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 tunelů závisí téměř výhradně na vodním proplachování, na rozdíl od povrchového vrtního provozu na terénu, kde je proplachování vzduchem praktické. Požadavky na tlak proplachovací vody pro typické průměry vrtů při tunelování (45–76 mm, hloubka 3–5 m) se pohybují v rozmezí 15–25 bar. Vrtací kladiva s vyšší schopností proplachování pod vyšším tlakem (např. Epiroc COP 1638+ až do 25 bar) zajišťují odstraňování vrtaného materiálu i při zvyšující se rychlosti pronikání do měkkých až středně tvrdých hornin; kladiva s nižší specifikací proplachovacího tlaku (20 bar) mohou při vyšší než očekávané rychlosti pronikání začít trpět ucpáváním vrtaným materiálem.

Voda pro praní také přímo interaguje s těsněními pracovní komory – kritickým rozhraním mezi vodním a úderovým olejovým okruhem. V tunelech, kde je kvalita hornické vody proměnná nebo obsahuje minerály, těsnění pro praní s podkladem z PTFE výrazně převyšují životnost standardních těsnících kroužků. Krátké intervaly výměny těsnění v tunelových aplikacích (obvykle 350–400 úderových hodin oproti 450–500 hodinám na povrchu) je třeba plánovat od samého začátku. Společnost HOVOO dodává těsnicí sady z polyuretanu (PU), vodivého nitrilbutadienu (HNBR) a s podkladem z PTFE pro všechny hlavní modely tunelových vrtacích strojů. Odkazy na stránce hovooseal.com.