Подводное строительство и проходка тоннелей: руководство по специальным областям применения гидравлических отбойных молотков

Два разных экстремальных условия — один общий принцип

Подводное и тоннельное строительство находятся на противоположных концах спектра окружающей среды: одно осуществляется под водой, другое — в замкнутом подземном пространстве; одно связано с проникновением воды, другое — с накоплением пыли и газов. Общее у них то, что оба типа работ исключают те внешние условия, в которых проектировался и предназначался для эксплуатации отбойный молоток. Поверхностный отбойный молоток разработан с учётом того, что передняя часть корпуса («головка») окружена воздухом, что боёк охлаждается между ударами, что масло, просачивающееся через пылезащитное уплотнение, стекает с оборудования, а не попадает внутрь него, и что атмосфера вокруг техники пригодна для дыхания и не взрывоопасна. И подводные, и тоннельные условия одновременно нарушают как минимум два из этих допущений. Именно поэтому для работы в таких условиях требуется целенаправленная спецификация оборудования и корректировка эксплуатационных процедур, а не только дополнительная подготовка операторов.

Конкретные модификации зависят от того, какие допущения нарушаются. При подводных работах происходит изменение направления перепада давления на уплотнениях: на глубине внешнее давление окружающей среды действует внутрь, противодействуя давлению масла, которое в обычных условиях направлено наружу. Чем больше глубина проведения работ, тем значительнее этот эффект реверсирования. Стандартный поверхностный отбойный молоток, погружённый на глубину 25 метров без компенсации давления, будет всасывать воду через отверстие в передней части корпуса при каждом обратном ходе, что приведёт к загрязнению масла уже в течение одной смены. Отбойный молоток с компенсацией давления выравнивает внутреннее и внешнее давление, устраняя перепад, вызывающий проникновение воды. Этот принцип хорошо известен в области гидравлики морских нефтегазовых объектов; однако он применяется менее последовательно к строительным отбойным молоткам, поэтому подводные отказы встречаются весьма часто на проектах, где закупочная группа указала в техническом задании стандартную модель «с герметичными портами» и сочла этого достаточным.

Туннельные условия создают иной набор проблем, которые носят накопительный, а не немедленный характер. Пыль от породы оседает на горизонтальных поверхностях корпуса отбойного молотка, проникает через негерметичные пылезащитные уплотнения и попадает в зону втулок, где смешивается с пастой для долбяков, образуя абразивную суспензию. Вибрация от работы отбойного молотка в замкнутом пространстве передаётся креплению туннеля и окружающим грунтам без пути рассеивания энергии, который обеспечивается при работе на открытом воздухе. В туннелях, пробуренных в твёрдых породах, богатых кремнезёмом, концентрация взвешенного в воздухе кристаллического кремнезёма достигает уровней, представляющих угрозу здоровью работников и, в некоторых геологических формациях, — риск взрыва пыли при определённых концентрациях. Ни одна из этих проблем не решается просто более аккуратной эксплуатацией стандартного оборудования. Для их устранения требуются соответствующее оборудование и чётко определённый цикл эксплуатации.

Четыре особых условия — обязательная спецификация, физическая причина и критически важное операционное примечание

Таблица охватывает четыре сценария: работы под водой на мелководье и средней глубине, первичное проходческое бурение в тоннеле и ремонт тоннельной обделки — каждый из которых предъявляет свои особые требования.

Цикл технического обслуживания, общий для обоих условий эксплуатации

Несмотря на различия, подводные и тоннельные операции одинаково сокращают интервалы технического обслуживания. Механизмы этих процессов различны — в одном случае это проникновение воды, в другом — накопление пыли, — однако конечный результат одинаков: загрязнение масла, ускоренный износ втулок и сокращение срока службы уплотнений. Практическое следствие заключается в том, что для обоих типов условий эксплуатации требуется протокол осмотра после каждой рабочей сессии, который не применяется при работе на поверхности. После подводной эксплуатации необходимо промыть отверстие в передней части головки, проверить пылезащитное уплотнение на наличие признаков проникновения воды (синее обесцвечивание смазки в канавке, мутный вид масла из сливного отверстия) и повторно смазать долото водостойкой смазкой перед следующей сессией. После проходки тоннеля корпус отбойного молотка следует протереть, проверить пылезащитное уплотнение на проникновение кремниевой пыли и полностью заменить смазку для долота — а не просто доливать её — чтобы предотвратить дальнейшее воздействие абразивной суспензии между сменами.

Анализ масла является более полезным в этих двух средах, чем в любом другом применении отбойных молотков. При наземном строительстве загрязнение масла происходит постепенно, и порог, при превышении которого возникает повод для беспокойства, четко определен. При подводной работе и в туннелях события загрязнения — например, уплотнение, допустившее единичный случай проникновения воды, или пылезащитное уплотнение, которое уже находилось на грани работоспособности при входе отбойного молотка в туннель — приводят к появлению характерных признаков загрязнения в течение 20–30 часов, тогда как при наземных работах такие признаки проявились бы лишь спустя 200–300 часов. Отправка проб масла на анализ содержания частиц и влаги после первых 50 часов работы в любой из этих сред, а затем каждые последующие 100 часов, является самым ранним надежным индикатором развивающейся проблемы с уплотнениями или втулками — это происходит раньше любых визуальных симптомов и значительно раньше снижения производительности, которое сигнализирует о том, что отказ компонента уже начался.

Одно операционное решение, которое отличает опытные команды в обеих средах: не следует пытаться выполнять работы под водой или в тоннеле с использованием отбойного молотка, у которого уже наблюдается неудовлетворительная герметичность уплотнений. Уплотнение с неудовлетворительной герметичностью, которое подтекает маслом со скоростью два капля в минуту на поверхности, будет подтекать со скоростью десять капель в минуту под водой и за одну рабочую смену засорится шламом, содержащим кремнезём, при работе в тоннеле. Ремонт перед выездом на объект займёт один день. Авария в процессе выполнения работ в тоннеле или под водой приведёт к срыву всего оставшегося графика проекта.