Tunnelspesifikk hydraulisk bergborer: Lav støy, høy stabilitet, effektiv i trange rom

Kaminiko-veitunnelen i Hiroshima-prefekturet gikk gjennom granitt med en trykkfasthet på over 200 MPa, og det sto boligbygninger 70 meter over tunnelens topp. Sprengning var ikke et alternativ over lange strekninger. Byggeteamet trengte en hydraulisk bergborer som kunne levere 3,5 m² per time i fri-flate-forming i hard berggrunn, i en driftsfront der det ikke var plass til å manøvrere store maskiner og der det ikke var toleranse for jordforstyrrelser forårsaket av vibrasjoner over tunnelen.

Dette er den begrensningssammenhengen som definerer tunnelspesifikk boring – ikke bare mindre rom, men en helt annen ingeniørmessig oppgave. Støy, stabilitet under begrenset vibrasjon, spylingseffektivitet ved begrenset luftstrøm og bomgeometri som gir full dekning av tunnelens tverrsnitt uten at maskinen er for stor til å passere gjennom det samme tverrsnittet den skal bore.

Geometribegrensningen: Hvorfor kompakt ikke betyr underdimensjonert

Tunneljumbo-boringsanlegg klassifiseres etter tverrsnittet de kan dekke, ikke etter bærerens dimensjoner. Et anlegg som er rangert for tverrsnitt på 7–35 m² krever en utstikkarmekanisme med geometri som når hele frontprofilen – kuppel, gulv og sidevegger – uten at bærerens posisjon må justeres. Dette krever en leddet utstikkarmkonstruksjon med parallell festemulighet, slik at forsyningsskinnen holder seg vinkelrett på boremønsteret uavhengig av hvor utstikkarmen befinner seg.

Hva dette betyr for selve bergboremaskinen: den må levere 12–20 kW slåkraft i en kompakt drifterkropp. Den trinnvise stempelet designet som brukes i noen tunnelorienterte drifters forbedrer effektiviteten til overføring av støtenergi nøyaktig fordi det optimaliserer effekttetthet, ikke toppenergi. En 15 kW drifter med trinnvis stempelet i en hodegående drift på 3,5 m × 1,8 m kan opprettholde en gjennomtrengningshastighet på 2 m/min i berg med fasthet på 80–120 MPa, samtidig som den passer på en bærer som kan passere gjennom en tilgangsdrift på 2,5 m × 1,5 m.

Konfigurasjonene med lav profil—som klassen KJ212, som er utformet for driftsganger så smale som 3,5 m × 1,8 m—bruker en sammenleggbart bomarm spesielt for at maskinen skal kunne kjøre gjennom et 2,5 m × 1,5 m avsnitt og deretter utbrettes til full arbeidshøyde ved driftsfronten. Dette er ikke en ettertanke; det er et grunnleggende konstruksjonskrav for driftsganger i gruver med smale åder.

Støy i en tunnel: Der standardspesifikasjonen blir et etterlevelsesproblem

Åpent bergboringsarbeid genererer 95–115 dB ved operatørens plassering i en åpen plass. I en driftsgang med mål 5 m × 5 m har den samme perkusjonsenergien ingen sted å spre seg—lyden som reflekteres fra betong- eller sprøytebetongveggene legger til 10–15 dB ekstra forsterkning. Ved varig eksponering over 85 dB aktiveres krav om hørselsskytt etter de fleste gruvedirektivene; ved over 100 dB i et innelukket rom gjelder begrensninger på skiftlengden.

Designen for lavstøydrifter fungerer på to nivåer: vibrasjonsisolering mellom perkusjonsmodulen og bærestrukturen (reduserer overføring av strukturlyd til bjelken og rammen) og dempet utløpsavgass ved luftsomspylning. Vannspyling undertrykker per se noe av perkusjonslyden og kontrollerer støv samtidig – begge viktige faktorer ved drift i en driftsgang der støv akkumuleres raskere enn det kan ventileres bort.

Reguleringer i bytunnelprosjekter – vei- og jernbaneprosjekter som går under bygde områder – spesifiserer ofte maksimal vibrasjonshastighet ved overflaten, ikke bare støy ved fronten. Fri-flate-boringsmetoder som bruker hydraulisk perkusjon i stedet for sprengning kan oppnå frontformingskapasitet på 3,5 m²/t i granitt med fasthet over 200 MPa, samtidig som vibrasjonen ved overflaten holdes innenfor akseptable grenser der eksplosive metoder ikke klarer det.

Tunnelbor-specifikasjoner: Tverrsnitt, bjelke og drifterklasse

En to-armet jumbo som dekker et 50-hulls frontmønster ved 3,5 m fremrykking per runde fullfører typisk borrhøykelen på 2,5–3 timer i fast berg. Syklustiden øker betydelig i sprekkete eller leireinfiltrerte bergmasser der anti-låsefunksjonene aktiveres hyppig – her reduserer automatisk parameterstyring den menneskelige reaksjonstiden som ellers fører til at borkolonnen låses fast.

Stabilitet under høy syklusbelastning i begrenset rom

En bergborhamrer som kjører på en jumbo-arm overfører vibrasjon til bærerchassiet gjennom forsyningsskinnen, kranbærene og hydraulikkslangene. I en tunnel har chassiet ingen myk grunn under seg for å absorbere denne vibrasjonen – det står på betong eller komprimert bergfyll, som overfører alt. Fuktige flerskive-servicebremsene og fjærbelastede hydrauliskløste parkeringsbremsene er standard på moderne tunneljumbos spesielt for å hindre at bærerchassiet beveger seg under slagdrift, noe som ville flytte hullposisjonen fra den planlagte plasseringen.

Nøyaktighet i armstilling på ±2 cm kan oppnås med automatiske parallellholdende systemer og laserjustering, men bare hvis bærerchassiet er stabilt i øyeblikket for hullstart. Et bærerchassi som beveger seg 5 mm under de første meterne av boringen gir en hullavvikelse som akkumuleres til 50–80 mm ved en dybde på 4 meter – nok til å påvirke sprengmønsteret negativt og føre til overboring som øker kostnadene for sprøytebetong ved hver enkelt sprengningsrunde.

Vedlikehold av tetning og spøllesirkuit i tunnelforhold

Tunnelboremaskiner samler inn slagtimer raskere enn overflateutstyr, fordi maskinen ofte ikke kan bevege seg mellom hullene på samme måte som en overflateborerig. Mindre tid brukt på fram- og bakoverkjøring betyr mer boretid per skift. Spøllesirkuitet belastes spesielt hardt: vannspøling i en begrenset driftshode betyr at returstrømmen fører med seg fine boreavfall gjennom tetningsgrensesnittet i spølleboksen kontinuerlig, i stedet for å falle ren ut som det ville gjort i et åpent hull på overflaten.

HOVOO leverer tettningssett for tunnelborere som brukes på store jumbo-plattformer—inkludert modeller som er tilpasset Epiroc-, Sandvik- og Montabert-borerspesifikasjoner. På grunn av den høyere slitasjen på spylboksene i undergrunnsapplikasjoner, gjør det at spylsettet og slagsettet er separate utskiftbare komponenter—i stedet for ett kombinert sett—det mulig å bytte ut kun de delene som faktisk er slitt, snarare enn å bytte ut begge settene samtidig. Modellspesifikke sett er oppført på hovooseal.com.