Onderwater- en tunnelbouw: Gids voor speciale toepassingen van hydraulische brekers

Twee verschillende uitersten — één gemeenschappelijk principe

Onderwater- en tunnelbouw lijken op tegenovergestelde uiteinden van het milieuspectrum te liggen: de ene is ondergedompeld, de andere is ondergronds afgesloten; de ene houdt zich bezig met het binnendringen van water, de andere met de ophoping van stof en gassen. Wat ze gemeen hebben, is dat beide de omgevingsomstandigheden elimineren waarbinnen de breker was ontworpen om te functioneren. Een oppervlaktebreker is ontworpen onder de veronderstelling dat de frontkopboring omgeven wordt door lucht, dat de beitel tussen posities kan afkoelen, dat olie die uit de stofdichting lekt, van de machine afdruipt in plaats van erin terechtkomt, en dat de atmosfeer rond de apparatuur inadembaar en niet explosief is. Zowel onderwater- als tunnelomgevingen maken minstens twee van die aannames tegelijkertijd ongeldig. Daarom vereisen zowel onderwater- als tunnelomgevingen een doordachte apparatuurspecificatie en aangepaste bedrijfsprocedures, en niet alleen andere operatoropleiding.

De specifieke wijziging hangt af van welke aannames worden geschonden. Onderwaterwerk keert het drukverschil over de afdichtingen om: op diepte duwt de omgevingsdruk naar binnen tegen afdichtingen die zijn ontworpen om oliedruk die naar buiten duwt, te bevatten. Hoe dieper de werking plaatsvindt, des te groter is deze omkering. Een standaard oppervlaktebreker die op 25 meter diepte wordt ondergedompeld zonder drukcompensatie, trekt tijdens elke terugslag water via de boorgatopening aan de voorkant, waardoor de olie al na één ploegendienst verontreinigd raakt. Een drukgecompenseerde breker stelt de interne en externe druk gelijk, waardoor het drukverschil dat waterbinnendringing veroorzaakt, wordt geëlimineerd. Dit principe is goed bekend in de offshore-hydraulica; het wordt echter minder consequent toegepast op bouwbrekers, wat verklaart waarom onderwaterstoringen zo vaak optreden bij projecten waarbij het inkoopteam een standaardeenheid 'met afgedichte aansluitingen' heeft gespecificeerd en dit als voldoende beschouwde.

Tunnelomgevingen veroorzaken een andere reeks problemen die cumulatief zijn in plaats van onmiddellijk. Steenstof hoopt zich op horizontale oppervlakken van het brekerslichaam op, dringt via onvolkomen stofafdichtingen binnen en migreert naar de boutzone, waar het zich mengt met beitel-pasta tot een schurende slurrie. Trillingen door het breken in een afgesloten ruimte worden overgebracht op de tunnelbekleding en de omringende grond, zonder het energiedissipatiepad dat breken in open lucht biedt. In harde, siliciumrijke rots-tunnels bereiken zwevende kristallijne siliciumconcentraties niveaus die zowel een risico vormen voor de gezondheid van werknemers als, bij bepaalde gesteentevormingen, een explosiegevaar door stof op bepaalde concentraties. Geen van deze problemen wordt opgelost door de standaardapparatuur zorgvuldiger te bedienen. Zij vereisen de juiste apparatuur en een gedefinieerde bedrijfscyclus.

Vier speciale omstandigheden — vereiste specificatie, fysieke oorzaak en kritische bedrijfsopmerking

De tabel bestrijkt ondiepe en matig diepe onderwateromstandigheden, primaire tunnelboring en reparatie van tunnelbekleding — de vier scenario’s die elk specifieke eisen stellen.

De onderhoudscyclus die beide omgevingen gemeen hebben

Ondanks hun verschillen comprimeren zowel onderwater- als tunneloperaties de onderhoudsintervallen in dezelfde richting. De mechanismen zijn verschillend — in het ene geval waterinfiltratie, in het andere stofophoping — maar de eindtoestand is dezelfde: verontreinigde olie, versnelde slijtage van lagers en verkorte levensduur van afdichtingen. De praktische consequentie is dat beide omgevingen een inspectieprotocol na elke sessie vereisen, terwijl dit bij oppervlakteoperaties niet het geval is. Na een onderwateroperatie dient het boorgat aan de voorkant te worden gespoeld, dient de stofafdichting te worden geïnspecteerd op sporen van waterinfiltratie (blauwe verkleuring van de beitelvet, melkachtige verschijning van de olie uit de afvoeropening) en dient de beitel opnieuw te worden ingevet met een waterbestendig vet vóór de volgende sessie. Na tunnelboring dient het hamerlichaam te worden afgewist, dient de stofafdichting te worden geïnspecteerd op doordringing van siliciumstof en dient het beitelvet volledig te worden vernieuwd — niet alleen aangevuld — om te voorkomen dat de schurende slurrie tussen de ploegen blijft werken.

Olieanalyse is in deze twee omgevingen nuttiger dan in elke andere toepassing van een breker. Bij oppervlakteconstructie vindt olieverontreiniging geleidelijk plaats en is de drempel voor zorg duidelijk. Bij onderwater- en tunnelwerking leiden verontreinigingsgebeurtenissen — bijvoorbeeld een afdichting die één keer waterbinnendringing toeliet, of een stofafdichting die al aan de grens van de functionele geschiktheid was toen de breker de tunnel binnenging — tot verontreinigingssignalen binnen 20–30 uur, terwijl deze signalen bij oppervlaktewerk pas na 200–300 uur zouden verschijnen. Het versturen van een oliemonster voor deeltjesaftelling en analyse van het watergehalte na de eerste 50 werkuren in een van beide omgevingen, en vervolgens om de 100 uur, is de vroegste betrouwbare indicator van een zich ontwikkelend afdichtings- of lagerprobleem — eerder dan welk visueel symptoom dan ook en veel eerder dan de prestatiedaling die aangeeft dat componentfalen al op weg is.

Een operationele beslissing die ervaren teams in beide omgevingen van elkaar onderscheidt: noch onderwater noch tunnelbreken mag worden geprobeerd met een breker waarvan de afdichting al marginaal presteert. De marginale afdichting die op een bovengrondse locatie olie lekt met een snelheid van twee druppels per minuut, zal onder water lekken met een snelheid van tien druppels per minuut en zal tijdens één werkdag in een tunnel silica-houdende slurrie opnemen. Reparatie vóór inzet kost één dag. Een storing tijdens de uitvoering van de klus in een tunnel of onder water kost de resterende duur van het project.