Tukaj v Združenih državah smo predore z vrtanjem in razstreljevanjem označevali kot "konvencionalne" predore, zaradi česar mislim, da se predori s TBM ali drugimi mehaniziranimi sredstvi imenujejo "nekonvencionalni".Vendar pa z razvojem tehnologije TBM postaja vse bolj redko vrtanje predorov z vrtanjem in razstreljevanjem, zato bi morda želeli razmisliti o tem, da bi spremenili izraz in začeli navajati predore z vrtanjem in razstreljevanjem kot »nekonvencionalno ” tuneliranje.
Gradnja predorov z vrtanjem in razstreljevanjem je še vedno najpogostejša metoda v podzemni rudarski industriji, medtem ko izgradnja predorov za infrastrukturne projekte vedno bolj postaja mehanizirana izdelava predorov s TBM ali drugimi metodami.Vendar je v kratkih predorih, za velike prečne prereze, konstrukcijo kavern, prehode, prečne prehode, jaške, cevovode itd. pogosto edina možna metoda vrtanje in razstreljevanje.Z vrtanjem in razstreljevanjem imamo tudi možnost, da smo bolj prilagodljivi za prilagajanje različnim profilom v primerjavi s predorom TBM, ki vedno daje krožni prečni prerez, zlasti pri avtocestnih predorih, kar povzroči veliko čezmernega izkopavanja glede na dejanski potreben prečni prerez.
V nordijskih državah, kjer je geološka tvorba podzemne gradnje pogosto v trdnem trdem granitu in gnajsu, ki je primeren za zelo učinkovito in ekonomično rudarjenje z vrtanjem in razstreljevanjem.Stockholmski sistem podzemne železnice je na primer običajno sestavljen iz izpostavljene skalne površine, zgrajene z vrtanjem in peskanjem in popršene s brizganim betonom kot končno oblogo brez kakršne koli ulite obloge.
Trenutno se gradi projekt AECOM, Stockholmska obvoznica, ki je sestavljena iz 21 km (13 milj) avtoceste, od tega je 18 km (11 milj) pod zemljo pod zahodnim stockholmskim arhipelagom, glej sliko 1. Ti predori s spremenljivimi preseki, za namestitev treh pasov v vsako smer in rampe za vstop in izstop, ki se povezujejo s površino, se gradijo s tehniko vrtanja in razstreljevanja.Ta vrsta projektov je zaradi dobre geologije in potrebe po spremenljivem preseku za prilagoditev prostorskim zahtevam še vedno konkurenčna kot vrtanje in razstreljevanje.Za ta projekt je bilo razvitih več dostopnih klančin za razdelitev dolgih glavnih predorov na več naslovov, kar bo skrajšalo skupni čas za izkop predora.Začetna podpora predora je sestavljena iz skalnih vijakov in 4-palčnega brizganega betona, končna obloga pa je sestavljena iz hidroizolacijske membrane in 4-palčnega brizganega betona, ki je obešen s sorniki, razporejenimi približno 4 krat 4 čevlje, nameščen 1 čevelj od skalne površine, obložene s brizganim betonom, deluje kot voda in zmrzal izolacija.
Norveška je še bolj ekstremna, ko gre za vrtanje predorov z vrtanjem in razstreljevanjem, in je skozi leta metode za vrtanje in razstreljevanje izpopolnila do popolnosti.Glede na zelo gorato topografijo Norveške in zelo dolge fjorde, ki segajo v kopno, je potreba po predorih pod fjordi tako za avtoceste kot za železnice zelo pomembna in lahko znatno skrajša čas potovanja.Norveška ima več kot 1000 cestnih predorov, kar je največ na svetu.Poleg tega je Norveška tudi dom neštetih hidroelektrarn s tuneli in jaški za dovod vode, ki jih gradi Drill and Blast.V obdobju od 2015 do 2018 je bilo samo na Norveškem približno 5,5 milijona CY podzemnih izkopavanj kamnin z vrtanjem in razstreljevanjem.Nordijske države so izpopolnile tehniko vrtanja in razstreljevanja ter raziskovale njene tehnologije in najsodobnejše po vsem svetu.Poleg tega je v srednji Evropi, zlasti v alpskih državah, vrtanje in razstreljevanje še vedno konkurenčna metoda pri gradnji predorov kljub veliki dolžini predorov.Glavna razlika od nordijskih predorov je v tem, da ima večina alpskih predorov končno betonsko oblogo z vlivanjem na mestu.
Na severovzhodu ZDA in v regijah Skalnega gorovja so razmere podobne kot v nordijskih državah s trdo kompetentno skalo, ki omogoča ekonomično uporabo vrtanja in peskanja.Nekateri primeri vključujejo newyorško podzemno železnico, predor Eisenhower v Koloradu in predor Mt McDonald v kanadskem Skalnem gorovju.
Nedavni prometni projekti v New Yorku, kot je nedavno dokončana podzemna železnica Second Avenue ali projekt East Side Access, so imeli kombinacijo miniranih tekočih tunelov TBM s Station Caverns in drugimi pomožnimi prostori, ki jih je izvedlo Drill and Blast.
Uporaba drill jumbos se je z leti razvila od primitivnih ročnih vrtalnikov ali enoboom jumbos do računalniško podprtih samovrtalnih Multiple-Boom Jumbos, kjer se vzorci vrtanja vnesejo v vgrajeni računalnik, kar omogoča hitro in visoko natančno vrtanje do pred -nastavite natančno izračunan vzorec vrtanja.(glej sliko 2)
Napredni vrtalni jumbo so popolnoma avtomatizirani ali polavtomatski;pri prvem se po zaključku vrtanja sveder vrne nazaj in se samodejno premakne na položaj naslednje vrtine ter začne vrtati, ne da bi operater moral nastaviti položaj;pri polavtomatskih rokah operater premika vrtalnik od luknje do luknje.To omogoča enemu operaterju, da z uporabo vgrajenega računalnika učinkovito obdeluje velike vrtalne naprave z do tremi rokami.(glej sliko 3)
Z razvojem Rock Drills od 18, 22, 30 in do 40 kW udarne moči in visokofrekvenčnimi vrtalniki s podajalniki, ki držijo do 20' viseče palice, in uporabo avtomatiziranega sistema za dodajanje palic (RAS), napredek in hitrost vrtanja se je močno izboljšalo z dejanskimi hitrostmi napredovanja do 18' na krog in vrtanjem luknje med 8 – 12 ft/min, odvisno od vrste kamnine in uporabljenega svedra.Avtomatiziran vrtalnik jumbo s 3 kraki lahko vrta 800 – 1200 ft/h z 20 ft Drifter Rods.Uporaba 20 FT drifterskih palic zahteva določeno minimalno velikost tunela (približno 25 FT), ki omogoča vrtanje skalnih vijakov pravokotno na os tunela z isto opremo.
Nedavni razvoj je uporaba večfunkcijskih jumbosov, obešenih na krono tunela, ki omogočajo hkratno izvajanje več funkcij, kot sta vrtanje in odlaganje.Jumbo se lahko uporablja tudi za vgradnjo rešetkastih nosilcev in brizganega betona.Ta pristop prekriva zaporedne operacije pri tuneliranju, kar ima za posledico prihranek časa na urniku.Glej sliko 4.
Uporaba emulzije v razsutem stanju za polnjenje lukenj iz ločenega tovornjaka za polnjenje, ko se drill jumbo uporablja za več naslovov, ali kot vgrajena funkcija v drill jumbo, ko se izkopava en sam naslov, postaja vse pogostejša, razen če za to aplikacijo obstajajo lokalne omejitve.Ta metoda se običajno uporablja na različnih območjih po vsem svetu, pri čemer je mogoče napolniti dve ali tri luknje hkrati;koncentracijo emulzije je mogoče prilagoditi glede na to, katere luknje se polnijo.Izrezane in spodnje luknje so običajno napolnjene s 100-odstotno koncentracijo, medtem ko so konturne luknje napolnjene z veliko manjšo koncentracijo približno 25-odstotne koncentracije.(glej sliko 5)
Za uporabo sipke emulzije je potreben ojačevalec v obliki paličice zapakiranega eksploziva (primer), ki se skupaj z detonatorjem vstavi na dno lukenj in je potreben za vžig sipke emulzije, ki se črpa v luknjo.Uporaba emulzije v razsutem stanju skrajša skupni čas polnjenja v primerjavi s tradicionalnimi kartušami, kjer je mogoče polniti 80 – 100 lukenj/uro iz polnilnega tovornjaka, opremljenega z dvema polnilnima črpalkama in košarami za eno ali dve osebi, da se doseže celoten presek.Glejte sliko 6
Uporaba nakladalnikov na kolesih in tovornjakov je še vedno najpogostejši način za čiščenje v kombinaciji z vrtanjem in peskanjem za predore, ki imajo dostop do površine.V primeru dostopa preko jaškov se blato večinoma prenaša z nakladalnikom na kolesih do jaška, kjer se dvigne na površino za nadaljnji transport do končnega odlagališča.
Vendar pa je uporaba drobilnika na steni tunela za razbijanje večjih kosov skale, da se omogoči njihov prenos s tekočim trakom, da se blato dvigne na površje, še ena inovacija, ki je bila razvita v srednji Evropi pogosto za dolge predore skozi Alpe.Ta metoda močno skrajša čas za umazanijo, zlasti pri dolgih predorih, in odpravi tovornjake v predoru, kar posledično izboljša delovno okolje in zmanjša potrebno zmogljivost prezračevanja.Prav tako sprosti invert predora za betonska dela.Dodatno prednost ima, če je kamnina tako kvalitetna, da se lahko uporablja za pridelavo agregata.V tem primeru je mogoče zdrobljeno kamnino minimalno predelati za druge koristne namene, kot so betonski agregati, balast za tirnice ali pločniki.Da bi skrajšali čas od peskanja do nanosa brizganega betona, lahko v primerih, ko je čas vzdržljivosti težaven, lahko začetni sloj brizganega betona nanesete na streho, preden se konča čiščenje.
Pri izkopu velikih presekov v kombinaciji s slabimi razmerami v kamnini nam metoda vrtanja in razstreljevanja daje možnost razdelitve obraza na več naslovov in uporabo metode zaporednega izkopavanja (SEM) za izkop.Sredinska smer pilota, ki ji sledijo zamaknjeni stranski odmiki, se pogosto uporabljajo v SEM pri gradnji predorov, kot je razvidno iz slike 7 za izkop zgornje smeri postaje 86th Street na projektu podzemne železnice Second Avenue v New Yorku.Zgornji del je bil izkopan v treh nanosih, nato pa sta sledila dva izkopavanja na klopi, da bi dokončali 60' širok in 50' visok prerez jame.
Da bi zmanjšali vdor vode v predor med izkopom, se pogosto uporablja injektiranje pred izkopom.Injektiranje kamnine pred izkopom je v Skandinaviji obvezno zaradi izpolnjevanja okoljskih zahtev glede uhajanja vode v predor, da bi zmanjšali vpliv gradnje na vodni režim na površini ali blizu nje.Injektiranje pred izkopom se lahko izvede za celoten predor ali za določena območja, kjer stanje kamnine in režim podzemne vode zahtevata injektiranje, da se vdor vode zmanjša na obvladljivo količino, kot na primer v conah prelomov ali strigov.Pri selektivnem predizkopnem injektiranju se izvrta 4-6 sondnih vrtin in glede na izmerjeno vodo iz sondnih vrtin glede na vzpostavljeni injektirni sprožilec bo injektiranje izvedeno s cementnimi ali kemičnimi injekcijskimi masami.
Običajno ventilator za injektiranje pred izkopom je sestavljen iz 15 do 40 lukenj (70-80 ft dolgih), izvrtanih pred obrazom in zalitih pred izkopom.Število lukenj je odvisno od velikosti rova in predvidene količine vode.Izkop se nato izvede tako, da ostane varnostno območje 15-20 ft za zadnjim krogom, ko se izvede naslednje sondiranje in injektiranje pred izkopom.Uporaba zgoraj omenjenega avtomatiziranega sistema za dodajanje palic (RAS) omogoča preprosto in hitro vrtanje sonde in lukenj za injekcijsko maso s hitrostjo od 300 do 400 ft/h.Zahteva po injektiranju pred izkopom je bolj izvedljiva in zanesljiva pri uporabi metode vrtanja in razstreljevanja v primerjavi z uporabo TBM
Varnost pri gradnji predorov z vrtanjem in razstreljevanjem je bila vedno pomembna skrb in zahteva posebne določbe varnostnih ukrepov.Poleg tradicionalnih varnostnih vprašanj pri gradnji predorov, gradnji z vrtanjem in razstreljevanjem, tveganja na obrazu, vključno z vrtanjem, polnjenjem, skaliranjem, odstranjevanjem itd., dodajajo dodatna varnostna tveganja, ki jih je treba obravnavati in načrtovati.Z napredkom tehnologij v tehnikah vrtanja in razstreljevanja ter uporabo pristopa zmanjševanja tveganja pri varnostnih vidikih se je varnost pri gradnji predorov v zadnjih letih znatno izboljšala.Na primer, z uporabo avtomatiziranega jumbo vrtanja z vzorcem vrtanja, naloženim v računalnik na vozilu, ni potrebe, da bi bil kdorkoli pred kabino jumbo vrtalnika, kar zmanjša potencialno izpostavljenost delavcev potencialnim nevarnostim in tako poveča njihovo varnost.
Najboljša funkcija, povezana z varnostjo, je verjetno avtomatiziran sistem dodajanja palic (RAS).S tem sistemom se večinoma uporablja za vrtanje dolgih lukenj v povezavi z injektiranjem pred izkopom in vrtanjem s sondo;podaljšek vrtanja se lahko izvaja popolnoma avtomatizirano iz kabine operaterja in kot tako odpravlja tveganje za poškodbe (predvsem poškodbe rok);sicer pa je dodajanje palic potekalo ročno, pri čemer so bili delavci izpostavljeni poškodbam pri ročnem dodajanju palic.Omeniti velja, da je Norveško društvo za gradnjo predorov (NNF) leta 2018 izdalo svojo publikacijo št. 27 z naslovom »Varnost pri norveškem vrtanju in razstreljevanju predorov«.Publikacija na sistematičen način obravnava ukrepe v zvezi z ravnanjem z zdravjem, varnostjo in okoljem med gradnjo predorov z uporabo metod vrtanja in razstreljevanja ter zagotavlja najboljše prakse za delodajalce, delovodje in delavce, ki gradijo predore.Publikacija odraža stanje tehnike na področju varnosti gradnje z vrtanjem in razstreljevanjem in jo je mogoče brezplačno prenesti s spletne strani Norveškega društva za gradnjo predorov: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
Vrtanje in razstreljevanje, ki se uporablja v pravem konceptu, tudi za dolge predore, z možnostjo razdelitve dolžine na številne naslove, je lahko še vedno izvedljiva alternativa.V zadnjem času je bil dosežen pomemben napredek pri opremi in materialih, kar je povzročilo večjo varnost in večjo učinkovitost.Čeprav je mehanizirano izkopavanje z uporabo TBM pogosto ugodnejše za dolge predore s stalnim prečnim prerezom, pa v primeru okvare TBM, ki povzroči dolgotrajno zaustavitev, se celoten predor ustavi, medtem ko se pri vrtanju in razstreljevanju z več smermi gradnja lahko še vedno napreduje, tudi če en naslov naleti na tehnične težave.
Lars Jennemyr je strokovnjak za gradnjo predorov v pisarni AECOM New York.Ima dolgoletne izkušnje s podzemnimi projekti in projekti gradnje predorov po vsem svetu, vključno z jugovzhodno Azijo, Južno Ameriko, Afriko, Kanado in ZDA na področju tranzita, vode in hidroelektrarn.Ima bogate izkušnje na področju konvencionalnega in mehaniziranega kopanja predorov.Njegovo posebno strokovno znanje vključuje gradnjo kamnitih predorov, izvedljivost in načrtovanje gradnje.Med njegovimi projekti so: podzemna železnica Second Avenue, postaja 86th St. v New Yorku;podaljšek podzemne železnice št. 7 v New Yorku;Regionalni priključek in podaljšek Purple Line v Los Angelesu;Citytunnel v Malmoju na Švedskem;projekt hidroelektrarne Kukule Ganga, Šrilanka;Projekt hidroelektrarne Uri v Indiji;in Hongkonški strateški kanalizacijski sistem.
Čas objave: maj-01-2020