Här i USA brukade vi hänvisa till tunnling genom borrning och sprängning som "konventionell" tunnling, vilket jag antar gör att tunnling med TBM eller andra mekaniserade metoder kommer att kallas "okonventionell."Men med utvecklingen av TBM-tekniken blir det mer och mer sällsynt att göra tunnling med borr-och-sprängning och som sådan kan vi tänka på att vända på uttrycket och börja hänvisa till tunnling med borr-och-sprängning som "okonventionellt ” tunnling.
Tunneldrivning med borrning och sprängning är fortfarande den vanligaste metoden inom den underjordiska gruvindustrin medan tunnling för infrastrukturprojekt mer och mer blir mekaniserad tunnling med TBM eller andra metoder.Men i korta tunnlar, för stora tvärsnitt, grotkonstruktion, överkorsningar, tvärpassager, schakt, pennstockar etc., är borrning och sprängning ofta den enda möjliga metoden.Genom Drill and Blast har vi också möjlighet att vara mer flexibla att anpassa till varierande profiler jämfört med en TBM-tunnel som alltid ger ett cirkulärt tvärsnitt speciellt för motorvägstunnlar vilket resulterar med mycket övergrävning i förhållande till det faktiska tvärsnittet som behövs.
I de nordiska länderna där den geologiska bildningen av underjordisk konstruktion ofta är i solid hård granit och gnejs som lämpar sig för borr- och sprängbrytning mycket effektivt och ekonomiskt.Till exempel består Stockholms tunnelbanesystem typiskt av exponerad bergyta konstruerad med borr och sprängning och sprutad med sprutbetong som slutlig liner utan någon formgjuten foder.
För närvarande byggs AECOM:s projekt, Förbifart Stockholm som består av 21 km (13 miles) motorväg varav 18 km (11 miles) är underjordisk under Stockholms västra skärgård, se Fig. 1. Dessa tunnlar med varierande tvärsnitt, för att rymma tre körfält i varje riktning och på- och avfarter som ansluter till ytan konstrueras med borr- och sprängteknik.Denna typ av projekt är fortfarande konkurrenskraftiga som Drill and Blast på grund av den goda geologin och behovet av variabelt tvärsnitt för att tillgodose utrymmeskraven.För detta projekt har flera tillfartsramper utvecklats för att dela upp de långa huvudtunnlarna i flera rubriker, vilket kommer att förkorta den totala tiden för att gräva ut tunneln.Tunnelns initiala stöd består av bergbultar och 4” sprutbetong och det slutliga fodret består av ett vattentätande membran och 4 tum sprutbetong upphängd av bultar på cirka 4 gånger 4 fot, installerade 1 fot från den sprutbetongfodrade bergytan, fungerar som vatten och frost. isolering.
Norge är ännu mer extrema när det kommer till tunnling med Drill and Blast och har genom åren förfinat metoderna för Drill and Blast till perfektion.Med den mycket bergiga topografin i Norge och de mycket långa fjordarna som skär in i landet, är behovet av tunnlar under fjordarna för både motorväg och järnväg av stor betydelse och kan avsevärt minska restiden.Norge har mer än 1000 vägtunnlar, vilket är flest i världen.Dessutom är Norge också hemvist för otaliga vattenkraftverk med tunnlar och schakt som är konstruerade av Drill and Blast.Under perioden 2015 till 2018, bara i Norge, fanns det cirka 5,5 miljoner CY av underjordisk bergutgrävning av Drill and Blast.De nordiska länderna perfektionerade tekniken för Drill and Blast och utforskade dess teknologier och toppmoderna över hela världen.Också i Centraleuropa, särskilt i alpländerna, är Drill and Blast fortfarande en konkurrenskraftig metod vid tunnling trots tunnlarnas långa längd.Den största skillnaden mot de nordiska tunnlarna är att de flesta alptunnlarna har en Cast-In-Place slutlig betongbeklädnad.
I nordöstra USA och i Rocky Mountains-regionerna finns liknande förhållanden som i Norden med hårt kompetent berg som tillåter ekonomisk användning av Drill and Blast.Några exempel inkluderar New York City Subway, Eisenhower-tunneln i Colorado och Mt McDonald-tunneln i de kanadensiska klippiga bergen
Nyligen genomförda transportprojekt i New York, som den nyligen avslutade Second Avenue Subway eller East Side Access-projektet, har haft en kombination av TBM-minerade löpande tunnlar med Station Caverns och annat hjälputrymme gjort av Drill and Blast.
Användningen av borrjumbos har under åren utvecklats från de primitiva handhållna borrmaskinerna eller en bom-jumbos till de datoriserade självborrande Multiple-Boom Jumbos där borrmönster matas in i fordonsdatorn, vilket möjliggör snabb och hög noggrann borrning till en pre -ställ in exakt beräknat borrmönster.(se fig. 2)
De avancerade borrjumbon kommer som helautomatiska eller halvautomatiska;i det förra, efter att hålet är färdigt, går borren tillbaka och flyttar sig automatiskt till nästa hålposition och börjar borra utan att operatören behöver positionera;för de halvautomatiska bommarna flyttar operatören borren från hål till hål.Detta tillåter en operatör att effektivt hantera borrjumbos med upp till tre bommar med hjälp av omborddatorn.(se fig. 3)
Med utvecklingen av Rock Drills från 18, 22, 30 och upp till 40 kW slagkraft och högfrekventa borrar med matare som håller upp till 20' drivstavar och användningen av det automatiska Rod Adding System (RAS), avancemang och hastighet borrningen har förbättrats avsevärt med faktiska framstegshastigheter på upp till 18' per runda och hål som sjunker mellan 8 – 12 fot/min beroende på typ av sten och den använda borren.En automatiserad 3-boms borrjumbo kan borra 800 – 1200 ft/h med 20 ft Drifter Rods.Användningen av 20 FT drivstavar kräver en viss minimistorlek på tunneln (ca 25 FT) för att tillåta att bergbultar borras vinkelrätt mot tunnelaxeln med samma utrustning.
En ny utveckling är användningen av multifunktionsjumbos upphängda i tunnelkronan, vilket gör att flera funktioner kan utföras samtidigt, såsom borrning och mucking.Jumbon kan även användas för att montera gallerbalkar och sprutbetong.Detta tillvägagångssätt överlappar sekventiella operationer vid tunnling vilket resulterar i tidsbesparingar på schemat.Se fig 4.
Användningen av bulkemulsion för att ladda hålen från en separat laddningsbil, när borrjumbon används för flera rubriker, eller som en inbyggd funktion i borrjumbon när en enda rubrik grävs, blir allt vanligare om inte det finns lokala begränsningar för denna applikation.Denna metod används ofta i olika områden runt om i världen, med två eller tre hål kan laddas samtidigt;koncentrationen av emulsionen kan justeras beroende på vilka hål som laddas.De skurna hålen och bottenhålen är normalt laddade med 100 % koncentration medan konturhålen laddas med en mycket lättare koncentration på cirka 25 % koncentration.(se bild 5)
Användningen av bulkemulsion behöver en booster i form av en sticka av förpackade sprängämnen (primer) som tillsammans med sprängkapseln förs in i botten av hålen och behövs för att antända bulkemulsionen som pumpas in i hålet.Användningen av bulkemulsion minskar den totala laddningstiden än de traditionella patronerna, där 80 – 100 hål/timme kan laddas från en laddningsbil utrustad med två laddningspumpar och en- eller tvåmanskorgar för att nå hela tvärsnittet.Se Fig.6
Användningen av hjullastare och lastbilar är fortfarande det vanligaste sättet att göra muckningen i kombination med Drill and Blast för tunnlar som har åtkomst till ytan.I fallet med tillträde via schakt kommer slam att transporteras till största delen med hjullastare till schaktet där det kommer att hissas upp till ytan för vidare transport till slutförvaringsområdet.
Användningen av en kross vid tunnelytan för att bryta ner de större stenbitarna för att tillåta deras överföring med ett transportband för att föra slam till ytan är en annan innovation som utvecklades i Centraleuropa ofta för långa tunnlar genom Alperna.Denna metod minskar avsevärt tiden för smutsning, speciellt för långa tunnlar och eliminerar lastbilarna i tunneln, vilket i sin tur förbättrar arbetsmiljön och minskar den nödvändiga ventilationskapaciteten.Det frigör också tunnelinverten för betongarbeten.Det har en ytterligare fördel om berget är av sådan kvalitet att det kan användas för ballastproduktion.I det här fallet kan det krossade berget bearbetas minimalt för andra fördelaktiga användningar såsom betongaggregat, rälsbarlast eller trottoar.För att minska tiden från sprängning till applicering av sprutbetongen, i de fall uppställningstiden kan vara ett problem, kan det initiala sprutbetongskiktet appliceras i taket innan smutsningen görs.
Vid schaktning av stora tvärsektioner i kombination med dåliga bergförhållanden ger borr- och sprängmetoden oss möjligheten att dela upp ytan i flera rubriker och tillämpa metoden Sequential Excavation Method (SEM) för schaktningen.En centrumpilotriktning följt av förskjutna sidodrifter används ofta i SEM vid tunnling, vilket kan ses i Fig. 7 för utgrävningen av den övre rubriken av 86th Street Station på Second Avenue Subway-projektet i New York.Den övre rubriken grävdes ut i tre drivor och följdes sedan av två bänkutgrävningar för att fullborda den 60' breda och 50' höga grottans tvärsnitt.
För att minimera vatteninträngning i tunneln vid schaktning används ofta injektering före grävning.Injektering av berget före schaktning är obligatoriskt i Skandinavien för att möta miljökraven avseende vattenläckage in i tunneln för att minimera byggpåverkan på vattenregimen vid eller nära ytan.Injektering före schaktning kan göras för hela tunneln eller för vissa områden där bergets tillstånd och grundvattenregimen kräver injektering för att reducera vatteninträngning till en hanterbar mängd såsom i förkastnings- eller skjuvzoner.Vid selektiv förgrävning borras 4-6 sondhål och beroende på det uppmätta vattnet från sondhålen i förhållande till den etablerade injekteringsutlösaren kommer injektering att genomföras med antingen cement eller kemiska injekteringsbruk.
Normalt består en injekteringsfläkt för grävning av 15 till 40 hål (70-80 fot långa) borrade framför ytan och ingjutna före grävning.Antalet hål beror på storleken på tunneln och den förväntade mängden vatten.Grävningen görs sedan och lämnar en säkerhetszon på 15-20 fot bortom den sista omgången när nästa sondering och injektering före grävning görs.Att använda det automatiska Rod Adding System (RAS), som nämns ovan, gör det enkelt och snabbt att borra sonden och injekteringshål med en kapacitet på 300 till 400 ft/h.Kravet på injektering före grävning är mer genomförbart och tillförlitligt när man använder borr- och sprängmetoden jämfört med att använda en TBM
Säkerhet vid borr- och sprängtunnlar har alltid varit ett stort problem och kräver särskilda säkerhetsåtgärder.Utöver de traditionella säkerhetsfrågorna vid tunneldrivning, tillför konstruktion av Drill and Blast, riskerna i ansiktet, inklusive borrning, laddning, skalning, mucking, etc. ytterligare säkerhetsrisker som måste åtgärdas och planeras för.Med utvecklingen av teknologier inom borr- och sprängtekniker och tillämpningen av riskreducerande tillvägagångssätt för säkerhetsaspekter, har säkerheten vid tunneldrivning förbättrats avsevärt de senaste åren.Till exempel, med användningen av automatiserad jumboborrning med borrmönstret uppladdat till omborddatorn, finns det inget behov för någon att vara framför borrhytten, vilket minskar arbetarnas potentiella exponering för potentiella faror och därmed ökar deras säkerhet.
Den bästa säkerhetsrelaterade funktionen är förmodligen det automatiska Rod Adding System (RAS).Med detta system används huvudsakligen för långhålsborrning i samband med förgrävning och sondhålsborrning;förlängningsborrningen kan göras helautomatiskt från förarhytten och eliminerar som sådan risken för skador (särskilt handskador);I övrigt gjordes spötillsättningen manuellt med arbetare som utsattes för skador när spön lades till för hand.Det är värt att notera att The Norwegian Tunneling Society (NNF) gav ut 2018 sin publikation nr 27 med titeln "Safety in Norwegian Drill and Blast Tunneling".Publikationen behandlar på ett systematiskt sätt åtgärder relaterade till hälso-, säkerhets- och miljöledning under tunneldrivning med borr- och sprängmetoder och den ger bästa praxis för arbetsgivare, arbetsledare och tunnelbyggarbetare.Publikationen återspeglar den senaste tekniken vad gäller säkerhet för borr- och sprängkonstruktioner, och den kan laddas ner gratis från Norwegian Tunneling Societys webbplats: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
Drill and Blast som används i rätt koncept, även för långa tunnlar, med möjlighet att dela upp längden i flera rubriker, kan fortfarande vara ett gångbart alternativ.Betydande framsteg har nyligen gjorts inom utrustning och material, vilket resulterat i ökad säkerhet och ökad effektivitet.Även om mekaniserad schaktning med TBM ofta är mer gynnsam för långa tunnlar med konstant tvärsnitt, men om det skulle inträffa ett haveri i TBM som resulterar i långa stopp, stannar hela tunneln medan i borr- och sprängdrift med flera rubriker konstruktionen kan fortfarande gå framåt även om en rubrik stöter på tekniska problem.
Lars Jennemyr är expert på tunnelkonstruktionsingenjör på AECOM New Yorks kontor.Han har en livstidserfarenhet av underjords- och tunnelprojekt från hela världen, inklusive Sydostasien, Sydamerika, Afrika, Kanada och USA i transit-, vatten- och vattenkraftprojekt.Han har lång erfarenhet av konventionell och mekaniserad tunnling.Hans specialkompetens inkluderar byggande av bergtunnel, byggbarhet och byggplanering.Bland hans projekt är: Second Avenue Subway, 86th St. Station i New York;tunnelbanelinjeförlängningen nr. 7 i New York;Regional Connector och Purple Line Extension i Los Angeles;Citytunnel i Malmö, Sverige;Kukule Ganga Hydro Power Project, Sri Lanka;Uri Hydro Power Project i Indien;och Hongkongs strategiska avloppssystem.
Posttid: maj-01-2020