Hvordan velge hydraulisk bergboremaskin for tunnelbygging? Profesjonell metode

Kostnaden ved en feilaktig valgt drifter i tunnelbygging vises i en regnskapspost som de fleste innkjøpsprosesser ikke sporer: overbrytningsvolum per sprengningsrunde. En drifter som ikke er tilpasset tunneltverrsnittet, bergarten eller hullens dybde gir et sprengningsmønster med uregelmessig belastningsfordeling – ladningen per hull har mer eller mindre bergmasse å flytte enn det som var beregnet, og perimeterhullene gir ujevne tunnelvegger, mens volumet av betong eller sprøytebetong som kreves for å fylle overbrytningen faktureres ved hver runde gjennom hele prosjektets levetid. I en 5-kilometer lang veitunnel med gjennomsnittlig 100 runder legger selv 0,1 m³ ekstra overbrytning per runde til 10 m³ betong som ikke sto i budsjettet.

Det er den operative konsekvensen av driftervalg i tunnelarbeider. De tekniske vurderingene handler om hullnøyaktighet, konstant penetreringshastighet gjennom variabel geologi og pålitelig ytelse under kontinuerlig drift – ikke om maksimal slagenergi i spesifikasjoner.

Tunneltverrsnitt bestemmer utstyrets utstrekning, som igjen bestemmer drifters klassifisering

Utgangspunktet er tunneltverrsnittet, ikke bergarten. Tverrsnittet avgjør hvor mange utstrekninger (booms) jumbot må ha, noe som igjen avgjør de mekaniske begrensningene for drifters utstrekning. For små tunneler under 20 m² (smale gruvedriftsganger, små tilgangsstammer) må en utstrekning (single-boom)-utrustning kunne nå alle hull fra én posisjon på transportbæret uten å måtte omposisjoneres – drifters må være kompakt nok til å passe innenfor den korte utstrekningens geometri, uten å ofre slagenergi. For veitunneler over 80 m² tillater en to- eller treutstrekning (two- eller three-boom)-jumbo samtidig boring i flere soner på frontflaten; her handler drifters-valget om å tilpasse slagklassen til bergarten, mens utstrekningen håndterer den geometriske rekkevidden.

Den praktiske konsekvensen: I et jernbanetunneltverrsnitt på 6 × 7 m (42 m²) overgår vanligvis en dobbeltarmet jumbo med drifters av mellomklasse (80–150 J) en enkeltarmet tung drifterkonfigurasjon, fordi den dobbeltarmede jumbon fullfører mønsteret på 80–120 hull i frontflaten 40–60 % raskere per oppstilling. Den tunge drifters ekstra slagenergi går tapt dersom begrensningen ligger i posisjoneringstiden mellom hullene, ikke i innboringshastigheten i hvert enkelt hull.

Bergartsdannelsesklassifisering for valg av tunnel-drifter

Tunnelgeologien endrer seg kontinuerlig langs drivingsretningen – hardere enn forventet i noen avsnitt, mykere og mer sprekkete i andre. Drifteren må yte tilfredsstillende over hele det spekteret som opptrer, ikke bare ved den designerte bergartsdannelsens klasse. Prosjekter som spesifiserer en drifter som er optimalisert for den dominerende geologien, men deretter støter på 40 m granitt med trykkfasthet på 180 MPa, mens den designerte bergarten var kalkstein med trykkfasthet på 100 MPa, opplever innskrenkninger i innboringshastigheten som utsetter hele prosjektets tidsskjema.

Det riktige utvalgskriteriet for tunneler i variabel geologi: velg driftersklassen for de hardeste 20 % av den forventede bergarten, ikke gjennomsnittet. Ytelsesmarginen i mykere grunn absorberes av en penetreringshastighet som er høyere enn den beregnede designverdien – et ønskelig problem. Ytelsesunderskuddet i harder enn designert bergart absorberes av forsinkelse.

Drifterutvalgsmatrise for tunnelanvendelser

Hullnøyaktighet: Den tunnelfunksjonsspesifikke ytelsesmetrikken

Ved overflateboring er hullavvik på dypet viktig for sprenggeometrien, men kan ofte kompenseres i ladningsdesignet. Ved tunnelbygging bestemmer hullavvik om brennsnittet fungerer – de tett plasserte, ubelastede frigjøringshullene i sentrum av fronten må være innenfor 20–30 mm fra sine beregnede posisjoner, ellers vil snittsekvensen ikke trekke ordentlig, noe som reduserer fremdriften per runde. En runde med et mislykket snitt gir 1,5–2 meter fremdrift i stedet for den beregnede 4–5 meter og krever at neste front borres på nytt.

Halvavstøpingsfaktoren er den standardiserte målenheten for kvaliteten på konturboringer: forholdet mellom synlige halvavstøpinger fra sprengningshull på sprengte flater til den totale lengden av konturhull. I fast berg med godt utførte boremønstre kan halvavstøpingsfaktorer på 50–80 % oppnås. En dårlig driftsverktøyvalg – for eksempel et verktøy med for stor følsomhet for frihamring, ustabil fremdriftskontroll eller utilstrekkelig anti-klem-funksjon for den aktuelle geologien – fører til skjeve hull som gir lave halvavstøpingsfaktorer, uavhengig av sprengstoffkvaliteten. Datadrevne borejumboer med parallelle bomgeometrier og automatiske kollaringfunksjoner gir betydelig bedre halvavstøpingsresultater i homogent berg enn manuelt innstilte anlegg med samme driftsverktøy.

Skyllingskrav i tunnelmiljøer

Tunnelboringer avhenger nesten utelukkende av vannspølning, i motsetning til overflatebenkboringer der luftspølning er praktisk. Kravene til spølningsvanntrykk for typiske tunnelboringsdiametre (45–76 mm, dybder 3–5 m) ligger mellom 15 og 25 bar. Drifters med høyere spølningsvanntrykkkapasitet (Epiroc COP 1638+ opp til 25 bar) sikrer fortsatt fjerning av boreavfall når gjennomtrengningshastigheten øker i myke til moderate formasjoner; drifters med lavere spølningsvanntrykkspesifikasjon (20 bar) kan oppleve pakking av boreavfall hvis gjennomtrengningshastigheten er høyere enn forventet.

Vannspøling påvirker også direkte tetningene i spøleboksen – den kritiske grensen mellom vannkretsen og slagoljekretsen. I tunneler der gruvevannets kvalitet er varierende eller mineralholdig, holder PTFE-forsterkede spøletetninger betydelig lenger enn standard leppetetninger. Korte tetningsintervaller i tunnelapplikasjoner (typisk 350–400 slagtimer mot 450–500 på overflaten) bør planlegges fra begynnelsen av. HOVOO leverer PU-, HNBR- og PTFE-forsterkede tetningssett for alle de største tunnelboreslagverkene. Referanser på hovooseal.com.