Instalarea conductelor în roci dure, prin metoda „Slurry Pipe Jacking”: Forțarea limitelor pentru o infrastructură sustenabilă

Datorită creșterii gradului de conștientizare a publicului, pro tecția mediului și sustenabilitatea au căpătat o importanță deosebită în industria construcțiilor. Conservarea resurselor prin intermediul tehnologiilor sustenabile este esențială, atât în faza de planificare, cât și în faza ulterioară de construcție.

Metodele inteligente de instalare a conductelor fără șanțuri (trenchless), cum ar fi metoda „slurry pipe jacking” (instalarea conductelor utilizând cilindri hidraulici puternici, un scut de tăiere și șlam), sunt necesare pentru instalarea rapidă și sigură a utilităților subterane, cu un impact minim asupra mediului înconjurător. Această metodă de instalare a conductelor implică excavarea unei gropi de intrare și de ieșire, utilizarea unui AVN (Automatische Vortriebsmachine Nass –Mașină Automată pentru Excavarea Umedă a Tunelelor)) cu scut de tăiere, care este împins în poziție de cilindri hidraulici, în timp ce solul din fața scutului, amestecat cu apă, este înlăturat prin conducta formată din mai multe secțiuni dispuse succesiv în spatele mașinii de excavat. Provenind inițial de la aplicațiile mai degrabă tradiționale în construcția de tuneluri de canalizare și de apă, metoda „slurry pipe jacking” sau a micro-tunelurilor cu șlam este utilizată pe scară largă în prezent pentru traversări dificile de-a lungul traseelor de cabluri sau de conducte subterane, conducte de evacuare și de admisie pentru desalinizarea apei de mare sau pentru instalarea conductelor în aproprierea coastelor. Această metodă de instalare acoperă întregul spectru geologic, cu o flexibilitate ridicată în ceea ce privește diametrele, lungimile de acționare și adâncimile secțiunii de rețea care urmează să fie instalată. În prezent, noile metode fără șanțuri, cum ar fi E-Power Pipe® și dezvoltarea în continuare a tehnologiilor existente, oferă proiectanților, operatorilor de rețele și companiilor de construcții o gamă largă de soluții eficiente pentru realizarea proiectelor lor de infrastructură subterană.

TENDINȚE ÎN UTILIZAREA METODEI MICRO-TUNELURILOR CU ȘLAM

Dezvoltarea continuă a tehnologiei microtunelurilor de șlam joacă un rol esențial în depășirea limitelor de fezabilitate și în îndeplinirea cerințelor sporite ale proiectelor. Din punct de vedere geotehnic, proiectele actuale de infrastructură de utilități publice trebuie să facă față unei game largi de medii geologice, inclusiv mici suprasolicitări, roci erodate, tranziții rocă-sol, precum și roci dure fracturate și intacte cu rezistență și abraziune ridicate. În trecut, în condiții de rocă dură, aplicabilitatea micro-tunelului cu șlam a fost limitată, în special în gama de diametre greu accesibile. În prezent, numărul tot mai mare de proiecte de instalare a țevilor în condiții de rocă dură este determinat, în principal, de evoluțiile tehnologice recente, care permit depășirea limitărilor legate de lungimea de acționare și îmbunătățirea performanțelor. Datorită evoluțiilor tehnologice majore, cum ar fi inovațiile în ceea ce privește performanțele mașinilor, proiectarea sculelor de tăiere, echipamentele periferice și soluțiile digitale, limitele micro-TBM-urilor (MTBM – mașină pentru execuția micro-tunelurilor) pentru execuția de micro-tuneluri cu șlam de diametru mic în rocă dură sunt permanent depășite. În acest articol sunt descrise în detaliu cele mai recente inovații și sunt prezentate experiențele aferente din patru șantiere dificile de instalare de țevi în rocă dură.

CLASIFICAREA ROCILOR ȘI SELECTAREA MTBM-URILOR

Pentru a alege tipul corect de MTBM, pentru a concepe roata de tăiere potrivită și pentru a previziona performanțele de execuție a micro-tunelurilor, trebuie luate în calcul toate proprietățile rocilor și masa rocilor situate de-a lungul traseului conductei. Cu toate acestea, este bine cunoscut faptul că, pentru proiectele la scară mică și de instalare a țevilor de diametre mici, nu este posibil să se determine toți parametrii. Parametrii cei mai importanți și minimi pentru fiecare proiect ar trebui să fie următorii:

• Rezistența: Rezistența la compresiune neîngrădită UCS, Rezistența la tracțiune TS, Indice de încărcare punctiformă PLI;

• Abraziune: Indice de abraziune Cerchar CAI;

• Masa rocilor: Denumirea de calitate a rocilor RQD, valoarea Q, indicele de masă a rocilor RMR;

• Informații despre apele subterane (presiune, chimie etc.).

Baza pentru acești parametri ar trebui să fie întotdeauna un profil geologic solid, în care informațiile geologice și geotehnice pot fi corelate cu informații specifice proiectului, cum ar fi adâncimea traseului tunelului. În funcție de cel mai important parametru unic, UCS, se recomandă o gamă de aplicații pentru MTBM cu șlam, așa cum se arată în schema de mai jos pentru diferite diametre.

CARACTERISTICILE MTBM CU ȘLAM, PENTRU ROCI DURE

Cunoscând condițiile dificile de execuție a micro-tunelurilor în rocile dure, se acordă mai multă atenție factorilor de performanță ai MTBM și proiectării componentelor critice descrise mai târziu în acest capitol, cum ar fi roata de tăiere, sculele sau sistemele anti-ruliu. Este important de reținut faptul că toate componentele și capacitatea lor de operare trebuie să fie adaptate între ele. Astfel, reușita operațiunilor de instalare a țevilor în roci dure utilizând MTBM cu șlam este determinată de încorporarea cu succes a tuturor componentelor într-un sistem funcțional. Pentru a crește performanța, este important să se găsească gâtuirile din sistem și să se mărească capacitatea acestuia. Întregul sistem poate fi atât de eficient pe cât îi permite cea mai slabă componentă a sa. Acest capitol prezintă părțile de echipament care sunt esențiale pentru a crește în continuare performanța unui MTBM.

Exemple de modele de roți de tăiere pentru roci dure pentru AVN 400 până la AVN 2500

PROIECT DE REFERINȚĂ: CONDUCTA DE APĂ HUNUA 4, NOUA ZEELANDĂ

Proiectul Hunua 4 este cel mai mare proiect pentru instalarea subterană a conductelor de apă realizat în Noua Zeelandă în ultimii ani. Proiectul implică peste 30 de kilometri de conductă de oțel, cu diametrul de la 1,3 până la 1,9 m, care traversează orașul Auckland. Un Herrenknecht AVN 2500 (OD 3025 mm) a făcut tuneluri în roci bazaltice cu un indice de rezistență UCS de până la 135 MPa. Datorită unui design special al roții de tăiere pentru roci dure (vezi figura 3), s-a obținut o rată medie de penetrare de 8 mm/rotație. Acest lucru a dus la cea mai bună performanță săptămânală de peste 137 m și la o lungime record de 1 296 m, care a fost cea mai mare lungime de avansare individuală din emisfera sudică, realizată de un MTBM cu cilindri hidraulici de împingere a țevilor de această dimensiune.

Proiectarea Ro Ii De T Iere

Componența roții de tăiat este cea mai importantă parte în aplicațiile pentru roci. Dimensiunea și dispunerea instrumentelor de tăiere sunt determinate de proprietățile rocilor și depind de diametru. Această dispunere conduce obținerea unor dimensiuni rezonabile ale așchiilor de rocă, care pot fi gestionate de sistemul de evacuare. Plăcile de protecție împotriva uzurii și fețele dure joacă un rol esențial în protejarea structurii de oțel a roții de tăiere împotriva uzurii excesive.

Străpungere la proiectul Hunua 4 - conducta magistrală de apă - magistrala 2 de 1 216 m lungime. (Antrepriza McConnell Dowell Constructors Ltd)

Gama recomandată de aplicații MTBM cu șlam pentru anumite rezistențe de rocă

Sculele De T Iere Pentru Roci Dure

Pentru MTBM-uri, pot fi luate în considerare trei tipuri principale de scule de tăiere . Cea mai frecventă sculă de tăiere rămâne tăișul cu disc, care este bine cunoscut de la TBM-urile de diametru mare, pentru roci dure. Cu toate acestea, din cauza constrângerilor de spațiu, tăietorul cu un singur disc este adesea înlocuit cu un tăietor cu disc dublu sau triplu, ceea ce reduce spațierea și, prin urmare, duce la o așchiere mai rapidă a rocii. Pe de altă parte, numărul mai mare de discuri pe freze scade forța de împingere disponibilă pentru fiecare disc și, prin urmare, scade probabilitatea de a crea fisuri de tracțiune în roci care să ducă la așchiere. Prin urmare, este important ca mașinile AVN pentru roci dure de diametru mic să aibă capabilitatea de a exercita forțe de împingere mari și să aibă atât rulmentul principal de sprijin al roții de tăiere, cât și rulmenții frezelor, foarte robuști.

O altă abordare pentru a crește forța de împingere a sculelor de tăiere sau pentru a le prelungi durata de viață este utilizarea inserțiilor TCI (Tungsten Carbide Insert - inserții din carbură de tungsten) sau a frezelor cu buton. Acest tip de freză exercită o forță de încărcare punctiformă asupra rocii, rezultând numeroase așchii mici. Datorită inserțiilor, freza TCI este considerată deosebit de rezistentă la uzură, ceea ce este benefic pentru antrenări pe distanțe lungi la diametre mici, unde nu sunt posibile intervenții la roțile de tăiere.

Frezele cu dinți fasonați pot ocupa o anumită nișă în execuția tunelurilor cu diametre mici, pe baza observației că frezele cu disc normal și frezele TCI au performanțe comparabil mai scăzute în rocile cu rezistență scăzută și cu comportament ductil. Dinții fasonați pătrund adânc în rocă și fac pârghie pentru a scoate din masa de rocă fragmente de rocă, uneori deja desprinse. În plus, trebuie precizat că sculele tipice pentru soluri moi sau mixte, cum ar fi dălțile, screperele, cuțitele și racletele, pot avea o contribuție semnificativă la tăierea rocilor cu rezistență redusă.

PROIECT DE REFERINȚĂ: MODERNIZAREA CONDUCTELOR DE APĂ, HONG KONG

Metoda „Slurry Pipe Jacking” a fost preferată pentru instalarea unei secțiuni de 107 metri lungime, cu o rază constantă de 153 de metri, în cadrul unui proiect de canalizare din Hong Kong, aparținând Departamentului de alimentare cu apă. Întregul traseu al tunelului traversează roci granitice cu un indice UCS maxim de până la 200 MPa. Din cauza acestor condiții de

Roata de tăiere a mașinii AVN 800 HR, după ce a fost instalată pe șantier în Hong Kong rocă dură și a diametrului mic al conductei de numai 960 mm (OD), a fost selectat un AVN 800 HR pentru rocă dură. Ca unelte de tăiere, au fost selectate freze conice de 317 mm cu inserții TCI. AVN 800 HR are o putere instalată de 90 kW, ceea ce permite o turație a roților de tăiere de max. 26 rpm și un cuplu maxim de 55 kNm. Datorită alegerii inovatoare a sculelor de tăiere, a fost nevoie de 60 de zile în total pentru a finaliza unitatea, inclusiv câteva zile de inactivitate. (Continuarea în ediția viitoare).