Aici, în Statele Unite, obișnuiam să ne referim la tunelurile prin forare și explozie ca tuneluri „convenționale”, ceea ce cred că lasă tunelurile prin TBM sau alte mijloace mecanizate să fie denumite „neconvenționale”.Cu toate acestea, odată cu evoluția tehnologiei TBM, devine din ce în ce mai rar să se facă tuneluri prin forare și explozie și, ca atare, ar putea dori să ne gândim la întoarcerea expresiei și să începem să ne referim la tunelarea prin forare și explozie drept „neconvențional”. ” tuneluri.
Tunnelarea prin foraj și explozie este încă cea mai comună metodă în industria minieră subterană, în timp ce tunelarea pentru proiecte de infrastructură devine din ce în ce mai mult tuneluri mecanizate prin TBM sau alte metode.Cu toate acestea, în tunelurile scurte, pentru secțiuni transversale mari, construcție de caverne, traverse, pasaje transversale, puțuri, conducte etc., Forarea și sablare este adesea singura metodă posibilă.Prin Drill and Blast avem, de asemenea, posibilitatea de a fi mai flexibili pentru a adopta profiluri diferite în comparație cu un tunel TBM care oferă întotdeauna o secțiune transversală circulară, în special pentru tunelurile de autostradă, rezultând multă suprasăpătură în raport cu secțiunea transversală reală necesară.
În Țările Nordice, unde formarea geologică a construcțiilor subterane este adesea din granit dur solid și gneis, care se pretează la minerit de foraj și explozie foarte eficient și economic.De exemplu, sistemul de metrou din Stockholm constă în mod obișnuit dintr-o suprafață expusă de rocă construită folosind foraj și sablare și pulverizată cu beton proiectat ca căptușeală finală, fără nicio căptușeală turnată în loc.
În prezent, proiectul AECOM, Bypass Stockholm, care constă din 21 km (13 mile) de autostradă din care 18 km (11 mile) sunt sub pământ sub arhipelagul de vest al Stockholmului, este în construcție, vezi Fig. 1. Aceste tuneluri având secțiuni transversale variabile, pentru a găzdui trei benzi în fiecare direcție și rampe de acces și de ieșire care se conectează la suprafață sunt în curs de construire folosind tehnica Forajului și Exploatării.Acest tip de proiecte este încă competitiv ca Drill and Blast datorită geologiei bune și nevoii de secțiune transversală variabilă pentru a se adapta cerințelor de spațiu.Pentru acest proiect au fost dezvoltate mai multe rampe de acces pentru a împărți tunelurile principale lungi în mai multe rubrici, ceea ce va scurta timpul total de excavare a tunelului.Suportul inițial al tunelului este format din șuruburi de rocă și beton proiectat de 4 inchi, iar căptușeala finală constă din membrană de impermeabilizare și beton proiectat de 4 inch suspendat de șuruburi distanțate la 4 pe 4 picioare, instalate la 1 picior de suprafața rocii căptușite cu beton proiectat, acționează ca o apă și îngheț. izolatie.
Norvegia este și mai extremă când vine vorba de tuneluri prin Drill and Blast și de-a lungul anilor a perfecționat metodele pentru Drill and Blast.Având în vedere topografia foarte muntoasă din Norvegia și fiordurile foarte lungi care se întind în pământ, nevoia de tuneluri sub fiorduri atât pentru autostrăzi, cât și pentru căi ferate este de mare importanță și poate reduce considerabil timpul de călătorie.Norvegia are peste 1000 de tuneluri rutiere, care este cele mai multe din lume.În plus, Norvegia găzduiește, de asemenea, nenumărate hidrocentrale cu tuneluri și puțuri, care sunt construite de Drill and Blast.În perioada 2015-2018, numai în Norvegia, au existat aproximativ 5,5 milioane CY de excavare în rocă subterană de către Drill and Blast.Țările nordice și-au perfecționat tehnica Drill and Blast și i-au explorat tehnologiile și ultima tehnică în întreaga lume.De asemenea, în Europa Centrală, în special în țările alpine, Drill and Blast este încă o metodă competitivă în tuneluri, în ciuda lungimii lungi a tunelurilor.Principala diferență față de tunelurile nordice este că cele mai multe dintre tunelurile alpine au o căptușeală finală din beton turnat în loc.
În nord-estul SUA și în regiunile Munților Stâncoși există condiții similare ca și în nordii, cu rocă tare și competentă, care permite utilizarea economică a forajului și exploziei.Câteva exemple includ metroul din New York, tunelul Eisenhower din Colorado și tunelul Mt McDonald din Munții Stâncoși Canadieni.
Proiectele recente de transport din New York, cum ar fi recent finalizat Second Avenue Subway sau proiectul East Side Access, au avut o combinație de tuneluri minate TBM cu Station Caverns și alte spații auxiliare realizate de Drill and Blast.
Utilizarea jumbo-urilor de foraj a evoluat de-a lungul anilor de la burghiile de mana primitive sau jumbo-urile cu un singur brat la jumbo-urile computerizate cu braț multiplu, unde modelele de foraj sunt introduse în computerul de bord, permițând găurire rapidă și de înaltă precizie până la un pre-foraj. -setați modelul de foraj calculat cu precizie.(vezi fig. 2)
Jumbo-urile avansate de foraj sunt complet automatizate sau semi-automatizate;în primul, după terminarea găurii, burghiul se retrage și se deplasează automat în următoarea poziție a găurii și începe găurirea fără a fi necesară poziționarea de către operator;pentru brațele semiautomate operatorul mută burghiul din gaură în gaură.Acest lucru permite unui operator să manipuleze eficient jumbo-urile de foraj cu până la trei brațe cu ajutorul computerului de bord.(vezi Fig. 3)
Odată cu dezvoltarea mașinilor de foraj pentru rocă de la 18, 22, 30 și până la 40 kW de putere de impact și burghie de înaltă frecvență cu alimentatoare care susțin tije de drifter de până la 20 de picioare și utilizarea sistemului automat de adăugare a tijelor (RAS), avansul și viteza de foraj s-a îmbunătățit foarte mult, cu viteze reale de avans de până la 18' pe rundă și cu o adâncire a găurii între 8 – 12 ft/min, în funcție de tipul de rocă și de burghiul utilizat.Un jumbo de foraj automat cu 3 brațe poate găuri 800 – 1200 ft/h cu tije Drifter de 20 ft.Utilizarea tijelor drifter de 20 FT necesită o anumită dimensiune minimă a tunelului (aproximativ 25 FT) pentru a permite găurirea bolțurilor de rocă perpendicular pe axa tunelului folosind același echipament.
O dezvoltare recentă este utilizarea jumbo-urilor multifuncționale suspendate de coroana tunelului, permițând mai multor funcții să continue simultan, cum ar fi forarea și demolarea.Jumbo-ul poate fi, de asemenea, utilizat pentru a instala grinzi cu zăbrele și beton împușcat.Această abordare se suprapune operațiunilor secvențiale în tunelare, ceea ce duce la economisirea de timp în program.Vezi fig. 4.
Utilizarea emulsiei în vrac pentru a încărca găurile dintr-un camion de încărcare separat, atunci când forajul jumbo este utilizat pentru mai multe direcții, sau ca o caracteristică încorporată a forajului jumbo atunci când o singură direcție este excavată, devine mai comună, cu excepția cazului în care există restricții locale pentru această aplicație.Această metodă este folosită în mod obișnuit în diverse zone din lume, cu două sau trei găuri pot fi încărcate în același timp;concentrația emulsiei poate fi ajustată în funcție de găurile care sunt încărcate.Găurile tăiate și găurile inferioare sunt în mod normal încărcate cu o concentrație de 100%, în timp ce găurile de contur sunt încărcate cu o concentrație mult mai ușoară, de aproximativ 25%.(vezi fig. 5)
Utilizarea emulsiei în vrac necesită un amplificator sub forma unui baston de explozibili ambalate (amors) care împreună cu detonatorul este introdus în fundul găurilor și este necesar pentru a aprinde emulsia în vrac care este pompată în gaură.Utilizarea emulsiei în vrac reduce timpul general de încărcare decât cartușele tradiționale, unde 80 – 100 de găuri/h pot fi încărcate de la un camion de încărcare echipat cu două pompe de încărcare și coșuri pentru una sau două persoane pentru a ajunge la întreaga secțiune transversală.Vezi Fig.6
Utilizarea încărcătorului cu roți și a camioanelor este încă cea mai comună modalitate de a face demolarea în combinație cu Drill și Blast pentru tunelurile cu acces suplimentar la suprafață.În cazul accesului prin puțuri, noroiul va fi transportat în cea mai mare parte cu încărcătorul pe roți la puț, unde va fi ridicat la suprafață pentru a fi transportat în continuare la zona finală de eliminare.
Cu toate acestea, utilizarea unui concasor la fața tunelului pentru a sparge bucățile mai mari de rocă pentru a permite transferul lor cu o bandă transportoare pentru a aduce noroiul la suprafață este o altă inovație care a fost dezvoltată în Europa Centrală, adesea pentru tunelurile lungi prin Alpi.Această metodă reduce foarte mult timpul de demolare, în special pentru tunelurile lungi și elimină camioanele din tunel, ceea ce la rândul său îmbunătățește mediul de lucru și reduce capacitatea necesară de ventilație.De asemenea, eliberează tunelul inversat pentru lucrări de beton.Are un avantaj suplimentar dacă roca este de o asemenea calitate încât poate fi folosită pentru producția de agregate.În acest caz, roca zdrobită poate fi procesată minim pentru alte utilizări benefice, cum ar fi agregate de beton, balast feroviar sau pavaj.Pentru a reduce timpul de la sablare până la aplicarea Shotbetonului, în cazurile în care timpul de stand-up poate fi o problemă, stratul inițial de Shotbeton poate fi aplicat pe acoperiș înainte de a se termina demolarea.
La excavarea secțiunilor transversale mari în combinație cu condiții proaste de rocă, metoda Forajului și Exploatării ne oferă posibilitatea de a împărți fața în mai multe poziții și de a aplica metoda Metodei Excavației Secvențiale (SEM) pentru excavare.O direcție pilot centrală, urmată de derive laterale eșalonate, este adesea folosită în SEM în tuneluri, așa cum se poate vedea în Fig. 7, pentru excavarea din partea superioară a stației 86th Street din proiectul de metrou Second Avenue din New York.Capul superior a fost excavat în trei drift, apoi a fost urmat de două săpături pe banc pentru a completa secțiunea transversală a cavernei de 60 de metri lățime pe 50 de metri înălțime.
Pentru a minimiza pătrunderea apei în tunel în timpul excavației, se folosește adesea chituirea pre-excavare.Chituirea pre-excavare a rocii este obligatorie în Scandinavia pentru a răspunde cerințelor de mediu privind scurgerea apei în tunel pentru a minimiza impactul construcției asupra regimului apei la sau în apropierea suprafeței.Chituirea pre-excavare se poate face pentru întreg tunelul sau pentru anumite zone în care starea rocii și regimul apei subterane necesită chituire pentru a reduce pătrunderea apei la o cantitate gestionabilă, cum ar fi în zonele de falie sau de forfecare.În chituirea selectivă pre-excavare se forează 4-6 găuri de sondă și în funcție de apa măsurată din găurile de sondă în raport cu declanșatorul de chituire stabilit, chituirea se va realiza folosind fie ciment, fie chituri chimice.
În mod normal, un ventilator de chituire pre-excavare constă din 15 până la 40 de găuri (70-80 ft lungime) găurite înaintea suprafeței și cituite înainte de excavare.Numărul de găuri depinde de dimensiunea tunelului și de cantitatea anticipată de apă.Săpătura se face apoi lăsând o zonă de siguranță de 15-20 ft dincolo de ultima rundă când se efectuează următoarea sondare și chituirea pre-excavare.Utilizarea sistemului automat de adăugare a tijelor (RAS), menționat mai sus, face simplă și rapidă găurirea sondei și a găurilor de chituire cu o capacitate de 300 până la 400 ft/h.Cerința de chituire înainte de excavare este mai fezabilă și mai fiabilă atunci când se folosește metoda Foraj și sablare în comparație cu utilizarea unui TBM
Siguranța în tunele de foraj și explozie a fost întotdeauna o preocupare majoră, necesitând prevederi speciale de măsuri de siguranță.Pe lângă problemele tradiționale de siguranță în tuneluri, construcția de către Drill and Blast, riscurile la fața, inclusiv forarea, încărcarea, scalarea, demolarea etc. adaugă riscuri suplimentare de siguranță care trebuie abordate și planificate.Odată cu progresul tehnologiilor în tehnicile de foraj și explozie și aplicarea abordării de reducere a riscurilor la aspectele de siguranță, siguranța în tuneluri s-a îmbunătățit semnificativ în ultimii ani.De exemplu, cu utilizarea forajului jumbo automat cu modelul de foraj încărcat pe computerul de bord, nu este nevoie ca nimeni să se afle în fața cabinei jumbo de foraj, reducând astfel expunerea potențială a lucrătorilor la potențiale pericole și crescând astfel siguranța lor.
Cea mai bună caracteristică legată de siguranță este probabil sistemul automat de adăugare a tijei (RAS).Cu acest sistem, utilizat în principal pentru forarea găurilor lungi în legătură cu chituirea pre-excavare și forarea găurilor cu sonde;găurirea extensiei se poate face complet automat din cabina operatorului și ca atare elimină riscul de accidentare (în special răni la mâini);în caz contrar, adăugarea tijelor s-a făcut manual, lucrătorii fiind expuși la răni la adăugarea tijelor cu mâna.Este demn de remarcat faptul că Societatea Norvegiană de Tunnelare (NNF) a publicat în 2018 publicația sa nr. 27 intitulată „Siguranța în forajul norvegian și tunelurile de explozie”.Publicația abordează într-o manieră sistematică măsuri legate de managementul sănătății, siguranței și mediului în timpul tunelului folosind metode de foraj și explozie și oferă cele mai bune practici pentru angajatori, maiștri și lucrătorii din construcția de tuneluri.Publicația reflectă stadiul tehnicii în materie de siguranță a construcțiilor Drill and Blast și poate fi descărcată gratuit de pe site-ul web al Societății Norvegiene de Tunnel: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
Foraj și explozie utilizate în conceptul potrivit, chiar și pentru tuneluri lungi, cu posibilitatea de a împărți lungimea în numeroase rubrici, pot fi totuși o alternativă viabilă.Recent s-au făcut progrese semnificative în ceea ce privește echipamentele și materialele, care au ca rezultat o siguranță sporită și o eficiență sporită.Deși excavarea mecanizată folosind TBM este adesea mai favorabilă pentru tunelurile lungi cu o secțiune transversală constantă, totuși, în cazul în care există o defecțiune a tunelului, care are ca rezultat o oprire lungă, întregul tunel se oprește, în timp ce în operațiunile de foraj și sablare cu mai multe direcții, construcția poate în continuare să avanseze chiar dacă o poziție se confruntă cu probleme tehnice.
Lars Jennemyr este inginer expert în construcția de tuneluri în biroul AECOM din New York.Are o viață de experiență în proiecte subterane și de tuneluri din întreaga lume, inclusiv Asia de Sud-Est, America de Sud, Africa, Canada și SUA în proiecte de tranzit, apă și hidroenergie.Are o vastă experiență în tuneluri convenționale și mecanizate.Expertiza sa specială include construcția de tuneluri de rocă, construcția și planificarea construcției.Printre proiectele sale se numără: metroul Second Avenue, stația 86th St. din New York;prelungirea liniei de metrou nr. 7 din New York;Conectorul Regional și Extensia Purple Line din Los Angeles;Citytunnel din Malmo, Suedia;Proiectul hidroenergetic Kukule Ganga, Sri Lanka;Proiectul Uri Hydro Power în India;și Schema strategică de canalizare din Hong Kong.
Ora postării: mai-01-2020