วิธีการเลือกเครื่องเจาะหินไฮดรอลิกสำหรับการก่อสร้างอุโมงค์? วิธีการแบบมืออาชีพ

2026-04-22 14:05:17

ต้นทุนที่เกิดจากการเลือกเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์ (drifter) ผิดประเภทในการก่อสร้างอุโมงค์จะปรากฏในรายการบัญชีที่กระบวนการจัดซื้อส่วนใหญ่มักไม่ติดตาม: ปริมาตรการขุดล้น (overbreak) ต่อรอบการระเบิด ดริฟเตอร์ที่ไม่สอดคล้องกับขนาดหน้าตัดของอุโมงค์ ลักษณะชั้นหิน หรือความลึกของรูเจาะ จะทำให้เกิดรูปแบบการระเบิดที่มีการกระจายแรงดัน (burden distribution) ไม่สม่ำเสมอ — ปริมาณวัตถุระเบิดต่อรูจะเคลื่อนย้ายหินมากกว่าหรือน้อยกว่าที่ออกแบบไว้ รูรอบขอบเขตจะทำให้ผนังอุโมงค์ขรุขระ และปริมาตรคอนกรีตหรือคอนกรีตพ่น (shotcrete) ที่ใช้เติมช่องว่างจากการขุดล้นจะถูกเรียกเก็บค่าใช้จ่ายในทุกรอบการระเบิดตลอดอายุโครงการ ในอุโมงค์ถนนยาว 5 กิโลเมตร ซึ่งเฉลี่ยแล้วมี 100 รอบการระเบิด แม้แต่ปริมาตรการขุดล้นส่วนเกินเพียง 0.1 ลูกบาศก์เมตรต่อรอบ ก็จะเพิ่มปริมาตรคอนกรีตที่ไม่ได้รวมอยู่ในงบประมาณถึง 10 ลูกบาศก์เมตร

นี่คือผลกระทบเชิงปฏิบัติการที่เกี่ยวข้องกับการเลือกดริฟเตอร์สำหรับงานขุดอุโมงค์ ขณะที่การตัดสินใจเชิงเทคนิคจะเน้นที่ความแม่นยำของการเจาะรู อัตราการเจาะลึกที่สม่ำเสมอแม้ในสภาพธรณีวิทยาที่เปลี่ยนแปลงไป และประสิทธิภาพการทำงานที่เชื่อถือได้ภายใต้ภาระงานต่อเนื่อง — ไม่ใช่เพียงแค่ตัวเลขพลังงานกระทบสูงสุด (peak percussion energy) ที่ระบุไว้ในเอกสารข้อมูลจำเพาะ

การจัดวางตำแหน่งแขนขุดตามหน้าตัดอุโมงค์ ซึ่งส่งผลต่อการเลือกคลาสของเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์

จุดเริ่มต้นคือหน้าตัดอุโมงค์ ไม่ใช่ชนิดของหิน หน้าตัดจะกำหนดจำนวนแขนขุดที่เครื่องเจาะแบบจัมโบ้ (jumbo) ต้องใช้ ซึ่งส่งผลต่อข้อจำกัดด้านรูปทรงและขนาดเชิงกลของเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์ สำหรับอุโมงค์ขนาดเล็กที่มีพื้นที่หน้าตัดต่ำกว่า 20 ตารางเมตร (เช่น อุโมงค์เหมืองแคบ หรือช่องทางเข้าขนาดเล็ก) เครื่องเจาะแบบแขนเดียวต้องสามารถเจาะรูทั้งหมดได้จากตำแหน่งของตัวรถเพียงจุดเดียวโดยไม่ต้องปรับตำแหน่งใหม่ — ดังนั้นเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์จึงจำเป็นต้องมีขนาดกะทัดรัดพอที่จะรองรับเรขาคณิตของแขนขุดที่สั้น แต่ยังคงรักษาพลังงานการกระแทกไว้ได้อย่างเพียงพอ สำหรับอุโมงค์ถนนที่มีพื้นที่หน้าตัดมากกว่า 80 ตารางเมตร เครื่องเจาะแบบจัมโบ้ที่มีสองหรือสามแขนจะสามารถเจาะรูพร้อมกันในหลายโซนบนหน้าตัดได้ ดังนั้นการเลือกเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์ในกรณีนี้จึงขึ้นอยู่กับการจับคู่คลาสของพลังงานการกระแทกกับลักษณะของหิน ในขณะที่แขนขุดทำหน้าที่รับผิดชอบด้านระยะการเข้าถึงตามรูปทรงเรขาคณิต

ผลลัพธ์เชิงปฏิบัติ: ในหน้าตัดอุโมงค์รถไฟขนาด 6×7 เมตร (พื้นที่ 42 ตารางเมตร) จัมโบ้แบบสองแขน (twin-boom jumbo) ที่ติดตั้งเครื่องเจาะแบบกลาง (medium-class drifters) ซึ่งมีพลังงานการตี (percussion energy) 80–150 จูล มักให้ประสิทธิภาพเหนือกว่าชุดเครื่องเจาะแบบแขนเดียวที่มีกำลังสูง (single-boom heavy drifter) เนื่องจากจัมโบ้แบบสองแขนสามารถเจาะรูบนหน้าตัดตามแบบแผนจำนวน 80–120 รูได้เร็วกว่า 40–60% ต่อการตั้งค่าหนึ่งครั้ง ขณะที่พลังงานการตีส่วนเกินของเครื่องเจาะแบบแขนเดียวที่มีกำลังสูงจะสูญเปล่า หากปัจจัยที่จำกัดความเร็วในการทำงานคือเวลาที่ใช้ในการปรับตำแหน่งเครื่องเจาะระหว่างรูแต่ละรู ไม่ใช่อัตราการเจาะลึกลงไปในแต่ละรู

การจัดจำแนกประเภทของการก่อตัวของหินสำหรับการเลือกเครื่องเจาะอุโมงค์ (drifter)

ธรณีสัณฐานของอุโมงค์เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องตลอดแนวการขุด—บางช่วงแข็งกว่าที่คาดไว้ ขณะที่บางช่วงนิ่มและมีรอยแยกมากกว่า ดังนั้นเครื่องเจาะจึงต้องสามารถทำงานได้อย่างเหมาะสมในช่วงธรณีสัณฐานทั้งหมดที่พบจริง ไม่ใช่เพียงเฉพาะในระดับธรณีสัณฐานที่ใช้เป็นเกณฑ์ในการออกแบบเท่านั้น โครงการที่ระบุให้ใช้เครื่องเจาะที่ออกแบบมาให้เหมาะสมกับธรณีสัณฐานที่พบโดยทั่วไป (modal geology) แต่กลับประสบกับชั้นหินแกรนิตยาว 40 เมตร ซึ่งมีความแข็งแรงในการรับแรงอัด (compressive strength) ถึง 180 MPa ทั้งที่การออกแบบเดิมตั้งอยู่บนสมมุติฐานว่าธรณีสัณฐานหลักเป็นหินปูนที่มีความแข็งแรงในการรับแรงอัด 100 MPa จะทำให้อัตราการเจาะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้กำหนดการดำเนินโครงการทั้งหมดล่าช้า

เกณฑ์การเลือกที่เหมาะสมสำหรับอุโมงค์ในพื้นที่ที่มีธรณีวิทยาแปรผัน: ควรเลือกคลาสของเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์ (drifter) ตามชั้นหินที่แข็งที่สุด 20% ของชั้นหินที่คาดว่าจะพบ ไม่ใช่ตามค่าเฉลี่ย ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพในชั้นหินที่นุ่มกว่าจะถูกดูดซับโดยอัตราการเจาะที่สูงกว่าค่าประมาณในการออกแบบ — ซึ่งถือเป็นปัญหาที่น่าพอใจ ในทางกลับกัน ข้อเสียด้านประสิทธิภาพเมื่อเจาะในชั้นหินที่แข็งกว่าที่ออกแบบไว้ จะถูกดูดซับโดยความล่าช้า

ตารางการเลือกเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์สำหรับงานอุโมงค์

ตัดขวาง	ชนิดของหิน	ช่วงความแข็งแรงเชิงอัดแบบไม่มีการเสริม (UCS)	กำลังเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์	รูปแบบที่แนะนํา	ขนาดเกลียว/เส้นผ่านศูนย์กลางรู
<20 ตร.ม. (อุโมงค์เล็ก)	นุ่ม–ปานกลาง	40–100 เมกะพาสคาล	12–18 กิโลวัตต์	HD190, RD8, COP 1238	R32/T38, เส้นผ่านศูนย์กลาง 38–52 มม.
20–50 ตร.ม. (หัวตัดแบบปรับทิศทางได้)	ปานกลาง	80–150 เมกะพาสคาล	18–25 กิโลวัตต์	HL1560, COP 1638, HD350	T38/T45, เส้นผ่านศูนย์กลาง 45–64 มม.
50–80 ตร.ม. (แขนคีมแบบคู่)	ปานกลางถึงแข็ง	100–180 เมกะพาสคาล	22–30 กิโลวัตต์	RD930, COP 1838, HD500	T45, เส้นผ่านศูนย์กลาง 51–76 มม.
80–120 ตารางเมตร (อุโมงค์ถนน)	แข็ง	120–200 เมกะพาสคาล	25–35 กิโลวัตต์	HL1560T, COP 1838AW+, HD700	T45/T51, เส้นผ่านศูนย์กลาง 64–89 มม.
>120 ตารางเมตร (อุโมงค์ขนาดใหญ่)	แข็ง–แข็งมาก	150–250 เมกะพาสคาล	30–40 กิโลวัตต์	RD1840, COP 4050, HD1000	T51, เส้นผ่านศูนย์กลาง 76–102 มม.

ความแม่นยำของรู: มาตรฐานการประเมินประสิทธิภาพเฉพาะสำหรับการขุดอุโมงค์

ในการเจาะพื้นผิว ความเบี่ยงเบนของรูที่ความลึกมีผลต่อเรขาคณิตของการระเบิด แต่มักสามารถชดเชยได้ผ่านการออกแบบการบรรจุวัตถุระเบิด ในงานก่อสร้างอุโมงค์ ความเบี่ยงเบนของรูจะเป็นตัวกำหนดว่าการเผาตัด (burn cut) จะทำงานได้ตามปกติหรือไม่ — รูปล่อยแรง (relief holes) ที่ไม่มีการบรรจุวัตถุระเบิดซึ่งจัดวางอย่างแน่นหนาบริเวณศูนย์กลางของหน้าตัด จำเป็นต้องอยู่ห่างจากตำแหน่งที่ออกแบบไว้ไม่เกิน 20–30 มิลลิเมตร มิฉะนั้นลำดับการตัดจะไม่สามารถดึงวัสดุออกได้อย่างเหมาะสม ส่งผลให้ระยะการคืบหน้าต่อรอบลดลง รอบการเจาะที่การตัดล้มเหลวจะทำให้ได้ระยะคืบหน้าเพียง 1.5–2 เมตร แทนที่จะเป็น 4–5 เมตรตามที่ออกแบบไว้ และจำเป็นต้องเจาะหน้าตัดถัดไปใหม่ทั้งหมด

ปัจจัยการหล่อครึ่งหนึ่ง (half-cast factor) คือ มาตรฐานที่ใช้วัดคุณภาพของการเจาะร่องรอบขอบ (contour drilling): ซึ่งคำนวณจากอัตราส่วนของความยาวของรอยหล่อครึ่งหนึ่งที่มองเห็นได้บนพื้นผิวที่ระเบิดแล้วต่อความยาวรวมของรูเจาะร่องรอบขอบทั้งหมด ในหินที่มีความแข็งแรงดี (competent rock) และมีแบบการเจาะที่แม่นยำ ปัจจัยการหล่อครึ่งหนึ่งในช่วงร้อยละ 50–80 สามารถทำได้ อย่างไรก็ตาม หากเลือกเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์ (drifter) ไม่เหมาะสม—เช่น มีความไวต่อการตีแบบอิสระ (free-hammering) สูงเกินไป ควบคุมการป้อน (feed control) ไม่สม่ำเสมอ หรือมีฟังก์ชันป้องกันการติดขัด (anti-jam function) ไม่เพียงพอสำหรับลักษณะทางธรณีวิทยาที่เฉพาะเจาะจง—จะทำให้เกิดรูเจาะที่เอียง ซึ่งส่งผลให้ปัจจัยการหล่อครึ่งหนึ่งต่ำลง ไม่ว่าคุณภาพของวัตถุระเบิดจะดีเพียงใดก็ตาม แท่นเจาะแบบคอมพิวเตอร์ควบคุม (computer-controlled drill jumbos) ที่มีโครงสร้างแขนกลแบบคงระยะขนาน (parallel-holding boom geometry) และฟังก์ชันการจับตำแหน่งปากหลุมอัตโนมัติ (automatic collaring functions) จะให้ผลปัจจัยการหล่อครึ่งหนึ่งที่ดีกว่ามากเมื่อเปรียบเทียบกับแท่นเจาะแบบตั้งค่าด้วยมือ (manually-set rigs) ที่ใช้ดริฟเตอร์ชนิดเดียวกัน โดยเฉพาะในหินที่มีเนื้อสม่ำเสมอ (homogeneous rock)

2(e17e4bf09a).jpg

ข้อกำหนดด้านการล้างเศษวัสดุ (Flushing Requirements) ในสภาพแวดล้อมอุโมงค์

การเจาะอุโมงค์อาศัยการล้างด้วยน้ำเป็นหลักเกือบทั้งหมด ซึ่งต่างจากการเจาะหน้าตัดบนผิวดินที่สามารถใช้การล้างด้วยอากาศได้อย่างเหมาะสม ความต้องการแรงดันน้ำสำหรับการล้างในกรณีเจาะอุโมงค์ทั่วไป (เส้นผ่านศูนย์กลางรูเจาะ 45–76 มม. ความลึก 3–5 ม.) อยู่ในช่วง 15–25 บาร์ ดริฟเตอร์ที่มีความสามารถในการล้างด้วยแรงดันสูงกว่า (เช่น Epiroc COP 1638+ ที่แรงดันสูงสุด 25 บาร์) สามารถรักษาประสิทธิภาพในการกำจัดเศษหินขณะอัตราการเจาะเพิ่มขึ้นในชั้นหินที่มีความแข็งปานกลางถึงอ่อนได้ ในขณะที่ดริฟเตอร์ที่มีข้อกำหนดแรงดันการล้างต่ำกว่า (20 บาร์) อาจประสบปัญหาเศษหินสะสมหากอัตราการเจาะสูงกว่าที่คาดไว้

การล้างด้วยน้ำยังมีปฏิสัมพันธ์โดยตรงกับซีลของกล่องล้าง—ซึ่งเป็นขอบเขตที่สำคัญระหว่างวงจรน้ำและวงจรน้ำมันสำหรับระบบตี (percussion) ในอุโมงค์ที่คุณภาพน้ำจากเหมืองมีความแปรปรวนหรือมีแร่ธาตุปนเปื้อนอยู่มาก ซีลล้างที่รองด้วย PTFE จะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าซีลแบบริมฝีปาก (lip seals) แบบมาตรฐานอย่างมีนัยสำคัญ ช่วงเวลาเปลี่ยนซีลที่สั้นในงานอุโมงค์ (โดยทั่วไปอยู่ที่ 350–400 ชั่วโมงของการตี ซึ่งสั้นกว่า 450–500 ชั่วโมงในงานบนผิวดิน) ควรกำหนดไว้ตั้งแต่ขั้นตอนการวางแผนเบื้องต้น HOVOO จัดจำหน่ายชุดซีลที่ทำจาก PU, HNBR และ PTFE-backed สำหรับโมเดลเครื่องเจาะอุโมงค์ (tunnel drifter) ทุกรุ่นหลัก ดูข้อมูลอ้างอิงเพิ่มเติมได้ที่ hovooseal.com

ก่อนหน้า :ความแตกต่างระหว่างเครื่องเจาะหินกับเครื่องทุบหินไฮดรอลิกคืออะไร? และจะเลือกอย่างไร?

ถัดไป :วัสดุซีลแบบใดเหมาะสมที่สุดสำหรับสว่านหิน? การเปรียบเทียบระหว่าง PU / HNBR / PTFE