เครื่องทุบไฮดรอลิกแบบใดเหมาะสมสำหรับโครงการก่อสร้างอุโมงค์?

การทำงานในอุโมงค์ก่อให้เกิดข้อจำกัดที่การเลือกอุปกรณ์สำหรับพื้นที่เปิดไม่ได้พิจารณา

สภาพแวดล้อมภายในอุโมงค์เพิ่มข้อจำกัดสามประการที่คู่มือการเลือกอุปกรณ์สำหรับงานบนผิวดินไม่เคยกล่าวถึง ประการแรก คือ การทำงานแบบหัวกลับและใกล้เคียงกับหัวกลับ: การสกัดหินหลวมออกจากส่วนเพดานอุโมงค์หมายความว่าเครื่องสกัดจะโจมตีวัสดุที่อยู่เหนือตัวพา (carrier) ซึ่งบางครั้งต้องทำงานในแนวหัวกลับเกือบเต็มที่ เครื่องสกัดแบบเปิดมาตรฐานเมื่อใช้งานในแนวหัวกลับจะทำให้สารหล่อลื่นชนิดชิเซล (chisel paste) ไหลลงจากจุดหล่อลื่นบริเวณหัวหน้าเครื่องโดยตรงสู่ซีลส่วนล่างและเข้าสู่ช่องว่างระหว่างกระบอกสูบ (bore gap) — ซึ่งสารหล่อลื่นชนิดนี้ออกแบบมาให้อยู่ระหว่างเครื่องมือกับปลอก (bushing) เท่านั้น แต่กลับกลายเป็นทางนำสิ่งสกปรกเข้าสู่กระบอกสูบแทน เครื่องสกัดรุ่นพิเศษสำหรับงานอุโมงค์แก้ปัญหานี้ด้วยระบบป้องกันฝุ่นที่ได้รับการรับรองให้ใช้งานได้ในแนวหัวกลับ และลูกสูบทำจากสแตนเลสที่ทนต่อการกัดกร่อน ซึ่งเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่พบได้ทั่วไปในอุโมงค์ที่เพิ่งระเบิดหินเสร็จใหม่ๆ

ประการที่สอง คือ การปล่อยไอเสีย ในการขุดอุโมงค์แบบปิดที่มีระบบระบายอากาศจำกัด ยานพาหนะที่ใช้เครื่องยนต์ดีเซลทุกคันจะส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพอากาศบริเวณหน้าตัดของการขุด ข้อบังคับเกี่ยวกับไนโตรเจนไดออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์ในพื้นที่ทำงานใต้ดินนั้นถูกบังคับใช้ตามขีดจำกัดที่กำหนดเป็นส่วนต่อล้านส่วน (ppm) ซึ่งอาจแตกต่างกันไปตามเขตอำนาจแต่ละแห่ง โดยทั่วไปแล้วจำเป็นต้องทำการระบายอากาศบริเวณหน้าตัดให้สะอาดก่อนที่บุคลากรจะกลับเข้าไปปฏิบัติงานอีกครั้งหลังจากที่ยานพาหนะหยุดทำงาน ยานพาหนะขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรี่ไฟฟ้าหรือไฮดรอลิกไฟฟ้าจะไม่ปล่อยไอเสียเลย — ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่องานในบริเวณแอนนูลัสของเครื่องขุดอุโมงค์แบบหมุน (TBM) ที่อาจมีการระบายอากาศน้อยมาก และสำหรับโครงการอุโมงค์รถไฟฟ้าขนส่งมวลชน (metro) และอุโมงค์ทางรถไฟ ซึ่งมีการตรวจสอบสภาพแวดล้อมอย่างต่อเนื่อง ประการที่สาม คือ การส่งผ่านแรงสั่นสะเทือนเข้าสู่โครงสร้างรองรับพื้นดินที่เพิ่งฉาบใหม่ คอนกรีตพ่น (shotcrete) ที่ฉาบไว้เมื่อไม่กี่ชั่วโมงก่อนการขุดระยะถัดไปยังไม่แข็งตัวเต็มที่ แรงกระแทกที่มีพลังงานสูงจากเครื่องทุบ (breaker) ที่มีขนาดใหญ่เกินไปจะส่งผ่านแรงสั่นสะเทือนเข้าสู่ผนังโครงสร้างและอาจลดความแข็งแรงของการยึดเกาะก่อนที่คอนกรีตจะแข็งตัวสมบูรณ์

ห้าภารกิจในการขุดอุโมงค์ — ข้อจำกัด ความต้องการเครื่องทุบ และรูปแบบการจัดวาง

ตารางนี้แสดงการจับคู่งานหลักห้าประการที่ใช้เครื่องทุบไฮดรอลิกในการก่อสร้างอุโมงค์ ข้อจำกัดเฉพาะที่แต่ละงานกำหนดซึ่งแตกต่างจากการทำงานบนผิวดิน การตั้งค่าเครื่องทุบที่เหมาะสมและการเลือกอุปกรณ์ที่ถูกต้อง รวมทั้งประเด็นด้านข้อกำหนดที่ไม่ชัดเจนซึ่งคู่มือการเลือกอุปกรณ์ส่วนใหญ่มักมองข้ามสำหรับแต่ละงาน

สิ่งที่ทำให้เครื่องทุบที่ได้รับการรับรองสำหรับงานอุโมงค์แตกต่างจากหน่วยมาตรฐาน

ไม่ใช่เครื่องทุบแบบคอมแพกต์ทุกเครื่องที่สามารถใช้งานในอุโมงค์ได้ ความแตกต่างไม่ได้อยู่ที่ขนาด แต่อยู่ที่วิศวกรรมการออกแบบชิ้นส่วนเฉพาะเพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมที่อุโมงค์สร้างขึ้นอย่างต่อเนื่อง ไม่ใช่เป็นครั้งคราวเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ซีรีส์เครื่องทุบสำหรับอุโมงค์ SB ของ Epiroc ยืดอายุการใช้งานของลูกสูบด้วยการผลิตจากสแตนเลส (เพื่อต้านการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมหินเปียก) ลดการสึกหรอของตำแหน่งที่ติดตั้งบูชด้วยบูชแบบชิ้นเดียวที่ติดตั้งด้วยแรงกด (press-fit) และล็อกเพิ่มเติมด้วยหมุดแทนระบบยึดแบบมาตรฐาน รวมทั้งเพิ่มแผ่นรองรับการสึกหรอแบบถอดเปลี่ยนได้ที่ตัวเรือน ซึ่งทำหน้าที่รับความเสียหายจากการขัดสีที่เกิดจากการสัมผัสกับผนังและเพดานอุโมงค์ โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนตัวเรือนทั้งชิ้น การปรับปรุงทั้งสามประการนี้จัดการกับรูปแบบความล้มเหลวเฉพาะที่มักเกิดขึ้นในการใช้งานในอุโมงค์ แต่พบได้น้อยมากในการทำงานในเหมืองหินหรืองานรื้อถอน

หัวฉีดน้ำแบบบูรณาการสำหรับการควบคุมฝุ่น — ซึ่งมีให้เลือกใช้กับโมเดลเครื่องเจาะอุโมงค์ Epiroc SB และหน่วยงาน BEILITE ที่ติดตั้งระบบควบคุมฝุ่น — ช่วยจัดการกับอันตรายเฉพาะที่เกิดขึ้นในการทำลายหินใต้ดิน นั่นคือ ฝุ่นซิลิกาผลึกที่สามารถหายใจเข้าไปได้ หินที่เพิ่งถูกทำลายด้วยการระเบิดหรือแตกหักด้วยกลไกจะปล่อยฝุ่นซิลิกาในความเข้มข้นสูง ซึ่งอาจทำให้ระดับการสัมผัสเป็นอันตรายได้ภายในไม่กี่นาทีในบริเวณหัวเจาะที่ปิดล้อม หากไม่มีการควบคุมฝุ่นอย่างแข็งขัน นอกจากนี้ ทัศนวิสัยของผู้ปฏิบัติงานยังลดลงอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ความแม่นยำในการตัดสินใจปรับตำแหน่งแต่ละครั้งลดลง และยืดระยะเวลาที่ใช้ในการเจาะแต่ละรอบออกไปอีกด้วย การควบคุมฝุ่นด้วยน้ำบริเวณจุดกระทบโดยตรง — ไม่ใช่การพ่นน้ำทั่วไปลงในอากาศ — คือมาตรการควบคุมฝุ่นซิลิกาที่มีประสิทธิภาพเพียงวิธีเดียว ณ แหล่งกำเนิดฝุ่นขณะดำเนินการเจาะ

การเลือกเครื่องบรรทุก (Carrier) มักมีความสำคัญมากกว่าการเลือกเครื่องทุบ (Breaker) ในการก่อสร้างอุโมงค์ รถขุดขนาดกะทัดรัดแบบไม่มีส่วนหางยื่นออก (zero-tail-swing compact excavator) ที่มีน้ำหนักระหว่าง 5–12 ตัน สามารถใช้งานได้กับหน้าตัดส่วนใหญ่ของอุโมงค์สำหรับงานถนนและรถไฟ อย่างไรก็ตาม หากโครงการเกี่ยวข้องกับการเคลียร์วงแหวน TBM (TBM ring clearing) หรืองานซ่อมแซมบำรุงรักษาผ่านวงแหวนส่วนประกอบที่มีอยู่แล้ว (rehabilitation work through an existing segment ring) เครื่องบรรทุกจะต้องสามารถผ่านช่องเปิดของวงแหวนได้ — โดยทั่วไปมีขนาดไม่เกิน 900 มม. — ซึ่งทำให้รถขุดแบบทั่วไปไม่สามารถใช้งานได้เลย และชี้ชัดว่าควรใช้หุ่นยนต์ทุบทำลายแบบควบคุมระยะไกล (remote-controlled demolition robots) ที่ขับเคลื่อนด้วยระบบไฮดรอลิกจากแบตเตอรี่แทน ทั้งนี้ เครื่องทุบที่ติดตั้งบนหุ่นยนต์ทุบทำลายในบริเวณแอนนูลัส (annulus) ของ TBM จะต้องมีขนาดเหมาะสมกับกำลังเอาต์พุตไฮดรอลิกของหุ่นยนต์นั้น ๆ ไม่ใช่กับกำลังเอาต์พุตไฮดรอลิกของรถขุดแบบทั่วไป ดังนั้น การเลือกเครื่องทุบในกรณีนี้จึงเป็นกระบวนการที่แตกต่างโดยสิ้นเชิงจากการเลือกที่กล่าวไว้ในคู่มือการเลือกเครื่องทุบสำหรับงานกลางแจ้ง