Тут, у Сполучених Штатах, ми раніше називали «звичайним» проходженням тунелів за допомогою буровибухових робіт, що, на мою думку, залишає тунелювання за допомогою TBM або інших механізованих засобів «нетрадиційним».Проте з розвитком технології TBM буропідривна прокладка тунелів стає дедалі рідшою, тому ми можемо подумати про те, щоб змінити вираз і почати називати тунелювання буропідривним способом «нетрадиційним» ” тунелювання.
Прокладка тунелів за допомогою буропідривної роботи все ще є найпоширенішим методом у підземній гірничій промисловості, тоді як прокладка тунелів для інфраструктурних проектів все більше стає механізованою прокладкою тунелів за допомогою TBM або інших методів.Однак у коротких тунелях, для великих поперечних перетинів, спорудження каверн, переходів, поперечних проходів, шахт, напірних труб тощо часто єдиним можливим методом є буровибух.За допомогою Drill and Blast ми також маємо можливість бути більш гнучкими для адаптації до різних профілів порівняно з тунелем TBM, який завжди дає круглий поперечний переріз, особливо для тунелів автомагістралей, що призводить до великої кількості розкопок відносно фактично необхідного поперечного перерізу.
У скандинавських країнах, де геологічна формація підземних конструкцій часто складається з міцного твердого граніту та гнейсу, що піддається дуже ефективному та економному буровибуховому видобутку.Наприклад, система Стокгольмського метрополітену зазвичай складається з відкритої кам’яної поверхні, побудованої за допомогою свердління та вибуху, і покритої торкрет-бетоном в якості кінцевої обшивки без будь-якої литої облицювання.
Зараз будується проект AECOM, Стокгольмська об’їзна дорога, яка складається з 21 км (13 миль) автомагістралі, з яких 18 км (11 миль) знаходиться під землею під західним архіпелагом Стокгольма, див. рис. 1. Ці тунелі мають змінний поперечний переріз, для розміщення трьох смуг руху в кожному напрямку та в'їздів і з'їздів, які з'єднуються з поверхнею, будуються за допомогою буровибухової техніки.Цей тип проектів все ще є конкурентоспроможним, як буро-вибухові роботи, через гарну геологію та потребу у змінному поперечному перерізі, щоб відповідати вимогам простору.Для цього проекту було розроблено декілька під’їзних пандусів, щоб розділити довгі головні тунелі на кілька напрямків, що скоротить загальний час для копання тунелю.Початкова опора тунелю складається з анкерних анкерів і торкретбетону товщиною 4 дюйми, а кінцева обшивка складається з гідроізоляційної мембрани та торкретбетону товщиною 4 дюйми, підвішеного болтами на відстані приблизно 4 на 4 фути, встановленого на відстані 1 фута від торкрет-бетонної поверхні скелі, діє як вода та мороз. ізоляція.
Норвегія є ще більш екстремальною, коли йдеться про буро-вибухову роботу, і протягом багатьох років удосконалила методи бурильно-вибухової роботи.З огляду на дуже гористий рельєф Норвегії та дуже довгі фіорди, що врізаються в сушу, потреба в тунелях під фіордами як для шосе, так і для залізниці є надзвичайно важливою та може значно скоротити час у дорозі.У Норвегії понад 1000 автомобільних тунелів, що є найбільшою кількістю у світі.Крім того, Норвегія також є домом для незліченних гідроелектростанцій з напірними тунелями та стволами, які побудовані буровибуховою системою.Протягом періоду з 2015 по 2018 рік тільки в Норвегії було проведено близько 5,5 мільйонів CY підземних розкопок породи за допомогою буровибухових робіт.Країни Північної Європи удосконалювали техніку буро-вибухової роботи та досліджували її технології та сучасні технології по всьому світу.Крім того, у Центральній Європі, особливо в альпійських країнах, буровибуховий метод все ще є конкурентоспроможним методом прокладання тунелів, незважаючи на велику довжину тунелів.Основна відмінність від скандинавських тунелів полягає в тому, що більшість альпійських тунелів мають кінцеву бетонну обшивку, виготовлену на місці.
На північному сході США та в регіонах Скелястих гір існують такі ж умови, як і в Скандинавії, з твердою, якісною породою, що дозволяє економно використовувати Буропідривну систему.Деякі приклади включають метро Нью-Йорка, тунель Ейзенхауера в Колорадо та тунель Макдональд у канадських Скелястих горах.
Недавні транспортні проекти в Нью-Йорку, такі як нещодавно завершене метро на Другій авеню або проект East Side Access, поєднували видобуті TBM ходові тунелі з печерами станцій та іншим допоміжним простором, створеним компанією Drill and Blast.
Використання сівалок Jumbo протягом багатьох років еволюціонувало від примітивних ручних сівалок або однострілових сівалок до комп’ютеризованих самосвердлильних сівалок із кількома стрілами, де шаблони свердління вводяться в бортовий комп’ютер, що забезпечує швидке та високоточне буріння до попереднього - встановити точно розраховану схему свердління.(див. рис. 2)
Удосконалені бурові гіганти бувають повністю автоматизованими або напівавтоматичними;у першому випадку після завершення свердління свердло повертається і автоматично переміщується до наступного положення свердління та починає свердління без необхідності позиціонування оператором;для напівавтоматичних стріл оператор переміщує бур від отвору до отвору.Це дозволяє одному оператору ефективно обробляти великі сівалки з трьома стрілами за допомогою бортового комп’ютера.(див. рис. 3)
З розвитком перфораторів від 18, 22, 30 і до 40 кВт ударної потужності та високочастотних сівалок із живильними механізмами, що утримують до 20 футових штанг, і використанням автоматизованої системи додавання штанг (RAS), випередження та швидкість буріння значно покращилося з фактичною швидкістю просування до 18 футів за раунд і опусканням отвору від 8 до 12 футів/хв залежно від типу породи та використовуваного бура.Автоматизована бурова установка з 3 стрілами може бурити зі швидкістю 800 – 1200 футів/год за допомогою 20-футових штанг.Для використання 20-футових дрейфових штанг потрібен певний мінімальний розмір тунелю (приблизно 25 футів), щоб можна було бурити анкери перпендикулярно до осі тунелю за допомогою того самого обладнання.
Недавньою розробкою є використання багатофункціональних гігантів, підвішених до корони тунелю, що дозволяє виконувати декілька функцій одночасно, наприклад буріння та відведення.Джамбо також можна використовувати для монтажу решітчастих балок і торкретбетону.Цей підхід перекриває послідовні операції під час тунелювання, що призводить до економії часу в розкладі.Див. рис. 4.
Використання насипної емульсії для завантаження свердловин з окремої завантажувальної вантажівки, коли велике бурове свердло використовується для кількох виходів, або як вбудована функція в велике бурове свердло, коли розкопується один видобуток, стає все більш поширеним, якщо не для цієї програми існують місцеві обмеження.Цей метод зазвичай використовується в різних областях світу, з двома або трьома отворами можна заряджати одночасно;концентрацію емульсії можна регулювати в залежності від того, які отвори заряджаються.Вирізані отвори та нижні отвори зазвичай заряджаються зі 100% концентрацією, тоді як контурні отвори заряджаються набагато меншою концентрацією приблизно 25% концентрації.(див. рис. 5)
Для використання сипучої емульсії потрібен підсилювач у вигляді палиці упакованої вибухівки (закладки), яка разом із детонатором вставляється на дно свердловини і необхідна для запалювання сипучої емульсії, що закачується в свердловину.Використання насипної емульсії скорочує загальний час заряджання порівняно з традиційними картриджами, де 80–100 отворів/год можна заряджати із зарядної вантажівки, оснащеної двома зарядними насосами та кошиками для однієї або двох осіб, щоб досягти повного поперечного перерізу.Дивіться рис.6
Використання колісних навантажувачів і вантажівок все ще є найпоширенішим способом виконання відводу в поєднанні з буро-вибуховими роботами для тунелів, що мають доступ до поверхні.У разі доступу через стволи сміттєві відходи транспортуватимуться здебільшого колесним навантажувачем до ствола, де його підніматимуть на поверхню для подальшого транспортування до зони остаточного захоронення.
Однак використання дробарки на стовбурі тунелю для руйнування більших шматків породи, щоб дозволити їх переміщення за допомогою конвеєрної стрічки для винесення сміття на поверхню, є ще одним нововведенням, яке було розроблено в Центральній Європі часто для довгих тунелів через Альпи.Цей метод значно скорочує час для очищення, особливо для довгих тунелів, і усуває вантажівки в тунелі, що, у свою чергу, покращує робоче середовище та зменшує необхідну вентиляційну потужність.Це також звільняє інверт тунелю для бетонних робіт.Це має додаткову перевагу, якщо порода має таку якість, що її можна використовувати для виробництва заповнювачів.У цьому випадку подрібнена порода може бути мінімально оброблена для інших корисних цілей, таких як заповнювачі бетону, залізничний баласт або тротуар.Щоб скоротити час від підривної обробки до нанесення торкрет-бетону, у випадках, коли час витримки може бути проблемою, початковий шар торкрет-бетону можна нанести на покрівлю до того, як буде виконано очищення.
Під час виїмки великих поперечних перерізів у поєднанні з поганими породними умовами метод буропідривної роботи дає нам можливість розділити вибій на кілька виходів і застосувати метод послідовної виїмки (SEM) для виїмки.Центральний пілотний курс, за яким слідують шахові бічні штреки, часто використовуються в SEM під час прокладки тунелів, як можна побачити на рис. 7 для верхнього напряму виїмки станції 86th Street у проекті метро Second Avenue у Нью-Йорку.Верхній заголовок було розкопано трьома штреками, а потім було проведено два стендових розкопки для завершення поперечного перерізу печери шириною 60 футів і висотою 50 футів.
Щоб звести до мінімуму проникнення води в тунель під час земляних робіт, часто використовується цементування перед земляними роботами.У Скандинавії цементування породи перед викопуванням є обов’язковим для того, щоб відповідати екологічним вимогам щодо витоку води в тунель, щоб мінімізувати вплив будівництва на водний режим на поверхні або поблизу неї.Цементування перед розкопками можна виконати для всього тунелю або для певних ділянок, де стан породи та режим ґрунтових вод вимагають цементування, щоб зменшити вторгнення води до контрольованої кількості, наприклад, у зонах розломів або зсуву.При вибірковому передекскаваційному цементуванні бурять 4-6 зондових отворів і залежно від виміряної води з зондових отворів по відношенню до встановленого тригера цементування, цементування буде виконано з використанням цементних або хімічних розчинів.
Зазвичай цементаційний вентилятор перед виїмкою грунту складається з 15-40 отворів (70-80 футів завдовжки), пробурених перед забоєм і цементованих перед виїмкою.Кількість отворів залежить від розміру тунелю та очікуваної кількості води.Потім виконується розкопка, залишаючи безпечну зону 15-20 футів після останнього раунду, коли виконується наступне зондування та цементація перед розкопкою.Використання автоматизованої системи додавання стрижнів (RAS), згаданої вище, спрощує та швидко бурить зонд і шпури з продуктивністю від 300 до 400 футів/год.Вимога цементування перед земляними роботами є більш здійсненною та надійною при використанні методу буріння та вибуху порівняно з використанням TBM
Безпека під час буровибухових робіт завжди була предметом серйозної занепокоєності, що вимагало спеціальних заходів безпеки.На додаток до традиційних питань безпеки під час прокладання тунелів, буропідривне будівництво, ризики на забої, включаючи буріння, завантаження, утворення окалини, відведення тощо, додають додаткові ризики для безпеки, які необхідно враховувати та планувати.З удосконаленням технологій буропідривної техніки та застосуванням підходу до зниження ризику до аспектів безпеки безпека під час будівництва тунелів значно покращилася за останні роки.Наприклад, з використанням автоматизованого буріння гігантів із схемою свердління, завантаженою на бортовий комп’ютер, немає потреби нікому перебувати перед кабіною гіганта бурильного агрегату, що зменшує потенційний вплив працівників на потенційну небезпеку та збільшує їх безпеку.
Найкращою функцією безпеки є, ймовірно, автоматизована система додавання вудилищ (RAS).Ця система в основному використовується для буріння довгих свердловин у зв’язку з цементуванням перед розкопками та зондовим бурінням;подовжуюче свердління можна виконувати повністю автоматизовано з кабіни оператора, що виключає ризик отримання травм (особливо травм рук);в іншому випадку додавання прутів проводилося вручну, і працівники зазнавали травм під час додавання прутів вручну.Варто зазначити, що Норвезьке тунелебудівне товариство (NNF) у 2018 році випустило свою публікацію № 27 під назвою «Безпека в норвезьких буровибухових тунелях».Публікація систематично розглядає заходи, пов’язані з охороною здоров’я, безпекою та управлінням навколишнім середовищем під час прокладання тунелів із застосуванням буропідривних методів, а також містить найкращі практики для роботодавців, майстрів і будівельників тунелю.Публікація відображає сучасний стан безпеки буровибухового будівництва, і її можна безкоштовно завантажити з веб-сайту Норвезького тунелебудівного товариства: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
Бурильно-підривна робота, яка використовується в правильній концепції, навіть для довгих тунелів, з можливістю розділити довжину на численні напрямки, все ще може бути життєздатною альтернативою.Останнім часом було досягнуто значного прогресу в обладнанні та матеріалах, що призвело до підвищення безпеки та ефективності.Хоча механізоване риття з використанням TBM часто є більш сприятливим для довгих тунелів із постійним поперечним перерізом, однак у разі поломки TBM, що призводить до тривалої зупинки, весь тунель зупиняється, тоді як під час буровибухової роботи з кількома заходами будівництво все ще може просуватися, навіть якщо один із заголовків зіткнеться з технічними проблемами.
Ларс Дженнемір — інженер-експерт з будівництва тунелів в офісі AECOM в Нью-Йорку.Він має життєвий досвід у підземних і тунельних проектах з усього світу, включаючи Південно-Східну Азію, Південну Америку, Африку, Канаду та США в транзитних, водних і гідроенергетичних проектах.Він має великий досвід у звичайних і механізованих тунелях.Його спеціальна експертиза включає будівництво кам’яних тунелів, можливість будівництва та планування будівництва.Серед його проектів: метро Друга авеню, станція 86-а вулиця в Нью-Йорку;розширення лінії метро № 7 у Нью-Йорку;Регіональний з'єднувач і розширення фіолетової лінії в Лос-Анджелесі;Міський тунель у Мальме, Швеція;проект гідроелектростанції Kukule Ganga, Шрі-Ланка;Проект ГЕС Урі в Індії;та Гонконгська стратегічна схема каналізації.
Час публікації: 01 травня 2020 р