Her i USA pleide vi å referere til tunneling ved boring og sprengning som "konvensjonell" tunnelering, som jeg antar gjør at tunnelering med TBM eller andre mekaniserte midler blir referert til som "Ukonvensjonell."Med utviklingen av TBM-teknologi blir det imidlertid mer og mer sjelden å utføre tunnelering ved boring og sprengning, og som sådan kan det være lurt å tenke på å snu uttrykket og begynne å referere til tunnelering ved boring og sprengning som "ukonvensjonelt ” tunnelering.
Tunnelering ved boring og sprengning er fortsatt den vanligste metoden i den underjordiske gruveindustrien, mens tunneldrift for infrastrukturprosjekter blir mer og mer mekanisert tunneldrift med TBM eller andre metoder.Men i korte tunneler, for store tverrsnitt, hulekonstruksjon, kryssinger, tverrpassasjer, sjakter, pennestokker, etc., er boring og sprengning ofte den eneste mulige metoden.Ved Drill and Blast har vi også muligheten til å være mer fleksible å tilpasse til varierende profiler sammenlignet med en TBM-tunnel som alltid gir et sirkulært tverrsnitt spesielt for motorveitunneler som resulterer med mye overgraving i forhold til det faktiske tverrsnittet som trengs.
I de nordiske landene hvor den geologiske dannelsen av underjordisk konstruksjon ofte er i solid hard granitt og gneis som egner seg til bore- og sprengningsgruvedrift svært effektivt og økonomisk.For eksempel består Stockholm Subway System typisk av eksponert fjelloverflate konstruert ved bruk av bore og sprengning og sprøytet med sprøytebetong som den endelige foringen uten støpt foring.
For tiden er AECOMs prosjekt, Stockholm Bypass som består av 21 km (13 miles) motorvei, hvorav 18 km (11 miles) er underjordisk under den vestlige skjærgården i Stockholm, under bygging, se fig. 1. Disse tunnelene har variable tverrsnitt, for å gi plass til tre kjørefelt i hver retning, og på- og avkjøringsramper som kobles til overflaten blir konstruert ved bruk av Drill and Blast-teknikk.Denne typen prosjekter er fortsatt konkurransedyktige som Drill and Blast på grunn av den gode geologien og behovet for variabelt tverrsnitt for å imøtekomme plassbehovet.For dette prosjektet er det utviklet flere adkomstramper for å dele de lange hovedtunnelene i flere overskrifter som vil forkorte den totale tiden for å grave ut tunnelen.Tunnelens innledende støtte består av fjellbolter og 4" sprøytebetong, og den endelige foringen består av vanntettende membran og 4 tommers sprøytebetong opphengt av bolter rundt 4 x 4 fot, installert 1 fot fra den sprøytebetongforede fjelloverflaten, fungerer som vann- og frost. isolasjon.
Norge er enda mer ekstreme når det kommer til tunneldrift med Drill and Blast og har gjennom årene foredlet metodene for Drill and Blast til perfeksjon.Med den svært fjellrike topografien i Norge og de svært lange fjordene som skjærer seg inn i landet, er behovet for tunneler under fjordene for både motorvei og jernbane av stor betydning og kan redusere reisetiden betraktelig.Norge har mer enn 1000 veitunneler, som er flest i verden.I tillegg er Norge også hjemmet til utallige vannkraftverk med tunneler og sjakter som er bygget av Drill og Blast.I løpet av perioden 2015 til 2018, bare i Norge, var det om lag 5,5 millioner CY med underjordisk berggraving av Drill and Blast.De nordiske landene perfeksjonerte teknikken til Drill and Blast og utforsket dens teknologier og toppmoderne over hele verden.Også i Sentral-Europa, spesielt i alpinlandene, er Drill and Blast fortsatt en konkurransedyktig metode i tunneldrift til tross for den lange lengden på tunneler.Hovedforskjellen til de nordiske tunnelene er at de fleste alpine tunnelene har en Cast-In-Place siste betongforing.
I Nord-Øst av USA, og i Rocky Mountains-regionene er det lignende forhold som i Norden med hardt kompetent berg som tillater økonomisk bruk av Drill and Blast.Noen eksempler inkluderer New York City Subway, Eisenhower Tunnel i Colorado og Mt McDonald Tunnel i Canadian Rockies
Nylige transportprosjekter i New York, som den nylig fullførte Second Avenue Subway eller East Side Access-prosjektet, har hatt en kombinasjon av TBM-utvunnede løpende tunneler med Station Caverns og annet hjelperom utført av Drill and Blast.
Bruken av drill-jumboer har gjennom årene utviklet seg fra de primitive håndholdte borene eller en-bom-jumboene til de datastyrte selvborende Multiple-Boom-jumboene hvor boremønstre mates inn i datamaskinen ombord, noe som muliggjør rask og høy nøyaktig boring til en forhåndsboring. -sett nøyaktig beregnet boremønster.(se fig. 2)
De avanserte borejumboene kommer som helautomatiserte eller halvautomatiske;i førstnevnte, etter fullføring av hullet, går boret tilbake og beveger seg automatisk til neste hullposisjon og begynner å bore uten behov for posisjonering av operatøren;for de halvautomatiske bommene flytter operatøren boret fra hull til hull.Dette lar én operatør effektivt håndtere bore-jumboer med opptil tre bommer ved bruk av datamaskinen ombord.(se fig. 3)
Med utviklingen av Rock Drills fra 18, 22, 30 og opptil 40 kW slagkraft og høyfrekvente øvelser med matere som holder opptil 20' drifterstenger og bruken av det automatiserte Rod Adding System (RAS), fremdrift og hastighet boringen har forbedret seg betraktelig med faktiske fremføringshastigheter på opptil 18' per runde og hull som synker mellom 8 – 12 fot/min, avhengig av bergarten og det brukte boret.En automatisert 3-boms drill-jumbo kan bore 800 – 1200 fot/time med 20 fots Drifter Rods.Bruk av 20 FT drivstenger krever en viss minimumsstørrelse på tunnelen (ca. 25 FT) for å tillate at bergbolter kan bores vinkelrett på tunnelaksen ved bruk av samme utstyr.
En nyere utvikling er bruken av multifunksjons jumboer hengt opp fra tunnelens krone, slik at flere funksjoner kan fortsette samtidig, for eksempel boring og mucking.Jumboen kan også brukes til montering av gitterdragere og sprøytebetong.Denne tilnærmingen overlapper sekvensielle operasjoner i tunnelering, noe som resulterer i tidsbesparelse på tidsplanen.Se fig 4.
Bruken av bulkemulsjon for å lade hullene fra en separat ladebil, når bore-jumboen brukes for flere kurser, eller som en innebygd funksjon i bor-jumboen når en enkelt heading graves ut, blir mer vanlig med mindre det er lokale restriksjoner for denne applikasjonen.Denne metoden er ofte brukt i forskjellige områder rundt om i verden, med to eller tre hull kan lades samtidig;konsentrasjonen av emulsjonen kan justeres avhengig av hvilke hull som lades.De kuttede hullene og bunnhullene er normalt ladet med 100 % konsentrasjon mens konturhullene er ladet med en mye lettere konsentrasjon på ca. 25 % konsentrasjon.(se fig. 5)
Bruk av bulkemulsjon trenger en booster i form av en stav av pakket sprengstoff (primer) som sammen med detonatoren settes inn i bunnen av hullene og er nødvendig for å antenne bulkemulsjonen som pumpes inn i hullet.Bruk av bulkemulsjon reduserer den totale ladetiden enn de tradisjonelle patronene, der 80 – 100 hull/time kan lades fra en ladebil utstyrt med to ladepumper og en- eller tomannskurver for å nå hele tverrsnittet.Se Fig.6
Bruk av hjullaster og lastebiler er fortsatt den vanligste måten å gjøre møkkingen på i kombinasjon med Drill and Blast for tunneler som har god tilgang til overflaten.Ved tilgang via sjakter vil møkka for det meste bli fraktet med hjullaster til sjakten hvor det vil bli heist til overflaten for videre transport til det endelige deponeringsområdet.
Imidlertid er bruken av en knuser ved tunnelflaten for å bryte ned de større steinstykkene slik at de kan overføres med et transportbånd for å bringe møkka til overflaten, en annen innovasjon som ble utviklet i Sentral-Europa, ofte for lange tunneler gjennom Alpene.Denne metoden reduserer i stor grad tiden for mucking, spesielt for lange tunneler, og eliminerer lastebilene i tunnelen som igjen forbedrer arbeidsmiljøet og reduserer nødvendig ventilasjonskapasitet.Det frigjør også tunnelinverten for betongarbeid.Det har en ekstra fordel om berget er av en slik kvalitet at det kan brukes til tilslagsproduksjon.I dette tilfellet kan den knuste steinen bearbeides minimalt for andre fordelaktige bruksområder som betongtilslag, skinneballast eller fortau.For å redusere tiden fra sprengning til påføring av sprøytebetong, i tilfeller hvor ståtid kan være et problem, kan det innledende sprøytebetonglaget påføres i taket før mucking er utført.
Ved graving av store tverrsnitt i kombinasjon med dårlige fjellforhold gir Drill and Blast metoden oss muligheten til å dele flaten i flere overskrifter og bruke Sequential Excavation Method (SEM) metoden for utgravingen.En senterpilotkurs etterfulgt av forskjøvede sidedrifter brukes ofte i SEM i tunneling, som kan sees i Fig. 7 for toppkursutgravningen av 86th Street Station på Second Avenue Subway-prosjektet i New York.Den øverste overskriften ble gravd ut i tre drivverk, og ble deretter fulgt av to benkegravinger for å fullføre det 60' brede og 50' høye huletverrsnittet.
For å minimere vanninntrenging i tunnelen under graving, benyttes ofte førgravingsfuging.Pre-graving fuging av berget er obligatorisk i Skandinavia for å imøtekomme miljøkravene vedrørende vannlekkasje inn i tunnelen for å minimere konstruksjonspåvirkningen på vannregimet ved eller nær overflaten.Forgravingsfuging kan gjøres for hele tunnelen eller for enkelte områder hvor bergtilstanden og grunnvannsregimet krever fuging for å redusere vanninntrenging til en håndterbar mengde som for eksempel i forkastnings- eller skjærsoner.Ved selektiv pre-graving fuging bores det 4-6 sondehull og avhengig av målt vann fra sondehullene i forhold til etablert fugeutløser vil fuging gjennomføres ved bruk av enten sement eller kjemiske fuger.
Normalt består en fugevifte før utgraving av 15 til 40 hull (70-80 fot lange) boret foran overflaten og fuget før utgraving.Antall hull avhenger av størrelsen på tunnelen og forventet vannmengde.Utgravingen gjøres deretter og etterlater en sikkerhetssone på 15-20 fot utover siste runde når neste sondering og pre-graving fuging er utført.Ved å bruke det automatiserte Rod Adding System (RAS), nevnt ovenfor, er det enkelt og raskt å bore sonden og fugehullene med en kapasitet på 300 til 400 fot/time.Kravet om fuging før utgraving er mer gjennomførbart og pålitelig ved bruk av Drill and Blast-metoden sammenlignet med bruk av en TBM
Sikkerhet i bore- og sprengningstunneler har alltid vært et stort problem og krever spesielle sikkerhetstiltak.I tillegg til de tradisjonelle sikkerhetsspørsmålene i tunneldrift, legger konstruksjon av Drill and Blast til risikoen ved ansiktet, inkludert boring, ladning, skalering, mucking, etc. ekstra sikkerhetsrisikoer som må håndteres og planlegges for.Med utviklingen av teknologier innen bore- og sprengningsteknikker og anvendelse av risikoreduserende tilnærming til sikkerhetsaspekter, har sikkerheten i tunneldrift blitt betydelig forbedret de siste årene.For eksempel, med bruk av automatisert jumboboring med boremønsteret lastet opp på datamaskinen om bord, er det ikke nødvendig for noen å være foran borehytten, noe som reduserer arbeidstakernes potensielle eksponering for potensielle farer og øker dermed. deres sikkerhet.
Den beste sikkerhetsrelaterte funksjonen er sannsynligvis det automatiserte Rod Adding System (RAS).Med dette systemet, hovedsakelig brukt til langhullsboring i forbindelse med pre-graving fuging og sondehullsboring;forlengelsesboringen kan gjøres helautomatisk fra operatørkabinen og eliminerer dermed risikoen for skader (spesielt håndskader);ellers ble stangtilsetningen gjort manuelt med arbeidere som ble utsatt for skader når de la til stenger for hånd.Det er verdt å merke seg at Norsk Tunnelforening (NNF) ga i 2018 ut sin publikasjon nr. 27 med tittelen «Sikkerhet ved norsk bore- og sprengningstunneldrift».Publikasjonen omhandler på en systematisk måte tiltak knyttet til helse-, miljø- og sikkerhetsstyring under tunneldriving ved bruk av bore- og sprengningsmetoder og gir beste praksis for arbeidsgivere, arbeidsledere og tunnelanleggsarbeidere.Publikasjonen gjenspeiler det siste innen sikkerhet innen bore- og sprengningskonstruksjon, og den kan lastes ned gratis fra Norsk Tunnelforenings hjemmeside: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
Drill and Blast brukt i det riktige konseptet, selv for lange tunneler, med mulighet for å dele opp lengden i flere overskrifter, kan fortsatt være et levedyktig alternativ.Det har nylig blitt gjort betydelige fremskritt innen utstyr og materialer, noe som har resultert i økt sikkerhet og økt effektivitet.Selv om mekanisert utgraving ved bruk av TBM ofte er mer gunstig for lange tunneler med konstant tverrsnitt, men i tilfelle det er et sammenbrudd i TBM som resulterer i langvarig stans, stopper hele tunnelen, mens i bore- og sprengningsoperasjoner med flere overskrifter konstruksjonen kan fortsatt gå fremover selv om en overskrift får tekniske problemer.
Lars Jennemyr er en ekspert tunnelkonstruksjonsingeniør ved AECOM New Yorks kontor.Han har lang erfaring med undergrunns- og tunnelprosjekter fra hele verden, inkludert Sørøst-Asia, Sør-Amerika, Afrika, Canada og USA i transitt-, vann- og vannkraftprosjekter.Han har lang erfaring innen konvensjonell og mekanisert tunneldrift.Hans spesialkompetanse inkluderer konstruksjon av bergtunneler, byggbarhet og konstruksjonsplanlegging.Blant prosjektene hans er: Second Avenue Subway, 86th St. Station i New York;Subway Line Extension nr. 7 i New York;Regional Connector og Purple Line Extension i Los Angeles;Citytunnel i Malmö, Sverige;Kukule Ganga Hydro Power Project, Sri Lanka;Uri Hydro Power Project i India;og Hong Kong Strategic Sewage Scheme.
Innleggstid: mai-01-2020