Ako vybrať hydraulický horný vŕtač pre stavebné práce v tuneli? Odborná metóda

Náklady spojené s nesprávnym výberom vŕtacej strojovej jednotky (driftera) pri výstavbe tunela sa prejavujú v účtovnom položke, ktorú väčšina procesov obstarávania nezaznamenáva: objem nadvŕtania na jedno výbušné kolo. Drifter, ktorý nie je prispôsobený prierezu tunela, geologickému profilu horniny alebo hĺbke vŕtania, vytvorí výbušný vzor s nerovnomerným rozložením zaťaženia – množstvo výbušniny v každej vŕtanej dierke má presunúť viac alebo menej horniny, ako bolo navrhnuté, a okrajobé diery spôsobia nerovné steny tunela; objem betónu alebo shotcrete potrebný na vyplnenie nadvŕtania sa účtuje pri každom výbušnom kole po celú dobu trvania projektu. Pri cestnej tunele dlhej 5 kilometrov s priemerným počtom 100 výbušných kôl dokonca aj 0,1 m³ nadvŕtania na jedno kolo znamená navyše 10 m³ betónu, ktorý nebol zaradený do rozpočtu.

To je operačná záležitosť, ktorá stojí za výberom vŕtacej strojovej jednotky (driftera) pri tunelovaní. Technické rozhodnutia sa týkajú presnosti vŕtania, konštantnej rýchlosti vŕtania v podmienkach premenlivej geológie a spoľahlivého výkonu pri nepretržitej prevádzke – nie maximálnych hodnôt energie rázovej vlny uvedených v technických špecifikáciách.

Konfigurácia ramien vŕtacej jumbo je určená prierezom tunela, čo zase ovplyvňuje triedu vŕtacích strojov

Východiskovým bodom je prierez tunela, nie typ horniny. Prierez určuje, koľko ramien jumbo potrebuje, čo zase určuje mechanické obmedzenia priestoru pre vŕtacie stroje. Pre malé tunely s prierezom pod 20 m² (úzke banícke chodby, malé prístupné výrubné hlavy) musí jednoramenná vŕtacia súprava dosiahnuť všetky vrtáky z jednej polohy nosiča bez nutnosti opätovného presunutia – vŕtací stroj musí byť dostatočne kompaktný, aby vyhovoval krátkemu geometrickému usporiadaniu ramena, a zároveň nesmie obeti energiu úderov. Pre cestné tunely s prierezom nad 80 m² sa používajú dvoj- alebo trojramenné jumbo, ktoré umožňujú súčasné vŕtanie v viacerých zónach výrubu; v tomto prípade sa výber vŕtacieho stroja zakladá na zhode triedy úderov so štruktúrou horniny, pričom rameno zabezpečuje požadovaný dosah.

Praktický dôsledok: v priereze železničného tunela s rozmermi 6 × 7 m (42 m²) sa dvojhlavový jumbo s vrtákmi strednej triedy (80–150 J) zvyčajne prekonáva jednohlavové usporiadanie ťažkých vrtákov, pretože dvojhlavový jumbo dokončí vzor otvorov na čele (80–120 otvorov) o 40–60 % rýchlejšie za každé nastavenie. Nadbytočná úderová energia ťažkého vrtáka sa nevyužije, ak je obmedzujúcim faktorom čas potrebný na presun medzi jednotlivými otvormi, nie rýchlosť vŕtania v rámci každého otvoru.

Klasifikácia horninových tvorív pre výber vrtákov do tunelov

Geológia tunela sa po celej dĺžke trasy neustále mení – v niektorých úsekoch je tvrdšia, ako sa predpokladalo, v iných mäkšia a viac zlomená. Vrták musí poskytovať uspokojivý výkon v celom rozsahu geologických podmienok, ktoré sa vyskytnú, nie len v rámci návrhovej triedy horninového tvoriva. Projekty, ktoré špecifikujú vrták optimalizovaný pre najčastejšie sa vyskytujúcu geológiu, a následne narazia na 40 m granitu s kompresnou pevnosťou 180 MPa, zatiaľ čo návrhová horninová trieda predpokladala vápenec s pevnosťou 100 MPa, zažijú pokles rýchlosti vŕtania, ktorý spôsobí oneskorenie celého projektového harmonogramu.

Príslušné kritérium pre výber vrtákov pre tunely s premennou geológiou: vyberte triedu vrtákov pre najtvrdší 20 % očakávanej horninovej zložky, nie pre priemernú zložku. Výkonnostná rezerva v mäkšej pôde sa kompenzuje vyššou rýchlosťou vŕtania v porovnaní s návrhovým odhadom – to je žiadúci problém. Nedostatok výkonu v tvrdšej ako návrhová hornina sa kompenzuje oneskorením.

Matica výberu vrtákov pre tunelové aplikácie

Presnosť vrtania otvorov: Metrika výkonnosti špecifická pre tunelovanie

Pri povrchovej vŕtave je odchýlka vrtáku v hĺbke dôležitá pre geometriu výbuchu, avšak často sa dá kompenzovať v návrhu nálože. Pri stavbe tunelov určuje odchýlka vrtáku, či bude funkčný tzv. vyhrievací rez – tesne umiestnené nevýbušné uvoľňovacie otvory v strede čela musia byť v rozmedzí 20–30 mm od navrhovaných pozícií, inak sa rezná sekvencia nesprávne nepretrhne a zníži sa pokročenie za jednu vŕtaciu sériu. Séria s neúspešným rezom dosiahne pokročenie len 1,5–2 m namiesto navrhovaných 4–5 m a vyžaduje opätovné vŕtanie ďalšieho čela.

Polovičný faktor je štandardnou mierou kvality kontúrového vŕtania: pomer viditeľných polovičných výbuchov na výbuchovej ploche ku celkovej dĺžke kontúrových vrtov. V pevných horninách s dobre navŕtanými vzormi je možné dosiahnuť polovičné faktory 50–80 %. Nevhodná voľba vŕtacej strojníčky – napríklad taká, ktorá má príliš veľkú citlivosť na voľné kladivové vŕtanie, neustálu kontrolu podávania alebo nedostatočnú funkciu proti zaseknutiu pre danú geológiu – vedie k zakriveným vrtom, ktoré spôsobujú nízke polovičné faktory bez ohľadu na kvalitu výbušnín. Počítačovo riadené vŕtacie jumbos s geometriou ramien na udržiavanie rovnobežnosti a automatickými funkciami nastavenia ústia vrtu poskytujú v homogénnych horninách výrazne lepšie výsledky polovičného faktora v porovnaní s ručne nastavovanými zariadeniami s rovnakými vŕtacími strojníčkami.

Požiadavky na vyfukovanie v tunelových prostrediach

Vrtanie tunelov sa takmer výlučne opiera o vodu na odvádzanie odpadu, na rozdiel od povrchovej vrtnej práce na terase, kde je použitie vzduchu na odvádzanie odpadu praktické. Požadovaný tlak vody na odvádzanie pri typických priemeroch vrtín pre tunelovanie (45–76 mm, hĺbka 3–5 m) sa pohybuje v rozmedzí 15–25 barov. Vrtáky s vyššou kapacitou tlaku odvádzacej vody (napr. Epiroc COP 1638+ až do 25 barov) zabezpečujú efektívne odvádzanie vŕtacieho odpadu aj pri zvyšujúcej sa rýchlosti vŕtania v mäkkých a stredne tvrdých horninách; vrtáky s nižšou špecifikáciou tlaku odvádzacej vody (20 barov) môžu pri vyššej ako očakávanej rýchlosti vŕtania začať mať problémy s uviaznutím vŕtacieho odpadu.

Prietok vody tiež priamo ovplyvňuje tesnenia výplachovej krabice – kritickú hranicu medzi vodným a úderovým olejovým okruhom. V tuneloch, kde je kvalita banských vôd premenná alebo obsahuje veľké množstvo minerálov, tesnenia s podložkou z PTFE vydržia výrazne dlhšie ako štandardné tesnenia s ústnym tesnením. Krátke intervaly výmeny tesnení v tunelových aplikáciách (zvyčajne 350–400 úderových hodín oproti 450–500 hodinám na povrchu) je potrebné plánovať od samého začiatku. HOVOO dodáva tesniace sady z polyuretánového materiálu (PU), vodovzdorného nitrilbutadiénového kaučuku (HNBR) a s podložkou z PTFE pre všetky hlavné modely tunelových vŕtacích strojov. Referencie na webovej stránke hovooseal.com.