Kaip mikrotuneliojimo mašina palyginti su tradiciniais tuneliojimo metodais?

Kas yra mikro vamzdynų įrengimo mašina ir kaip ji veikia?

Mikrotunelių įrenginiai, arba trumpai vadinami MTM, yra nuotoliniu būdu valdomos sistemos, specialiai sukurtos požeminiams vamzdžiams montuoti be tranšėjų kasimo. Šie įrenginiai kasa dirvą tuo pat metu, kai stiprūs hidrauliniai stūmokliai įstumia fabriko gaminio vamzdžius į reikiamą vietą. Visa operacija prasideda iš taip vadinamo paleidimo šachtos. Iš ten MTM pjovimo galva pereina į žemę, kur jai padeda speciali tirpalo sistema, palaikanti tunelio stabilumą ir išnešanti visą purvą bei uolienas atgal į paviršių. Operatoriai gali šiuos įrenginius valdyti realiuoju laiku dėka lazerinės navigacijos sistemų, kas padeda išlaikyti viską beveik tiksliai pagal pirminį planą. Atsižvelgiant į tai, kiek mažiau trikdo paviršių, tyrimai rodo apie 75 procentų sumažėjimą lyginant su senaisiais tranšėjų kasimo metodais, kaip nurodyta naujausiuose pramonės ataskaitose.

Pagrindiniai komponentai: Navigacijos sistema, stūmimo rėmas ir pjovimo galva

Trys komponentai nulemia MTM veiksmingumą:

• Vadovavimo sistema : Naudoja lazerius ir giroskopus, kurie fiksuoja net iki 5 mm nuokrypius, leidžiantys koreguoti maršrutą nepertraukiant operacijų.
• Stabdymas : Generuoja iki 1 200 tonų traukos jėgos vamzdžiams stumti per iškastus tunelius, išlaikant konstrukcinį vientisumą.
• Iškirimo galvė : Sukonstruotas su keičiamaisiais diskų pjūklais ir skiedrės angomis, kad galėtų dirbti su įvairiomis dirvožemio rūšimis – nuo minkšto molio iki uolėtų formacijų.

Nuotolinis valdymas ir realaus laiko stebėjimas tiksliai vykdyti darbus

Šiuolaikinių tunelių gręžimo mašinų dabar paprastai būna aprūpintos internetu jungiamais jutikliais ir protinga programine įranga, kuri stebi tokius dalykus kaip gruntelio slėgis, kiek sukimo jėgos taikoma, bei ar viskas tinkamai išlyginta. Kai operatoriai savo ekranuose gauna šiuos realaus laiko atnaujinimus, jie beveik iš karto gali pakoreguoti parametrus. Galbūt sulėtinti pjovimo galvą, pakeisti skiedinio mišinio klampumą arba modifikuoti stūmimo jėgą už mašinos. Sistema iš esmės sukuria grįžtamąjį ryšį, kai klaidos pasitaiko rečkiau, o brangios išlyginimo problemos išvengiama dar prieš tampa katastrofomis. Tai ypač svarbu vykdant projektus po keliais ar netoli pastatų, kur net nedidelės klaidos vėliau gali sukelti didelių sunkumų.

Integracija su vamzdžių įstūmimu be tranšėjų statyboje

Kai mikrotunelių įrenginiai dirba kartu su vamzdžių stūmimo sistemomis, jie gali statyti požemines komunikacijas be didelių žemės darbų. Įrenginys juda pirmyn per gruntą, o hidrauliniai stūmokliai stumia sunkias betonines arba metalines vamzdžių sekcijas tiesiai iš paskos, kur jis pjauna per dirvą ir uolienas. Šis metodas yra efektyvus dėl to, kad nereikia papildomų darbininkų, kurie atskirai montuotų vamzdynus. Statybos rangovai teigia, kad naudojant šią kombinuotą techniką projektai baigiami greičiau, ypač miestuose, kur trūksta erdvės ir reikia mažinti eismo trikdžius. Darbo jėgos išlaidos paprastai sumažėja nuo trečdalio iki pusės lyginant su tradiciniais metodais, todėl vis daugiau savivaldybių renkasi šiuos pažangius tunelių kasant metodus.

Tikslumas ir tikslėjimas: Mikrotuneliavimas prieš tradicinį kasimą

Lazeriu nukreipiamas navigavimas ir realaus laiko taisymas mikrotuneliavime

Dėl lazerio nurodomų navigacijos sistemų, kurios nuolat koreguoja pjovimo galvutės judėjimą, mikrotunelių įrenginiai gali pasiekti tikslumą iki subcolio lygio. Siekiant išlaikyti teisingą kryptį su maždaug trimis dešimtosiomis laipsnio dalimis, sistemos apdoroja daugiau nei penkiasdešimt duomenų taškų kiekvieną sekundę. Pagal kai kurias ISTT atliktas atvejo studijas, tokia sistema paprastai užtikrina apie 98 procentų tikslumą darbuose, ilgesniuose nei tūkstantis pėdų. Tai daro ypač naudinga tai, kad operatoriai gali nedelsiant pastebėti problemas ir jas išspręsti, kol mašina toliau gręžia, nereikia stabdyti visko. Tai tampa labai svarbu, kai šalia yra požeminiai vamzdžiai ir kabeliai, kurių nenorime pažeisti.

Išlyginimo klaidos tradicinėse tuneliavimo metodikose, reikalaujančiose didelio žmogaus dalyvavimo

Senoviškas kasimas vis dar priklauso nuo tų rankinių tyrimų, kurie atnaujinami kas valandą arba apie tai, dėl ko laikui bėgant gali kauptis derinimo problemos. Kalbame apie tokį 7,6 cm nukrypimą nuo traso kiekvienus 152 metrus iškastus. 2023 m. buvo atlikta studija, apimanti apie 120 skirtingų statybos aikštelių, kuri aiškiai parodė, kad beveik trečdalyje visų atvejų darbininkams teko atlikti papildomus gręžimo pataisymus. Kiekvieną kartą tai padidindavo projekto išlaidas 18 000 JAV dolerių. Giliuose tranšėjuose, kur matomumas praktiškai lygus nuliui, darbininkai dažniausiai priversti naudoti pasenusius pozicijos duomenis. Tai tik dar labiau pablogina tikslumo problemą, kai kasimas tęsiamas.

Atvejo analizė: vamzdyno įrengimas Seatile, miesto centre, naudojant mikro tuneliavimo mašiną

Montuojant 1 200 pėdų ilgio lietaus vandens kanalizacijos vamzdį po istoriniu Pioneer Square rajonu, darbininkai naudojo 48 colių mikrotuneliavimo mašiną, kad išlaikyti vertikalųjį tikslumą neviršijant 0,2 colio. Tai dar labiau įspūdinga dėl to, kaip arti esamos infrastruktūros jie dirbo. Lazeriu nukreipiamoji sistema visą laiką išlaikė atstumą ne didesnį nei 12 colių nuo veikiančių dujotiekio linijų. Gana nuostabu, atsižvelgiant į tai, kad statybų metu nebuvo jokių paslaugų pertraukų. Be to, visas gręžimo procesas buvo baigtas net 11 dienų anksčiau nei tradicinėmis metodika pagal ISTT 2022 m. pramonės apskaičiavimus.

Projekto efektyvumas: laiko ir operacinio našumo palyginimas

Greitesnis paruošimas ir nuolatinis gręžimas su mikrotuneliavimo mašinomis

Mažųjų vamzdinių įrengimų mašinų paruošimas darbui užtrunka apie 3–5 dienas, kas yra žymiai greičiau nei įprastas 2–3 savaičių laikotarpis, reikalingas tradiciniams tunelių įrengimams sumontuoti. Šių mašinų mažesnis dydis reiškia mažiau ruošiamųjų darbų statybvietėje prieš pradžią, o jos gali dirbti nepertraukiamai, nereikalaujant, kad darbuotojai periodiškai pašalintų nuolaužas ir uolienų gabalus rankiniu būdu. Visa tai paspartina darbus po žeme. Operatoriai gali nuolat judėti pirmyn net sunkiomis dirvožemio sąlygomis, kai suspaudimo stiprumo rodiklis siekia apie 30 MPa. Nereikia kas kelias valandas sustoti, kad išvalytumėte nuolaužas, todėl projektai baigiami greičiau ir su mažiau problemų.

Orų sąlygų ir paviršiaus sutrikdymų poveikis tradicinių tunelių statybos terminams

Remiantis 2022 m. atliktais tyrimais, atviro pjūvio tunelių statybos metodai kasmet paprastai praranda nuo 18 iki 22 darbo dienų dėl oro sąlygų, tokių kaip lietus, šalčiai ir paviršiaus potvyniai. Kalbant apie miestų projektus, čia kyla dar daugiau sunkumų. Statytojams tenka perskirstyti eismą, taisyti pažeistas kelio ruožas ir užtikrinti saugų žmonių judėjimą aplink didelius žemės kasimo plotus. Gera naujiena ta, kad mikrotuneliavimas išvengia visų šių problemų, nes jis vykdomas po žeme, kur paviršiaus sąlygos neturi jokios reikšmės. Dėl to miestų projektai vyksta žymiai sklandžiau, kur kiekviena diena turi reikšmę.

Duomenų analizė: 40 % greitesnis projekto įgyvendinimas (Šaltinis: ISTT, 2022)

Tarptautinė bevietės technologijos draugija stebėjo 127 vamzdynų projektus tarp 2019–2021 metų, nustatydama, kad mikrotuneliavimas pasiekė vidutinį įgyvendinimo laiką – 18,7 savaitės, palyginti su 31,1 savaitėmis tradiciniais metodais. Vieni iš pirmaujančių statybos konsultacijų įmonių šią efektyvumą sieja su robotų tikslumu, kuris pašalina darbų perdarymą – sudarantį 12 % tradicinių projektų trukmės – ir nepertraukiamu darbo ciklu (24/7) apribotose erdvėse.

Mikrotuneliavimo sąnaudų analizė ir ilgalaikė ekonominė nauda

Didesnės pradinės investicijos į mikrotuneliavimo įrangą

Tradiciniai žemės kasimo darbai paprastai reikalauja sunkiosios technikos, kuri gali kainuoti įmonėms nuo pusės iki milijono dolerių. Mikrotuneliavimas visiškai kitoks požiūris, kuriam reikia tokių dalykų kaip hidrauliniai presai ir tie prabangūs lazeriniai navigacijos sistemos. Pagal 2022 m. ISTT duomenis, mikrotuneliavimo pradžia dažniausiai reikalauja nuo dviejų iki keturių milijonų dolerių pradinių investicijų. Tačiau čia prasideda įdomiausia dalis biudžetui palankiai planuojantiems. Didelė išlaidų suma iš pradžių atsipirka vėliau, vertinant būsimas išlaidas. Darbo jėgos sąnaudos žymiai sumažėja, nes nereikia nuolatinio stebėjimo. Po baigimo reikalingas mažesnis atstatymo darbų apimtis. Ir nepamirškime visų pinigų, sutaupyta užstatant eismo trikdžius statybos metu. Atsižvelgiant į bendrą vaizdą per visą projekto gyvavimo ciklą, šios mašinos iš tiesų pasirodo esančios ekonomiškesnės, nepaisant jų didesnės kainos.

Taupymas dėl sumažinto darbo, atstatymo ir eismo valdymo

Mikrotunelių įrengimo mašinos sumažina rankinį darbą 60–70 % automatu pridėjus vamzdžių montavimą ir dirvožemio šalinimą. A 2023 m. tyrimas parodė, kad sumažintas paviršiaus trikdymas kiekvienam tiesiniam metrui sutaupo 200–400 JAV dolerių atstatymo išlaidose. Miestai taip pat sutaupo kasdien po 1,2–4,5 tūkst. JAV dolerių, išvengdami kelio uždarymų ir apvažiavimo organizavimo.

Bendrųjų išlaidų atvejo analizė: Nuotekų kolektorius Toronte

4,2 km nuotekų kolektorius, įrengtas Toronte naudojant mikrotunelių įrengimo mašiną, pasiekė 22 % bendrą taupymą palyginti su tradiciniu iškasimu. Pagrindiniai veiksniai buvo nuliniai nenuspėti komunikacijų pažeidimai – tai leido sutaupyti 740 tūkst. JAV dolerių remonto išlaidose – bei 18 % greitesnis baigimas. Projektas išlaikė 99,8 % tikslumą išlygiinant, pašalinant brangų perdirbimą, būdingą rankiniams metodams.

Mikrotunelių įrengimo mašinų poveikis aplinkai ir saugos pranašumai

Sumažintas paviršiaus trikdymas ir miesto peizažų išsaugojimas

Naudojant mikrotunelių įrenginius, jie iš esmės dirba po žeme, todėl virš žemės beveik nėra trikdžių. Reikia tik nedidelių skylių abiejuose galuose, kad būtų galima patekti. Miestai tai labai vertina, nes jų gatvės lieka nepažeistos, nekenčiama gyvūnų buveinėms ir niekam nereikia leisti turtų remontuoti pažeistų kelių ar parkų vėliau. Pažvelkite, kas nutiko praėjusiais metais, kai inžinieriai klojo vamzdžius po teisėtai apsaugoto pelkyno zona. Jie nustatė, kad jų kasimo padaryta žala buvo tik 1/5 to, ką sukelia senoviški metodai, kai visur iškasami dideli grioviai. Be to, šie įrenginiai veikia uždaroje sistemoje, kuri neleidžia purvui ir šiukšlėms patekti į aplinkinius dirvožemius, todėl jie ypač tinkami vietoms, kur reikia apsaugoti gamtą. Nors šie įrenginiai netinka kiekvienai situacijai, dauguma aplinkosaugos grupių atrodo gan patenkintos, kaip švariai ši technologija laiko statybos metu.

Mažesni anglies emisijos ir mašinų pėdsakas

Pagal ISTT 2022 m. atliktus tyrimus, mikrovamzdžiavimas sukelia apie 35 procentais mažiau anglies nei atvirai kasimo metodai. Tradiciniai kasimo metodai reikalauja daugybės stambių mašinų ir nuolatinio medžiagų vežimo, tuo tarpu mikrovamzdžiavimas veikia žymiai tiksliau, todėl pašalinama mažiau nei reikia, o bendras atliekų kiekis yra mažesnis. Praeitais metais atlikti tyrimai parodė ir dar įspūdingesnius rezultatus tiriant miestus, prisigrūdusius pastatų. Pakeitus senus dyzelinius ekskavatorius naujesniais elektriniais mikrovamzdžiavimo įrenginiais, šiuose ankštumuose urbanistiniuose plotuose, kur orų kokybė yra svarbiausia, dalelių užterštumas gali būti sumažintas beveik 90 procentų.

Pagerinta darbuotojų sauga ir OSHA reikalavimų laikymasis bevamzdžiuose projektuose

Nuotolinis valdymas pašalina būtinybę žmonėms dirbti pavojingose požeminių darbų vietose. Virš žemės esančiose kontrolės patalpose darbuotojai vairuoja šiuos mažybiškus tunelių kasimo įrenginius, išvengdami tokių pavojų kaip staigūs griuvimai, nuodingų dujų nutekėjimas ar patekimas tarp sunkiųjų mechanizmų dalių. Pagal kai kurias OSHA ataskaitas, kurias matėme pastaruoju metu, nuo apie 2021 metų įmonėms perėjus prie šių be-dugno technologijų, su tranšėjų kasimu susijusių traumų skaičius sumažėjo apie pusę. Ir nepamirškime tų puikių stebėjimo prietaisų, kurie realiu laiku seka viską. Jie aptinka ženklus, kad gruntas traukiasi, arba tai, kad kažkas pradeda krypti neteisinga linkme, ilgai iki kol kas nors patektų į rimtą pavojų. Iš tiesų labai įspūdinga, jei pagalvoji apie visas galimas pavojingas situacijas po žeme.

DUK

Koks yra mikrotunelių mašinų naudojimo pagrindinis pranašumas?

Mikrotunelių įrenginiai užtikrina tikslų vamzdžių montavimą su minimaliu paviršiaus trikdymu dėka pažangių lazerinių sistemos ir hidraulinių stūmoklių, dėl ko projektai baigiami greičiau ir sumažėja darbo jėgos išlaidos.

Kaip mikrotunelių mašinos užtikrina saugą eksploatuojant?

Operatoriai valdo mikrotunelių mašinas nuotoliniu būdu, todėl nereikia darbuotojų pavojingose požeminėse aplinkose. Be to, stebėsenos sistemos suteikia realaus laiko atnaujinimus, kad būtų išvengta galimų rizikų.

Kodėl savivaldybės gali pasirinkti mikrotunelių metodą vietoj tradicinių žemės kasimo būdų?

Savivaldybės teikia pirmenybę mikrotunelių būdui dėl jo ekonomiškumo, tikslumo ir minimalios miesto peizažo sutrikdymo, kas leidžia sklandžiau judėti eismui ir mažina poveikį aplinkai statybų metu.

Kokios pradinės investicijos reikia mikrotunelių įrengimui?

Mikrotuneliavimas reikalauja pradinės investicijos nuo dviejų iki keturių milijonų dolerių įrangai, tokiai kaip hidrauliniai stūmokliai, lazeriniai navigacijos sistemos ir pjovimo galvutės, tačiau ilgalaikėje perspektyvoje sutaupo lėšas.