Aquí, nos Estados Unidos, adoitabamos referirnos ao túnel mediante perforación e voladura como túnel "convencional", o que supoño que fai que o túnel mediante TBM ou outros medios mecanizados se refira como "non convencional".Non obstante, coa evolución da tecnoloxía de tuneladoras faise cada vez máis raro facer túneles mediante perforación e voladura e, como tal, poderemos querer pensar en darlle a volta á expresión e comezar a referirse ao túnel mediante perforación e voladura como "non convencional". ” túnel.
O túnel mediante perforación e explosión segue sendo o método máis común na industria mineira subterránea, mentres que o túnel para proxectos de infraestruturas está a ser cada vez máis mecanizado de túneles mediante TBM ou outros métodos.Non obstante, en túneles curtos, para grandes seccións transversais, construción de cavernas, cruces, pasos transversales, pozos, compuertas, etc., A perforación e a explosión adoita ser o único método posible.Mediante Drill and Blast tamén temos a posibilidade de ser máis flexibles para adaptarse a diferentes perfís en comparación cun túnel de tuneladora que sempre dá unha sección transversal circular, especialmente para túneles de estradas, o que resulta con moita sobreescavación en relación coa sección transversal real necesaria.
Nos países nórdicos, onde a formación xeolóxica da construción subterránea adoita estar en granito duro sólido e gneis, o que se presta á minería de perforación e explosión de forma moi eficiente e económica.Por exemplo, o sistema de metro de Estocolmo consiste normalmente nunha superficie de rocha exposta construída mediante perforación e explosión e pulverizada con formigón proyectado como revestimento final sen ningún revestimento fundido no lugar.
Actualmente o proxecto de AECOM, a circunvalación de Estocolmo, que consta dunha estrada de 21 km (13 millas), dos cales 18 km (11 millas) están subterráneos baixo o arquipélago occidental de Estocolmo, está en construción, ver a figura 1. Estes túneles teñen seccións transversais variables. para acomodar tres carrís en cada dirección e ramplas de entrada e saída que se conectan á superficie están a ser construídas mediante a técnica de perforación e explosión.Este tipo de proxectos seguen sendo competitivos como Drill and Blast debido á boa xeoloxía e á necesidade de sección transversal variable para acomodar as necesidades de espazo.Para este proxecto desenvolvéronse varias ramplas de acceso para dividir os longos túneles principais en varias partidas que acurtarán o tempo global de escavación do túnel.O soporte inicial do túnel consta de parafusos de roca e formigón proyectado de 4" e o revestimento final consiste nunha membrana impermeabilizante e formigón proyectado de 4 polgadas suspendido por parafusos espazados ao redor de 4 por 4 pés, instalado a 1 pé da superficie da rocha revestida de formigón proyectado, actúa como auga e xeadas. illamento.
Noruega é aínda máis extrema cando se trata de túneles mediante Drill and Blast e ao longo dos anos perfeccionou os métodos de Drill and Blast.Coa topografía moi montañosa de Noruega e os fiordos moi longos que cortan a terra, a necesidade de túneles baixo os fiordos tanto para a estrada como para o ferrocarril é de gran importancia e pode reducir considerablemente o tempo de viaxe.Noruega ten máis de 1000 túneles de estradas, o que é o máis do mundo.Ademais, Noruega tamén é o fogar de innumerables centrais hidroeléctricas con túneles de tubería e pozos que son construídos por Drill and Blast.Durante o período de 2015 a 2018, só en Noruega, houbo uns 5,5 millóns de CY de escavación subterránea de rocha por perforación e explosión.Os países nórdicos perfeccionaron a técnica de Drill and Blast e exploraron as súas tecnoloxías e o estado da arte en todo o mundo.Ademais, en Europa Central, especialmente nos países alpinos, Drill and Blast segue sendo un método competitivo na perforación de túneles a pesar da longa lonxitude dos túneles.A principal diferenza cos túneles nórdicos é que a maioría dos túneles alpinos teñen un revestimento final de formigón Cast-In-Place.
No nordeste dos Estados Unidos e nas rexións das Montañas Rochosas hai condicións similares ás dos nórdicos, con rochas duras e competentes que permiten o uso económico de perforación e explosión.Algúns exemplos inclúen o metro de Nova York, o túnel de Eisenhower en Colorado e o túnel do monte McDonald nas Montañas Rochosas canadenses.
Proxectos de transporte recentes en Nova York, como o recentemente rematado metro da Second Avenue ou o proxecto East Side Access, tiveron unha combinación de túneles de explotación minados con TBM con Station Caverns e outros espazos auxiliares realizados por Drill and Blast.
Ao longo dos anos, o uso de taladros jumbos evolucionou desde os primitivos taladros manuais ou jumbos dunha pluma ata os jumbos de pluma múltiple autoperforantes computarizados, onde os patróns de perforación son introducidos no ordenador de a bordo, permitindo perforacións rápidas e de alta precisión ata un pre-perforación. - Establecer un patrón de perforación calculado con precisión.(ver figura 2)
Os jumbos de perforación avanzados veñen totalmente automatizados ou semi-automatizados;no primeiro, despois de completar o burato, a perforación volve a seguir e móvese automaticamente á seguinte posición do burato e comeza a perforar sen necesidade de posicionalo polo operador;para as plumas semiautomáticas o operario move a broca de buraco en buraco.Isto permite que un operador manexa eficazmente os jumbos de perforación con ata tres brazos co uso do ordenador de a bordo.(ver figura 3)
Co desenvolvemento de perforadoras de roca a partir de 18, 22, 30 e ata 40 kW de potencia de impacto e brocas de alta frecuencia con alimentadores que suxeitan varillas de deriva de ata 20' e o uso do sistema automatizado de adición de varillas (RAS), o avance e a velocidade de perforación mellorou moito con velocidades de avance reais de ata 18' por rolda e o afundimento do burato entre 8 e 12 pés/min, dependendo do tipo de rocha e da broca utilizada.Un jumbo de perforación automatizado de 3 plumas pode perforar 800 – 1200 pés/h con varillas de deriva de 20 pés.O uso de varas de deriva de 20 pés precisa dun determinado tamaño mínimo de túnel (uns 25 pés) para permitir perforar os parafusos perpendiculares ao eixe do túnel utilizando o mesmo equipo.
Un desenvolvemento recente é o uso de jumbos multifunción suspendidos da coroa do túnel, que permiten realizar múltiples funcións ao mesmo tempo, como perforación e mucking.O jumbo tamén se pode usar para instalar vigas de celosía e formigón proyectado.Este enfoque se solapa coas operacións secuenciais no túnel, o que supón un aforro de tempo na programación.Vexa a figura 4.
O uso de emulsión a granel para cargar os buratos desde un camión de carga separado, cando se usa o taladro jumbo para varias partidas, ou como función integrada no taladro jumbo cando se escava un único encabezado, é cada vez máis común a menos que hai restricións locais para esta aplicación.Este método úsase habitualmente en varias zonas do mundo, con dous ou tres buratos que se poden cargar ao mesmo tempo;a concentración da emulsión pódese axustar en función dos buratos que se están cargando.Os orificios cortados e os orificios inferiores cárganse normalmente cunha concentración do 100% mentres que os orificios de contorno cárganse cunha concentración moito máis lixeira de aproximadamente o 25%.(ver figura 5)
O uso da emulsión a granel precisa dun reforzo en forma de vara de explosivos envasados (primer) que xunto co detonador insírese no fondo dos orificios e é necesario para acender a emulsión a granel que se bombea no burato.O uso de emulsión a granel reduce o tempo de carga global que os cartuchos tradicionais, onde se poden cargar de 80 a 100 buratos por hora desde un camión de carga equipado con dúas bombas de carga e cestas para unha ou dúas persoas para alcanzar a sección transversal completa.Ver Fig.6
O uso de cargadoras de rodas e camións aínda é a forma máis común de facer o lixo en combinación con Drill and Blast para túneles con acceso adicional á superficie.No caso de acceder a través de pozos, o lodo será transportado na súa maioría por cargadora de rodas ata o pozo onde será izado á superficie para o seu posterior transporte ata a zona de eliminación final.
Non obstante, o uso dunha trituradora na cara do túnel para romper as pezas de rocha máis grandes para permitir a súa transferencia cunha cinta transportadora para levar o lodo á superficie é outra innovación que se desenvolveu en Europa Central a miúdo para túneles longos polos Alpes.Este método reduce en gran medida o tempo para o mucking, especialmente para túneles longos, e elimina os camións no túnel, o que á súa vez mellora o ambiente de traballo e reduce a capacidade de ventilación necesaria.Tamén libera o túnel inverso para obras de formigón.Ten unha vantaxe adicional se a rocha é de tal calidade que pode ser utilizada para a produción de áridos.Neste caso, a rocha triturada pode ser mínimamente procesada para outros usos beneficiosos como áridos de formigón, lastre ferroviario ou pavimento.Para reducir o tempo desde a explosión ata a aplicación do Shotcrete, nos casos en que o tempo de permanencia pode ser un problema, a capa inicial de Shotcrete pódese aplicar no tellado antes de que se faga o mucking.
Ao escavar grandes seccións transversais en combinación con malas condicións de rocha, o método de perforación e voadura ofrécenos a posibilidade de dividir a cara en varias partidas e aplicar o método de escavación secuencial (SEM) para a escavación.Un rumbo piloto central seguido de derivas laterais escalonadas utilízase a miúdo no SEM en tunelización, como se pode ver na figura 7 para a escavación do rumbo superior da estación da rúa 86 no proxecto do metro da Segunda Avenida en Nova York.O encabezado superior escavouse en tres derivas, e despois foi seguido por dúas escavacións en banco para completar a sección transversal da caverna de 60' de ancho por 50' de alto.
Co fin de minimizar a intrusión de auga no túnel durante a escavación, a miúdo úsase rejuntado previo á escavación.En Escandinavia é obrigatorio o rejuntado previo á escavación da rocha para atender os requisitos ambientais relativos ás fugas de auga no túnel co fin de minimizar o impacto da construción sobre o réxime hídrico na superficie ou preto da superficie.O rejuntado previo á escavación pódese facer para todo o túnel ou para determinadas áreas onde a condición da rocha e o réxime das augas subterráneas requiren rejuntar para reducir a intrusión de auga a unha cantidade manexable, como en zonas de falla ou cizallamento.No rejuntado selectivo previo á escavación, perforanse de 4 a 6 orificios de sonda e en función da auga medida dos orificios de sonda en relación co gatillo de rejuntado establecido, realizarase o rejuntado mediante lechadas de cemento ou químicas.
Normalmente, un ventilador de lechada pre-escavación consta de 15 a 40 buratos (70-80 pés de lonxitude) perforados por diante da cara e rejuntados antes da escavación.O número de buratos depende do tamaño do túnel e da cantidade de auga prevista.A escavación realízase deixando unha zona de seguridade de 15-20 pés máis aló da última rolda cando se faga a seguinte sondaxe e rejuntado previo á escavación.O uso do sistema automatizado de adición de varillas (RAS), mencionado anteriormente, fai que sexa sinxelo e rápido perforar a sonda e os buratos de lechada cunha capacidade de 300 a 400 pés/h.O requisito de lechada previa á escavación é máis factible e fiable cando se usa o método de perforación e explosión en comparación co uso dunha tuneladora.
A seguridade nos túneles de perforación e explosión foi sempre unha preocupación importante, xa que requiriu disposicións especiais de medidas de seguridade.Ademais dos problemas de seguridade tradicionais nos túneles, a construción por perforación e explosión, os riscos na cara, incluíndo perforación, carga, escalado, mucking, etc. engaden riscos de seguridade adicionais que deben ser abordados e planificados.Co avance das tecnoloxías nas técnicas de perforación e explosión e a aplicación do enfoque de mitigación de riscos aos aspectos de seguridade, a seguridade nos túneles mellorou significativamente nos últimos anos.Por exemplo, co uso da perforación jumbo automatizada co patrón de perforación cargado no ordenador de a bordo, non hai necesidade de que ninguén estea diante da cabina jumbo de perforación, reducindo así a exposición potencial dos traballadores a riscos potenciais e aumentando así. a súa seguridade.
A mellor función relacionada coa seguridade é probablemente o sistema automatizado de adición de varillas (RAS).Con este sistema, utilízase principalmente para a perforación de buratos longos en conexión coa lechada previa á escavación e a perforación de buratos de sonda;a perforación de extensión pódese facer de forma totalmente automatizada desde a cabina do operador e, como tal, elimina o risco de lesións (especialmente lesións nas mans);en caso contrario, a adición de varas fíxose manualmente cos traballadores que estaban expostos a feridas ao engadir as varas a man.Cabe destacar que a Sociedade Noruega de Túneles (NNF) publicou en 2018 a súa publicación número 27 titulada "Seguridade na perforación norueguesa de túneles e explosión".A publicación aborda de forma sistemática as medidas relacionadas coa xestión da saúde, a seguridade e o medio ambiente durante a perforación de túneles mediante métodos de perforación e voladura e ofrece as mellores prácticas para os empresarios, os capataces e os traballadores da construción de túneles.A publicación reflicte o estado da arte en materia de seguridade da construción de perforación e explosión, e pódese descargar gratuitamente desde o sitio web da Sociedade Noruega de Túneles: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
A perforación e a explosión empregadas no concepto correcto, mesmo para túneles longos, coa posibilidade de dividir a lonxitude en numerosos títulos, aínda poden ser unha alternativa viable.Recentemente realizáronse avances significativos en equipamentos e materiais, o que resultou nunha maior seguridade e unha maior eficiencia.Aínda que a escavación mecanizada mediante tuneladoras adoita ser máis favorable para túneles longos cunha sección transversal constante, non obstante, no caso de que se produza unha avaría na tuneladora que teña como resultado unha parada prolongada, todo o túnel paralizarase mentres que nas operacións de perforación e voadro con varios títulos a construción aínda pode avanzar aínda que unha partida teña problemas técnicos.
Lars Jennemyr é un enxeñeiro experto en construción de túneles na oficina de AECOM en Nova York.Ten unha vida de experiencia en proxectos subterráneos e de túneles de todo o mundo, incluíndo o sueste asiático, América do Sur, África, Canadá e Estados Unidos en proxectos de tránsito, auga e enerxía hidroeléctrica.Ten unha ampla experiencia en tunelizacións convencionais e mecanizadas.A súa especialización inclúe a construción de túneles de rocha, a construción e a planificación da construción.Entre os seus proxectos están: o metro da Segunda Avenida, a estación 86th St. en Nova York;a extensión da liña de metro número 7 de Nova York;o Conector Rexional e a Extensión da Liña Roxa en Los Ángeles;Citytunnel en Malmö, Suecia;o Proxecto Hidroeléctrico Kukule Ganga, Sri Lanka;Proxecto Hidroeléctrico de Uri na India;e o Plan Estratéxico de Alcantarillado de Hong Kong.
Hora de publicación: 01-mai-2020