναδικά Βραχώδη Όρη
Πρόσφατα έργα μεταφοράς στη Νέα Υόρκη, όπως το πρόσφατα ολοκληρωμένο έργο Second Avenue Subway ή το έργο East Side Access, είχαν έναν συνδυασμό σηράγγων εξόρυξης TBM με Station Caverns και άλλους βοηθητικούς χώρους που έγιναν από την Drill and Blast.
Η χρήση των τρυπανιών έχει εξελιχθεί με το πέρασμα των χρόνων από τα πρωτόγονα τρυπάνια χειρός ή τα τζάμπο με μία μπούμα στα αυτοδιάτρητα Jumbo Multiple-Boom με υπολογιστή όπου μοτίβα τρυπανιών τροφοδοτούνται στον ενσωματωμένο υπολογιστή επιτρέποντας γρήγορη και υψηλής ακρίβειας διάτρηση σε προ -Ρυθμίστε με ακρίβεια υπολογισμένο μοτίβο τρυπανιού.(βλ. Εικ. 2)
Τα προηγμένα jumbos γεώτρησης έρχονται ως πλήρως αυτοματοποιημένα ή ημι-αυτοματοποιημένα.Στην πρώτη, μετά την ολοκλήρωση της οπής, το τρυπάνι επανατοποθετείται και μετακινείται αυτόματα στην επόμενη θέση οπής και ξεκινά τη διάνοιξη χωρίς την ανάγκη τοποθέτησης από τον χειριστή.για τους ημιαυτόματους βραχίονες ο χειριστής μετακινεί το τρυπάνι από τρύπα σε τρύπα.Αυτό επιτρέπει σε έναν χειριστή να χειρίζεται αποτελεσματικά τρυπάνια με έως και τρεις βραχίονες με τη χρήση του ενσωματωμένου υπολογιστή.(βλ. Εικ. 3)
Με την ανάπτυξη Rock Drills από 18, 22, 30 και έως 40 kW κρουστικής ισχύος και τρυπάνια υψηλής συχνότητας με τροφοδότες που συγκρατούν ράβδους drifter έως και 20' και τη χρήση του αυτοματοποιημένου συστήματος προσθήκης ράβδων (RAS), η προώθηση και η ταχύτητα η διάτρηση έχει βελτιωθεί πολύ με πραγματικούς ρυθμούς προώθησης έως και 18' ανά γύρο και βύθιση οπών μεταξύ 8 – 12 πόδια/λεπτό ανάλογα με τον τύπο του βράχου και το χρησιμοποιούμενο τρυπάνι.Ένα αυτοματοποιημένο τρυπάνι 3-μπούμ jumbo μπορεί να τρυπήσει 800 – 1200 πόδια/ώρα με Drifter Rods 20 ft.Η χρήση ράβδων συρμού 20 FT χρειάζεται ένα ορισμένο ελάχιστο μέγεθος σήραγγας (περίπου 25 FT) ώστε να επιτρέπεται η διάτρηση των βραχιόνων κάθετα στον άξονα της σήραγγας χρησιμοποιώντας τον ίδιο εξοπλισμό.
Μια πρόσφατη εξέλιξη είναι η χρήση τζάμπο πολλαπλών λειτουργιών που κρέμονται από την κορώνα της σήραγγας που επιτρέπουν πολλαπλές λειτουργίες να πραγματοποιούνται ταυτόχρονα, όπως διάτρηση και λάσπη.Το jumbo μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την εγκατάσταση δικτυωτών δοκών και εκτοξευόμενου σκυροδέματος.Αυτή η προσέγγιση επικαλύπτει διαδοχικές λειτουργίες στη σήραγγα με αποτέλεσμα την εξοικονόμηση χρόνου στο χρονοδιάγραμμα.Δείτε το Σχήμα 4.
Η χρήση χύδην γαλακτώματος για τη φόρτιση των οπών από ένα ξεχωριστό φορτηγό φόρτισης, όταν το τρυπάνι χρησιμοποιείται για πολλαπλές κατευθύνσεις ή ως ενσωματωμένο χαρακτηριστικό του γεώτρησης όταν εκσκάπτεται μία μόνο κεφαλή, γίνεται πιο συνηθισμένη εκτός και αν υπάρχουν τοπικοί περιορισμοί για αυτήν την εφαρμογή.Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συνήθως σε διάφορες περιοχές σε όλο τον κόσμο, με δύο ή τρεις τρύπες που μπορούν να φορτιστούν ταυτόχρονα.η συγκέντρωση του γαλακτώματος μπορεί να ρυθμιστεί ανάλογα με τις οπές που φορτίζονται.Οι οπές κοπής και οι οπές πυθμένα φορτίζονται συνήθως με συγκέντρωση 100%, ενώ οι οπές περιγράμματος φορτίζονται με πολύ ελαφρύτερη συγκέντρωση περίπου 25%.(βλ. Εικ. 5)
Η χρήση χύδην γαλακτώματος χρειάζεται ενισχυτή με τη μορφή ράβδου συσκευασμένων εκρηκτικών (primer) που μαζί με τον πυροκροτητή εισάγεται στο κάτω μέρος των οπών και χρειάζεται για να αναφλεγεί το χύμα γαλάκτωμα που αντλείται στην οπή.Η χρήση γαλακτώματος χύδην μειώνει τον συνολικό χρόνο φόρτισης σε σχέση με τα παραδοσιακά φυσίγγια, όπου μπορούν να φορτιστούν 80 – 100 οπές/ώρα από φορτηγό εξοπλισμένο με δύο αντλίες φόρτισης και καλάθια ενός ή δύο ατόμων για να φτάσει στην πλήρη διατομή.Βλέπε Εικ.6
Η χρήση τροχοφόρου φορτωτή και φορτηγών εξακολουθεί να είναι ο πιο συνηθισμένος τρόπος για να γίνει η λάσπη σε συνδυασμό με το Drill and Blast για σήραγγες που έχουν πρόσβαση στην επιφάνεια.Στην περίπτωση πρόσβασης μέσω αξόνων, η λάσπη θα μεταφερθεί κυρίως με τροχοφόρο φορτωτή στον άξονα όπου θα ανυψωθεί στην επιφάνεια για περαιτέρω μεταφορά στην τελική περιοχή απόρριψης.
Ωστόσο, η χρήση ενός θραυστήρα στην πρόσοψη της σήραγγας για τη διάσπαση των μεγαλύτερων κομματιών βράχου για να επιτραπεί η μεταφορά τους με μια μεταφορική ταινία για να φέρει τη λάσπη στην επιφάνεια είναι μια άλλη καινοτομία που αναπτύχθηκε στην Κεντρική Ευρώπη συχνά για μεγάλες σήραγγες μέσω των Άλπεων.Αυτή η μέθοδος μειώνει σημαντικά τον χρόνο για λάσπη, ειδικά για μεγάλες σήραγγες και εξαλείφει τα φορτηγά στη σήραγγα, γεγονός που με τη σειρά του βελτιώνει το περιβάλλον εργασίας και μειώνει την απαιτούμενη ικανότητα αερισμού.Απελευθερώνει επίσης την αναστροφή της σήραγγας για εργασίες σκυροδέματος.Έχει ένα επιπλέον πλεονέκτημα εάν το πέτρωμα είναι τέτοιας ποιότητας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή αδρανών υλικών.Σε αυτήν την περίπτωση, ο θρυμματισμένος βράχος μπορεί να υποστεί ελάχιστη επεξεργασία για άλλες ωφέλιμες χρήσεις όπως αδρανή σκυροδέματος, έρμα σιδηροτροχιών ή πεζοδρόμιο.Για να μειωθεί ο χρόνος από την ανατίναξη έως την εφαρμογή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, σε περιπτώσεις όπου ο χρόνος αναμονής μπορεί να είναι πρόβλημα, η αρχική στρώση εκτοξευόμενου σκυροδέματος μπορεί να εφαρμοστεί στην οροφή πριν γίνει η λάσπη.
Κατά την εκσκαφή μεγάλων διατομών σε συνδυασμό με κακές συνθήκες βράχου, η μέθοδος Drill and Blast μας δίνει τη δυνατότητα να χωρίσουμε την όψη σε πολλαπλές επικεφαλίδες και να εφαρμόσουμε τη μέθοδο Sequential Excavation Method (SEM) για την εκσκαφή.Μια κεντρική πιλοτική κατεύθυνση ακολουθούμενη από κλιμακωτές πλευρικές παρασύρσεις χρησιμοποιείται συχνά στο SEM στη διάνοιξη σήραγγας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7 για την ανασκαφή στην κορυφή του σταθμού 86th Street στο έργο Second Avenue Subway στη Νέα Υόρκη.Η κορυφαία κεφαλή ανασκάφηκε σε τρεις παρασύρσεις και στη συνέχεια ακολούθησαν δύο ανασκαφές πάγκου για να ολοκληρωθεί η διατομή του σπηλαίου πλάτους 60' επί 50' ύψους.
Προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η διείσδυση νερού στη σήραγγα κατά τη διάρκεια της εκσκαφής, χρησιμοποιείται συχνά αρμολόγηση πριν από την εκσκαφή.Η αρμολόγηση του βράχου πριν από την εκσκαφή είναι υποχρεωτική στη Σκανδιναβία προκειμένου να αντιμετωπιστούν οι περιβαλλοντικές απαιτήσεις σχετικά με τη διαρροή νερού στη σήραγγα, προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν οι επιπτώσεις κατασκευής στο υδατικό καθεστώς στην επιφάνεια ή κοντά στην επιφάνεια.Η αρμολόγηση πριν από την εκσκαφή μπορεί να γίνει για ολόκληρη τη σήραγγα ή για ορισμένες περιοχές όπου η κατάσταση των βράχων και το καθεστώς των υπόγειων υδάτων απαιτούν αρμολόγηση για τη μείωση της διείσδυσης νερού σε διαχειρίσιμη ποσότητα, όπως σε ζώνες ρηγμάτων ή διάτμησης.Στην επιλεκτική προεκσκαφική αρμολόγηση, ανοίγονται 4-6 οπές ανιχνευτών και ανάλογα με το μετρούμενο νερό από τις οπές ανιχνευτή σε σχέση με την καθιερωμένη σκανδάλη αρμολόγησης, η αρμολόγηση θα πραγματοποιηθεί είτε με τσιμέντο είτε με χημικούς ενέματα.
Κανονικά ένας ανεμιστήρας αρμολόγησης πριν από την εκσκαφή αποτελείται από 15 έως 40 οπές (μήκους 70-80 πόδια) που έχουν ανοίξει μπροστά από την όψη και έχουν αρμολογηθεί πριν από την εκσκαφή.Ο αριθμός των οπών εξαρτάται από το μέγεθος της σήραγγας και την αναμενόμενη ποσότητα νερού.Στη συνέχεια, η εκσκαφή γίνεται αφήνοντας μια ζώνη ασφαλείας 15-20 ποδιών πέρα από τον τελευταίο γύρο όταν γίνει η επόμενη ανίχνευση και αρμολόγηση πριν από την εκσκαφή.Η χρήση του αυτοματοποιημένου συστήματος προσθήκης ράβδων (RAS), που αναφέρθηκε παραπάνω, καθιστά εύκολη και γρήγορη τη διάνοιξη του καθετήρα και των οπών ενέματος με χωρητικότητα 300 έως 400 πόδια/ώρα.Η απαίτηση αρμολόγησης πριν από την εκσκαφή είναι πιο εφικτή και αξιόπιστη όταν χρησιμοποιείται η μέθοδος Drill and Blast σε σύγκριση με τη χρήση TBM
Η ασφάλεια στη διάνοιξη σήραγγας με τρυπάνι και ανατίναξη ήταν πάντα μείζονος σημασίας και απαιτούσε ειδικές διατάξεις για μέτρα ασφαλείας.Εκτός από τα παραδοσιακά ζητήματα ασφάλειας στη διάνοιξη σήραγγας, η κατασκευή από το Drill and Blast, οι κίνδυνοι στο πρόσωπο, όπως διάτρηση, φόρτιση, απολέπιση, λάσπη, κ.λπ. προσθέτουν επιπλέον κινδύνους ασφαλείας που πρέπει να αντιμετωπιστούν και να προγραμματιστούν.Με την πρόοδο των τεχνολογιών στις τεχνικές Drill and Blast και την εφαρμογή της προσέγγισης μετριασμού του κινδύνου σε θέματα ασφάλειας, η ασφάλεια στη διάνοιξη σήραγγας έχει βελτιωθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια.Για παράδειγμα, με τη χρήση αυτοματοποιημένης γεώτρησης με το μοτίβο του τρυπανιού ανεβασμένο στον υπολογιστή οχήματος, δεν χρειάζεται να βρίσκεται κανείς μπροστά από την καμπίνα του τρυπανιού, μειώνοντας έτσι την πιθανή έκθεση των εργαζομένων σε πιθανούς κινδύνους και αυξάνοντας έτσι την ασφάλειά τους.
Το καλύτερο χαρακτηριστικό που σχετίζεται με την ασφάλεια είναι πιθανώς το αυτοματοποιημένο σύστημα προσθήκης ράβδων (RAS).Με αυτό το σύστημα, που χρησιμοποιείται κυρίως για διάτρηση μεγάλων οπών σε συνδυασμό με αρμολόγηση πριν από την εκσκαφή και διάνοιξη οπών με ανιχνευτή.η επέκταση διάτρησης μπορεί να γίνει πλήρως αυτοματοποιημένη από την καμπίνα του χειριστή και ως εκ τούτου εξαλείφει τον κίνδυνο τραυματισμών (ειδικά τραυματισμών στα χέρια).Διαφορετικά η προσθήκη ράβδων γινόταν χειροκίνητα με τους εργαζόμενους να εκτίθενται σε τραυματισμούς κατά την προσθήκη ράβδων με το χέρι.Αξίζει να σημειωθεί ότι η Norwegian Tunneling Society (NNF) εξέδωσε το 2018 την έκδοσή της με αριθμό 27 με τίτλο «Safety in Norwegian Drill and Blast Tunnelling».Η δημοσίευση πραγματεύεται με συστηματικό τρόπο μέτρα που σχετίζονται με την υγεία, την ασφάλεια και τη διαχείριση του περιβάλλοντος κατά τη διάνοιξη σήραγγας με τη χρήση μεθόδων διάτρησης και έκρηξης και παρέχει βέλτιστες πρακτικές για τους εργοδότες, τους εργοδηγούς και τους εργάτες κατασκευής σήραγγας.Η δημοσίευση αντικατοπτρίζει την τελευταία λέξη της τεχνολογίας όσον αφορά την ασφάλεια της κατασκευής Drill and Blast και είναι διαθέσιμη δωρεάν από τον ιστότοπο της Norwegian Tunneling Society: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
Το Drill and Blast που χρησιμοποιείται στη σωστή ιδέα, ακόμη και για μεγάλες σήραγγες, με δυνατότητα διαχωρισμού του μήκους σε πολλές θέσεις, μπορεί ακόμα να είναι μια βιώσιμη εναλλακτική λύση.Σημαντικές πρόοδοι έχουν γίνει πρόσφατα στον εξοπλισμό και τα υλικά με αποτέλεσμα βελτιωμένη ασφάλεια και αυξημένη απόδοση.Αν και η μηχανοποιημένη εκσκαφή με χρήση TBM είναι συχνά πιο ευνοϊκή για μεγάλες σήραγγες με σταθερή διατομή, ωστόσο σε περίπτωση που υπάρξει βλάβη στο TBM με αποτέλεσμα μεγάλη διακοπή, ολόκληρη η σήραγγα ακινητοποιείται ενώ στη λειτουργία Drill and Blast με πολλαπλές κατευθύνσεις Η κατασκευή μπορεί να συνεχίσει να προχωρά ακόμα κι αν μια κατεύθυνση αντιμετωπίζει τεχνικά προβλήματα.
Ο Lars Jennemyr είναι ειδικός μηχανικός κατασκευής σήραγγας στο γραφείο της AECOM Νέας Υόρκης.Έχει εμπειρία ζωής σε υπόγεια έργα και έργα σήραγγας από όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένης της Νοτιοανατολικής Ασίας, της Νότιας Αμερικής, της Αφρικής, του Καναδά και των ΗΠΑ σε έργα διαμετακόμισης, νερού και υδροηλεκτρικής ενέργειας.Διαθέτει μεγάλη εμπειρία σε συμβατικές και μηχανοποιημένες σήραγγες.Η ειδική του τεχνογνωσία περιλαμβάνει την κατασκευή σηράγγων βράχου, τη δυνατότητα κατασκευής και τον κατασκευαστικό σχεδιασμό.Μεταξύ των έργων του είναι: το Second Avenue Subway, 86th St. Station στη Νέα Υόρκη.η Νο. 7 επέκταση γραμμής του μετρό στη Νέα Υόρκη.το Regional Connector και το Purple Line Extension στο Λος Άντζελες.Citytunnel στο Μάλμο, Σουηδία.το έργο Kukule Ganga Hydro Power Project, Σρι Λάνκα.Uri Hydro Power Project στην Ινδία.και το Στρατηγικό Σχέδιο Αποχέτευσης του Χονγκ Κονγκ.
Ώρα δημοσίευσης: Μάιος-01-2020