Hydraulisk stenbor specielt udviklet til tunneler: Lavt støjniveau, høj stabilitet, effektiv i snævre rum

Kaminiko-vejtunnelen i Hiroshima-præfekturen gennemskar granit med en trykstyrke på over 200 MPa, og der stod boligbygninger 70 meter over tunnelens kuppel. Sprængning var ikke en mulighed over længere strækninger. Byggeholdet havde brug for en hydraulisk stenbor, der kunne opretholde en fri-flade-formning på 3,5 m² i timen i hårdt bjerg, i et frontafsnit hvor der ikke var plads til at manøvrere store udstyrsenheder og hvor der ikke var tolerance for jordskade forårsaget af vibrationer ovenpå.

Det er denne begrænsningsramme, der definerer tunneldriftsspecifik boring – ikke kun mindre rum, men en helt anden ingeniørteknisk specifikation. Støj, stabilitet under begrænset vibration, spülleffektivitet ved begrænset luftstrøm og bomgeometri, der sikrer fuld dækning af hele frontfladen uden at maskinen er for stor til at passere tværsnittet, den skal bore. Hver enkelt af disse krav står i modsætning til de andre, og en borer, der er specificeret til åben-grav-banker, vil fejle flere af dem.

Geometribegrænsningen: Hvorfor kompakt ikke betyder underdimensioneret

Tunneljumbo-boringsanlæg klassificeres efter tværsnittet, de kan dække, og ikke efter bæredimensionerne. Et anlæg, der er angivet til tværsnit på 7–35 m², kræver en bomgeometri, der når hele profilens overflade – kuppel, gulv og sider – uden at skulle genplacere bærenheden. Dette kræver en ledet bomkonstruktion med parallel fastholdelsesevne, så fødebjælken forbliver vinkelret på boringsmønstret uanset bommens position.

Hvad dette betyder for selve stenboremaskinen: Den skal levere 12–20 kW perkussionskraft i et kompakt drifterhoved. Den trappede kolbdesign, der anvendes i nogle tunnelorienterede drifters, forbedrer effektiviteten af stødkraftoverførslen præcis fordi den optimerer for effekttæthed og ikke for maksimal energi. En 15 kW trappet-kolbe-drifter i en stikning på 3,5 m × 1,8 m kan opretholde en gennemtrængningshastighed på 2 m/min i bjergart med en styrke på 80–120 MPa, samtidig med at den passer på en bærenhed, der kan passere gennem en adgangsstikning på 2,5 m × 1,5 m.

De lavprofilkonfigurationer – som f.eks. klassen KJ212, der er udformet til støtter med mål så små som 3,5 m × 1,8 m – bruger en folderbar bom specifikt, så maskinen kan køre gennem et afsnit på 2,5 m × 1,5 m og derefter udfolde sig til fuld arbejdshøjde ved fronten. Det er ikke en eftertanke; det er en grundlæggende designkrav for udviklingsstøtter i miner med smalle åder.

Støj i en tunnel: Hvor den standardmæssige specifikation bliver et overholdelsesproblem

Åben stenspænding genererer 95–115 dB ved operatørens position på en åben plads. I en tunnelstøtte på 5 m × 5 m har samme perkussionsenergi ingen mulighed for at blive spredt – den reflekterede lyd fra beton- eller sprøjtebetonvæggene tilføjer 10–15 dB ekkolyd. Ved vedvarende eksponering over 85 dB aktiveres krav om høreværn i henhold til de fleste minedriftsmyndigheders regler; over 100 dB i et lukket rum træder skiftets varighedsbegrænsninger i kraft.

Designen af den stille drifter fungerer på to niveauer: vibrationsisolering mellem perkussionsmodulet og bærestrukturen (hvilket reducerer udbredelsen af strukturbåren lyd til bommen og rammen) samt dæmpet afløbsudluftning, hvor luft er afløbsmediet. Vandbaseret afløb undertrykker naturligt en del af perkussionsstøjen og kontrollerer samtidig støv—begge faktorer er vigtige, når der arbejdes inden for en tunnelhoved, hvor støv akkumuleres hurtigere, end det kan ventileres væk.

Reglerne for tunnelprojekter i byområder—vej- og jernbaneprojekter, der føres under bebyggede områder—kræver ofte maksimal vibrationshastighed ved overfladen, ikke kun støj ved tunnelhovedet. Fri-flade-boringsmetoder, der anvender hydraulisk perkussion i stedet for sprængning, kan opnå en tunnelhoveddannende kapacitet på 3,5 m²/t i granit med en trykstyrke over 200 MPa, mens overfladevibrationerne holdes inden for acceptable grænser, hvor eksplosive metoder ikke kan opfylde kravene.

Tunnelbor-specifikationer: Tværsnit, bomkonfiguration og drifterklasse

En to-armet jumbo, der dækker et 50-hulds ansigtsmønster ved en fremskridt på 3,5 m pr. runde, udfører typisk borecyklussen på 2,5–3 timer i fast bjergart. Cykeltiden stiger betydeligt i revnet eller lerholdigt undergrund, hvor anti-klem-funktionerne aktiveres hyppigt – her reducerer automatisk parameterstyring den menneskelige reaktionstid, som ellers kan føre til, at borstangen klemmes.

Stabilitet under høj-cyklus-belastning i et indskrænket rum

En stenboremaskine, der kører på en jumbo-arm, transmitterer vibrationer til bæredelen gennem fødearmen, krydsmonteringerne og de hydrauliske slanger. I en tunnel har bæredelen ingen blød undergrund under sig til at absorbere disse vibrationer – den står på beton eller komprimeret stenfyld, hvilket transmitterer alt. Våde flerskive-servicebremsesystemer og fjederaktiverede hydraulisk frigivne parkeringsbremsesystemer er standard på moderne tunneljumbos specifikt for at forhindre, at bæredelen bevæger sig under slagdrift, hvilket ellers ville forskyde borehullet fra dets planlagte position.

En bomplacering nøjagtighed på ±2 cm kan opnås med automatiske parallel-hold-systemer og laserjustering, men kun hvis bæredelen er stabil i øjeblikket for borehullets start. En bæredel, der forskydes 5 mm under de første meter af boringen, giver en afvigelse i borehullet, der akkumulerer til 50–80 mm ved en dybde på 4 meter – hvilket er tilstrækkeligt til at kompromittere sprængningsmønstret og forårsage overboring, der øger sprøjtebetonomkostningerne ved hver enkelt sprængningsrunde.

Vedligeholdelse af tætning og spülkreds i tunnelforhold

Tunnelboremaskiner akkumulerer slagtimer hurtigere end overfladeudstyr, fordi maskinen ofte ikke kan bevæge sig mellem huller på samme måde som et overfladeanlæg. Mindre køretid betyder mere boretid pr. skift. Spülkredsen er især hårdt belastet: vandspülning i en indsnævret frontsprængning betyder, at returstrømmen løbende fører fine boretærv gennem tætningsfladen på spülkassen i stedet for at falde klart ud, som det ville gøre i et åbent hul på overfladen.

HOVOO leverer tætningssæt til tunnelboresystemer, der kører på større jumbo-platforme – herunder modeller, der er tilpasset Epiroc-, Sandvik- og Montabert-boresystemers specifikationer. Da slibningen af spülkassen er højere i undergrundsanvendelser, gør det, at spülsættet og slagkraftsættet er separate udskiftelige komponenter – frem for ét enkelt kombineret sæt – det muligt at udføre målrettet udskiftning baseret på den faktiske slitage i stedet for at udskifte begge på samme interval. Modellspecifikke sæt er opført på hovooseal.com.