پیشرفت در حفاری تونل و زیرزمینی توسط Drill & Blast

در اینجا در ایالات متحده، ما قبلاً به تونل زنی با حفاری و انفجار به عنوان تونل زنی "متعارف" اشاره می کردیم، که حدس می زنم تونل زنی توسط TBM یا سایر وسایل مکانیزه را به عنوان "غیر متعارف" معرفی کنیم.با این حال، با تکامل فناوری TBM، انجام تونل زنی با مته و انفجار نادرتر و نادرتر می شود و به همین دلیل ممکن است بخواهیم در مورد تغییر این عبارت فکر کنیم و شروع کنیم به تونل زنی با مته و انفجار به عنوان "غیر متعارف". ” تونل زنی

تونل زنی با حفاری و انفجار هنوز رایج ترین روش در صنعت معدن زیرزمینی است در حالی که تونل سازی برای پروژه های زیرساختی بیش از پیش به تونل سازی مکانیزه توسط TBM یا روش های دیگر تبدیل می شود.با این حال، در تونل های کوتاه، برای مقاطع بزرگ، ساخت غار، کراس اورها، گذرگاه های متقاطع، شفت ها، پنستاک ها و غیره، دریل و انفجار اغلب تنها روش ممکن است.توسط Drill and Blast ما همچنین این امکان را داریم که در مقایسه با تونل TBM که همیشه یک مقطع دایره‌ای به خصوص برای تونل‌های بزرگراهی ایجاد می‌کند، انعطاف‌پذیرتر برای پذیرش پروفیل‌های مختلف باشیم که منجر به حفاری بیش از حد در رابطه با مقطع واقعی مورد نیاز می‌شود.

در کشورهای اسکاندیناوی که تشکیل زمین شناسی ساخت و سازهای زیرزمینی اغلب در گرانیت و گنیس سخت جامد است که خود را به استخراج دریل و انفجار بسیار کارآمد و اقتصادی می دهد.به عنوان مثال، سیستم متروی استکهلم معمولاً از سطح صخره ای در معرض دید تشکیل شده است که با استفاده از مته و انفجار ساخته شده و با شاتکریت به عنوان لایه نهایی بدون هیچ گونه پوشش ریخته گری در محل پاشیده می شود.

در حال حاضر پروژه AECOM، کنارگذر استکهلم که شامل 21 کیلومتر (13 مایل) بزرگراه است که 18 کیلومتر (11 مایل) زیرزمینی زیر مجمع الجزایر غربی استکهلم است، در حال ساخت است، به شکل 1 مراجعه کنید. این تونل ها دارای مقطع متغیر هستند. برای قرار دادن سه لاین در هر جهت و رمپ های روشن و خاموش متصل به سطح با استفاده از تکنیک Drill and Blast ساخته می شوند.این نوع پروژه ها به دلیل زمین شناسی خوب و نیاز به سطح مقطع متغیر برای تطبیق با فضای مورد نیاز همچنان به عنوان Drill and Blast رقابتی هستند.برای این پروژه چندین رمپ دسترسی ایجاد شده است تا تونل های اصلی طولانی را به چند سر تقسیم کند که زمان کلی حفاری تونل را کوتاه می کند.تکیه گاه اولیه تونل شامل بولت های سنگی و شاتکریت 4 اینچی و لاینر نهایی شامل غشای عایق رطوبتی و شاتکریت 4 اینچی است که بوسیله بولت هایی به فاصله 4 در 4 فوت معلق شده است که در فاصله 1 فوتی از سطح سنگ با اندود شاتکریت نصب شده و به عنوان آب و یخ عمل می کند. عایق.

نروژ در مورد تونل زنی توسط Drill and Blast حتی افراطی تر است و در طول سال ها روش های Drill and Blast را به کمال رسانده است.با توپوگرافی بسیار کوهستانی در نروژ و آبدره های بسیار طولانی که در خشکی فرو می روند، نیاز به تونل های زیر آبدره ها هم برای بزرگراه و هم برای راه آهن اهمیت زیادی دارد و می تواند زمان سفر را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.نروژ بیش از 1000 تونل جاده ای دارد که بیشترین تونل در جهان است.علاوه بر این، نروژ همچنین خانه نیروگاه های آبی بی شماری با تونل ها و شفت های پنستاک است که توسط Drill and Blast ساخته شده اند.در طول دوره 2015 تا 2018، تنها در نروژ، حدود 5.5 میلیون CY حفاری سنگ زیرزمینی توسط Drill and Blast انجام شد.کشورهای اسکاندیناوی تکنیک Drill and Blast را به کمال رساندند و فناوری ها و هنرهای پیشرفته آن را در سراسر جهان کشف کردند.همچنین در اروپای مرکزی به ویژه در کشورهای آلپ، حفاری و انفجار با وجود طول زیاد تونل ها، همچنان روشی رقابتی در حفر تونل است.تفاوت اصلی با تونل های نوردیک این است که بیشتر تونل های آلپ دارای پوشش بتنی نهایی Cast-In-Place هستند.

در شمال شرق ایالات متحده آمریکا و در مناطق کوهستانی راکی ​​شرایط مشابهی مانند نوردیک ها با سنگ سخت سخت وجود دارد که امکان استفاده اقتصادی از Drill و Blast را فراهم می کند.برخی از نمونه‌ها عبارتند از: متروی نیویورک، تونل آیزنهاور در کلرادو و تونل مک‌دونالد در رشته کوه‌های راکی ​​کانادا.

پروژه‌های حمل‌ونقل اخیر در نیویورک مانند مترو خیابان دوم یا پروژه دسترسی سمت شرقی ترکیبی از تونل‌های در حال اجرا استخراج شده از TBM با غارهای ایستگاه و سایر فضاهای کمکی انجام شده توسط Drill and Blast بوده است.

استفاده از جامبوهای مته در طول سال‌ها از مته‌های دستی ابتدایی یا جمبوهای یک بوم به جامبوهای خود حفاری رایانه‌ای چند بوم تبدیل شده است که در آن الگوهای مته به رایانه داخلی وارد می‌شوند که امکان حفاری سریع و با دقت بالا را فراهم می‌کند. الگوی مته محاسبه شده را تنظیم کنید.(شکل 2 را ببینید)

جامبوهای حفاری پیشرفته به صورت کاملاً خودکار یا نیمه خودکار عرضه می شوند.در حالت اول، پس از اتمام سوراخ، مته به طور خودکار به موقعیت سوراخ بعدی حرکت می کند و بدون نیاز به موقعیت یابی توسط اپراتور شروع به حفاری می کند.برای بوم های نیمه اتوماتیک، اپراتور مته را از سوراخی به سوراخ دیگر حرکت می دهد.این به یک اپراتور اجازه می‌دهد تا با استفاده از رایانه روی برد، به طور مؤثری با مته‌های جامبو با حداکثر سه بوم برخورد کند.(شکل 3 را ببینید)

با توسعه مته های راک از 18، 22، 30 و تا 40 کیلووات توان ضربه ای و دریل های فرکانس بالا با فیدرهای نگهدارنده میله های دریفتر تا 20 دقیقه و استفاده از سیستم خودکار اضافه کردن میله (RAS)، پیشرفت و سرعت حفاری با سرعت پیشروی واقعی تا 18 دقیقه در هر دور و فرورفتن سوراخ بین 8 تا 12 فوت در دقیقه بسته به نوع سنگ و مته مورد استفاده بسیار بهبود یافته است.یک مته جمبو خودکار 3 بوم می تواند 800 تا 1200 فوت در ساعت با میله های دریفتر 20 فوتی حفاری کند.استفاده از میله های دریفتر 20 FT به حداقل اندازه معینی تونل (حدود 25 FT) نیاز دارد تا بولت های سنگی بتوانند عمود بر محور تونل با استفاده از تجهیزات مشابه حفر شوند.

یکی از پیشرفت‌های اخیر، استفاده از جامبوهای چند منظوره آویزان شده از تاج تونل است که اجازه می‌دهد چندین عملکرد به طور همزمان انجام شود، مانند حفاری و ماک کردن.جامبو همچنین می تواند برای نصب تیرهای مشبک و شاتکریت استفاده شود.این رویکرد با عملیات متوالی در تونل زنی همپوشانی دارد که منجر به صرفه جویی در زمان در برنامه می شود.شکل 4 را ببینید.

استفاده از امولسیون حجیم برای شارژ سوراخ‌ها از یک کامیون شارژ جداگانه، زمانی که جامبو مته برای چندین سرفصل استفاده می‌شود، یا به عنوان یک ویژگی تعبیه شده برای جامبو مته زمانی که یک سر در حال حفاری است، رایج‌تر می‌شود، مگر اینکه محدودیت های محلی برای این برنامه وجود دارد.این روش معمولا در مناطق مختلف در سراسر جهان استفاده می شود، با دو یا سه سوراخ می توان همزمان شارژ کرد.غلظت امولسیون بسته به سوراخ هایی که شارژ می شوند را می توان تنظیم کرد.سوراخ های برش خورده و سوراخ های پایین معمولاً با غلظت 100٪ شارژ می شوند در حالی که سوراخ های کانتور با غلظت بسیار سبک تر و حدود 25٪ غلظت شارژ می شوند.(شکل 5 را ببینید)

استفاده از امولسیون حجیم نیاز به تقویت کننده ای به شکل یک چوب مواد منفجره بسته بندی شده (پرایمر) دارد که همراه با چاشنی به ته سوراخ ها وارد می شود و برای مشتعل شدن امولسیون حجیمی که به داخل سوراخ پمپ می شود مورد نیاز است.استفاده از امولسیون حجیم زمان شارژ کلی را نسبت به کارتریج های سنتی کاهش می دهد، جایی که می توان 80 تا 100 سوراخ در ساعت از کامیون شارژ مجهز به دو پمپ شارژ و سبدهای یک یا دو نفره برای رسیدن به سطح مقطع کامل شارژ کرد.شکل 6 را ببینید

استفاده از لودر چرخ دار و کامیون هنوز رایج ترین روش برای انجام مخروطی در ترکیب با Drill و Blast برای تونل هایی است که دسترسی به سطح دارند.در صورت دسترسی از طریق شفت، گل و لای بیشتر توسط لودر چرخ به شفت حمل می شود، جایی که برای انتقال بیشتر به منطقه دفع نهایی به سطح بالا برده می شود.

با این حال، استفاده از سنگ شکن در سطح تونل برای شکستن قطعات سنگ های بزرگتر به منظور انتقال آنها با تسمه نقاله برای آوردن گل و لای به سطح، نوآوری دیگری است که در اروپای مرکزی اغلب برای تونل های طولانی در میان کوه های آلپ توسعه یافته است.این روش زمان مکش را به خصوص برای تونل های طولانی بسیار کاهش می دهد و کامیون های داخل تونل را حذف می کند که به نوبه خود باعث بهبود محیط کار و کاهش ظرفیت تهویه مورد نیاز می شود.همچنین وارونه تونل را برای کارهای بتنی آزاد می کند.اگر سنگ از کیفیتی برخوردار باشد که بتوان از آن برای تولید سنگدانه استفاده کرد، مزیت بیشتری دارد.در این مورد، سنگ خرد شده را می‌توان برای استفاده‌های مفید دیگر مانند سنگدانه‌های بتنی، بالاست ریلی یا روسازی به حداقل رساند.برای کاهش زمان از انفجار تا استفاده از شاتکریت، در مواردی که زمان ایستادن ممکن است مشکل ساز باشد، می توان لایه اولیه شاتکریت را قبل از انجام ماکینگ در سقف اعمال کرد.

هنگام حفاری مقاطع بزرگ در ترکیب با شرایط نامناسب سنگ، روش حفاری و انفجار این امکان را به ما می دهد که صورت را به چند عنوان تقسیم کنیم و از روش حفاری متوالی (SEM) برای حفاری استفاده کنیم.همانطور که در شکل 7 برای حفاری سرفصل بالای ایستگاه خیابان 86 در پروژه مترو خیابان دوم در نیویورک مشاهده می شود، اغلب در SEM در تونل زنی از یک مسیر پایلوت مرکزی و به دنبال آن رانش های جانبی پلکانی استفاده می شود.قسمت بالایی در سه رانش حفاری شد و سپس دو حفاری نیمکتی برای تکمیل مقطع عرضی غار 60 دقیقه در ارتفاع 50 دقیقه انجام شد.

به منظور به حداقل رساندن نفوذ آب به داخل تونل در حین حفاری، اغلب از تزریق قبل از حفاری استفاده می شود.تزریق سنگ قبل از حفاری در اسکاندیناوی به منظور رسیدگی به الزامات زیست محیطی در مورد نشت آب به داخل تونل به منظور به حداقل رساندن تأثیر ساخت و ساز بر رژیم آب در سطح یا نزدیک به سطح الزامی است.تزریق قبل از حفاری را می توان برای کل تونل یا برای مناطق خاصی که شرایط سنگ و رژیم آب های زیرزمینی نیاز به تزریق به منظور کاهش نفوذ آب به مقدار قابل کنترلی مانند در مناطق گسلی یا برشی دارد، انجام داد.در تزریق انتخابی قبل از حفاری، 6-4 سوراخ پروب حفر می شود و بسته به میزان آب اندازه گیری شده از سوراخ های پروب نسبت به ماشه تزریق، تزریق با دوغاب های سیمانی یا شیمیایی انجام می شود.

به طور معمول یک فن تزریق قبل از حفاری شامل 15 تا 40 سوراخ (طول 70 تا 80 فوت) است که جلوتر از سطح حفر شده و قبل از حفاری تزریق می شود.تعداد سوراخ ها به اندازه تونل و مقدار آب مورد انتظار بستگی دارد.سپس حفاری انجام می شود و یک منطقه ایمنی 15 تا 20 فوت فراتر از آخرین دور زمانی که کاوشگر بعدی و تزریق قبل از حفاری انجام می شود، انجام می شود.استفاده از سیستم خودکار اضافه کردن میله (RAS) که در بالا ذکر شد، سوراخ کردن پروب و دوغاب را با ظرفیت 300 تا 400 فوت در ساعت ساده و سریع می کند.نیاز تزریق قبل از حفاری هنگام استفاده از روش حفاری و انفجار در مقایسه با استفاده از TBM امکان پذیرتر و قابل اعتمادتر است.

ایمنی در حفاری و انفجار تونل همواره یکی از نگرانی‌های اصلی بوده است که مستلزم تدابیر خاصی از اقدامات ایمنی است.علاوه بر مسائل ایمنی سنتی در حفر تونل، ساخت و ساز توسط Drill and Blast، خطرات موجود در صورت شامل حفاری، شارژ، پوسته شدن، مختل شدن و غیره خطرات ایمنی بیشتری را اضافه می کند که باید مورد توجه و برنامه ریزی قرار گیرد.با پیشرفت فناوری در تکنیک‌های حفاری و انفجار و به‌کارگیری رویکرد کاهش ریسک در جنبه‌های ایمنی، ایمنی در حفر تونل در سال‌های اخیر به طور قابل‌توجهی بهبود یافته است.به عنوان مثال، با استفاده از حفاری خودکار جامبو با الگوی مته بارگذاری شده بر روی رایانه داخلی، نیازی به حضور هیچ‌کس در جلوی کابین مته جامبو نیست، بنابراین احتمال قرار گرفتن کارگران در معرض خطرات بالقوه کاهش می‌یابد و در نتیجه افزایش می‌یابد. ایمنی آنها

بهترین ویژگی مربوط به ایمنی احتمالاً سیستم خودکار اضافه کردن میله (RAS) است.با این سیستم، عمدتاً برای حفاری سوراخ طولانی در ارتباط با تزریق قبل از حفاری و حفاری سوراخ پروب استفاده می شود.حفاری اکستنشن را می توان به طور کامل خودکار از کابین اپراتور انجام داد و به این ترتیب خطر صدمات (به خصوص آسیب دست) را از بین می برد.در غیر این صورت، افزودن میله به صورت دستی انجام می شد و کارگران در هنگام اضافه کردن میله با دست در معرض آسیب قرار می گرفتند.شایان ذکر است که انجمن نروژی تونل زنی (NNF) در سال 2018 نشریه شماره 27 خود را با عنوان "ایمنی در حفاری و انفجار تونل نروژی" منتشر کرد.این نشریه به روشی سیستماتیک به اقدامات مربوط به مدیریت بهداشت، ایمنی و محیط زیست در حین حفاری و انفجار با استفاده از روش‌های حفاری و انفجار می‌پردازد و بهترین عملکرد را برای کارفرمایان، سرکارگران و کارگران ساخت تونل ارائه می‌کند.این نشریه نشان دهنده وضعیت هنر در ایمنی ساخت و ساز دریل و انفجار است و به صورت رایگان از وب سایت انجمن تونل زنی نروژ قابل دانلود است: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/

Drill and Blast که در مفهوم درست استفاده می شود، حتی برای تونل های طولانی، با امکان تقسیم طول به سرفصل های متعدد، همچنان می تواند جایگزین مناسبی باشد.اخیراً پیشرفت های قابل توجهی در تجهیزات و مواد حاصل شده است که منجر به افزایش ایمنی و افزایش کارایی شده است.اگرچه حفاری مکانیزه با استفاده از TBM اغلب برای تونل های طولانی با سطح مقطع ثابت مطلوب تر است، اما در صورت بروز خرابی در TBM که منجر به توقف طولانی مدت می شود، کل تونل متوقف می شود در حالی که در عملیات حفاری و انفجار با سرفصل های متعدد، ساخت و ساز همچنان می تواند پیشرفت کند حتی اگر یک عنوان با مشکلات فنی مواجه شود.

لارس جنمیر یک مهندس خبره ساخت تونل در دفتر AECOM نیویورک است.او یک عمر تجربه در پروژه های زیرزمینی و تونل سازی از سراسر جهان از جمله جنوب شرق آسیا، آمریکای جنوبی، آفریقا، کانادا و ایالات متحده در پروژه های ترانزیت، آب و نیروگاه آبی دارد.او تجربه زیادی در تونل سازی متعارف و مکانیزه دارد.تخصص ویژه او شامل ساخت تونل سنگی، قابلیت ساخت و برنامه ریزی ساخت و ساز است.از جمله پروژه های او عبارتند از: مترو خیابان دوم، ایستگاه خیابان 86 در نیویورک.توسعه خط شماره 7 مترو در نیویورک.اتصال منطقه ای و گسترش خط بنفش در لس آنجلس.تونل شهر در مالمو، سوئد؛پروژه برق آبی Kukule Ganga، سریلانکا؛پروژه برق آبی Uri در هند؛و طرح فاضلاب استراتژیک هنگ کنگ.