การก่อสร้างใต้น้ำและในอุโมงค์: คู่มือการใช้งานเครื่องทุบไฮดรอลิกแบบพิเศษ

สองขั้วที่ต่างกันสุดขั้ว — แต่มีหลักการเดียวกัน

การก่อสร้างใต้น้ำและในอุโมงค์นั้นอยู่ตรงข้ามกันสุดขั้วของสเปกตรัมสิ่งแวดล้อม: แห่งหนึ่งจมอยู่ใต้น้ำ อีกแห่งหนึ่งถูกปิดล้อมอยู่ใต้ดิน แห่งแรกต้องจัดการกับปัญหาน้ำไหลเข้ามา ส่วนอีกแห่งต้องรับมือกับฝุ่นและก๊าซที่สะสมอยู่ สิ่งที่ทั้งสองแบบมีร่วมกันคือ ทั้งคู่ทำให้สภาพแวดล้อมโดยรอบที่เครื่องทุบ (breaker) ถูกออกแบบให้ทำงานได้ตามปกติหายไป เครื่องทุบที่ใช้งานบนผิวดินนั้นถูกออกแบบโดยสมมุติว่า ช่องเจาะด้านหน้าของหัวเครื่องจะถูกล้อมรอบด้วยอากาศ ปลายส่วนตัด (chisel) สามารถระบายความร้อนระหว่างการเปลี่ยนตำแหน่งได้ น้ำมันที่รั่วออกจากซีลกันฝุ่นจะหยดลงพ้นจากตัวเครื่อง ไม่ใช่ไหลกลับเข้าไปในเครื่อง และบรรยากาศรอบอุปกรณ์นั้นสามารถหายใจได้และไม่มีความเสี่ยงต่อการระเบิด ทั้งสภาพแวดล้อมใต้น้ำและในอุโมงค์ต่างก็ทำให้สมมุติฐานอย่างน้อยสองข้อข้างต้นไม่เป็นจริงพร้อมกัน นี่คือเหตุผลที่ทั้งสองสภาพแวดล้อมจำเป็นต้องมีการระบุรายละเอียดของอุปกรณ์อย่างรอบคอบและปรับเปลี่ยนขั้นตอนการปฏิบัติงาน ไม่ใช่เพียงแค่ฝึกอบรมผู้ปฏิบัติงานให้แตกต่างออกไปเท่านั้น

การปรับเปลี่ยนเฉพาะเจาะจงนั้นขึ้นอยู่กับสมมุติฐานใดบ้างที่ถูกละเมิด งานใต้น้ำจะทำให้เกิดการกลับด้านของความต่างของแรงดันที่กระทำต่อซีล — ที่ความลึก แรงดันแวดล้อมภายนอกจะกดเข้าไปภายใน ขณะที่ซีลถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันแรงดันน้ำมันที่กดออกภายนอก การดำเนินงานที่ลึกยิ่งขึ้นเท่าใด ปรากฏการณ์การกลับด้านนี้ยิ่งมีนัยสำคัญมากขึ้นเท่านั้น ตัวสลายหินแบบมาตรฐานสำหรับใช้งานบนผิวน้ำ (surface breaker) ที่ถูกจุ่มลงในน้ำลึก 25 เมตรโดยไม่มีระบบชดเชยแรงดัน จะดูดน้ำเข้าสู่รูเจาะด้านหน้าของหัวเครื่องในทุกครั้งที่ลูกสูบเคลื่อนย้อนกลับ (return stroke) ส่งผลให้น้ำมันภายในเครื่องปนเปื้อนภายในเวลาเพียงหนึ่งกะปฏิบัติงานเท่านั้น ตัวสลายหินแบบมีระบบชดเชยแรงดัน (pressure-compensated breaker) จะทำให้แรงดันภายในและภายนอกเท่ากัน จึงกำจัดความต่างของแรงดันที่เป็นสาเหตุให้น้ำไหลซึมเข้ามาได้อย่างมีประสิทธิภาพ หลักการนี้เข้าใจกันดีในวงการไฮดรอลิกส์นอกชายฝั่ง แต่กลับถูกนำไปประยุกต์ใช้กับตัวสลายหินสำหรับงานก่อสร้างอย่างไม่สม่ำเสมอ จึงเป็นเหตุให้เกิดความล้มเหลวใต้น้ำบ่อยครั้งในโครงการต่าง ๆ โดยเฉพาะเมื่่อทีมจัดซื้อระบุให้จัดหาหน่วยงานแบบมาตรฐาน 'พร้อมพอร์ตที่ปิดสนิท' และถือว่าสิ่งนั้นเพียงพอแล้ว

สภาพแวดล้อมในอุโมงค์ก่อให้เกิดปัญหาที่แตกต่างออกไป ซึ่งเป็นปัญหาแบบสะสมมากกว่าจะเกิดขึ้นทันทีทันใด ฝุ่นหินสะสมอยู่บนพื้นผิวแนวนอนของตัวเครื่องสลายหิน (breaker body) แทรกผ่านซีลกันฝุ่นที่ไม่สมบูรณ์ และเคลื่อนย้ายเข้าสู่บริเวณบูชชิ่ง (bushing zone) จนผสมกับสารหล่อลื่นสำหรับหัวสลายหิน (chisel paste) กลายเป็นส่วนผสมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (abrasive slurry) การสั่นสะเทือนจากการสลายหินในพื้นที่จำกัดจะถ่ายทอดไปยังโครงสร้างบุผนังอุโมงค์และพื้นดินโดยรอบ โดยไม่มีเส้นทางการกระจายพลังงานเช่นเดียวกับที่การสลายหินกลางแจ้งสามารถทำได้ ในอุโมงค์ที่ขุดผ่านหินแข็งที่มีซิลิกาสูง ความเข้มข้นของซิลิกาผลึกในอากาศอาจสูงถึงระดับที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของคนงาน และในบางชั้นหิน ยังอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการระเบิดของฝุ่นได้ หากระดับความเข้มข้นสูงถึงจุดหนึ่ง ปัญหาเหล่านี้ทั้งหมดไม่สามารถแก้ไขได้เพียงแค่ใช้อุปกรณ์มาตรฐานอย่างระมัดระวังยิ่งขึ้นเท่านั้น แต่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่เหมาะสมร่วมกับวงจรการปฏิบัติงานที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน

สี่เงื่อนไขพิเศษ — ข้อกำหนดเฉพาะที่จำเป็น, เหตุผลเชิงกายภาพ, และหมายเหตุสำคัญเกี่ยวกับการปฏิบัติงาน

ตารางนี้ครอบคลุมสถานการณ์ทั้งสี่แบบ ได้แก่ การทำงานใต้น้ำระดับตื้นและปานกลาง การขุดเจาะหลักในอุโมงค์ และการซ่อมแซมผนังอุโมงค์ — ซึ่งแต่ละสถานการณ์มีข้อกำหนดที่แตกต่างกัน

รอบการบำรุงรักษาที่ทั้งสองสภาพแวดล้อมนี้มีร่วมกัน

แม้จะมีความแตกต่างกัน แต่การปฏิบัติงานใต้น้ำและการปฏิบัติงานในอุโมงค์ต่างก็ทำให้ช่วงเวลาการบำรุงรักษาสั้นลงในทิศทางเดียวกัน กลไกที่ก่อให้เกิดปัญหานั้นต่างกัน — กรณีหนึ่งเกิดจากการรั่วซึมของน้ำ อีกกรณีหนึ่งเกิดจากการสะสมของฝุ่น — แต่ผลลัพธ์สุดท้ายเหมือนกัน คือ น้ำมันปนเปื้อน การสึกหรอของบูชิงเร่งขึ้น และอายุการใช้งานของซีลสั้นลง ผลที่ตามมาในทางปฏิบัติคือ สภาพแวดล้อมทั้งสองแบบนี้จำเป็นต้องมีขั้นตอนการตรวจสอบหลังการใช้งานแต่ละครั้ง ซึ่งไม่จำเป็นสำหรับการปฏิบัติงานบนผิวดิน หลังการปฏิบัติงานใต้น้ำ ควรล้างรูเจาะด้านหน้าหัวเครื่อง (front-head bore) ตรวจสอบซีลกันฝุ่นเพื่อหาสัญญาณของการรั่วซึมของน้ำ (เช่น สีฟ้าจางลงในครีมหล่อลื่นชนิดขูด หรือลักษณะขุ่นคล้ายนมในน้ำมันที่ไหลออกทางรูระบายน้ำ) และเติมครีมหล่อลื่นชนิดกันน้ำใหม่ให้กับหัวขูดก่อนใช้งานครั้งถัดไป หลังการเจาะอุโมงค์ ควรเช็ดทำความสะอาดตัวเครื่องเจาะ (breaker body) ตรวจสอบซีลกันฝุ่นเพื่อหาสัญญาณการแทรกซึมของฝุ่นซิลิกอน และเปลี่ยนครีมหล่อลื่นชนิดขูดใหม่ทั้งหมด (ไม่ใช่แค่เติมเพิ่ม) เพื่อป้องกันไม่ให้ส่วนผสมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนยังคงทำงานต่อเนื่องระหว่างกะการทำงาน

การวิเคราะห์น้ำมันมีประโยชน์มากกว่าในสองสภาพแวดล้อมนี้เมื่อเทียบกับการใช้งานเบรกเกอร์ประเภทอื่นใดๆ ทั้งสิ้น ในการก่อสร้างบนผิวดิน การปนเปื้อนของน้ำมันเกิดขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป และเกณฑ์ที่ควรเริ่มกังวลนั้นมีความชัดเจน ในขณะที่การปฏิบัติงานใต้น้ำและในอุโมงค์ เหตุการณ์การปนเปื้อน—เช่น ซีลที่รั่วจนทำให้น้ำไหลเข้ามาเพียงครั้งเดียว หรือซีลกันฝุ่นที่มีประสิทธิภาพต่ำอยู่แล้วตั้งแต่เครื่องสลายหิน (breaker) เริ่มเข้าสู่อุโมงค์—จะก่อให้เกิดลักษณะเฉพาะของการปนเปื้อนภายในระยะเวลา 20–30 ชั่วโมง ซึ่งหากดำเนินการบนผิวดิน ลักษณะดังกล่าวจะไม่ปรากฏจนกว่าจะผ่านไป 200–300 ชั่วโมง การส่งตัวอย่างน้ำมันเพื่อวิเคราะห์ปริมาณอนุภาคและปริมาณน้ำหลังจากใช้งานครบ 50 ชั่วโมงแรกในสภาพแวดล้อมใดๆ ก็ตาม และทุกๆ 100 ชั่วโมงหลังจากนั้น ถือเป็นตัวบ่งชี้ที่เชื่อถือได้เร็วที่สุดสำหรับปัญหาที่กำลังพัฒนาเกี่ยวกับซีลหรือบูชชิ่ง — ซึ่งเร็วกว่าอาการที่สังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่า และเร็วกว่าการลดลงของประสิทธิภาพการทำงานที่บ่งชี้ว่าชิ้นส่วนนั้นกำลังจะล้มเหลวอยู่แล้ว

การตัดสินใจด้านการปฏิบัติงานข้อหนึ่งที่แยกความแตกต่างระหว่างทีมผู้เชี่ยวชาญกับทีมอื่นในทั้งสองสภาพแวดล้อม คือ ห้ามใช้เครื่องทุบ (breaker) ที่มีประสิทธิภาพของซีลอยู่ในเกณฑ์ต่ำในการทำงานใต้น้ำหรือในอุโมงค์โดยเด็ดขาด ซีลที่มีประสิทธิภาพต่ำซึ่งรั่วไหลน้ำมันออกมาอัตราสองหยดต่อนาทีในสถานที่บนผิวดิน จะรั่วไหลน้ำมันออกมาอัตราสิบหยดต่อนาทีเมื่ออยู่ใต้น้ำ และจะดูดซับส่วนผสมของสารแขวนลอยที่มีซิลิกาปนเปื้อนเข้าไปภายในอุโมงค์ภายในเวลาเพียงหนึ่งกะเท่านั้น การซ่อมแซมก่อนนำไปใช้งานจริงจะใช้เวลาหนึ่งวัน ในขณะที่หากเกิดความล้มเหลวขึ้นกลางงานในอุโมงค์หรือใต้น้ำ จะส่งผลให้โครงการทั้งหมดต้องล่าช้าไปจนถึงสิ้นสุดระยะเวลาที่กำหนดไว้