Wyciszona hydrauliczna wiertnica do skał: niski poziom hałasu dla budownictwa miejskiego, niezbędna w projektach miejskich

Wiercenie skał w mieście to nie tylko problem inżynieryjny. To przede wszystkim problem uzgodnienia z odpowiednimi organami. Dopuszczalne przez OSHA natężenie hałasu w trakcie 8-godzinnego zmiany wynosi 90 dBA w miejscu operatora – jest to standard ochrony pracowników. Sąsiadujący budynek mieszkalny oddalony o 30 metrów podlega zupełnie innemu reżimowi: wiele gmin ogranicza hałas budowlany do 70–80 dBA na granicy nieruchomości w godzinach dozwolonych do prowadzenia robót, a w Manhattan okno to zamyka się o 18:00 w dni powszednie, chyba że wydano pozwolenie na prace po godzinach.

Standardowy hydrauliczny wiertnik do skał pracujący w miejskiej wykopie fundamentowym może generować hałas o poziomie 110–114 dBA w bliskiej odległości. Nawet w odległości 15 metrów (50 stóp) ten poziom rzadko spada poniżej 80 dBA w gruncie o dużej twardości. Systemy wiertników z tłumieniem hałasu zmniejszają tę różnicę nie poprzez obniżenie poziomu hałasu u źródła uderzenia, lecz dzięki kontrolowaniu sposobu rozprzestrzeniania się dźwięku – a w niektórych konstrukcjach także dzięki fundamentalnej zmianie mechanizmu niszczenia skały.

Skąd właściwie pochodzi hałas

Wiercenie udarowe generuje dźwięk przez trzy kanały, które zachowują się różnie i wymagają różnych metod ograniczania hałasu. Pierwszym z nich jest hałas uderzeniowy przenoszony powietrzem – fala uderzeniowa akustyczna powstająca w wyniku uderzenia tłoka w trzpień, która rozchodzi się bezpośrednio przez korpus wiertarki do otaczającego powietrza. Drugim kanałem są drgania przenoszone przez konstrukcję: ramy nośnej, belki podawania i wysięgnika, które przekazują energię udarową w postaci drgań mechanicznych; drgania te ponownie emitowane są jako dźwięk ze wszystkich powierzchni stykających się z gruntem lub sąsiednimi konstrukcjami. Trzecim kanałem jest hałas wydechowy powietrza pneumatycznego stosowanego do płukania; w przypadku wiertarek hydraulicznych, w których do płukania stosowana jest woda, hałas ten jest w dużej mierze eliminowany – co stanowi jedno z konkretnych zalet systemów hydraulicznych w porównaniu z pneumatycznymi w warunkach miejskich.

Środki inżynieryjne działają na pierwsze dwa kanały. Izolatory wibracji umieszczone między uchwytem młota a belką zasilającą zmniejszają przenoszenie drgań przez konstrukcję o 8–10 dB – wartość ta została potwierdzona komercyjnie już w początkowym okresie rozwoju przemysłowych urządzeń do rozbijania nawierzchni. Obudowy akustyczne otaczające korpus młota stanowią kolejną warstwę ochrony, kierując pozostałą szumową energię powietrznej transmisji w górę, a nie poziomo w kierunku sąsiednich budynków. Napęd hydrauliczny generuje z natury rzeczy mniejszy hałas wydechowy niż napęd pneumatyczny, dlatego też podręcznik dotyczący hałasu w budownictwie wydany przez Federal Highway Administration (FHWA) wyraźnie stwierdza, że sprzęt z napędem hydraulicznym jest cichszy od odpowiedników z napędem pneumatycznym.

Poziomy hałasu generowanego przez sprzęt budowlany w obszarach zurbanizowanych

Osłabienie o 6 dBA przy podwojeniu odległości (zasada źródła punktowego) oznacza, że wiertnica z tłumikiem o poziomie hałasu 70 dBA w odległości 15 stóp spadnie do ok. 64 dBA w odległości 30 stóp i do 58 dBA w odległości 60 stóp — co wyraźnie mieści się w granicy 65 dBA dla strefy handlowej w dzień stosowanej m.in. w Waszyngtonie D.C. Standardowa wiertnica w tych samych odległościach pozostaje znacznie powyżej tego progu.

Hydrauliczne vs. pneumatyczne: Sprawa w obszarach zurbanizowanych jest już rozstrzygnięta

Wiertniki pneumatyczne wymagają sprężarki. Na gęsto zabudowanym terenie miejskim sprężarka ta znajduje się gdzieś w obrębie kwartału i pracuje nieprzerwanie, zwiększając poziom hałasu otoczenia o 80–90 dBA niezależnie od tego, czy w danej chwili trwa wiercenie.

Testerzy polowi porównujący wiertniki hydrauliczne i pneumatyczne na granicie zgłaszają systematycznie, że jednostki hydrauliczne wykazują większą stabilność pod obciążeniem i wymagają mniejszego wysiłku operatora do utrzymania pozycji. Stabilność ma kluczowe znaczenie przy wykopach miejskich, ponieważ dokładność ustawienia otworów wpływa na głębokość pali fundamentowych lub prętów kotwiących — odchylenie otworu podczas wykopu piwnicy powoduje konieczność dodatkowej pracy, która jest znacznie bardziej uciążliwa dla sąsiadów niż pierwotne wiercenie.

Harmonogramowanie i strategia barier: Kontrole inżynieryjne same w sobie nie wystarczają

Nawet dobrze wyciszona wiertarka musi być używana w ramach dozwolonych godzin określonych przez władze miejskie. W Nowym Jorku wymagane jest uzyskanie specjalnego pozwolenia na wykonywanie prac po godzinie 19:00 i przed godziną 7:00 w dni powszednie, a także w soboty i niedziele. W San Diego zakazano wykonywania wierceń w strefach mieszkaniowych przed godziną 7:00 i po godzinie 19:00 w poniedziałek–sobota. Najlepszy wybór sprzętu nie znosi tych ograniczeń – pozwala natomiast maksymalizować wydajność w ramach dozwolonych okien czasowych, zmniejszając ryzyko przerwania prac z powodu skarg na hałas.

Tymczasowe bariery akustyczne umieszczone pomiędzy wiertarką a najbliższym odbiornikiem hałasu – np. stałe panele ogrodzeniowe o certyfikowanej skuteczności redukcji hałasu lub modułowe ściany akustyczne – zapewniają dodatkową tłumienność na poziomie 5–10 dB na granicy działki. Po połączeniu ich z wyciszonymi wiertarkami hydraulicznymi ten zapas tłumienia zwykle pozwala na przestrzeganie lokalnych norm hałasu nawet w gęsto zaludnionych strefach mieszkaniowych. Celowe umieszczenie agregatu napędowego za biurem budowlanym lub panelami ogrodzeniowymi daje dodatkowe 3–5 dB tłumienia dzięki ekranowaniu strukturalnemu.

Konserwacja uszczelek w cyklach miejskich: krótkie zmiany pracy, wiele montaży

Wiertniki do budownictwa miejskiego nie pracują w trybie ciągłym przez 10 godzin. Pracują zazwyczaj przez 2–3 godziny rzeczywistego czasu uderzeniowego, po czym są zatrzymywane w celu przeprowadzenia inspekcji budynków sąsiednich lub pomiarów poziomu hałasu, następnie resetowane i ponownie uruchamiane. Liczba zimnych startów na godzinę pracy uderzeniowej jest znacznie wyższa niż na terenach górniczych. Cykle zimnego startu – podczas których obwód uderzeniowy jest napełniany ciśnieniem od temperatury otoczenia – powodują inny rodzaj obciążenia uszczelek tłoczyskowych niż cykle długotrwałej pracy w wysokiej temperaturze.

HOVOO dostarcza zestawów uszczelek do wiertników skalnych z tworzywem poliuretanowym (PU), które zachowują elastyczność w szerokim zakresie temperatur, radząc sobie z cyklami termicznymi od zimna do gorąca charakterystycznymi dla operacji miejskich. Dla wiertników pozostających bezczynnych przez noc i ponownie uruchamianych rano przy temperaturze otoczenia elastyczność uszczelek w niskich temperaturach ma takie samo znaczenie jak ich odporność na wysokie temperatury. Odnośniki do modelowo-specyficznych zestawów uszczelek znajdują się na stronie hovooseal.com.