ما هو المثقاب الهيدروليكي المناسب لمشاريع إنشاء الأنفاق؟

تشكل أعمال الحفر في الأنفاق قيودًا لا تأخذها في الاعتبار عمليات اختيار المعدات في المواقع المفتوحة

يُضيف بيئة النفق ثلاث قيودٍ لا تتناولها أبدًا إرشادات اختيار المعدات المستخدمة في الأعمال السطحية. أولًا: التشغيل المقلوب أو شبه المقلوب؛ فعملية إزالة الصخور الفضفاضة من سقف النفق تعني أن المثقاب يهاجم المادة الموجودة فوق وحدة الحمل، وأحيانًا يعمل بالقرب جدًّا من الوضع المقلوب تمامًا. وعند تشغيل مثقاب نموذجي من النوع المفتوح في وضع مقلوب، فإن معجون المثاقب يتسرب من نقطة التزييت الأمامية في الرأس مباشرةً onto الختم السفلي والفتحة الداخلية للأسطوانة — ومع أن هذا المعجون مصمم ليظل بين الأداة والبطانة، فإنه يتحول في هذه الحالة إلى مسارٍ لتلوث الأسطوانة. أما المثاقب المُعدَّة خصيصًا لأنفاق الحفر فهي تحل هذه المشكلة عبر نظام واقي من الغبار معتمد للاستخدام في الوضع المقلوب، بالإضافة إلى أساليب مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ومُصنَّفة لتحمل بيئة التآكل الشائعة في الأنفاق المحفورة حديثًا.

ثانياً، انبعاثات العادم. ففي وجه الحفر المُنْبَعِث من نفقٍ مغلقٍ مع تهويةٍ محدودة، يسهم كل ناقل يعمل بالديزل مباشرةً في جودة الهواء عند وجه الحفر. وتُطبَّق اللوائح التنظيمية المتعلقة بثاني أكسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون في أماكن العمل تحت الأرض وفق حدود محددة تُقاس بالأجزاء لكل مليون (ppm)، وتتفاوت هذه الحدود حسب الاختصاص القضائي، لكنها تتطلب عادةً تهوية وجه الحفر قبل أن يعاود العاملون الدخول إليه بعد تشغيل المعدات. أما الناقلات الكهربائية بالبطاريات أو الناقلات الهيدروليكية الكهربائية فهي تقضي تماماً على انبعاثات العادم — وهي ملائمةٌ بشكل خاص لعمليات العمل في الفراغ الحلقي لمكائن الحفر الدورانية (TBM) حيث قد تكون التهوية ضئيلة، وكذلك لمشاريع الأنفاق الخاصة بالميترو والسكك الحديدية التي تتم فيها مراقبة الظروف البيئية بشكل مستمر. ثالثاً، انتقال الاهتزازات إلى دعائم التربة المُركَّبة حديثاً. فالخرسانة الرشّاشة (Shotcrete) التي تُطبَّق قبل التقدُّم التالي بساعاتٍ لم تصل بعدُ إلى قوتها الكاملة. أما التصادمات عالية الطاقة الناتجة عن مطرقة كسرٍ كبيرة الحجم فتنقل اهتزازاتٍ إلى الطلاء الداخلي وقد تُضعف مقاومة الالتصاق قبل أن تكتسب الخرسانة متانتها النهائية.

خمس مهام لأنفاق — القيود، ومتطلبات مطرقة الكسر، والتكوين

يُبيّن الجدول المهام الخمس الرئيسية التي يُستخدم فيها كاسر هيدروليكي في إنشاء الأنفاق، والقيد المحدد الذي تفرضه كل مهمةٍ على الاستخدام، والذي يختلف عن العمل السطحي، والتكوين الصحيح للكاسر واختيار الأداة المناسبة، serta المسألة الخاصة بالمواصفات غير الظاهرة التي تغفلها معظم أدلة اختيار المعدات بالنسبة لكل مهمة.

ما الذي يميِّز قاطعًا معتمَدًا للاستخدام في الأنفاق عن الوحدة القياسية؟

ليست كل القواطع المدمجة قواطع أنفاق. والفرق لا يكمن في الحجم، بل في هندسة مكوِّنات محدَّدة لتتحمَّل الظروف التي تفرضها الأنفاق باستمرارٍ وليس بشكلٍ عرضيٍّ. فسلسلة قواطع الأنفاق Epiroc SB، على سبيل المثال، تمدِّد عمر اسطوانة القاطع عبر استخدام هيكلٍ من الفولاذ المقاوم للصدأ (لمقاومة التآكل في البيئات الصخرية الرطبة)، وتقلِّل من تآكل مقعد البطانة باستخدام بطانة وحدية مُثبتة بالضغط ومُثبَّتة بإضافة دبوس إضافي بدلًا من الترتيب القياسي للتثبيت، كما تضيف لوحة ارتداء قابلة للاستبدال إلى الهيكل تمتصُّ أضرار التآكل الناتجة عن الاحتكاك مع جدران النفق والسقف دون الحاجة إلى استبدال الهيكل كاملاً. وهذه التغييرات الثلاثة تعالج أنماط الفشل المحددة التي تظهر عند نشر القواطع في الأنفاق، لكنها نادرًا ما تظهر في أعمال المحاجر أو الهدم.

الفوهة المتكاملة لإخماد الغبار بالماء — المتاحة في طرازات أنفاق إبيروك SB وفي وحدات بيلايت المزودة بتكوين إخماد الغبار — تعالج خطرًا فريدًا يرتبط بالتكسير تحت سطح الأرض: السيليكا البلورية القابلة للتنفس. فتطلق الصخور التي تم تفجيرها حديثًا أو تكسيرها ميكانيكيًّا غبار السيليكا بتركيزات قد تصل إلى مستويات التعرُّض الضارة خلال دقائق في رأس الحفر المغلق دون وجود نظام نشط لإخماد الغبار. كما تنخفض رؤية المشغِّل بسرعةٍ كبيرة، مما يقلِّل دقة كل قرارٍ يتعلق بموضع الآلة ويطيل الوقت المستغرق في كل تقدُّم. وإخماد الغبار بالماء عند نقطة التأثير — وليس رشه في الهواء عمومًا — هو الإجراء الفعّال الوحيد للتحكم في السيليكا عند مصدرها أثناء عملية التكسير.

غالبًا ما يكون اختيار الناقل أكثر أهمية من اختيار المُكسِّر في الأنفاق. وتغطي حفارة صغيرة ذات دوران صفري للذيل ضمن نطاق الوزن من ٥ إلى ١٢ طن معظم مقاطع الطرق والسكك الحديدية في واجهة النفق. وإذا تضمَّن المشروع إزالة الحلقات الناتجة عن آلة الحفر الدائرية (TBM) أو أعمال الترميم عبر حلقة جزئية موجودة مسبقًا، فيجب أن يمرَّ الناقل عبر فتحة الحلقة — والتي تكون عادةً بقطر ٩٠٠ مم أو أقل — مما يستبعد الحفارات التقليدية تمامًا، ويُشير إلى روبوتات هدم خاضعة للتحكم عن بُعد ومزوَّدة بأنظمة هيدروليكية تعمل بالبطاريات. ويجب أن يتناسب حجم المُكسِّر المُثبَّت على روبوت الهدم داخل الحلقة الدائرية لآلة الحفر الدائرية (TBM annulus) مع الإخراج الهيدروليكي للروبوت، وليس مع الإخراج الهيدروليكي لحفارة تقليدية. وهذه عملية انتقاء مختلفة تمامًا عن كل ما ورد في الأدلّة الخاصة باختيار المُكسِّرات للمواقع المفتوحة.