Kuinka valita hydraulinen kallionporakone tunnelirakentamiseen? Ammattimainen menetelmä

Väärän drifterin valinnan kustannukset tunnelirakentamisessa näkyvät tilinpäätösrivillä, jota useimmat hankintaprosessit eivät seuraa: ylitysraon tilavuus kierrokselta. Drifter, joka ei sovi tunnelin poikkileikkaukseen, kalliorakenteeseen tai reiän syvyyteen, tuottaa räjäytyskuvion, jossa kuormituksen jakautuminen on epätasainen – kuhunkin reikään annettava räjähteiden määrä liikuttaa enemmän tai vähemmän kiveä kuin suunniteltu, kehäreikien avulla saavutettavat seinäpinnat ovat epäsäännöllisiä, ja ylitysraon täyttämiseen tarvittavan betonin tai ruiskubetonin määrä laskutetaan jokaisella kierroksella koko projektin ajan. Viiden kilometrin mittaisessa tie­tunnelissa, jossa keskimäärin tehdään 100 kierrosta, jo 0,1 m³ ylitysraota kierrokselta lisää 10 m³ betonia, joka ei ollut budjetissa.

Tämä on toiminnallinen riski, joka liittyy drifterin valintaan tunnelointiin. Tekniset päätökset koskevat reikien tarkkuutta, tasaisen tunkeutumisnopeuden saavuttamista vaihtelevassa geologiassa sekä luotettavaa suorituskykyä jatkuvassa käytössä – ei huippupercussioenergialukuja teknisissä tiedoissa.

Tunnelin poikkileikkaus määrittää käsivarren konfiguraation, joka puolestaan määrittää porakoneen luokan

Lähtökohtana on tunnelin poikkileikkaus, ei kallioperän tyyppi. Poikkileikkaus määrittää, kuinka monta käsivartta jumbo tarvitsee, mikä puolestaan määrittää porakoneen mekaaniset ulottuvuusrajoitukset. Pienille tunneleille, joiden poikkileikkaus on alle 20 m² (kapeat kaivoksen kulkuaukot, pienet pääsyaukot), yksikäsivarrelinen laite täytyy pystyä poraamaan kaikki reiät yhdestä kuljetinalustan paikasta siirtämättä alustaa – porakoneen täytyy olla riittävän kompakti lyhyen käsivarren geometrian mahdollistamiseksi ilman iskunenergian menetystä. Tieliikennetunneleille, joiden poikkileikkaus on yli 80 m², kahden tai kolmen käsivarren jumbo mahdollistaa samanaikaisen porauksen useissa etupinnan alueissa; tässä tapauksessa porakoneen valinta perustuu iskuluokan sovittamiseen kallioperään, kun taas käsivarret huolehtivat geometrisesta ulottuvuudesta.

Käytännön seuraamus: 6 × 7 metrin rautatietunnelin poikkileikkauksessa (42 m²) kaksiputkinen jumbo keskiluokan porakoneilla (80–150 J) yltää yleensä parempaan suoritukseen kuin yksiputkinen raskas porakone, koska kaksiputkinen suorittaa 80–120 reiän etupinnan kaavion 40–60 % nopeammin kussakin asennuksessa. Raskaan porakoneen ylimääräinen iskuteho hukataan, jos rajoittavana tekijänä on aika, joka kuluu reikien välillä tapahtuvaan uudelleensijoittamiseen, eikä yksittäisen reiän läpäisynopeus.

Kallionmuodostumaluokitus tunnelin porakoneen valintaa varten

Tunnelin geologia muuttuu jatkuvasti eteenpäin edetessä – joissakin osuuksissa kovempi kuin odotettiin, toisissa pehmeämpi ja halkeilevampi. Porakoneen on toimittava riittävän hyvin koko kohtaamansa geologian alueella, ei ainoastaan suunnittelussa käytetyssä kallionmuodostumaluokassa. Projektit, joissa on määritelty porakone, joka on optimoitu tyypilliselle geologialle, mutta joissa sitten kohtaan 40 metriä graniittia, jonka puristuslujuus on 180 MPa, kun suunnittelussa oletettu kallionmuodostuma oli 100 MPa:n kalkkikiveä, kohtaavat läpäisynopeuden laskua, joka viivästää koko projektin aikataulua.

Sopiva valintakriteeri muuttuvan geologian tunnelle: valitse porakoneen luokka kovimmalle odotetun muodostuman 20 %:lle, ei keskimääräiselle. Suorituskyvyn varaus pehmeämmässä maaperässä kompensoituu suuremmalla tunkeutumisnopeudella kuin suunnittelussa arvioitiin – tämä on toivottava ongelma. Suorituskyvyn puute kovemmassa kuin suunnitellussa maaperässä kompensoituu viivästymällä.

Porakoneiden valintamatriisi tunnelisovelluksia varten

Reiän tarkkuus: tunnelointiin erityisesti soveltuva suorituskyvyn mittari

Pintaporausten yhteydessä reiän poikkeama syvyydellä vaikuttaa räjäytysgeometriaan, mutta sitä voidaan usein kompensoida räjähteiden suunnittelussa. Tunnelirakentamisessa reiän poikkeama määrittää, toimiko paloporaus oikein – tiukasti sijoitettujen, ei-räjähtävien vapautusreikien, jotka sijaitsevat kallionpinnan keskellä, on oltava suunnitelluissa paikoissaan ±20–30 mm:n tarkkuudella, muuten leikkausjärjestelmä ei toimi oikein ja eteneminen jää heikoksi. Yhdellä epäonnistuneella leikkauksella saavutetaan vain 1,5–2 metriä etenemistä kierrokselta sen sijaan, että suunniteltu eteneminen olisi 4–5 metriä, ja seuraavan kallionpinnan poraaminen on tehtävä uudelleen.

Puolikkaan reiän tekijä on standardimittari reunakäyrän porausten laadulle: näkyvien räjäytysreikien puolikkaiden osuus räjäytetyllä pinnalla suhteessa kokonaismuovipinnan reikäpituuteen. Kypsässä kivessä hyvin suunnitellun porauskuviolla saavutetaan puolikkaan reiän tekijöitä 50–80 %. Huono porakonevalinta – esimerkiksi liian herkkä vapaan iskun vaikutukselle, epätasainen syöttökontrolli tai riittämätön tukkimisenesto toiminto geologian mukaan – tuottaa vinot reiät, jotka johtavat alhaisiin puolikkaan reiän tekijöihin riippumatta räjähteiden laadusta. Tietokoneohjattujen porakoneiden jumbot, joissa on yhdensuuntaisesti pitävä käsivarren geometria ja automaattinen reiän aloitusfunktio, tuottavat merkittävästi parempia puolikkaan reiän tuloksia homogeenisessa kivessä verrattuna manuaalisesti asennettuihin laitteisiin samalla porakoneella.

Puhdistusvaatimukset tunneliympäristöissä

Tunnelin poraaminen perustuu melkein yksinomaan veden käyttöön puhdistusnesteenä, toisin kuin pintaporaus, jossa ilman käyttö puhdistusnesteenä on käytännöllistä. Tyypillisten tunneliporausreikien (halkaisija 45–76 mm, syvyys 3–5 m) puhdistusveden painevaatimukset ovat 15–25 bar. Korkeamman puhdistuspaineen mahdollistavat porakoneet (esimerkiksi Epiroc COP 1638+, joka kestää enintään 25 bar:n painetta) varmistavat porausjätteen poiston myös silloin, kun etenemisnopeus kasvaa pehmeissä ja keskimäisissä kallio-oloissa; alhaisemman puhdistuspaineen (20 bar) omaavat porakoneet voivat kokea porausjätteen tiukkenemista, jos etenemisnopeus on odotettua suurempi.

Veden puhdistus vaikuttaa myös suoraan puhdistuslaatikon tiivisteen toimintaan – tämä on kriittinen rajapinta vesi- ja iskunöljypiirien välillä. Kaivovesilaatu vaihtelee usein tai sisältää mineraaleja tunnelissa, joten PTFE-takaiset puhdistustiivisteet kestävät huomattavasti pidempään kuin tavalliset leppätiivisteet. Tunnelisovelluksissa tiivisteen vaihtovälit ovat lyhyempiä (yleensä 350–400 iskuntuntia verrattuna maanpäällisiin sovelluksiin, joissa vaihtoväli on 450–500 tuntia), ja ne on suunniteltava jo alusta alkaen. HOVOO tarjoaa PU-, HNBR- ja PTFE-takaisia tiivistesarjoja kaikkiin tärkeimpiin tunnelidrifter-malleihin. Viitteet osoitteessa hovooseal.com.