Jak vybrat hydraulický kamenolom pro tunelové stavby? Odborná metoda

Náklady způsobené nesprávným výběrem vrtacího stroje (drifteru) při stavbě tunelu se projevují v účetní položce, kterou většina zakázek nezaznamenává: objem převrtu na jedno kolo vrtání. Drifter, který není přizpůsoben průřezu tunelu, geologickému složení horniny nebo hloubce vrtů, vytváří výbušný vzor s nerovnoměrným rozložením zátěže – množství výbušniny v každém vrtu má k pohybu více či méně horniny, než bylo navrženo, okrajové vrty způsobují nerovné stěny a objem betonu nebo stříkaného betonu potřebný k vyplnění převrtu se účtuje při každém kole vrtání po celou dobu trvání projektu. U silničního tunelu dlouhého 5 kilometrů s průměrným počtem 100 kol vrtání přispěje i pouhých 0,1 m³ nadměrného převrtu na jedno kolo k dodatečným 10 m³ betonu, které nebyly začleněny do rozpočtu.

To je provozní riziko spojené s výběrem vrtacího stroje (drifteru) pro ražbu tunelů. Technická rozhodnutí se týkají přesnosti vrtů, konzistentní rychlosti pronikání v různých geologických podmínkách a spolehlivého výkonu při nepřetržitém provozu – nikoli maximálních hodnot rázové energie uvedených v technické specifikaci.

Konfigurace ramen je určena průřezem tunelu, což určuje třídu vrtacích kladiv

Výchozím bodem je průřez tunelu, nikoli typ horniny. Průřez určuje, kolik ramen má jumbo potřebovat, a to zase určuje mechanická omezení prostoru pro vrtací kladivo. U malých tunelů o průřezu pod 20 m² (úzké důlní chodby, malé přístupové výrubní čela) musí jednoramenná vrtací souprava dosáhnout všech vrtů z jedné polohy nosného vozidla bez nutnosti přemisťování – vrtací kladivo musí být dostatečně kompaktní, aby vyhovovalo krátké geometrii ramene, aniž by došlo ke ztrátě úderové energie. U silničních tunelů o průřezu nad 80 m² umožňuje dvou- nebo tříramenný jumbo současné vrtání v několika oblastech čela; v tomto případě se výběr vrtacího kladiva zaměřuje na shodu úderové třídy s typem horniny, zatímco rameno zajišťuje požadovaný dosah z hlediska geometrie.

Praktický důsledek: U průřezu železničního tunelu o rozměrech 6 × 7 m (42 m²) obvykle dosahuje dvojhlavový jumbo s vrtáky střední třídy (80–150 J) lepších výsledků než jednohlavová sestava těžkých vrtáků, protože dvojhlavový jumbo dokončí vzor otvorů na čele (80–120 otvorů) o 40–60 % rychleji za jedno nastavení. Nadbytečná úderná energie těžkého vrtáku se promarní, je-li zpožďujícím faktorem doba polohování mezi jednotlivými otvory, nikoli rychlost pronikání do každého jednotlivého otvoru.

Klasifikace hornin pro výběr vrtáků pro tunely

Geologie v tunelu se po celé délce razicího úseku neustále mění – v některých úsecích je tvrdší, než se předpokládalo, v jiných měkčí a více zlomená. Vrták musí zvládnout celou škálu hornin, které se vyskytnou, nikoli pouze tu, která odpovídá navrhované klasifikaci hornin. Projekty, které specifikují vrták optimalizovaný pro nejčastější typ hornin, a poté narazí na 40 m žuly s pevností v tlaku 180 MPa, zatímco návrhová hornina byla vápenec s pevností 100 MPa, zažívají pokles rychlosti pronikání, který způsobí zpoždění celého projektového harmonogramu.

Příslušné kritérium pro výběr vrtacích strojů pro tunely v proměnné geologii: vyberte třídu vrtacích strojů podle nejtěžších 20 % očekávaného horninového profilu, nikoli podle průměrného. Výkonnostní rezerva v měkčích horninách se kompenzuje vyšší rychlostí pronikání než je návrhový odhad – což je žádoucí problém. Nedostatek výkonu v tvrdších horninách, než bylo navrženo, se kompenzuje zpožděním.

Matice výběru vrtacích strojů pro tunelové aplikace

Přesnost vrtání: Metrika výkonu specifická pro tunelování

U povrchového vrtání je odchylka vrtů ve větší hloubce důležitá pro geometrii výbuchu, avšak často lze tuto odchylku kompenzovat při návrhu nálože. U tunelování určuje odchylka vrtů, zda bude funkční tzv. vyhořívací řez – jedná se o těsně uspořádané nevýbušné uvolňovací vrty v centru průřezu, které musí být umístěny ve vzdálenosti 20–30 mm od svých navržených poloh; jinak se řada výbuchů neprobíhá správně a poklesne postup za jedno kolo. Kolo s neúspěšným řezem dosáhne postupu pouze 1,5–2 metru místo navržených 4–5 metrů a vyžaduje opětovné vrtání následujícího průřezu.

Polovina odlitku je standardním ukazatelem kvality konturového vrtání: poměr viditelných polovin odlitků výbušných vrtů na výbušné čele k celkové délce konturových vrtů. V pevné hornině s dobře provedenými vrtacími schématy lze dosáhnout hodnot poloviny odlitku 50–80 %. Nevhodná volba vrtacího strojku – např. takového, který má příliš velkou citlivost na volné kladení úderů, neustálou kontrolu přísunu nebo nedostatečnou funkci proti zaseknutí pro danou geologii – vede k zakřiveným vrtům, které způsobují nízké hodnoty poloviny odlitku bez ohledu na kvalitu výbušnin. Počítačem řízené vrtací kombajny s geometrií ramen pro udržení rovnoběžnosti a automatickými funkcemi pro nastavení vrtu dosahují v homogenní hornině výrazně lepších výsledků poloviny odlitku než ručně nastavované zařízení se stejnými vrtacími strojky.

Požadavky na vyplachování v prostředí tunelů

Vrtání v tunelech závisí téměř výhradně na vodním vyplachování, na rozdíl od povrchového vrtního provozu na stupních, kde je vyplachování vzduchem praktické. Požadavky na tlak vyplachovací vody pro typické průměry vrtných otvorů v tunelech (45–76 mm, hloubka 3–5 m) se pohybují v rozmezí 15–25 bar. Driftové vrtné stroje s vyšší kapacitou vyplachovacího tlaku ( Epiroc COP 1638+ až 25 bar) zajišťují odstranění drobeniny i při zvyšující se rychlosti pronikání v měkkých až středně tvrdých horninách; driftové vrtné stroje s nižší specifikací vyplachovacího tlaku (20 bar) mohou při vyšší než očekávané rychlosti pronikání začít mít problémy s ucpáním drobeninou.

Vypouštění vody také přímo interaguje s těsněními vypouštěcí skříně – kritickým rozhraním mezi obvodem vody a obvodem nárazového oleje. V tunelech, kde je kvalita hornické vody proměnlivá nebo obsahuje minerály, těsnění pro vypouštění s podkladem z PTFE vydrží výrazně déle než standardní těsnění s ústním lemem. Krátké intervaly výměny těsnění v tunelových aplikacích (obvykle 350–400 hodin nárazového provozu oproti 450–500 hodinám na povrchu) je třeba plánovat od samého začátku. HOVOO dodává těsnění z PU, HNBR a s podkladem z PTFE sady uzavíracích prvků pro všechny hlavní modely tunelových vrtáků. Odkazy na hovooseal.com.