Ovdje u Sjedinjenim Državama nazivali smo tuneliranje bušenjem i miniranjem "konvencionalnim" tuneliranjem, što pretpostavljam ostavlja da se tuneliranje TBM-om ili drugim mehaniziranim sredstvima naziva "nekonvencionalnim".Međutim, s razvojem TBM tehnologije postaje sve rjeđe probijanje tunela bušenjem i miniranjem i kao takvo bismo mogli razmisliti o preokretu izraza i početi nazivati tuneliranje bušenjem i miniranjem "nekonvencionalnim" ” tuneliranje.
Probijanje tunela bušenjem i miniranjem još je uvijek najčešća metoda u podzemnoj rudarskoj industriji, dok probijanje tunela za infrastrukturne projekte sve više postaje mehanizirano probijanje tunela TBM-om ili drugim metodama.Međutim, u kratkim tunelima, za velike poprečne presjeke, konstrukcije kaverni, prijelaze, poprečne prolaze, okna, cjevovode itd., bušenje i miniranje je često jedina moguća metoda.Pomoću bušenja i miniranja također imamo mogućnost biti fleksibilniji za prilagođavanje različitim profilima u usporedbi s TBM tunelom koji uvijek daje kružni poprečni presjek, posebno za tunele za autoceste, što rezultira velikim prekomjernim iskopom u odnosu na stvarni potrebni poprečni presjek.
U nordijskim zemljama gdje je geološka formacija podzemne konstrukcije često u čvrstom tvrdom granitu i gnajsu, što je pogodno za vrlo učinkovito i ekonomično rudarenje bušenjem i miniranjem.Na primjer, Stockholmski sustav podzemne željeznice obično se sastoji od izložene kamene površine izgrađene bušenjem i pjeskarenjem i prskane mlaznim betonom kao završnom oblogom bez ikakve lijevane obloge.
Trenutno se gradi AECOM-ov projekt, Stockholmska obilaznica koja se sastoji od 21 km (13 milja) autoceste od kojih je 18 km (11 milja) pod zemljom ispod zapadnog Stockholmskog arhipelaga, vidi sliku 1. Ovi tuneli imaju promjenjive presjeke, za smještaj tri trake u svakom smjeru, a rampe za ulazak i odlazak s površine grade se tehnikom bušenja i miniranja.Ova vrsta projekata je još uvijek konkurentna kao projekti bušenja i miniranja zbog dobre geologije i potrebe za promjenjivim presjekom kako bi se prilagodili zahtjevima prostora.Za ovaj projekt razvijeno je nekoliko pristupnih rampi kako bi se dugi glavni tuneli podijelili u više smjerova što će skratiti ukupno vrijeme za iskop tunela.Početna potpora tunela sastoji se od klinova za stijene i 4” mlaznog betona, a konačna obloga se sastoji od vodonepropusne membrane i 4 inčnog mlaznog betona obješenog na vijke na razmaku od oko 4 x 4 stope, postavljene 1 stopu od površine stijene obložene mlaznim betonom, djeluje kao voda i mraz izolacija.
Norveška je još ekstremnija kada je u pitanju iskopavanje tunela bušenjem i miniranjem te je tijekom godina dovela do savršenstva metode za bušenje i miniranje.S vrlo planinskom topografijom u Norveškoj i vrlo dugim fjordovima koji se usjeku u kopno, potreba za tunelima ispod fjordova za autocestu i željeznicu je od velike važnosti i može znatno smanjiti vrijeme putovanja.Norveška ima više od 1000 cestovnih tunela, što je najviše u svijetu.Osim toga, Norveška je također dom bezbrojnim hidroelektranama s cjevovodnim tunelima i oknima koje je izgradila tvrtka Drill and Blast.Tijekom razdoblja od 2015. do 2018., samo u Norveškoj, bilo je oko 5,5 milijuna CY podzemnog iskopavanja stijena metodom Drill and Blast.Nordijske zemlje usavršile su tehniku bušenja i miniranja i istražile njezine tehnologije i najnovija dostignuća diljem svijeta.Također, u srednjoj Europi, posebno u alpskim zemljama, bušenje i miniranje je još uvijek konkurentna metoda u tuneliranju unatoč velikoj duljini tunela.Glavna razlika u odnosu na nordijske tunele je ta što većina alpskih tunela ima livenu betonsku oblogu.
Na sjeveroistoku SAD-a iu regijama Rocky Mountains postoje slični uvjeti kao u Nordiji s tvrdom kompetentnom stijenom koja omogućuje ekonomičnu upotrebu bušilice i miniranja.Neki primjeri uključuju njujoršku podzemnu željeznicu, Eisenhowerov tunel u Coloradu i tunel Mt McDonald u kanadskim Stjenovitim planinama
Nedavni transportni projekti u New Yorku, kao što je nedavno dovršena podzemna željeznica Druge avenije ili projekt pristupa istočnoj strani, imali su kombinaciju TBM miniranih prolaznih tunela sa Station Caverns i drugim pomoćnim prostorom koji je napravio Drill and Blast.
Upotreba jumbo bušilica je tijekom godina evoluirala od primitivnih ručnih bušilica ili jumbo bušilica s jednom granom do kompjuteriziranih samobušećih jumbo bušilica s više grana gdje se obrasci bušilice unose u ugrađeno računalo, omogućujući brzo i visoko precizno bušenje do pre -postavite točno izračunati uzorak bušenja.(vidi sliku 2)
Napredni jumbo bušilice dolaze kao potpuno automatizirani ili poluautomatizirani;u prvom, nakon završetka bušenja, bušilica se vraća i automatski pomiče na sljedeću poziciju rupe i počinje bušiti bez potrebe za pozicioniranjem od strane operatera;za poluautomatske grane operater pomiče bušilicu od rupe do rupe.To omogućuje jednom strojaru da učinkovito rukuje velikom bušilicom s do tri grane uz korištenje ugrađenog računala.(vidi sliku 3)
S razvojem bušilica za stijene od 18, 22, 30 i do 40 kW udarne snage i visokofrekventnih bušilica s hranilicama koje drže do 20' drifter šipke i upotrebom automatiziranog sustava za dodavanje šipki (RAS), napredak i brzina bušenja se uvelike poboljšao sa stvarnim brzinama napredovanja do 18' po krugu i tonjenjem rupe između 8 – 12 ft/min, ovisno o vrsti stijene i korištenoj bušilici.Automatizirana jumbo bušilica s 3 grane može bušiti 800 – 1200 ft/h s 20 ft Drifter Rods.Korištenje letvica od 20 FT zahtijeva određenu minimalnu veličinu tunela (oko 25 FT) kako bi se omogućilo bušenje sidara okomito na os tunela koristeći istu opremu.
Nedavni razvoj je upotreba višenamjenskih jumbo-a obješenih na krunu tunela koji omogućuju istovremeno odvijanje više funkcija, poput bušenja i uklanjanja.Jumbo se također može koristiti za ugradnju rešetkastih nosača i mlaznog betona.Ovaj pristup preklapa sekvencijalne operacije u tuneliranju što rezultira uštedom vremena na rasporedu.Pogledajte sliku 4.
Upotreba rasute emulzije za punjenje rupa iz zasebnog kamiona za punjenje, kada se jumbo bušilica koristi za više naslova, ili kao ugrađena značajka za jumbo bušilicu kada se iskopa jedan naslov, postaje sve češća osim ako postoje lokalna ograničenja za ovu aplikaciju.Ova metoda se obično koristi u raznim područjima diljem svijeta, s dvije ili tri rupe koje se mogu puniti u isto vrijeme;koncentracija emulzije se može prilagoditi ovisno o tome koje se rupe pune.Izrezane rupe i rupe na dnu obično se pune s koncentracijom od 100%, dok se konturne rupe pune s puno manjom koncentracijom od oko 25% koncentracije.(vidi sliku 5)
Za korištenje rasute emulzije potreban je pojačivač u obliku štapića pakiranog eksploziva (primer) koji se zajedno s detonatorom stavlja na dno bušotine i potreban je za paljenje rasute emulzije koja se pumpa u bušotinu.Korištenje rasute emulzije smanjuje ukupno vrijeme punjenja u odnosu na tradicionalne patrone, gdje se 80 – 100 rupa/h može puniti iz kamiona za punjenje opremljenog s dvije pumpe za punjenje i košarama za jednu ili dvije osobe kako bi se postigao puni presjek.Pogledajte sl.6
Korištenje utovarivača na kotačima i kamiona još uvijek je najčešći način čišćenja u kombinaciji s bušenjem i miniranjem za tunele koji imaju pristup površini.U slučaju pristupa kroz okna blato će se uglavnom prenositi utovarivačem na kotačima do okna gdje će se podizati na površinu za daljnji transport do konačnog odlagališta.
Međutim, upotreba drobilice na pročelju tunela za razbijanje većih komada stijena kako bi se omogućio njihov prijenos pokretnom trakom za iznošenje blata na površinu je još jedna inovacija koja je razvijena u srednjoj Europi često za dugačke tunele kroz Alpe.Ova metoda uvelike smanjuje vrijeme za ispiranje, posebno za duge tunele i eliminira kamione u tunelu što zauzvrat poboljšava radno okruženje i smanjuje potreban kapacitet ventilacije.Također oslobađa otvor tunela za betonske radove.Dodatnu prednost ima ako je stijena takve kvalitete da se može koristiti za proizvodnju agregata.U ovom slučaju zdrobljena stijena može se minimalno preraditi za druge korisne namjene kao što su betonski agregati, željeznički balast ili kolnik.Kako bi se smanjilo vrijeme od pjeskarenja do nanošenja mlaznog betona, u slučajevima kada vrijeme stajanja može predstavljati problem, početni sloj mlaznog betona može se nanijeti na krov prije nego što se završi brisanje.
Kada iskopavamo velike poprečne presjeke u kombinaciji s lošim uvjetima stijene, metoda bušenja i miniranja daje nam mogućnost podjele površine na više naslova i primjene metode sekvencijalnog iskopa (SEM) za iskop.Središnji smjer pilota praćen raspoređenim bočnim zanošenjima često se koristi u SEM kod tuneliranja kao što se može vidjeti na slici 7 za iskop gornjeg smjera stanice 86. ulice na projektu podzemne željeznice Druge avenije u New Yorku.Gornji dio je iskopan u tri nanosa, a zatim su uslijedila dva iskopavanja na klupi kako bi se dovršio poprečni presjek kaverne 60' širok i 50' visok.
Kako bi se smanjio prodor vode u tunel tijekom iskopa, često se koristi injektiranje prije iskopa.Injektiranje stijene prije iskopa obavezno je u Skandinaviji kako bi se odgovorilo na zahtjeve zaštite okoliša koji se odnose na istjecanje vode u tunel kako bi se minimalizirao utjecaj izgradnje na vodni režim na ili blizu površine.Injektiranje prije iskopa može se obaviti za cijeli tunel ili za određena područja gdje stanje stijena i režim podzemne vode zahtijevaju injektiranje kako bi se prodor vode smanjio na količinu kojom se može upravljati, kao što su rasjedne ili posmične zone.Kod selektivnog prediskopnog injektiranja buši se 4-6 sondažnih bušotina i ovisno o izmjerenoj vodi iz sondažnih bušotina u odnosu na utvrđeni okidač injektiranja, injektiranje će se izvesti cementnim ili kemijskim injektirajućim masama.
Obično se ventilator za injektiranje prije iskopa sastoji od 15 do 40 rupa (dužine 70-80 stopa) izbušenih ispred površine i injektiranih prije iskopa.Broj rupa ovisi o veličini tunela i predviđenoj količini vode.Iskop se tada obavlja ostavljajući sigurnosnu zonu od 15-20 stopa iza posljednjeg kruga kada se vrši sljedeće ispitivanje i injektiranje prije iskopa.Korištenje gore spomenutog automatiziranog sustava za dodavanje šipki (RAS) omogućuje jednostavno i brzo bušenje sonde i rupa za injektiranje s kapacitetom od 300 do 400 ft/h.Zahtjev injektiranja prije iskopa je izvediviji i pouzdaniji kada se koristi metoda bušenja i miniranja u usporedbi s korištenjem TBM-a
Sigurnost u tuneliranju bušenjem i miniranjem oduvijek je predstavljala veliku brigu i zahtijevala je posebne odredbe sigurnosnih mjera.Uz tradicionalna sigurnosna pitanja kod tuneliranja, gradnja metodom bušenja i miniranja, rizici na površini, uključujući bušenje, punjenje, skaliranje, uklanjanje itd. dodaju dodatne sigurnosne rizike kojima se treba pozabaviti i planirati.S napretkom tehnologija u tehnikama bušenja i miniranja i primjenom pristupa smanjenja rizika na sigurnosne aspekte, sigurnost u tuneliranju značajno se poboljšala posljednjih godina.Na primjer, uz upotrebu automatiziranog jumbo bušenja s uzorkom bušenja učitanim na računalo na vozilu, nema potrebe da itko bude ispred kabine bušilice, čime se smanjuje potencijalna izloženost radnika potencijalnim opasnostima i time povećava njihovu sigurnost.
Najbolja značajka povezana sa sigurnošću je vjerojatno automatizirani sustav dodavanja šipki (RAS).S ovim sustavom, uglavnom se koristi za bušenje dugih rupa u vezi s injektiranjem prije iskopa i bušenjem sondama;produžno bušenje može se izvesti potpuno automatizirano iz kabine operatera i kao takvo eliminira rizik od ozljeda (osobito ozljeda ruku);inače se dodavanje šipki vršilo ručno pri čemu su radnici bili izloženi ozljedama prilikom ručnog dodavanja šipki.Vrijedno je napomenuti da je Norveško društvo za tuneliranje (NNF) 2018. izdalo svoju publikaciju br. 27 pod naslovom „Sigurnost u norveškom bušenju i eksploataciji tunela“.Publikacija se na sustavan način bavi mjerama koje se odnose na zdravlje, sigurnost i upravljanje okolišem tijekom izgradnje tunela metodama bušenja i miniranja i pruža najbolju praksu za poslodavce, poslovođe i radnike na izgradnji tunela.Publikacija odražava stanje sigurnosti u izgradnji bušenjem i miniranjem, a može se besplatno preuzeti s web stranice Norveškog tunelskog društva: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
Bušenje i miniranje koje se koristi u pravom konceptu, čak i za duge tunele, s mogućnošću podjele duljine na brojne smjerove, još uvijek može biti održiva alternativa.Nedavno je postignut značajan napredak u opremi i materijalima što je rezultiralo povećanom sigurnošću i povećanom učinkovitosti.Iako je mehanizirano iskopavanje korištenjem TBM-a često povoljnije za duge tunele s konstantnim poprečnim presjekom, međutim, u slučaju kvara na TBM-u koji rezultira dugim zastojem, cijeli tunel se zaustavlja, dok u radu bušenja i miniranja s više smjerova izgradnja još uvijek može napredovati čak i ako jedan naslov naiđe na tehničke probleme.
Lars Jennemyr je stručni inženjer za izgradnju tunela u uredu AECOM-a u New Yorku.Ima životno iskustvo u podzemnim projektima i projektima izgradnje tunela iz cijelog svijeta, uključujući jugoistočnu Aziju, Južnu Ameriku, Afriku, Kanadu i SAD u projektima tranzita, vode i hidroelektrana.Ima bogato iskustvo u konvencionalnoj i mehaniziranoj izgradnji tunela.Njegova posebna stručnost uključuje izgradnju kamenih tunela, mogućnost izgradnje i planiranje izgradnje.Među njegovim projektima su: podzemna željeznica Second Avenue, stanica 86th St. u New Yorku;produžetak linije podzemne željeznice broj 7 u New Yorku;Regionalni konektor i Purple Line Extension u Los Angelesu;Citytunnel u Malmou, Švedska;projekt hidroelektrane Kukule Ganga, Šri Lanka;Projekt hidroelektrane Uri u Indiji;i Hong Kong Strateška kanalizacijska shema.
Vrijeme objave: 1. svibnja 2020