Kokie yra saugumo priemonės tunelio cirkulinėms mašinoms operuoti?

Pagrindinių rizikos veiksnių tunelių gręžimo įrenginių eksploatacijoje supratimas

Dažnai pasitaikančios pavojingos situacijos naudojant tunelių kasimo mašinas (TBM)

Tunelių gręžimo mašinos (TBM) susiduria su įvairiomis problemomis, tokiomis kaip nestabilios dirvožemio sąlygos, mašinų dalių gedimai ir darbuotojų kvėpavimas dulkėmis, atsirandančiomis gręžiant. 2025 m. paskelbtas tyrimas šias problemas nagrinėjo naudodamas gedimų medžių analizę (Fault Tree Analysis) ir hierarchinio proceso analizę (Analytic Hierarchy Process). Gauti rezultatai nurodė, kas statybvietėje dažniausiai nutinka – žemės griūtys pasitaiko gana dažnai, taip pat nuolatiniai pjoviklių galvos užstrigimai, kurie visiškai stabdo darbus. Kai TBM dirba netoli tektoninių lūžių linijų, netgi apie dvigubai didesnė tikimybė, kad įvyks staigūs uolienų sprodimai, palyginti su stabiliau sudarytomis vietovėmis. Tai reiškia, kad darbininkams reikia kasdien koreguoti savo veiklą priklausomai nuo to, su kokiu reljefu jie dirba.

Specifiniai pavojai tunelių statybos aplinkose

TBMs susiduria su unikaliomis eksploatacinėmis problemomis, tokiomis kaip pagrindinio guolio perkaitimas ir stūmimo sistemos nesuderinamumas. Šiuolaikiniai TBM, dirbantys mišrių sluoksnių geologijoje, patiria 22 % didesnį pjaunamųjų įrankių dėvėjimąsi, dėl ko padidėja techninės priežiūros poreikiai. Daugiau nei 40 % mechaninių gedimų atsiranda dėl netinkamo sukimo momento valdymo kasybos kietame uolienyne, rodo tunelių saugos standartai.

Geologinė ir geotechninė analizė tunelių saugai

Visapusiški tyrimai prieš statybą sumažina netikėtus geologinius reiškinius 78 %, kaip parodyta 2023 m. TBM saugos tyrimuose. Pagrindiniai rodikliai apima:

Projektai, kurie įgyvendina etapinę geotechninę stebėseną, praneša apie 40 % mažiau nenuspėtų mašinų sustojimų.

Atvejo studija: Geologinė nestabilumo incidentas Šveicarijos Alpėse vykstančiame tunelio projekte

2021 m. pradžioje darbininkams, gręžiantiems per Alpes, kilo rimtų problemų, kai jų tunelių kasimo mašina Nr. 14 pateko į netikėtą minkšto molio zoną. Dirvožemio slėgis pasiekė daugiau nei 35 megapaskalių, dėl ko tunelio sienos išsivertė beveik 19 %, kol inžinieriai galėjo stabilizuoti padėtį. Visa ši nesėkmė delstymams ir remontui kainavo apie aštuoniolika milijonų dolerių. Atsižvelgiant į tai, kas nutiko, ekspertai nustatė, kad jei būtų buvę geresni įspėjamieji mechanizmai, beveik visos panašios pavojingos situacijos (apie 92 %) būtų galėjusios būti visiškai išvengtos. Dabartiniais laikais daugelis reikalauja protingesnių technologijų, kurios dirvą analizuodamos dirbtinio intelekto pagalba galėtų numatyti tokius požeminius netikėtumus.

Pagrindiniai saugos protokolai ir technologinės apsaugos priemonės TBM veikloje

OSHA saugos taisyklių įgyvendinimas tunelių statybos operacijose

Kai tunelių kūrimo operacijos tinkamai laikosi OSHA standartų, mirčių lygis smarkiai sumažėja - apie 62%, rodo 2023 m. OSHA metinė ataskaita. Pagal taisykles reikia patikrinti oro kokybę siaurose erdvėse, turėti saugius pabėgimo kelius, pasirengusius avarijai, ir laikytis griežtų saugos priemonių, kai dirbate su pjovimo galvomis. Statybos aikštelėse, kuriose iš tikrųjų dirba sertifikuoti saugos pareigūnai, su mašinų avarijomis susijusieji sužalojimų skaičius yra apie 40% mažesnis nei tose, kuriose nėra tinkamo sertifikato. Tai logiška, nes profesionalai žino, kokios yra rizikos ir kaip jas išvengti, kol jos netaps katastrofomis.

TBM sistemų prevencinės priežiūros protokolai

Planuojami techninės priežiūros ciklai pratęsia pjovimo disko gyvavimo laiką 300-400 darbo valandų, tuo pačiu sumažindamas neplanuotą darbo laiko trukmę 74% (NIST 2023). Kritiniai protokolai apima:

• Sunkimo cilindrų dieninio sukimo momento kalibravimas
• Kas savaitę tikrinama konvejerio juostos įtempimo sistemos
• Mėnesio nuodijimo analizė su konvejeriniais srautais
  2023 m. atliktas didelio miesto tunelio reabilitacijos projektas parodė, kaip numatytoji tepalo bandymo sistema pagrindiniuose guoliuose užkirsti kelią katastrofiškam gedimui kritinių kasimo etapų metu.

Tikro laiko stebėjimo ir automatinės įspėjimo sistemos

Šiuolaikiniai TBMs integruoja 120–180 įmontuotų jutiklių, siunčiančių 4 000 duomenų taškų/min. šiam:

Daugiaetapės įspėjimo sistemos automatiškai sumažina stūmos slėgį, kai geologinės anomalijos viršija iš anksto nustatytas saugos ribas, dėl ko pjoviklio galvutės užstrigimų atvejai sumažėja 33 % (Tunneling Journal 2024).

Tendencija: šiuolaikiniuose TBMs naudojama dirbtinio intelekto valdoma diagnostika

Pagal tarptautinės tunelių asociacijos paskelbtą praėjusiais metais tyrimą, naujosios mašininio mokymosi sistemos, stebinančios apie dvylika skirtingų veiklos veiksnių, iš tikrųjų gali aptikti guolių problemas, kurios atsiras nuo 72 iki beveik 100 valandų iki jų įvykimo. Tikslumo rodiklis siekia apie 89 %, kas yra gan įspūdinga prognozuojamajai techninei priežiūrai. Analizuojant neseniai vykdytus tunelių projektus, kuriuose inžinieriai taikė dirbtinio intelekto (DI) optimizuotus pažangos greičius, pastatyta apie 22 % greičiau, nesumažinant saugos standartų, susijusių su iškasimo stabilumu. Pavyzdžiui, 2023 m. vykusio didelio hidroelektrinės tunelio plėtros projekto metu, kai darbininkai susidūrė su netikėtomis kalkakmenio formacijomis, DI valdymo sistema automatiškai sureguliavo tirpalo slėgį. Toks protingas atsakas vietovėje užkirsto kelią ne mažiau kaip trims galimiems griuvimams, sutaupant tiek laiko, tiek pinigų ir užtikrinant visų saugumą po žeme.

Asmeninės apsaugos priemonės ir darbuotojų saugos patobulinimai

Dirbant su šiuolaikiniais tunelių gręžtuvais, būtina laikytis griežtų asmeninės apsaugos priemonių taisyklių, kad būtų išvengta įvairių pavojų statybvietėje. Šiuolaikiniai tunelių darbininkai privalo dėvėti apsauginius drabužius nuo galvos iki kojų. Būtinos yra smūgiams atsparios kepės, ypač tokios, kurios turi integruotas šviesas, kad būtų geriau matoma po žeme. Diržtai padeda sugerti vibracijas, kylančias dirbant su sunkia technika, o batai turi stipriai sustiprintus nosinius ir padus, apsaugančius nuo aštrių daiktų pradurimo. Taip pat labai svarbi kvėpavimo apsauga, nes gręžiant siauruose erdvėse tuneliai greitai prisipildo dulkių, turinčių silicio dalelių, bei kitų kenksmingų dujų. Pagal praeitos savaitės pramonės ataskaitas, nauji medžiagų tipai leidžia padaryti šią apsauginę įrangą lengvesnę beveik 22 procentais, neprarandant jos stiprumo.

Protingos asmeninės apsaugos priemonės su biometriniais duomenimis

Šiuolaikinos asmeninės apsaugos priemonės yra aprūpintos biometriniais jutikliais, kurie stebi tokias vertes kaip širdies plakimo dažnis, kūno temperatūra ir darbuotojo nuovargio lygis dirbant. Kai šios protingos saugos priemonės nustato, kad darbuotojas gali pasiekti savo fizinio krūvio ribas, jos nedelsiant siunčia įspėjimus vadovams. Pagal praėjusiais metais atliktus lauko tyrimus, tokia ankstyvo įspėjimo sistema sumažino perkaitimo atvejus maždaug 38 %. Tam tikros pažangios versijos netgi turi susidūrimo aptikimo technologiją, kuri naudoja specialius radijo signalus, kad įspėtų darbuotojus, jei jie per arti prie pavojingų judančių mašinų dalių. Ateityje ekspertai prognozuoja, kad ši protingų asmeninių apsaugos priemonių sritis greitai auga artimiausiais metais, kasmet didėjant maždaug 13 % iki 2028 m., daugiausia dėl naujų taisyklių požeminėms darbo aplinkoms ir dėl to, kad įmonės vis labiau viską jungia per „Dalykų internetą“ siekdamos pagerinti darbuotojų saugą.

Šis visaprotis darbuotojų saugos požiūris sujungia tradicinius apsaugos mechanizmus su prognozuojančiomis technologijomis, sukurdamas daugialypę apsaugą nuo tunelių kasybos būdingų rizikų.

Automatizuotos sistemos ir žemės palaikymo technologijos saugesnei kasinėms

Automatizuotos kasybos vaidmuo žmogaus veiksnio atskyrimui nuo pavojingų zonų mažinant

Šiuolaikiniai tunelių gręžimo automobiliai dažnai aprūpinti robotinėmis rankomis, kurios atlieka apie 83 % visų pjovimo darbų pavojingose vietose, kuriose uolienų stabilumas yra abejotinas. Tai reiškia, kad mažiau darbininkų turi artintis prie tų neprognozuojamų tunelio sienų. Šios mašinos remiasi automatizuotomis sistemomis, naudojančiomis tokius dalykus kaip LiDAR nuskanavimas ir slėgio stebėjimas, kad viskas veiktų sklandžiai. Šios technologijos naujinimai padeda išvengti pernelyg didelio išgriovimo situacijų, dėl kurių, pagal praėjusiais metais paskelbtą Nacionalinės tunelių asociacijos ataskaitą, atsitinka apie vieną iš penkių tunelių statybos traumų. Nors tai gali skambėti sudėtingai, iš esmės tai leidžia statybos komandoms saugiai likti už apsauginių barjerų, kasdami pro uolienų formacijas, neprarandant darbo greičio.

Palaikymo sistemos ir stabilumas pradinėse žemės kasimo fazėse

Pažangūs TBM integruoja nuoseklų atramos įrengimą per tris pagrindinius mechanizmus:

Šios sistemos sinergiškai veikia, kad iškasus po 15 minučių stabilizuotų tunelio sienas, įveikiant kritinę pirmos valandos žlugimo riziką, kuri buvo nustatyta 78 % istorinių tunelių avarijų atvejų.

Atvejo analizė: visiškai automatizuotas segmentų montavimo robotas Tokijo metro plėtros metu sumažino sužalojimų dažnį 40 %

Tokijos miesto vyriausybės diegta dirbtinio intelekto valdoma segmentų montavimo sistema pašalino 4,5 tonų betoninių apvalkalų rankinį tvarkymą Namboku linijos pratęsime. Tai leido sumažinti:

• Darbuotojų darbo valandas pjoviklio galvutės zonoje 92 %
• Raumenų-kostinės sistemos traumas dėl sunkių krovinių kėlimo 100 %
• Segmentų tikslingumo klaidas, sukeliančias antrines rizikas, 76 %

Po diegimo saugos auditai parodė tiesioginį ryšį tarp automatizacijos lygio ir incidentų dažnumo visose projekto fazėse.

Strategija: Palaipsniui taikoma automatizacija aukštos rizikos tunelių projektuose

Vedantys rangovai taiko 4 etapų diegimo sistemą:

1. Bandomasis testavimas automatizacija nekritinėse posistemėse (konvejeriai, ventiliacija)
2. HIBRIDINIS VEIKIMAS laikotarpiai su rankiniu perkėlimo būdu
3. Pilna pirminių kasimo funkcijų automatizacija pirminių kasimo funkcijų
4. Prognozuojamasis techninio aptarnavimo planavimas integrujimas naudojant mašininį mokymąsi

Šis požiūris leidžia darbuotojams kaupti eksploatacijos patirtį, išlaikant saugos kontrolę, o pirmieji naudotojai praneša apie 62 % greitesnį reagavimą į pavojus, lyginant su tučtuojai visiškai automatinėmis sistemomis.

Avarinių situacijų paruošimas ir saugos palyginimas tunelių statybos metodais

Evakuacijos maršrutų ir prieglobos patalpų projektavimas giliuosiuose tuneliuose

Šiuolaikiniai tunelių projektai teikia pirmenybę kelioms evakuacijos trasioms, esančioms ne daugiau kaip 500 metrų atstumu viena nuo kitos, o slėgiamosios prieglobos patalpos užtikrina daugiau nei 2 valandas ilgą kvėpavimui tinkamą orą. Šios sistemos sumažina riziką dėl staigių griuvimų ar dujų nutekėjimų, leisdamos greitai pasitraukti net esant ribotam matomumui.

Ryšio sistemos avarinėse tunelių situacijose

Perteklinės belaidės tinklo technologijos dabar papildo tradicinius laidinius sistemas, palaikydamos ryšį gylybėse, viršijančiose 1 km. Naujausių hidroelektrinių tunelių projektuose naudojant hibridines ryšio sistemas, skubios pagalbos reagavimo laikas sumažėjo 33%.

Reguliarūs mokymai ir skubių situacijų reagavimo apmokymai TBM įgulos nariams

Privalomi kasketvirtinio modeliavimo užsiėmimai ruošia komandas situacijoms, tokioms kaip pjoviklio galvutės ugnis ar staigus gręžinio vandens pratekėjimas. Tyrimai, naudojant neapibrėžtąją gedimų medžio analizę rizikos prioritetams nustatyti, parodė, kad apmokyta įgula kritines situacijas išsprendžia 40 % greičiau nei neapmokyta.

Skaitmeninių dvynių imitacijos skubių situacijų planavimui

Pažangūs modeliavimo įrankiai dabar geologinius procesus atkuria su 94 % tikslumu, pagal 2023 metų skaitmeninių dvynių tyrimą. Šios imitacijos leidžia inžinieriams išbandyti evakuacijos protokolus daugiau nei 200 skirtingų katastrofų scenarijų sąlygomis dar neprikasus žemės.

Tunelių kasimo mašinų saugumo pranašumai prieš konvencinius gręžimo metodus

TBM sumažina tiesioginį personalo veiksnį nestabiliose veidų zonose 78 %, palyginti su gręžimo ir sprogimo metodais. Uždaros operatoriaus kabinos su HEPA filtravimo sistemomis sumažina kvėpavimo takų pažeidimų atvejus 62 % (Ponemon, 2022).

Statistinis palyginimas: Sužalojimų dažnis gręžimo ir sprogimo bei TBM projektuose

ITA 2022 m. ataskaitoje nurodoma 2,7 sužalojimai/milijonas darbo valandų TBM projektuose, palyginti su 8,1 konvenciniuose metodų. Automatizacija patobulintos TBM pasiekia beveik nulinį incidentų lygį hiperbarinėmis sąlygomis, viršijančiomis 12 bar.

DUK

Kas yra tunelių kasimo mašinos (TBM) ir jų įprasti pavojai?

Tunelių kasimo mašinos (TBM) naudojamos statant tuneles. Dažni pavojai apima nestabilias dirvos sąlygas, įrangos gedimus ir dulkių įkvėpimą.

Kaip geologiniai tyrimai padidina tunelių saugą?

Geologiniai tyrimai sumažina netikėtumus 78 %, didindami saugą ir mažindami sustojimus.

Kokia AI reikšmė TBM veikloje?

AI numato techninės priežiūros poreikius, optimizuodamas statybos greitį ir stabilumą.

Kokie pasiekimai padaryti asmeninės apsaugos priemonėse?

Išmanios PPE su biometriniais jutikliais stebi darbuotojų sveikatą, sumažindamos perkaitimo atvejus 38 %.

Kaip automatizuotos sistemos pagerina saugą tuneliuose?

Automatizuotos sistemos sumažina darbuotojų veiksnį, atlikdamos didžiąją dalį pjovimo darbų ir efektyviai stabilizuodamos tunelių sienas.

Kodėl svarbu numatyti avarines situacijas tuneliuose?

Avarinių situacijų planavimas apima evakuacijos maršrutų projektavimą ir reguliarius mokymus, kurie padeda greitai ir saugiai reaguoti į avarines situacijas.