Hydraulický kamenolom špeciálne určený pre tunely: nízka hladina hluku, vysoká stabilita, efektívny aj v úzkych priestoroch

Cestný tunel Kaminiko v prefektúre Hirošima prechádzal granitom s tlakovou pevnosťou vyššou ako 200 MPa, pričom nad klenbou tunela sa nachádzali obydlia vo vzdialenosti 70 metrov. V dlhých úsekoch nebolo možné použiť trhaciu metódu. Stavebný tím potreboval hydraulický horný vŕtač, ktorý by dokázal udržať rýchlosť tvorby voľnej čelnej plochy 3,5 m² za hodinu v tvrdom kameni v úseku, kde nebol priestor na manévrovanie veľkého zariadenia a kde nebola akceptovateľná žiadna poškodenie povrchu spôsobené vibráciami nad tunelom.

Toto je súbor obmedzení, ktorý definuje vŕtanie špecifické pre tunely – nie len úzkejšie priestory, ale úplne iný technický požiadavkový list. Hluk, stabilita pri vibráciách v obmedzenom priestore, účinnosť odvádzania vŕtacej špiny pri obmedzenom prúde vzduchu a geometria vŕtacej paže, ktorá umožňuje pokrytie celej čelnej plochy bez toho, aby bolo zariadenie príliš veľké na prejdenie prierezom, ktorý má vŕtať. Každá z týchto požiadaviek sa vzájomne ovplyvňuje a vŕtačka navrhnutá pre práce na lomoch v otvorenom priestore nespĺňa niekoľko z týchto požiadaviek.

Geometrické obmedzenie: Prečo kompaktnosť neznamená nedostatok výkonu

Tunelové jumbo vrtáky sa klasifikujú podľa prierezu, ktorý dokážu pokryť, nie podľa rozmerov nosného vozidla. Vrtací stroj určený na prierezy 7–35 m² vyžaduje geometriu ramien, ktorá dosahuje celý profil vrtanej plochy – vrchol, podlahu a bočné steny – bez potreby znovu umiestniť nosné vozidlo. To vyžaduje artikulovaný dizajn ramien s paralelnou držiacou schopnosťou, aby sa vŕtacia tyč udržala kolmo na vŕtací vzor bez ohľadu na polohu ramena.

Čo to znamená pre samotný horný vrták: musí dodávať 12–20 kW úderovej výkonovej kapacity v kompaktnom tele vrtáka. Krokový piestový dizajn používaný v niektorých tunelových vrtákoch zvyšuje účinnosť prenosu úderovej energie práve preto, lebo optimalizuje hustotu výkonu, nie maximálnu energiu. 15 kW krokový vrták s krokovým piestom v hlavnom výrubku s rozmermi 3,5 m × 1,8 m dokáže udržiavať prienik 2 m/min v hornine s pevnosťou 80–120 MPa a zároveň sa zmestí do nosného vozidla, ktoré prechádza prístupným výrubkom s rozmermi 2,5 m × 1,5 m.

Nízko profilové konfigurácie – ako napríklad trieda KJ212 navrhnutá pre výrubné chodby s rozmermi až 3,5 m × 1,8 m – využívajú skladaciu ruku špeciálne pre to, aby stroj mohol prejsť úsekom s rozmermi 2,5 m × 1,5 m a následne sa na čele chodby rozložiť do plnej pracovnej výšky. Toto nie je dodatočná úvaha; ide o základný návrhový požiadavok pre výrubné chodby v banách s úzkymi žilami.

Hluk v tuneli: Kde sa štandardná špecifikácia mení na problém s dodržiavaním predpisov

Otvorené horninové vŕtanie generuje na pozícii obsluhy v otvorenom priestore intenzitu hluku 95–115 dB. V chodbe tunela s rozmermi 5 m × 5 m sa tá istá rázová energia nemôže rozptýliť – odraz z betónových alebo shotkretových stien pridáva 10–15 dB do dozvuku. Trvalé vystavenie intenzite nad 85 dB vyžaduje podľa väčšiny baníckych predpisov použitie ochrany sluchu; pri intenzite nad 100 dB v uzavretom priestore sa uplatňujú obmedzenia trvania smeny.

Návrh nízkoshumného vŕtacieho zariadenia pracuje na dvoch úrovniach: izolácia vibrácií medzi úderným modulom a nosnou konštrukciou (zníženie prenosu šíreného zvuku cez konštrukciu do ramena a rámu) a potlačený výfukový vzduch pri čistení, ak sa ako čistiace prostredie používa vzduch. Čistenie vodou prirodzene potláča časť úderového hluku a súčasne kontroluje prach – oba tieto faktory sú dôležité pri prevádzke v tunelovom záhlbí, kde sa prach hromadí rýchlejšie, ako ho je možné odvádzať ventiláciou.

Predpisy pre mestské tunelové projekty – cestné a železničné projekty, ktoré prechádzajú pod zastavanými oblasťami – často stanovujú maximálnu rýchlosť vibrácií na povrchu, nie iba maximálny hluk na čele vrtania. Metódy vŕtania voľným povrchom s hydraulickým úderom namiesto trhavín dokážu dosiahnuť výkon tvorby čela 3,5 m²/h v granite s pevnosťou vyššou ako 200 MPa a zároveň udržať vibrácie na povrchu v rámci prípustných limít, čo metódy s výbušninami nedokážu.

Špecifikácie tunelových vŕtačiek: prierez, rameno a trieda vŕtacieho zariadenia

Dvojramenný jumbo pokrývajúci vzor 50 vrtín na čele pri postupe 3,5 m za kolo zvyčajne dokončí vrtací cyklus za 2,5–3 hodiny v pevných horninách. Čas cyklu sa výrazne predlžuje v porušených alebo ílovými vrstvami preniknutých horninách, kde sa funkcie proti zaseknutiu aktívne zapínajú – práve tu automatizované riadenie parametrov zníži ľudskú reakčnú oneskorenie, ktoré inak spôsobuje zaseknutie vrtacej tyče.

Stabilita pri vysokocyklovom zaťažení v obmedzenom priestore

Vŕtačka na horninu poháňaná z jumbo ramena prenáša vibrácie do nosného podvozku cez výživový nosník, upevnenie lôžka a hydraulické hadice. V tunele sa podvozok nenachádza na mäkkej pôde, ktorá by tieto vibrácie absorbovala – stojí na betóne alebo zhutnenom kamenivovom výplni, ktoré všetko prenášajú. Mokré viacdiskové prevádzkové brzdy a pružinové parkovacie brzdy s hydraulickým uvoľnením sú štandardne inštalované na moderných tunelových jumbách práve preto, aby sa zabránilo posunu nosného podvozku počas úderov, čo by spôsobilo posunutie vrtáku z plánovanej pozície.

Presnosť umiestnenia ramena s odchýlkou ±2 cm je dosiahnuteľná pomocou automatických systémov udržiavania rovnobežnosti a laserovej orientácie, avšak len vtedy, ak je nosný podvozok v okamihu začiatku vŕtania stabilný. Ak sa nosný podvozok posunie o 5 mm počas prvého metra vŕtania, odchýlka vrtáku sa pri hĺbke 4 metrov nahromadí na 50–80 mm – to je dostatočne veľa na narušenie vzoru výstrelov a vznik nadmerného rozbitia (overbreak), čo navyšuje náklady na strelcový betón pri každom jednom výstrele.

Údržba tesnenia a preplachového okruhu v podmienkach tunela

Tunelové vŕtačky nahromadia hodiny úderov rýchlejšie ako povrchové zariadenia, pretože stroj sa často nemôže medzi vrtmi pohybovať tak, ako to dokáže povrchová vŕtačka. Kratší čas premiestňovania znamená viac času na vŕtanie za jednu smenu. Najviac zaťažený je najmä preplachový okruh: preplach vody v obmedzenom priestore tunelovej hlavy spôsobuje, že návratný tok neustále prenáša jemné vŕtacie odpadky cez rozhranie tesnenia preplachového kľúča, namiesto toho, aby sa v otvorenom vrti na povrchu usadil a voda sa vyčistila.

HOVOO dodáva tesniace súpravy pre tunelové vŕtačky používané na hlavných jumbo platformách – vrátane modelov prispôsobených špecifikáciám vŕtačiek Epiroc, Sandvik a Montabert. Vzhľadom na vyššiu mieru opotrebovania vyplachovacej skrinky v podzemných aplikáciách je možné vyplachovaciu súpravu a úderovú súpravu navrhnúť ako samostatné vymeniteľné komponenty – namiesto jednej kombinovanej súpravy – čo umožňuje cieľovú výmenu na základe skutočného opotrebovania, namiesto výmeny oboch súprav v rovnakom časovom intervale. Modelovo špecifické súpravy sú uvedené na webovej stránke hovooseal.com.