اندازه‌گیری‌های ایمنی برای بهره‌برداری از ماشین‌های حفاری地道 چیست؟

درک خطرات اصلی در عملیات ماشین‌های حفاری تونل

خطرات رایج در عملیات دستگاه حفاری تونل (TBM)

دستگاه‌های حفاری تونل (TBMs) با مشکلاتی مانند شرایط ناپایدار زمین، خرابی قطعات ماشین‌آلات و استنشاق کارگران ذرات گرد و غبار حاصل از عملیات حفاری همراه هستند. پژوهشی که در سال 2025 منتشر شد، این مسائل را با استفاده از روش‌هایی به نام‌های تحلیل درخت خطا (Fault Tree Analysis) و فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (Analytic Hierarchy Process) بررسی کرده است. یافته‌های آن بسیار گویا بودند که چه چیزهایی اغلب در محل کار اشتباه پیش می‌رود — ریزش زمین بارها اتفاق می‌افتد و همچنین گیر کردن دیسک‌های برشی که پیشرفت را کاملاً متوقف می‌کند، بسیار رایج است. هنگامی که دستگاه‌های حفاری تونل در نزدیکی گسل‌ها کار می‌کنند، احتمال وقوع ناگهانی ترکیدگی سنگ حدود دو برابر بیشتر از مناطقی است که زمین در آن‌ها پایدارتر است. این بدین معناست که تیم‌های اجرایی باید نحوه کار خود را در طول روز با توجه به نوع زمینی که با آن سروکار دارند، تنظیم کنند.

ریسک‌های خاص ماشین‌آلات در محیط‌های ساخت تونل

دستگاه‌های حفاری تونل (TBM) با چالش‌های عملیاتی خاصی مانند داغ شدن بیرینگ اصلی و عدم ترازی سیستم پیشرانه مواجه هستند. دستگاه‌های مدرن TBM که در زمین‌های با لایه‌های مختلط کار می‌کنند، نرخ سایش ۲۲٪ بالاتری در ابزارهای برش تجربه می‌کنند که منجر به افزایش نیازهای نگهداری می‌شود. بیش از ۴۰٪ از خرابی‌های مکانیکی ناشی از مدیریت نادرست گشتاور در حین حفاری در سنگ‌های سخت است، بر اساس معیارهای ایمنی تونلسازی.

تحلیل ژئولوژیکی و ژئوتکنیکی برای ایمنی تونل

بررسی‌های جامع پیش از ساخت، شوک‌های ژئولوژیکی را به میزان ۷۸٪ کاهش می‌دهند، همان‌طور که در تحقیقات ایمنی TBM در سال ۲۰۲۳ نشان داده شده است. معیارهای کلیدی شامل:

پروژه‌هایی که از نظارت ژئوتکنیکی فازی استفاده می‌کنند، گزارش داده‌اند که توقف‌های غیر برنامه‌ریزی شده ماشین آلات ۴۰٪ کمتر است.

مطالعه موردی: حادثه ناپایداری ژئولوژیکی در یک پروژه تونل آلپی سوئیس

در اوایل سال 2021، کارگران حفاری در آلپ با مشکلات جدی مواجه شدند، زمانی که ماشین حفاری تونل شماره 14 آنها به یک منطقه غیر منتظره پر از گل نرم برخورد کرد. فشار زمین به بیش از ۳۵ مگاپاسکال رسید که دیوار تونل را تقریباً ۱۹ درصد شکسته بود قبل از اینکه مهندسان بتوانند همه چیز را ثبات دهند. کل این آشفتگی حدود 18 میلیون دلار هزینه داشت در تاخیر و تعمیرات. در نگاه به گذشته، کارشناسان دریافتند که اگر سیستم های هشدار دهنده بهتری در محل وجود داشته باشند، تقریباً تمام خطرات مشابه (حدود ۹۲ درصد) ممکن است کاملاً اجتناب شود. بسیاری از مردم اکنون خواستار فناوری های هوشمندتر هستند که بتوانند از این نوع شگفتی های زیرزمینی با استفاده از هوش مصنوعی برای تجزیه و تحلیل شکلات سنگی پیش از زمان پیش بینی کنند.

پروتکل های ایمنی اساسی و تضمین های تکنولوژیکی در عملیات TBM

اجرای مقررات ایمنی سازمان ایمنی کار برای عملیات تونل

وقتی عملیات تونل سازی مطابق با استانداردهای OSHA باشد، میزان مرگ و میر به طور چشمگیری کاهش می یابدبر اساس گزارش سالانه OSHA در سال 2023، حدود 62٪. قوانین مستلزم چیزهایی مانند بررسی کیفیت هوا در فضاهای تنگ، داشتن راه های فرار روشن آماده برای موارد اضطراری و پیروی از اقدامات ایمنی سختگیرانه در هنگام کار بر روی کندهای برش است. محل های ساختمانی که در واقع افسران ایمنی معتبر را استخدام می کنند، حدود ۴۰ درصد کمتر از کسانی که گواهینامه مناسبی ندارند، در حوادث ماشین آلات آسیب می بینند. این منطقی است زیرا متخصصان آموزش دیده می دانند که خطرات وجود دارد و چگونه از آنها پیشگیری کنیم قبل از اینکه به فاجعه تبدیل شوند.

پروتکل های نگهداری پیشگیرانه برای سیستم های TBM

چرخه های تعمیر و نگهداری برنامه ریزی شده طول عمر دیسک برش را با 300-400 ساعت عملیاتی افزایش می دهد در حالی که زمان توقف برنامه ریزی نشده را 74٪ کاهش می دهد (NIST 2023) پروتکل های مهم شامل:

• کالیبراسیون تورک روزانه سیلندر های فشار
• بازرسی هفتگی سیستم های کشش کمربند حمل کننده
• تجزیه و تحلیل فرسایش ماهانه در پرواز های ناقل پیچ
  پروژهٔ بازسازی سال 2023 برای یک تونل بزرگ شهری نشان داد که نمونه‌برداری پیش‌بینانه از گریس در یاتاقان‌های اصلی، از خرابی فاجعه‌بار در طول مراحل حساس حفاری جلوگیری کرد.

مانیتورینگ بلادرنگ و سیستم‌های هشدار خودکار

TBMهای مدرن شامل 120 تا 180 سنسور تعبیه‌شده هستند که 4000 نقطه داده در دقیقه را برای موارد زیر ارسال می‌کنند:

هشدارهای چندمرحله‌ای به‌صورت خودکار فشار پیشرانه را کاهش می‌دهند هنگامی که ناهنجاری‌های زمین‌شناسی از حاشیه‌های ایمنی برنامه‌ریزی‌شده بیشتر شوند و این امر باعث کاهش ۳۳ درصدی تورم سر مته در دستگاه حفاری تونل (TBM) می‌شود (مجله حفاری تونل ۲۰۲۴).

روند: ادغام تشخیص‌های مبتنی بر هوش مصنوعی در دستگاه‌های حفاری تونل مدرن

سیستم‌های جدید یادگیری ماشین که حدود دوازده عامل عملیاتی مختلف را ردیابی می‌کنند، می‌توانند مشکلات یاتاقان را ۷۲ تا تقریباً ۱۰۰ ساعت قبل از وقوع آنها تشخیص دهند، بر اساس تحقیق منتشر شده توسط انجمن بین‌المللی تونل‌زنی در سال گذشته. نرخ دقت این سیستم‌ها حدود ۸۹٪ است که برای کارهای نگهداری پیش‌بینانه قابل توجه است. با بررسی پروژه‌های اخیر تونل‌زنی که مهندسان در آنها از هوش مصنوعی برای بهینه‌سازی نرخ پیشروی استفاده کرده‌اند، مشاهده شده است که ساخت‌وساز تقریباً ۲۲٪ سریع‌تر پیش رفته بدون آنکه استانداردهای ایمنی در پایداری حفاری تحت تأثیر قرار گیرد. به عنوان مثال، در پروژه بزرگ گسترش تونل هیدروالکتریک در سال ۲۰۲۳، زمانی که کارگران با فرمیشن‌های آهکی غیرمنتظره‌ای مواجه شدند، سیستم کنترل هوش مصنوعی فعال شد و تنظیمات خودکاری در فشار سیال انجام داد. این واکنش هوشمندانه از وقوع حداقل سه فروپاشی احتمالی در محل جلوگیری کرد و هم زمان و هم هزینه صرفه‌جویی کرد و در عین حال ایمنی تمامی افراد در زیرزمین را تضمین نمود.

تجهیزات حفاظت فردی و بهبود ایمنی کارگران

کار با دستگاه‌های مدرن حفاری تونل به معنای رعایت دقیق دستورالعمل‌های EPI برای دوری از خطرات مختلف در محل کار است. امروزه کارگران تونل باید از سر تا پا با لباس‌های محافظتی پوشیده شوند. کلاه‌های ایمنی مقاوم در برابر ضربه الزامی هستند، به ویژه آنهایی که دارای چراغ داخلی برای دید بهتر در عمق زیرسطحی هستند. دستکش‌هایی که می‌پوشند به کاهش ارتعاشات ناشی از کار با ماشین‌آلات سنگین کمک می‌کنند و کفش‌هایشان دارای پنجه‌های تقویت‌شده و کفی هستند که از نفوذ اجسام تیز جلوگیری می‌کنند. حفاظت از راه‌های تنفسی نیز بسیار مهم است، زیرا تونل‌ها به سرعت در اثر حفاری در فضاهای بسته با گرد و غبار حاوی ذرات سیلیس و گازهای مضر دیگر پر می‌شوند. مواد جدیدی که اخیراً معرفی شده‌اند طبق گزارش‌های صنعتی سال گذشته، بدون قربانی کردن استحکام، وزن این تجهیزات محافظتی را کاهش داده‌اند و کاهشی حدود ۲۲ درصدی در وزن کلی بین برندهای مختلف نشان داده‌اند.

پیشرفت‌ها در تجهیزات حفاظت فردی هوشمند با بازخورد بیومتریک

تجهیزات حفاظت فردی مدرن مجهز به سنسورهای بیومتریک هستند که چیزهایی نظیر ضربان قلب، دمای بدن و میزان خستگی واقعی فرد در حین کار را ردیابی می‌کنند. هنگامی که این وسایل ایمنی هوشمند تشخیص دهند کارگر در حال فشار دادن حدود فیزیکی خود است، بلافاصله هشدارهایی به سرپرستان ارسال می‌شود. این سیستم هشدار زودهنگام موجب کاهش حدود ۳۸٪ موارد استرس ناشی از گرما در آزمایش‌های میدانی سال گذشته شده است. برخی نسخه‌های پیشرفته‌تر حتی فناوری تشخیص برخورد دارند که از سیگنال‌های رادیویی خاصی استفاده می‌کنند تا کارگران را از نزدیک شدن بیش از حد به قطعات متحرک خطرناک ماشین‌آلات مطلع کنند. در آینده، کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند که این بخش تجهیزات حفاظت فردی هوشمند طی چند سال آینده رشد قابل توجهی خواهد داشت و تا سال ۲۰۲۸ با نرخ سالانه حدود ۱۳٪ رشد خواهد کرد، عمدتاً به دلیل مقررات جدید برای محیط‌های کاری زیرزمینی و همچنین ادامه اتصال تمام تجهیزات از طریق اینترنت اشیاء به منظور بهبود ایمنی کارگران.

این رویکرد جامع به ایمنی کارگران، تدابیر محافظتی سنتی را با فناوری‌های پیش‌بینی‌کننده ترکیب می‌کند و دفاع‌های لایه‌ای در برابر خطرات ذاتی حفاری تونل ایجاد می‌کند.

سیستم‌ها و فناوری‌های نگهداری زمین خودکار برای حفاری ایمن‌تر

نقش حفاری خودکار در کاهش قرارگیری انسان در مناطق خطرناک

امروزه، دستگاه‌های مدرن حفاری تونل با بازوی رباتیکی تجهیز شده‌اند که حدود ۸۳ درصد از تمام کارهای برش در مناطق خطرناک که پایداری سنگ در آن‌ها مورد سؤال است را انجام می‌دهند. این بدین معناست که تعداد کمتری از کارگران باید به دیواره‌های ناپایدار تونل نزدیک شوند. این دستگاه‌ها به سیستم‌های خودکاری متکی هستند که از چیزهایی مانند اسکن لیزری لایدار و نظارت بر فشار برای حفظ روند منظم کار استفاده می‌کنند. این به‌روزرسانی‌های فناوری به جلوگیری از شرایط تخریب اضافی کمک می‌کنند که طبق گزارش انجمن تونلسازی ملی سال گذشته، حدود یکی از هر پنج آسیب‌دیدگی در حفاری تونل را ایجاد می‌کنند. هرچند این موضوع ممکن است پیچیده به نظر برسد، اما در عمل به تیم‌های ساخت و ساز اجازه می‌دهد در پشت سد‌های محافظتی بمانند و در عین حال بدون قربانی کردن سرعت پیشرفت، از میان تشکیلات سنگی حفاری کنند.

سیستم‌های پشتیبانی و پایداری در مراحل اولیه حفاری

دستگاه‌های پیشرفته حفاری تونل (TBM) نصب پشتیبانی مرحله‌ای را از طریق سه مکانیسم اصلی یکپارچه می‌کنند:

این سیستم‌ها به صورت هم‌افزا همکاری می‌کنند تا دیواره تونل را ظرف ۱۵ دقیقه پس از حفاری تثبیت کنند و به این ترتیب پنجره حساس اولین ساعت را که در ۷۸٪ حوادث تونل‌های تاریخی شناسایی شده است، پوشش دهند.

مطالعه موردی: دستگاه نصب خودکار قطعات، نرخ آسیب‌ها را در گسترش متروی توکیو ۴۰٪ کاهش داده است

استقرار سیستم‌های قطعه‌گذاری هدایت‌شده توسط هوش مصنوعی توسط دولت متropolitan توکیو، دستکاری دستی پوشش‌های بتنی ۴٫۵ تنی را در امتداد خط نامبوکو حذف کرد. این اجرای پروژه منجر به کاهش موارد زیر شد:

• ساعات کاری کارگران در منطقه هدر (سرنیزه) با ۹۲٪
• آسیب‌های اسکلتی-عضلانی ناشی از بلند کردن اجسام سنگین تا ۱۰۰٪
• خطاهای ترازبندی قطعات که خطرات ثانویه ایجاد می‌کردند، تا ۷۶٪

بررسی‌های ایمنی پس از اجرا، همبستگی مستقیمی بین سطح اتوماسیون و فراوانی حوادث در تمامی مراحل پروژه نشان داد.

راهبرد: پذیرش فازی اتوماسیون در پروژه‌های تونل‌سازی پرخطر

پیمانکاران پیشرو از یک چارچوب اجرایی ۴ مرحله‌ای استفاده می‌کنند:

1. آزمایش آزمایشی اتوماسیون در زیرسیستم‌های غیربحرانی (ناورها، تهویه)
2. عملیات ترکیبی دوره‌هایی با قابلیت دستکاری دستی
3. اتوماسیون کامل عملکردهای اولیه حفاری
4. نگهداری پیش بینی ادغام با استفاده از یادگیری ماشین

این رویکرد به افراد تیم اجازه می‌دهد تا تخصص عملیاتی خود را توسعه دهند و در عین حال کنترل‌های ایمنی را حفظ کنند؛ پیشگامان این روش گزارش داده‌اند که زمان پاسخگویی به خطرات ۶۲٪ سریع‌تر از پیاده‌سازی‌های فوری اتوماسیون کامل بوده است.

آمادگی برای شرایط اضطراری و ایمنی مقایسه‌ای در روش‌های حفاری تونل

طراحی مسیرهای تخلیه و اتاق‌های پناه در تونل‌های عمیق

پروژه‌های مدرن تونلسازی به چندین مسیر تخلیه که حداکثر هر ۵۰۰ متر یکی قرار دارند، اولویت می‌دهند و اتاق‌های پناه تحت فشار حداقل ۲ ساعت هوای قابل تنفس فراهم می‌کنند. این سیستم‌ها خطرات ناشی از ریزش‌های ناگهانی یا نشت گاز را کاهش می‌دهند و امکان خروج سریع حتی در شرایط دید کم را فراهم می‌کنند.

سیستم‌های ارتباطی در شرایط اضطراری تونل

شبکه‌های بی‌سیم مش افزونه اکنون سیستم‌های سنتی سیمی را تکمیل می‌کنند و ارتباطات را در عمق‌های بیش از ۱ کیلومتر حفظ می‌نمایند. پروژه‌هایی که از تنظیمات ترکیبی ارتباطات استفاده می‌کنند، زمان پاسخگویی اضطراری را در پروژه‌های اخیر تونل‌های برق آبی به میزان ۳۳٪ کاهش داده‌اند.

تمرینات منظم و آموزش پاسخگویی اضطراری برای خدمه ماشین حفاری تونل (TBM)

شبیه‌سازی‌های اجباری فصلی تیم‌ها را برای سناریوهایی مانند آتش در هدر یا ورود ناگهانی آب زیرزمینی آماده می‌کند. پژوهش‌هایی که از تحلیل درخت خطا با منطق فازی برای اولویت‌بندی ریسک استفاده می‌کنند نشان می‌دهند که تیم‌های آموزش‌دیده حوادث بحرانی را ۴۰٪ سریع‌تر از تیم‌های غیرآموزش‌دیده حل می‌کنند.

شبیه‌سازی‌های دیجیتال دوقلو برای برنامه‌ریزی سناریوهای اضطراری

ابزارهای مدل‌سازی پیشرفته اکنون رفتارهای زمین‌شناسی را با دقت ۹۴٪ تقلید می‌کنند، مطابق مطالعه‌ای در سال ۲۰۲۳ در مورد دیجیتال دوقلو. این شبیه‌سازی‌ها به مهندسان اجازه می‌دهند قبل از شروع حفاری، پروتکل‌های تخلیه را در بیش از ۲۰۰ سناریوی بلایای طبیعی آزمایش کنند.

مزایای ایمنی ماشین‌های حفاری تونل در مقایسه با روش‌های سنتی حفاری

دستگاه‌های حفاری تونل (TBM) در مقایسه با روش‌های حفاری و انفجار، قرارگیری مستقیم پرسنل در معرض سطوح ناپایدار را تا ۷۸٪ کاهش می‌دهند. کابین‌های بسته اپراتور مجهز به سیستم‌های فیلتراسیون HEPA، حوادث ناشی از خطرات تنفسی را تا ۶۲٪ کاهش می‌دهند (Ponemon 2022).

مقایسه آماری: نرخ آسیب‌ها در پروژه‌های حفاری و انفجار در مقابل پروژه‌های دستگاه حفاری تونل (TBM)

گزارش ITA 2022 ثبت کرده است که در پروژه‌های TBM به ازای هر میلیون ساعت کار ۲٫۷ مورد آسیب رخ داده در مقابل ۸٫۱ مورد در روش‌های متداول. دستگاه‌های TBM با اتوماسیون بالا در شرایط فوق‌بار بالاتر از ۱۲ بار به نرخ تقریباً صفر حادثه دست می‌یابند.

‫سوالات متداول‬

دستگاه‌های حفاری تونل (TBM) چیست و خطرات رایج آن‌ها کدام‌اند؟

دستگاه‌های حفاری تونل (TBM) در ساخت تونل استفاده می‌شوند. خطرات رایج شامل شرایط زمین ناپایدار، خرابی ماشین‌آلات و استنشاق گرد و غبار است.

بررسی‌های زمین‌شناسی چگونه ایمنی تونل را افزایش می‌دهند؟

بررسی‌های زمین‌شناسی با کاهش ۷۸٪ غافلگیری‌ها، ایمنی را افزایش داده و توقف‌های کار را کاهش می‌دهند.

هوش مصنوعی در عملیات دستگاه‌های حفاری تونل (TBM) چه نقشی دارد؟

هوش مصنوعی نیازهای تعمیر و نگهداری را پیش‌بینی می‌کند و سرعت ساخت و پایداری را بهینه می‌سازد.

پیشرفت‌های انجام شده در تجهیزات حفاظت فردی چیست؟

تجهیزات حفاظت فردی هوشمند با سنسورهای بیومتریک، سلامت کارگران را پیگیری می‌کنند و موارد استرس ناشی از گرما را تا ۳۸٪ کاهش می‌دهند.

سیستم‌های خودکار چگونه ایمنی را در حفاری تونل بهبود می‌بخشند؟

سیستم‌های خودکار با انجام بیشتر کارهای برشی و تثبیت کارآمد دیواره‌های تونل، قرار گرفتن کارگران در معرض خطر را کاهش می‌دهند.

آمادگی برای مواقع اضطراری در حفاری تونل چرا مهم است؟

آمادگی شامل طراحی مسیرهای تخلیه و انجام مراسم تمرینی منظم است که به پاسخ سریع و ایمن به حوادث اضطراری کمک می‌کند.