Tu v Spojených štátoch sme označovali tunelovanie vŕtaním a odstrelom ako „konvenčné“ tunelovanie, čo hádam ponecháva tunelovanie pomocou TBM alebo iných mechanizovaných prostriedkov, ktoré sa označuje ako „nekonvenčné“.S vývojom technológie TBM sa však razenie tunelov vŕtaním a odstreľovaním stáva čoraz zriedkavejšie, a preto možno budeme chcieť porozmýšľať nad tým, že by sme tento výraz obrátili a začali označovať tunelovanie vŕtaním a odstrelom ako „nekonvenčné“. “tunelovanie.
Tunelovanie vŕtaním a odstrelom je stále najbežnejšou metódou v podzemnom ťažobnom priemysle, zatiaľ čo tunelovanie pre infraštruktúrne projekty sa čoraz viac stáva mechanizovaným tunelovaním pomocou TBM alebo iných metód.V krátkych tuneloch, pri veľkých prierezoch, pri konštrukcii jaskýň, križovatkách, priečnych priechodoch, šachtách, privádzačoch atď. je však často jedinou možnou metódou Drill and Blast.Vďaka Drill and Blast máme tiež možnosť flexibilnejšie sa prispôsobiť rôznym profilom v porovnaní s tunelom TBM, ktorý vždy poskytuje kruhový prierez, najmä pre diaľničné tunely, čo vedie k veľkému nadmernému výkopu v porovnaní so skutočným potrebným prierezom.
V severských krajinách, kde je geologická formácia podzemných stavieb často v pevnej tvrdej žule a rule, čo sa hodí na vŕtanie a ťažbu veľmi efektívne a ekonomicky.Napríklad štokholmský systém metra zvyčajne pozostáva z exponovaného skalného povrchu skonštruovaného pomocou vŕtania a otryskávania a nastriekaného striekaným betónom ako konečnou vložkou bez akéhokoľvek liateho obloženia.
V súčasnosti je vo výstavbe projekt AECOM, obchvat Štokholmu, ktorý pozostáva z 21 km (13 míľ) diaľnice, z ktorej 18 km (11 míľ) je pod zemou pod západným súostrovím Štokholm, pozri obr. 1. Tieto tunely majú rôzne prierezy, na umiestnenie troch jazdných pruhov v každom smere a nájazdových a výjazdových rámp spájajúcich s povrchom sa stavia pomocou techniky Drill and Blast.Tento typ projektov je stále konkurencieschopný ako Drill and Blast kvôli dobrej geológii a potrebe variabilného prierezu, aby vyhovoval priestorovým požiadavkám.Pre tento projekt bolo vyvinutých niekoľko prístupových rámp na rozdelenie dlhých hlavných tunelov do viacerých hláv, čím sa skráti celkový čas na razenie tunela.Počiatočná podpera tunela pozostáva zo skalných skrutiek a 4” striekaného betónu a konečná vložka pozostáva z hydroizolačnej membrány a 4-palcového striekaného betónu zaveseného pomocou skrutiek rozmiestnených približne 4 x 4 stopy, inštalované 1 stopu od povrchu striekaného betónu, pôsobí ako voda a mráz izolácia.
Nórsko je ešte extrémnejšie, pokiaľ ide o tunelovanie pomocou Drill and Blast a v priebehu rokov zdokonalilo metódy pre Drill and Blast k dokonalosti.Vzhľadom na veľmi hornatú topografiu v Nórsku a veľmi dlhé fjordy zarezávajúce sa do krajiny je potreba tunelov pod fjordmi pre diaľnicu aj železnicu veľmi dôležitá a môže výrazne skrátiť čas cesty.Nórsko má viac ako 1000 cestných tunelov, čo je najviac na svete.Okrem toho je Nórsko tiež domovom nespočetných vodných elektrární s privádzacími tunelmi a šachtami, ktoré postavila spoločnosť Drill and Blast.V období rokov 2015 až 2018 sa v samotnom Nórsku uskutočnilo asi 5,5 milióna CY podzemných skalných výkopov spoločnosťou Drill and Blast.Severské krajiny zdokonalili techniku Drill and Blast a preskúmali jej technológie a najmodernejšie technológie po celom svete.V strednej Európe, najmä v alpských krajinách, je Drill and Blast stále konkurencieschopnou metódou pri razení tunelov napriek veľkej dĺžke tunelov.Hlavný rozdiel oproti severským tunelom je v tom, že väčšina alpských tunelov má konečné betónové ostenie Cast-In-Place.
Na severovýchode USA a v regiónoch Skalistých hôr sú podobné podmienky ako v Severskej oblasti s tvrdou kompetentnou horninou umožňujúcou ekonomické využitie Drill and Blast.Niektoré príklady zahŕňajú metro v New Yorku, tunel Eisenhower v Colorade a tunel Mt McDonald v kanadských Skalistých horách.
Nedávne dopravné projekty v New Yorku, ako napríklad nedávno dokončený Second Avenue Subway alebo projekt East Side Access, mali kombináciu tunelov s ťažbou TBM so Station Caverns a ďalšími pomocnými priestormi vykonanými spoločnosťou Drill and Blast.
Používanie vŕtacích vrtákov sa v priebehu rokov vyvinulo z primitívnych ručných vŕtačiek alebo vrtákov s jedným výložníkom k počítačom riadeným samovŕtacím viacnásobným výložníkom, kde sa vzory vŕtania vkladajú do palubného počítača, čo umožňuje rýchle a vysoko presné vŕtanie až po predbežné vŕtanie. -nastaviť presne vypočítaný vzor vŕtania.(pozri obr. 2)
Pokročilé vŕtacie jumbo sú plne automatizované alebo poloautomatické;v prvom prípade sa vrták po dokončení otvoru vráti späť a automaticky sa presunie do polohy nasledujúceho otvoru a začne vŕtať bez potreby polohovania operátorom;pri poloautomatických ramenách operátor pohybuje vrtákom z otvoru do otvoru.To umožňuje jednému operátorovi efektívne zvládnuť vŕtacie jumbo až s tromi ramenami pomocou palubného počítača.(pozri obr. 3)
S vývojom Rock Drills od 18, 22, 30 a až 40 kW príklepového výkonu a vysokofrekvenčných vŕtačiek s podávačmi s unášacími prútmi s dĺžkou až 20' a použitím automatizovaného systému pridávania tyčí (RAS) sa pokrok a rýchlosť vŕtanie sa výrazne zlepšilo so skutočnými rýchlosťami postupu až 18' na kolo a hĺbením diery medzi 8 – 12 stôp/min v závislosti od typu horniny a použitého vrtáka.Automatizovaný 3-ramenný vrták Jumbo dokáže vŕtať rýchlosťou 800 – 1200 stôp/h s 20 stopovými unášacími tyčami.Použitie 20 FT unášacích tyčí vyžaduje určitú minimálnu veľkosť tunela (asi 25 FT), aby bolo možné vŕtať skalné skrutky kolmo na os tunela pomocou rovnakého zariadenia.
Nedávnym vývojom je použitie multifunkčných jumb zavesených na korune tunela, ktoré umožňujú súčasné vykonávanie viacerých funkcií, ako je vŕtanie a ťažba.Jumbo možno použiť aj na inštaláciu priehradových nosníkov a striekaného betónu.Tento prístup prekrýva sekvenčné operácie v tunelovaní, čo vedie k úspore času v pláne.Pozri obr. 4.
Používanie hromadnej emulzie na nabíjanie otvorov zo samostatného nabíjacieho vozíka, keď sa vŕtacie jumbo používa pre viacero hláv, alebo ako vstavaná funkcia vŕtacej jumbo, keď sa hĺbi jedna hlavička, sa stáva bežnejším, pokiaľ pre túto aplikáciu existujú miestne obmedzenia.Táto metóda sa bežne používa v rôznych oblastiach po celom svete, pričom je možné nabíjať dva alebo tri otvory súčasne;koncentrácia emulzie môže byť nastavená v závislosti od toho, ktoré otvory sú nabité.Vyrezané otvory a spodné otvory sú normálne nabité 100% koncentráciou, zatiaľ čo obrysové otvory sú nabité oveľa ľahšou koncentráciou asi 25%.(pozri obr. 5)
Na použitie sypkej emulzie je potrebný booster v podobe tyčinky balených trhavín (zápalu), ktorá sa spolu s rozbuškou vkladá na dno otvorov a je potrebná na zapálenie sypkej emulzie, ktorá sa čerpá do otvoru.Použitie voľnej emulzie znižuje celkový čas nabíjania ako tradičné kazety, kde je možné nabíjať 80 – 100 otvorov/h z nabíjacieho vozíka vybaveného dvoma nabíjacími čerpadlami a košmi pre jednu alebo dve osoby, aby sa dosiahol plný prierez.Pozri obr.6
Použitie kolesového nakladača a nákladných áut je stále najbežnejším spôsobom odhŕňania v kombinácii s Drill and Blast pre tunely s prístupom na povrch štôlňou.V prípade prístupu cez šachty bude hlušina odvážaná prevažne kolesovým nakladačom do šachty, kde bude vytiahnutá na povrch pre ďalšiu prepravu na miesto konečného uloženia.
Ďalšou inováciou, ktorá bola vyvinutá v strednej Európe často pre dlhé tunely cez Alpy, je použitie drviča na čele tunela na rozbitie väčších kusov skál, aby sa umožnilo ich prenesenie pomocou dopravného pásu na vynesenie bahna na povrch.Táto metóda výrazne skracuje čas na odhŕňanie, najmä pri dlhých tuneloch a eliminuje kamióny v tuneli, čo zase zlepšuje pracovné prostredie a znižuje potrebnú ventilačnú kapacitu.Taktiež uvoľňuje obrubu tunela pre betonárske práce.Ďalšou výhodou je, ak je hornina taká kvalitná, že sa dá použiť na výrobu kameniva.V tomto prípade môže byť drvená hornina minimálne spracovaná na iné prospešné účely, ako sú betónové kamenivo, železničný štrk alebo chodník.Aby sa skrátil čas od otryskania po nanesenie striekaného betónu, v prípadoch, kde môže byť problémom doba státia, môže byť počiatočná vrstva striekaného betónu aplikovaná na strechu pred dokončením odstránenia.
Pri razení veľkých prierezov v kombinácii so zlými horninovými podmienkami nám metóda Drill and Blast dáva možnosť rozdeliť čelbu do viacerých zárubní a pri razení použiť metódu SEM (Sequential Excavation Method).Stredový pilotný kurz nasledovaný striedavými bočnými driftmi sa často používa v SEM pri razení tunelov, ako je možné vidieť na obr. 7 pri hĺbení horného smeru 86. ulice na projekte metra Second Avenue v New Yorku.Vrchná časť bola vyhĺbená v troch štôlňach a potom nasledovali dve lavicové výkopy na dokončenie 60' širokého a 50' vysokého prierezu jaskyne.
Aby sa minimalizovalo prenikanie vody do tunela pri razení, často sa používa predvýrubová injektáž.Predvýkopová injektáž horniny je v Škandinávii povinná s cieľom riešiť environmentálne požiadavky týkajúce sa úniku vody do tunela s cieľom minimalizovať vplyv stavby na vodný režim na povrchu alebo v jeho blízkosti.Injektáž pred razením sa môže vykonať pre celý tunel alebo pre určité oblasti, kde stav hornín a režim podzemnej vody vyžadujú injektáž, aby sa znížilo prenikanie vody na zvládnuteľné množstvo, napríklad v zlomových alebo šmykových zónach.Pri selektívnej predvýkopovej injektáži sa vyvŕta 4-6 otvorov sond a v závislosti od nameranej vody z otvorov sondy vo vzťahu k stanovenému spúšťaču injektáže sa injektáž realizuje buď cementovými alebo chemickými injektážami.
Normálne predvýkopový injektážny ventilátor pozostáva z 15 až 40 otvorov (70-80 stôp dlhých) vyvŕtaných pred čelbou a injektovaných pred výkopom.Počet otvorov závisí od veľkosti tunela a predpokladaného množstva vody.Výkop sa potom vykoná s ponechaním bezpečnostnej zóny 15-20 stôp za posledným kolom, keď sa vykoná ďalšie sondovanie a injektáž pred výkopom.Použitie vyššie uvedeného automatizovaného systému pridávania tyčí (RAS) umožňuje jednoduché a rýchle vŕtanie otvorov sondy a injektážnej zmesi s kapacitou 300 až 400 stôp/h.Požiadavka na injektáž pred výkopom je uskutočniteľnejšia a spoľahlivejšia pri použití metódy Drill and Blast v porovnaní s použitím TBM
Bezpečnosť pri razení vrtných a výbuchových tunelov bola vždy hlavným problémom, ktorý si vyžadoval špeciálne ustanovenia o bezpečnostných opatreniach.Okrem tradičných bezpečnostných problémov pri razení tunelov, konštrukcie od spoločnosti Drill and Blast, riziká na čele vrátane vŕtania, nabíjania, tvorby vodného kameňa, hromadenia atď. pridávajú ďalšie bezpečnostné riziká, ktoré je potrebné riešiť a plánovať.S pokrokom v technológiách techniky vŕtania a odstreľovania a uplatňovaním prístupu znižovania rizika na bezpečnostné aspekty sa bezpečnosť pri razení tunelov v posledných rokoch výrazne zlepšila.Napríklad pri použití automatizovaného veľkého vŕtania so vzorom vŕtania nahratým do palubného počítača nie je potrebné, aby niekto stál pred vŕtacou kabínou, čím sa znižuje potenciálne vystavenie pracovníkov potenciálnym nebezpečenstvám, čím sa zvyšuje ich bezpečnosť.
Najlepšou funkciou súvisiacou s bezpečnosťou je pravdepodobne automatizovaný systém pridávania tyčí (RAS).S týmto systémom sa používa hlavne na vŕtanie dlhých otvorov v spojení s predvýkopovou injektážou a vŕtaním sondy;predlžovacie vŕtanie je možné vykonávať plne automatizovane z kabíny operátora a ako také eliminuje riziko poranenia (najmä poranenia rúk);inak sa pridávanie tyčí vykonávalo ručne, pričom pracovníci boli vystavení zraneniam pri ručnom pridávaní tyčí.Stojí za zmienku, že Nórska tunelárska spoločnosť (NNF) vydala v roku 2018 svoju publikáciu č. 27 s názvom „Bezpečnosť v nórskom vŕtaní a výbuchovom tuneli“.Publikácia sa systematicky venuje opatreniam súvisiacim so zdravím, bezpečnosťou a environmentálnym manažmentom pri razení tunelov metódou Drill and Blast a poskytuje najlepšiu prax pre zamestnávateľov, majstrov a pracovníkov na stavbe tunelov.Publikácia odráža stav techniky v oblasti bezpečnosti vŕtania a odstreľovania a je možné ju bezplatne stiahnuť z webovej stránky Nórskej tunelárskej spoločnosti: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
Vŕtanie a odstreľovanie použité v správnom koncepte, dokonca aj pre dlhé tunely, s možnosťou rozdeliť dĺžku do mnohých hláv, môže byť stále životaschopnou alternatívou.V poslednom čase došlo k významnému pokroku v oblasti vybavenia a materiálov, výsledkom čoho je zvýšená bezpečnosť a zvýšená účinnosť.Mechanizované razenie pomocou TBM je síce často priaznivejšie pre dlhé tunely s konštantným prierezom, avšak v prípade, že dôjde k poruche TBM s následkom dlhého zastavenia, celý tunel sa zastaví, zatiaľ čo pri vŕtaní a odstreľovaní s viacerými rozchodmi výstavba môže stále napredovať, aj keď jeden okruh narazí na technické problémy.
Lars Jennemyr je odborným inžinierom výstavby tunelov v kancelárii AECOM v New Yorku.Má celoživotné skúsenosti s podzemnými a tunelovými projektmi z celého sveta vrátane juhovýchodnej Ázie, Južnej Ameriky, Afriky, Kanady a USA v oblasti tranzitných, vodných a hydroenergetických projektov.Má bohaté skúsenosti s konvenčným a mechanizovaným razením tunelov.Jeho špeciálne odborné znalosti zahŕňajú výstavbu skalných tunelov, konštruktívnosť a plánovanie výstavby.Medzi jeho projekty patria: Second Avenue Subway, 86th St. Station v New Yorku;predĺženie linky metra č. 7 v New Yorku;regionálny konektor a rozšírenie Purple Line v Los Angeles;Citytunel v Malmö, Švédsko;projekt vodnej elektrárne Kukule Ganga, Srí Lanka;Uri Hydro Power Project v Indii;a hongkonskej strategickej kanalizačnej schémy.
Čas odoslania: máj-01-2020