Cum se alege perforatorul hidraulic pentru construcția tunelurilor? Metodă profesională

Costul unei selecții incorecte a drifter-ului în construcția tunelurilor se reflectă într-un articol contabil pe care majoritatea proceselor de achiziții nu îl urmăresc: volumul de supraexcavare pe rundă. Un drifter neadaptat secțiunii transversale a tunelului, formării roștite sau adâncimii găurilor generează un model de explozie cu o distribuție neuniformă a sarcinii — cantitatea de explozibil pe gaură trebuie să deplaseze mai multă sau mai puțină rocă decât cea prevăzută în proiect, iar găurile perimetrale produc pereți neregulați, iar volumul de beton sau beton proiectat necesar pentru umplerea supraexcavării este facturat la fiecare rundă pe întreaga durată a proiectului. Într-un tunel rutier de 5 kilometri, cu o medie de 100 de runde, chiar și 0,1 m³ de supraexcavare suplimentară pe rundă adaugă 10 m³ de beton care nu era prevăzut în buget.

Aceasta este importanța operațională a selecției drifter-ului pentru forarea tunelurilor. Deciziile tehnice se referă la precizia găurilor, la viteza constantă de pătrundere în condiții geologice variabile și la performanța fiabilă în regim continuu — nu la valorile maxime ale energiei de percusie indicate în fișa tehnică.

Configurația brațelor este determinată de secțiunea transversală a tunelului, care la rândul său determină clasa perforatorului

Punctul de plecare este secțiunea transversală a tunelului, nu tipul de rocă. Secțiunea transversală determină numărul de brațe de care are nevoie jumbo-ul, ceea ce, la rândul său, determină constrângerile mecanice ale domeniului de acțiune al perforatorului. Pentru tuneluri mici, cu o secțiune transversală sub 20 m² (galerii înguste de extracție, galerii de acces mici), o instalație cu un singur braț trebuie să poată ajunge la toate găurile dintr-o singură poziție a platformei, fără repositionare — perforatorul trebuie să fie suficient de compact pentru a se adapta geometriei brațului scurt, fără a sacrifica energia de percuție. Pentru tuneluri rutiere cu o secțiune transversală peste 80 m², un jumbo cu două sau trei brațe permite forarea simultană în mai multe zone ale frontului; în acest caz, selecția perforatorului se bazează pe potrivirea clasei de percuție cu tipul de rocă, în timp ce brațul asigură acoperirea geometrică necesară.

Consecința practică: într-o secțiune transversală de tunel feroviar de 6×7 m (42 m²), un jumbo cu două brațe și perforatoare de clasă medie (80–150 J) depășește, de obicei, o configurație cu un singur braț și perforator greu, deoarece jumbo-ul cu două brațe finalizează modelul de găuri de pe fața de spărgere (80–120 găuri) cu 40–60% mai rapid la fiecare poziționare. Energia suplimentară de percusie a perforatorului greu este irosită dacă factorul limitativ este timpul necesar re-poziționării între găuri, nu viteza de pătrundere în interiorul fiecărei găuri.

Clasificarea formărilor roștii pentru selecția perforatorului de tunel

Geologia tunelului se modifică în mod continuu de-a lungul traseului — mai dură decât s-a prevăzut în unele segmente și mai moale, respectiv mai fracturată, în altele. Perforatorul trebuie să funcționeze corespunzător pe întreaga gamă de condiții întâlnite, nu doar în clasa de formare geologică prevăzută în proiectare. Proiectele care specifică un perforator optimizat pentru geologia predominantă, dar întâlnesc ulterior o zonă de 40 m de granit cu o rezistență la compresiune de 180 MPa (în timp ce formarea geologică proiectată era calcar cu o rezistență la compresiune de 100 MPa), înregistrează scăderi ale vitezei de pătrundere care provoacă întârzieri în întreaga programare a proiectului.

Criteriul adecvat de selecție pentru tunele cu geologie variabilă: alegeți clasa de perforatoare pentru cele mai dure 20 % din formarea prevăzută, nu pentru media acesteia. Marja de performanță în terenuri mai moi este compensată de o rată de penetrare superioară estimărilor de proiectare — o problemă binevenită. Deficitul de performanță în terenuri mai dure decât cele prevăzute în proiect este compensat prin întârzieri.

Matricea de selecție a perforatoarelor pentru aplicații în tunele

Precizia găurilor: Metrica specifică de performanță pentru forajul în tuneluri

În forajul de suprafață, abaterea găurilor la adâncime este importantă pentru geometria exploziei, dar poate fi adesea compensată în proiectarea încărcăturii. În construcția tunelurilor, abaterea găurilor determină dacă funcționează sau nu tăietura de ardere — găurile de eliberare neîncărcate, așezate foarte strâns în centrul frontului, trebuie să se afle la maximum 20–30 mm de pozițiile lor proiectate; în caz contrar, secvența de tăiere nu trage corespunzător, ceea ce reduce avansul pe rundă. O rundă cu o tăietură eșuată asigură un avans de 1,5–2 metri, în loc de cei 4–5 metri proiectați, și necesită forarea din nou a frontului următor.

Factorul de jumătate de gaură este măsura standard a calității forării conturului: raportul dintre numărul de jumătăți de găuri vizibile de explozie de pe fața exploatată și lungimea totală a găurilor de contur. În rocile compacte, cu scheme de forare bine realizate, se pot obține factori de jumătate de gaură de 50–80%. O alegere necorespunzătoare a perforatorului — de exemplu, unul prea sensibil la lovirea liberă, cu control nesigur al avansului sau cu o funcție insuficientă anti-blocare pentru geologia respectivă — duce la găuri neregulate, care determină factori scăzuți de jumătate de gaură, indiferent de calitatea explozivilor. Jumbo-urile de foraj cu comandă computerizată, dotate cu brațe cu geometrie de menținere paralelă și funcții automate de poziționare inițială (collaring), oferă rezultate semnificativ mai bune privind factorul de jumătate de gaură în roci omogene, comparativ cu instalațiile reglate manual care folosesc aceleași perforatoare.

Cerințe privind spălarea în medii de tunel

Forajul în tuneluri se bazează aproape în totalitate pe spălare cu apă, spre deosebire de forajul la suprafață pe bancuri, unde spălarea cu aer este practică. Presiunile necesare ale apei de spălare pentru diametrele obișnuite ale găurilor din tuneluri (45–76 mm, adâncimi de 3–5 m) variază între 15–25 bar. Perforatoarele cu capacitate superioară de presiune pentru spălare (Epiroc COP 1638+, până la 25 bar) asigură evacuarea detritusului pe măsură ce viteza de pătrundere crește în formațiuni moi sau medii; perforatoarele cu presiune mai scăzută de spălare (20 bar) pot întâmpina probleme de acumulare a detritusului dacă viteza de pătrundere este mai mare decât cea prevăzută.

Spălarea cu apă interacționează, de asemenea, direct cu etanșările cutiei de spălare — granița critică dintre circuitul de apă și circuitul de ulei pentru percutor. În tunele unde calitatea apei din mine este variabilă sau încărcată cu minerale, etanșările de spălare cu spate din PTFE au o durată de viață semnificativ mai mare decât etanșările clasice cu buze. Intervalele scurte de înlocuire a etanșărilor în aplicațiile tunel (de obicei 350–400 de ore de percussie, comparativ cu 450–500 de ore în aplicațiile de suprafață) trebuie planificate încă de la început. HOVOO oferă kituri de etanșări din PU, HNBR și cu spate din PTFE pentru toate principalele modele de perforatoare pentru tunele. Referințe la hovooseal.com.