Stroj za dizanje cijevi u kamenu: Potpuni vodič za vrste, sustave rezanja i odabir projekta

Što je stroj za podizanje cijevi u stijenama i zašto uvjeti u stijenama zahtijevaju specijaliziranu opremu

Stroj za podizanje cijevi u stijenama je specijalizirani dio građevinske opreme bez rova dizajniran za bušenje kroz čvrste ili mješovite stijenske formacije uz istovremeno instaliranje niza cijevi iza njega, korištenjem hidrauličkih sila dizalica koje se primjenjuju iz lansirne osovine za guranje cijelog niza cijevi i stroja naprijed kroz tlo. Stroj iskopava površinu stijene na prednjem dijelu bušotine, uklanja otpad kroz postavljeni niz cijevi i održava preciznu liniju i nagib koji je potreban za gotov cjevovod — sve bez otvorenog iskopavanja na površini. Strojevi za podizanje cijevi u kamenu su oprema po izboru za postavljanje gravitacijske kanalizacije, vodovoda, plinovoda i kabelskih kanala ispod cesta, željeznica, rijeka i urbane infrastrukture gdje je zabranjeno ili nepraktično ometanje površine i gdje uvjeti tla uključuju kamenje koje je previše tvrdo ili abrazivno da bi standardna oprema za podizanje cijevi s mekim tlom mogla rukovati.

Razlika između standardnog stroja za podizanje cijevi i onog dizajniranog posebno za uvjete u stijenama je temeljna. Strojevi za mikrotuneliranje s mekim tlom koriste tlak gnojnice ili balans tlaka zemlje kako bi poduprli lice tunela i koriste disk rezače ili vučne pijuke koji su prikladni za tlo i slabe stijene. U kompetentnoj tvrdoj stijeni — granitu, bazaltu, kvarcitu, pješčenjaku ili vapnencu s neograničenom tlačnom čvrstoćom (UCS) iznad 80 do 100 MPa — ovi se alati za rezanje brzo troše, brzina iskopavanja pada na neprihvatljive razine i stroj se može zaglaviti ako se tlo samodrži bez pritiska tekućine na koji se stroj oslanja. A rock pipe jacking stroj rješava sve ove izazove s namjenski dizajniranim glavama za rezanje koje nose diskove za rezanje ili nastavke s gumbima namijenjene tvrdim stijenama, robusnim glavnim ležajevima i pogonskim sustavima sposobnim izdržati velika opterećenja potiska i zakretnog momenta koja zahtijeva iskop stijene, te često otvorenim ili atmosferskim načinom rada koji odgovara uvjetima samonosive stijene.

Kako rade strojevi za podizanje cijevi u kamenu: Cjelovit proces

Proces postavljanja cijevi u stijeni slijedi isti temeljni slijed kao i u mekšem tlu, ali svaka faza uključuje opremu i postupke prilagođene izazovima iskopa čvrstih stijena. Razumijevanje cjelokupnog procesa pojašnjava što stroj mora raditi i zašto su njegovi različiti sustavi dizajnirani na način na koji jesu.

Priprema lansirnog okna i postavljanje stroja

Proces počinje izgradnjom lansirnog okna — okomitog iskopa iz kojeg se spušta stroj i pomiče niz cijevi. U formacijama stijena, lansirna okna često se formiraju bušenjem i miniranjem ili rezanjem kamene pile, i moraju biti dovoljne veličine za smještaj okvira dizalice, potisne stijenke i prvih dijelova cijevi koji se postavljaju. Potisni zid — armiranobetonska ili čelična konstrukcija koja se oslanja na stražnju stijenku okna — mora biti projektirana tako da izdrži punu silu podizanja koja će se primijeniti tijekom pogona, a koja u uvjetima čvrste stijene može doseći nekoliko stotina tona čak i za bušotine srednjeg promjera. Stroj se spušta u okno, postavlja na okvir dizalice na ispravnoj liniji i nagibu i spaja na prateće sustave — vodove za gnojnicu, napajanje, podatkovne kabele i transporter za uklanjanje otpada ili cijev za gnojnicu — prije početka bušenja.

Iskop stijene na glavi sjekača

Glava rezača se okreće prema površini stijene pod kombiniranim učinkom sile potiska koju primjenjuje sustav dizalice i momenta pogonskih motora glave rezača. U tvrdim stijenama, primarno djelovanje rezanja izvode rezači s diskovima — kotači od kaljenog čelika koji se kotrljaju po površini stijene pod velikim točkastim opterećenjima, izazivajući vlačne lomove koji lome stijenu između susjednih putanja rezača. Razmak, promjer i opterećenje vrha diskastih rezača projektirani su za specifičnu vrstu stijene i UCS — tvrđe, abrazivnije stijene zahtijevaju rezače s manjim razmakom, većeg promjera s pločicama od karbida više kvalitete kako bi se postigle prihvatljive stope prodiranja i životni vijek rezača. Mekše ili izlomljene stijene mogu se učinkovitije rezati pijucima ili kombiniranim reznim glavama koje nose i diskaste rezače i pijuke za mješovite uvjete.

Uklanjanje otpada iz bušotine

Osipci stijena stvoreni na glavi rezača moraju se transportirati natrag kroz postavljeni niz cijevi do lansirnog okna radi uklanjanja. U strojevima za podizanje kamenih cijevi u načinu rada sa gnojnicom, voda ili bentonitna kaša se pumpa do glave rezača, gdje se miješa s komadićima stijene i pumpa se natrag kao suspenzija u postrojenje za odvajanje na površini. Ova metoda učinkovito obrađuje sitne čestice kamena i sitne komadiće, ali zahtijeva dovoljnu brzinu gnojnice za transport grubljih fragmenata stijena proizvedenih u tvrdoj stijeni — što utječe na veličinu pumpe gnojnice i promjer cjevovoda. U nekim konfiguracijama podizanja cijevi za stijene, posebno u samonosivim kompetentnim stijenama, mehanički transport — pužni transporter ili vučni transporter koji prolazi kroz niz cijevi — koristi se umjesto transporta gnojnice, eliminirajući potrebu za postrojenjem za odvajanje i pojednostavljujući rad na gradilištu.

Montaža cijevi i redoslijed podizanja

Kako stroj napreduje, dijelovi cijevi se spuštaju u lansirno okno i dodaju na stražnji dio niza cijevi, koji se gura prema naprijed pomoću glavnog okvira dizalice. Svaki potez dizalice pomiče niz za jednu duljinu cijevi — obično 1,0 do 3,0 metra, ovisno o promjeru cijevi i dubini okna. Okvir dizalice se zatim uvlači, nova cijev se spušta i postavlja i započinje sljedeći hod. Međustanice dizalica — hidrauličke dizalice postavljene između dijelova cijevi u intervalima duž pogona — koriste se na dužim pogonima kako bi se smanjilo kumulativno opterećenje trenjem koje bi inače zahtijevalo glavni okvir dizalice da gura cijelu duljinu niza cijevi, što u pogonima u stijenama može doseći nekoliko tisuća tona na dugim bušotinama.

Upravljanje i kontrola nagiba

Održavanje određene linije i nagiba kroz stijenu zahtijeva sustav upravljanja koji je sposoban prevladati tendencije usmjerenja koje anizotropija stijene i uzorci loma mogu nametnuti stroju. Strojevi za podizanje cijevi za stijene koriste zglobne štitove s hidrauličnim cilindrima za upravljanje koji skreću prednji dio stroja u odnosu na prateću cijev, omogućujući kontinuirano vršenje korekcija tijekom vožnje. Laserski teodolit ili žiroskopski sustav za navođenje prati položaj stroja u odnosu na projektirano poravnanje, s podacima u stvarnom vremenu prikazanim na površinskoj kontrolnoj stanici. U tvrdoj stijeni, korekcije upravljanja moraju se primjenjivati ​​postupno - nagla podešavanja upravljanja u krutom tlu mogu uzrokovati oštećenje spojeva cijevi ili povećana opterećenja trenjem - a geometrija upravljanja stroja mora biti usklađena s promjerom cijevi i tolerancijom spoja kako bi se izbjeglo prenaprezanje niza cijevi tijekom promjena smjera.

Vrste reznih glava za različite uvjete stijena

Glava rezača je definirajuća komponenta stroja za podizanje cijevi za stijene — njegov dizajn određuje može li stroj učinkovito iskopati ciljnu stijenu, koliko brzo dolazi do trošenja rezača i kakav je učinak stroja u uvjetima mješovite površine. Odabir ili određivanje ispravne konfiguracije glave rezača za uvjete tla jedna je od najkritičnijih odluka u planiranju projekta.

Inspekcija rezača i pristup zamjeni ključno je razmatranje dizajna strojeva za podizanje cijevi za stijene. U strojevima većeg promjera (obično DN 1200 i više), moguće je da osoblje uđe u komoru glave rezača pod sigurnim atmosferskim uvjetima u samonosivoj stijeni kako bi pregledalo i zamijenilo istrošene rezače tijekom vožnje. U strojevima manjeg promjera, zamjena rezača zahtijeva ili povlačenje stroja na lansirnu osovinu - značajna vremenska i troška - ili korištenje daljinski upravljanih sustava zamjene rezača koji omogućuju zamjenu istrošenih alata bez ulaska čovjeka. Izvedivost i trošak izmjene rezača treba uzeti u obzir pri planiranju vožnje, posebno za duge vožnje u visoko abrazivnim stijenama gdje su stope potrošnje rezača visoke.

Proračuni sile dizalice i međustanice dizalice

Ukupna sila dizanja potrebna za napredovanje stroja za dizanje cijevi u stijenama jedan je od najvažnijih parametara u planiranju projekta — ona određuje kapacitet glavnog okvira dizanja, konstrukcijski dizajn potisne stijenke, potrebnu čvrstoću dijelova cijevi i jesu li potrebne međustanice za dizanje. Podcjenjivanje sile dizanja dovodi do zastoja pogona, oštećenja cijevi zbog pretjeranog potiska ili projekata koji se ne mogu dovršiti.

Ukupna sila dizanja zbroj je čeonog otpora — sile potrebne za napredovanje glave rezača kroz stijenu — i površinskog trenja duž cijele duljine postavljenog niza cijevi. Čeona otpornost u stijeni prvenstveno je funkcija UCS-a stijene, područja glave rezača i konfiguracije rezača. Površinsko trenje određeno je prstenastim razmakom između vanjskog promjera cijevi i bušotine, dimenzijom prekoračenja, učinkovitošću ubrizgavanja podmazivanja i hrapavošću površine cijevi. Kod podizanja cijevi u stijenama, promjer bušotine obično se izrezuje malo veći od OD cijevi — presijecanje — kako bi se smanjilo površinsko trenje i osigurao prostor za anularno ubrizgavanje podmazivanja. Tipično prekoračenje za uvjete na stijenama je 20 do 50 mm radijusa, ovisno o kvaliteti stijene i duljini pogona.

Međupriključne stanice (IJS), koje se nazivaju i međupriključci, sklopovi su hidrauličkih dizalica ugrađenih između dijelova cijevi u izračunatim razmacima duž pogona. Omogućuju da se pogon podijeli u kraće segmente, od kojih svaki gura naprijed najbliža stanica dizalice, tako da nijedan pojedinačni dio cijevi ne nosi kumulativno trenje pune duljine pogona. Za pogone dizalice za stijenske cijevi koji premašuju 150 do 200 metara u tipičnim uvjetima, IJS je gotovo uvijek potreban. Razmak IJS-a određen je najvećim dopuštenim opterećenjem dizanja na dijelu cijevi — proizvođači cijevi navode najveće dopuštene sile dizanja za svoje proizvode, a razmak IJS-a mora osigurati da ta sila nije prekoračena ni u jednoj točki pogona pod najgorim mogućim uvjetima trenja.

Podmazivanje i prstenasto injektiranje u postavljanju cijevi u stijeni

Podmazivanje prstenastog prostora između niza cijevi i stijenke bušotine bitno je u svim pogonima za podizanje cijevi, ali ima specifične karakteristike u uvjetima stijena u usporedbi s primjenama na mekom tlu. U mekom tlu, bentonitna suspenzija ubrizgana kroz otvore u nizu cijevi ispunjava prsten i smanjuje trenje kože pružajući medij za podmazivanje s malim smicanjem. U stijeni, samonoseća stijenka bušotine znači da mazivo ne mora osigurati čeonu potporu, ali i dalje služi kritičnoj funkciji smanjenja trenja u kontaktu cijevi i stijene i sprječavanja da se niz cijevi zaglavi u bušotini ako se pogon zaustavi na bilo koje vrijeme.

Ubrizgavanje podmazivanja u kamene pogone koristi bentonit ili mazivu smjesu na bazi polimera koja se ubrizgava kroz više otvora za ubrizgavanje raspoređenih duž niza cijevi. Tlak ubrizgavanja mora biti dovoljan da ispuni prstenasti prostor i istisne sve podzemne vode ili sitne čestice stijena, ali ne toliko visok da uzrokuje hidrauličko lomljenje okolne stijene ili da pobjegne duž ravnina loma u površinu tla ili susjedne strukture. Praćenje volumena ubrizgavanja i tlakova na svakom otvoru tijekom pogona daje informacije o kvaliteti anularnog punjenja i upozorava operatera na mjesta gdje cijev dolazi u izravan kontakt sa stijenkom bušotine — stanje koje povećava trenje i rizik od habanja.

Po završetku pogona, prstenasti prostor obično se injektira cementno-bentonitnom ili PFA-cementnom smjesom za injektiranje kako bi se osigurala trajna potpora za cijev i ispunile sve praznine koje bi inače mogle uzrokovati slijeganje u tlu iznad. U kompetentnoj stijeni gdje je bušotina potpuno samonosiva, ovaj korak injektiranja može se izostaviti za pogone malog promjera, ali to je standardna praksa za veće promjere i u stijeni s bilo kojim stupnjem lomljenja ili trošenja što može rezultirati progresivnim labavljenjem blokova u prstenasti prostor tijekom vremena.

Zahtjevi za ispitivanje tla za projekte podizanja cijevi u stijenama

Uspjeh projekta podizanja cijevi u stijenama uvelike ovisi o kvaliteti istraživanja tla prije odabira stroja i planiranja projekta. Uvjeti u stijenama su notorno promjenjivi na kratkim udaljenostima, a parametri koji najviše utječu na performanse stroja - UCS, indeks abrazivnosti, učestalost loma i prisutnost mješovitih zona - ne mogu se pouzdano zaključiti iz kartiranja površine ili rijetkih podataka bušotine. Neadekvatno istraživanje tla je najčešći uzrok neočekivanih zastoja stroja, potrošnje rezača daleko iznad predviđanja i prekoračenja troškova projekta u postavljanju cijevi u stijenama.

• Bušenje bušotine duž trase pogona: Bušotine s rotacijskom jezgrom na maksimalnom razmaku od 50 metara duž trase pogona, prikupljanje kontinuiranih uzoraka jezgre za karotažu i laboratorijsko testiranje, minimalni su zahtjev za smisleni model tla. Postotak iskorištenja jezgre, Oznaku kvalitete stijene (RQD) i učestalost loma po metru treba zabilježiti za svako ispitivanje. Za pogone u geološki složenom tlu, manji razmak između bušotina opravdan je cijenom zastoja stroja koje mogu prouzročiti neadekvatni podaci.
• Laboratorijsko ispitivanje stijena: Uzorke jezgre treba ispitati na neograničenu tlačnu čvrstoću (UCS) prema standardima ISRM ili ASTM, brazilsku vlačnu čvrstoću, indeks točkastog opterećenja i Cercharov indeks abrazivnosti (CAI) ili ekvivalent. CAI je posebno važan za procjenu potrošnje rezača - visoko abrazivne stijene (CAI iznad 3,0) mogu trošiti disk rezače u količinama tri do pet puta većim od umjereno abrazivnih materijala, dramatično utječući na ekonomičnost projekta.
• Hidrogeološka procjena: Uvjeti podzemne vode duž pogona utječu na dizajn sustava za uklanjanje otpada, metodu izgradnje okna i rizik od prodora podzemne vode u pukotinu ili kršku stijenu. Razine stajaće vode u bušotinama i ispitivanje pakera za karakterizaciju propusnosti treba uključiti u program istraživanja tla za sve pogone gdje se predviđa podzemna voda.
• Identifikacija stanja mješovitog lica: Prijelazne zone između stijene i gornjeg tla, površine istrošene stijene i kontakti nasipa ili intruzije unutar stijenske mase su najrizičniji uvjeti za strojeve za podizanje cijevi za stijene. Istraživanje tla treba posebno pokušati karakterizirati ove prijelazne zone i identificirati njihove vjerojatne položaje duž pogona kako bi se omogućila odgovarajuća specifikacija rezne glave i unaprijed planiranje brzine u tim dionicama.

Ključne specifikacije za usporedbu pri odabiru stroja za podizanje cijevi za stijene

Kada se ocjenjuju strojevi za mikrotuneliranje u stijeni i oprema za podizanje cijevi od tvrdog kamena za određeni projekt, sljedeći parametri specifikacije su najvažniji za usporedbu između dobavljača i modela:

Uobičajeni problemi u pogonima za podizanje cijevi u kamenu i kako ih spriječiti

Čak i dobro planirani projekti postavljanja cijevi u kamenu nailaze na operativne izazove. Razumijevanje najčešćih problema i njihovih uzroka pomaže projektnim timovima implementirati preventivne mjere i učinkovito reagirati kada se problemi pojave.

• Zaglavljivanje rezne glave na velikim fragmentima stijene: U razlomljenoj stijeni, blokovi veći od otvora glave rezača mogu se zaglaviti o glavu rezača, zaustavljajući rotaciju. Prevencija zahtijeva usklađivanje veličine otvora glave rezača s očekivanom veličinom bloka iz karakterizacije stijenske mase i osiguravanje da glava rezača ima dovoljnu rezervu zakretnog momenta da se oslobodi od manjih zastoja. Neki strojevi za podizanje cijevi za stijene uključuju reverzibilnu rotaciju glave rezača posebno za oslobađanje zaglavljenih rezača ili fragmenata.
• Prodor podzemne vode u pukotinskim zonama: Visoko razlomljena stijena sa značajnim hidrauličkim nagibom može proizvesti brzo prodiranje podzemne vode u bušotinu kada stroj presijeca zonu pukotine koja nosi vodu. Prevencija zahtijeva hidrogeološku procjenu prije pogona i, gdje su identificirane zone visokog rizika, prethodno injektiranje s površine ili unutar niza cijevi kako bi se smanjila propusnost prije nego što stroj stigne do zone. Oprema za hitno brtvljenje lica trebala bi biti dostupna na svim pogonima u potencijalno vodonosnoj stijeni.
• Blokada pogona zbog trenja cijevi: Ako je pogon zaustavljen na dulje vrijeme — zbog održavanja, promjene rezača ili kvara opreme — niz cijevi se može zaglaviti u bušotini dok se žbuka za podmazivanje učvršćuje uz cijev. Prevencija zahtijeva održavanje redovitih volumena ubrizgavanja podmazivanja, izvođenje kratkih hodova dizalice kako bi se niz cijevi pomicao tijekom planiranih zastoja i postojanje planova za hitne slučajeve ponovne mobilizacije ako dođe do neplaniranog zastoja. Srednje stanice dizalice trebale bi se aktivirati kako bi se prekinulo trenje u segmentima, umjesto da se pokušava osloboditi cijela uža s glavnim okvirom dizalice.
• Odstupanje navođenja u visoko anizotropnoj stijeni: Stijena s jakim naslagama, naslagama ili spojevima pod kutom u odnosu na smjer pogona vrši bočne sile na glavu rezača koje mogu gurnuti stroj izvan poravnanja prije nego što se primijene korekcije upravljanja. Prevencija zahtijeva često praćenje navođenja — idealno kontinuirano automatizirano praćenje — i proaktivne prilagodbe upravljanja umjesto reaktivnih ispravaka nakon što se dogodi značajno odstupanje. U poznatim anizotropnim dijelovima stijena, smanjenje brzine napredovanja omogućuje veću kontrolu nad smjerom stroja.
• Začepljenje cjevovoda za gnojnicu od krupnih krhotina: U tvrdim stijenama, radnja usitnjavanja rezačem s diskom proizvodi nepravilne fragmente koji mogu biti znatno grublji od onih za koje su dizajnirani sustavi gnojnice za meko tlo. Blokade u povratnom vodu gnojnice uzrokuju brzo zaustavljanje pogona i mogu se teško očistiti kroz postavljeni niz cijevi. Prevencija zahtijeva osiguravanje da su brzina gnojnice i promjer cijevi odgovarajući za očekivanu veličinu strugotine, instaliranje dostupnih točaka za čišćenje u krugu gnojnice i kontinuirano praćenje volumena povratnog protoka i tlaka pumpe kako bi se otkrile djelomične blokade prije nego što postanu potpune prepreke.

Odabir pravog stroja za podizanje cijevi od kamena za vaš projekt

Usklađivanje specifikacije stroja sa specifičnim uvjetima tla, geometrijom pogona i projektnim ograničenjima svakog projekta podizanja cijevi u stijenama bitno je za postizanje traženog rezultata unutar programa i proračuna. Sljedeća pitanja daju strukturirani okvir za proces odabira:

• Koji je maksimalni UCS i Cercharov indeks abrazivnosti ciljne stijene? Ova dva parametra zajedno određuju potrebne specifikacije rezača i očekivanu potrošnju rezača. Stroj ocijenjen za 150 MPa UCS stijene ne bi trebao biti raspoređen u granitu na 250 MPa — potvrdite da se UCS ocjena dizajna stroja podudara ili premašuje vašim podacima istraživanja tla s odgovarajućom sigurnosnom marginom.
• Koja je duljina pogona i promjer cijevi? Dužina pogona određuje jesu li potrebne međustanice dizalice i utječe na minimalni potreban kapacitet glavnog okvira dizalice. Promjer cijevi određuje promjer provrta, promjer glave rezača, dimenzije stroja i je li moguća inspekcija rezača s ulaskom čovjeka — obično izvedivo samo iznad približno DN 1000 do 1200, ovisno o dizajnu stroja.
• Očekuju li se mješovita stanja? Ako pogon prolazi kroz zone u kojima je stijena prekrivena ili preslojena mekšim materijalom, potrebna je kombinacija glave rezača i stroja koji može raditi iu otvorenom stijenskom načinu rada iu zatvorenom površinskom balansiranju tlaka zemlje ili u načinu gnojnice. Potvrdite sposobnost stroja posebno u mješovitim uvjetima, a ne samo u čistoj stijeni.
• Koja su ograničenja mjesta za dimenzije okna i otisak površine? Oprema za podizanje kamenih cijevi — okvir za podizanje, postrojenje za gnojnicu, rukovanje otpadom — zahtijeva značajnu površinu oko lansirne osovine. Potvrdite da konfiguracija opreme koju je predložio dobavljač odgovara dostupnom tlocrtu gradilišta, uključujući siguran pristup za rad dizalice do nižih dijelova cijevi i za kretanje cisterni za gnojnicu.
• Kakve rezultate ima dobavljač u usporedivim uvjetima stijene? Zatražite reference projekta posebno za postavljanje cijevi u stijenama u usporedivoj geologiji — UCS raspon, vrsta stijene, duljina pogona i promjer. Dobavljač s opsežnim iskustvom u mikrotuneliranju mekih tla, ali ograničenim iskustvom u tvrdim stijenama je izbor s većim rizikom za zahtjevnu vožnju u stijenama nego onaj s više dovršenih projekata u stijenama u sličnim uvjetima. Zatražite studije slučaja uključujući postignute stope prodora i podatke o potrošnji rezača, a ne samo potvrdu o završetku projekta.