مكابس هيدروليكية لبناء الأنفاق: المتطلبات الخاصة ومهارات التكيّف

بيئة النفق تضاعف كل التحديات القياسية

يُعرِّض بناء الأنفاق المثاقب الهيدروليكي لأقسى مجموعة من ظروف التشغيل ضمن نطاق تطبيقات المعدات: هندسة محدودة تقيّد وضعية المركبة الحاملة، وتهوية ضعيفة تُسرّع من ارتفاع درجة حرارة الدائرة الزيتية، وأرض رطبة أو مشبعة بالماء تُسرّع تلوث الرأس الأمامي، وانعكاس صوتي يضخّم الضوضاء إلى مستويات تؤذي سمع المشغل أسرع مما يحدث في مواقع العمل المفتوحة، ووصول مقيد للصيانة ما يعني أن تشخيص كل عطل وإصلاحه يستغرق وقتاً أطول مما لو تم ذلك في موقع سطحي. ولا شيءٌ من هذه العوامل يُعتبر فريداً من نوعه لعملية الحفر في الأنفاق إذا اُنظر إليه بمعزلٍ عن غيره. أما تزامن حدوث جميع هذه العوامل الخمسة في كل وردية، وعلى امتداد مشروع قد يستمر لسنوات عديدة، فهو ما يميز أعمال حفر الأنفاق تحديداً، ويستلزم تكييف المعدات وممارسات المشغلين بما يتناسب مع هذه المجموعة الفريدة من الظروف.

تُعتبر مشكلة إدارة الحرارة أكثر المشكلات التي يتم التقليل من شأنها بشكل متكرر. ففي موقع سطحي، يلاحظ المشغل وفريق الصيانة ارتفاع درجة حرارة الزيت لأنهم يشعرون بارتفاع درجة حرارة الهواء المحيط حول الجهاز. أما في الأنفاق، فإن الهواء المحيط يكون بالفعل دافئًا بالفعل بسبب حمل الحرارة الناتج عن المعدات وسوء التهوية؛ وبالتالي يفتقر المشغل إلى المؤشر الحراري الذي يُنبِّهه. وتصل درجة حرارة الزيت عادةً إلى ٨٠–٩٠°م أثناء أعمال الحفر في الأنفاق دون أن يدرك ذلك المشغل على الإطلاق. وعند تلك الدرجات الحرارية، تصل غشاء وحدة التخزين (الاكويمولاتور) إلى حالة التصلب بعد ٥٠٠–٧٠٠ ساعة من التشغيل عند استخدام المركب القياسي من مطاط نيترايل بوتادين المطاطي (NBR). أما مجموعات أغشية HOVOO المصنوعة من مطاط الفلورو كربون (FKM) والمُصنَّفة لتحمل درجات حرارة تصل إلى ١٢٠°م باستمرار، فتمدِّد عمر خدمة الغشاء ليصل إلى ١٢٠٠–١٥٠٠ ساعة في ظروف العمل النموذجية داخل الأنفاق، وهي فرقٌ يُترجم إلى ما بين توقفٍ غير مخطط له لمعدة واحدة أو توقفين غير مخطط لهما لكل جهاز سنويًّا في عقد أنفاق كبير.

مشكلة التلوث في الرأس الأمامي محددة بنفس القدر. تدخل بقايا الحفر من النفق — وهي عبارة عن ملاط أسمنتي، وجزيئات السيليكا الدقيقة، والماء — إلى الرأس الأمامي عبر ختم غبار مُستهلك أو قياسي بشكل أكثر حدةً مقارنةً بغبار البناء السطحي، وذلك لأن البيئة المغلقة تركز الجسيمات في عمود الهواء العامل. ويُوصى باستخدام مساحات غبار HOUFU المصنوعة من مركّب البوليمر الفلوريني (PTFE) والمزودة بشفة ثانوية حاجزة للرطوبة في جميع تطبيقات الأنفاق التي يكون فيها القاع الرطب أو يكون الملاط الأسمنتي موجودًا في الهواء.

التكيف في التموضع الذي يقلل من حالات فشل الختم

تفرض هندسة توجّه الحفر في النفق على الجهاز الحامل اتخاذ أوضاع ذراعية نادراً ما تُستخدم في الأعمال السطحية: مثل تمديد الذراع أفقياً بالكامل على منحدر ضحل، أو زاوية العمل قريبة من ٤٥° من الرأسي، أو التشغيل مع سحب الذراع بإحكام نحو جدار النفق. ويؤدي كلٌّ من هذه المواضع إلى تغيير نمط تحميل ختم المكبس عن النمط الرأسي الذي صُمّمت الخواتم خصيصاً له. كما أن العمل المستمر عند زوايا تتراوح بين ٣٠° و٤٥° في هذه المواضع يركّز تحميل الزيت الجانبي على قطاع واحد من ختم قضيب المكبس بدل توزيعه بشكل دائري حول المحيط. أما تدوير المثقاب بمقدار ٩٠° عند كل إعادة تثبيت — وهي تقنية شائعة بين مشغلي النفق ذوي الخبرة — فإنها توزّع نمط التحميل عبر أربعة أرباع داخل مقطع الحفر خلال فترة العمل الواحدة، وتُوسّع عمر ختم قضيب المكبس من التآكل الأحادي الجانب إلى التآكل الموحّد. ولا يتطلّب هذا الإجراء أي وقت إضافي، بل يتطلب فقط أن يكتسب المشغل عادة تدوير المثقاب قبل إعادة تثبيته. ويمكن قياس أثر هذا التمديد في عمر الختم بوضوح على امتداد موسم كامل من أعمال الحفر في الأنفاق.