Kakšne so varnostne ukrepe za delovanje strojev za vrtljenje tunelov?

Razumevanje ključnih tveganj pri delu strojev za bruhanje tunelov

Pogosta nevarnost pri delu strojev za bruhanje tunelov (TBM)

Tunelski vrtalni stroji (TBMs) so povezani s številnimi težavami, kot so nestabilni geološki pogoji, okvare delov opreme in vdihavanje prahu, ki nastaja pri vrtanju. Raziskava, objavljena leta 2025, je te težave obravnavala s pomočjo metod Analiza drevesa napak in Analitični hierarhični proces. Ugotovitve so bile zelo poučne glede tega, kaj se na gradbišču najpogosteje pojavlja – zemeljski plazovi se dogajajo precej pogosto, prav tako neprijetne blokade rezilnega diska, ki popolnoma ustavijo napredek. Ko TBMs delujejo v bližini razломnin, je dejansko približno dvakrat večja verjetnost nenadnega izbruha kamnin v primerjavi z območji, kjer je zemlja bolj stabilna. To pomeni, da morajo ekipa vsakodnevno prilagajati način dela glede na vrsto terena, s katerim imajo opravka.

Specifične tveganje strojev v okolju gradnje tunelov

TBMi so soočeni z edinstvenimi operativnimi izzivi, kot sta pregrevanje glavnega ležaja in nepravilna poravnava potisnega sistema. Sodobni TBMi, ki delujejo v geologiji mešanih slojev, izkazujejo za 22 % višjo stopnjo obrabe rezil, kar povečuje zahteve za vzdrževanje. Več kot 40 % mehanskih okvar izvira iz neustrezne upravljanja navora med kopanjem v trdi kamnini, kar kažejo referenčni podatki o varnosti pri tuneliranju.

Geološka in geotehnična analiza za varnost pri gradnji predorov

Celovite raziskave pred gradnjo zmanjšajo nepričakovane geološke pojave za 78 %, kar kaže raziskava o varnosti TBM-jev iz leta 2023. Ključni kazalniki vključujejo:

Projekti, ki uvedejo fazni geotehnični nadzor, poročajo za 40 % manj nenamerne ustavitve strojev.

Primer primera: Incident zaradi geološke nestabilnosti na švicarskem alpskem projektu predora

Na začetku leta 2021 so imeli delavci, ki so vrtali skozi Alpe, resne težave, ko je njihova naprava za vrtanje tunelov številka 14 naletela na nepričakovan prostor, napolnjen z mehko glino. Tlašni tlak se je povečal na več kot 35 megapaskalov, kar je povzročilo ukrivljenost sten tunela za skoraj 19 %, preden so inženirji uspeli stabilizirati razmere. Celotna zmeda je stala okoli osemnajst milijonov dolarjev zaradi zamud in popravil. Ob pogledu nazaj na to, kar se je zgodilo, so strokovnjaki ugotovili, da bi bilo, če bi imeli boljše opozorilne sisteme, mogoče izogniti se skoraj vsem podobnim nevarnostim (približno 92 %). Številni sedaj zahtevajo pametnejše tehnologije, ki bi lahko s pomočjo umetne inteligence analizirale kamninske formacije vnaprej in napovedovale take podzemne presenečenja.

Osnovni protokoli za varnost in tehnološke varovalke pri obratovanju naprav za vrtanje tunelov

Uvedba predpisov OSHA o varnosti pri tunelskih delih

Ko se pri delih v tunelih pravilno upoštevajo standardi OSHA, se stopnja smrtnosti močno zmanjša – za približno 62 %, kar kaže letno poročilo OSHA za leto 2023. Pravila zahtevajo stvari, kot so preverjanje kakovosti zraka v tesnih prostorih, pripravljenost jasnih evakuacijskih poti za izredne primere ter strogo sledenje varnostnim postopkom pri delu na rezalnih glavah. Gradbišča, ki dejansko zaposlujejo certificirane varnostne inšpektorje, beležijo približno 40 % manj poškodb zaradi nesreč z opremo v primerjavi s tistimi brez ustrezne certifikacije. To je logično, saj usposobljeni strokovnjaki vedo, kakšna tveganja obstajajo in kako jih preprečiti, preden postanejo nesreče.

Protokoli preventivnega vzdrževanja za sisteme TBM

Načrtovani cikli vzdrževanja podaljšajo življenjsko dobo rezalnih diskov za 300–400 obratovalnih ur, hkrati pa zmanjšajo nenamerno izpadanje za 74 % (NIST 2023). Med ključne protokole spadajo:

• Dnevna kalibracija navora potisnih valjev
• Tedenski pregled napetosti transportnega traku
• Mesečna analiza obrabe vijaka transporterja
  Projekt obnove večjega mestnega predora iz leta 2023 je pokazal, kako lahko prediktivno vzorčenje maziva v glavnih ležajih prepreči katastrofalni prelom med kritičnimi fazami izkopavanja.

Sistem nadzora v realnem času in avtomatski alarmni sistemi

Sodobni TBM-ji vključujejo 120–180 vgrajenih senzorjev, ki oddajajo 4.000 podatkovnih točk/minuto za:

Večstopenjska opozorila samodejno zmanjšajo tlak potiska, ko geološke anomalije presežejo vnaprej programirane varnostne meje, s čimer se število zakleščenih rezalnih glav zmanjša za 33 % (Tunneling Journal 2024).

Trend: Vgradnja diagnostike na podlagi umetne inteligence v sodobne TBMe

Nove sisteme strojnega učenja, ki spremljajo približno dvanajst različnih obratovalnih dejavnikov, lahko dejansko zaznajo težave s ležaji že od 72 do skoraj 100 ur preden pridejo do njih, kar kaže raziskava, objavljena letos prejšnje leto mednarodne združbe za tuneliranje. Stopnja natančnosti znaša približno 89 %, kar je precej impresivno za delo napovednega vzdrževanja. Če pogledamo nedavne projekte tuneliranja, kjer so inženirji uporabili umetno inteligenco za optimizacijo hitrosti napredovanja, smo videli, da se gradnja premika približno 22 % hitreje, ne da bi pri tem ogrozili varnostnih standardov za stabilnost izkopavanja. Vzemimo na primer dogajanje med velikim projektom razširitve hidroelektričnega tunela leta 2023. Ko so delavci naleteli na nepričakovane apnenčaste formacije, je sistem umetne inteligence stopil v akcijo in samodejno prilagodil tlak mulja. Ta pametna reakcija je preprečila vsaj tri možne zrušitve na lokaciji, prihranila čas in denar ter hkrati ohranila varnost vseh pod zemljo.

Osebna zaščitna oprema in izboljšave varnosti delavcev

Delo z modernimi stroji za bruhanje tunelov pomeni sledenje strogi smernici o osebni zaščitni opremi, da se zagotovi varnost pred vsemi vrstami nevarnosti na gradbišču. Danes morajo delavci v tunelih biti oblečeni od glave do pet od zaščitne opreme. Helmetski udarnosti so obvezni, še posebej tisti z vgrajenimi lučmi za boljšo vidljivost pod gladino tal. Rokavice, ki jih nosijo, pomagajo absorbirati vibracije pri upravljanju težke mehanizacije, čevlji pa imajo okrepila na prstu in blazinice, ki preprečujejo prebadanje s ostrimi predmeti. Zaščita dihalnih organov je prav tako zelo pomembna, saj se tuneli hitro napolnijo s prahom, ki vsebuje delce silicija, in drugimi škodljivimi plini, ko se vrti v tesnih prostorih. Nekateri novi materiali, ki so se pojavili v zadnjem času, dejansko omogočajo lažjo zaščitno opremo, ne da bi pri tem izgubili trdnost, kar kažejo industrijska poročila iz lanskega leta, ki kažejo približno 22-odstotno zmanjšanje skupne teže med različnimi blagovnimi znamkami.

Napredki na področju pametne OZI z biometrijskim odzivom

Sodobna osebna zaščitna oprema je opremljena z biometrijskimi senzorji, ki spremljajo stvari, kot so srčni utrip, telesna temperatura in kako utrujen je delavec med delom. Ko ti pametni varnostni napravi zaznata, da delavec morda presegajo svoje fizične meje, takoj pošljeta opozorila nadzornikom. Po poročilih iz preizkusov lansko leto je ta sistem zgodnjega opozarjanja zmanjšal primerke toplotnega udara za približno 38 %. Določene naprednejše različice vključujejo celo tehnologijo za zaznavanje trkov, ki uporablja posebne radijske signale, da opozori delavce, če se približujejo nevarnim gibljivim delom strojev. V prihodnje pričakujejo, da se bo trg pametne OZI v naslednjih letih precej hitro razvil, z letnim rastjo okoli 13 % do leta 2028, predvsem zaradi novih predpisov za delo v podzemnih okoljih in ker podjetja vse bolj povezujejo naprave prek interneta stvari za izboljšano varnost delavcev.

Ta celoviti pristop k varnosti delavcev združuje tradicionalne zaščitne ukrepe z napovednimi tehnologijami in tako ustvarja večplastno obrambo pred lastnimi tveganji pri podzemnem kopanju.

Samodejni sistemi in tehnologije za podporo zemljišča za varnejše izkopavanje

Vloga avtomatiziranega izkopavanja pri zmanjševanju izpostavljenosti ljudi nevarnim območjem

Danes so sodobni stroji za vrtanje tunelov opremljeni z robotskimi rokami, ki opravljajo približno 83 % vseh rezalnih del na nevarnih področjih, kjer je stabilnost kamnin dvomljiva. To pomeni, da se manj delavcev mora približati nepredvidljivim stenam tunela. Stroji se zanašajo na avtomatizirane sisteme, ki uporabljajo tehnologije, kot so skeniranje z LiDAR-jem in nadzor tlaka, da vse teče gladko. Ti tehnični izboljški pomagajo preprečiti situacije prevelikega odstranjevanja materiala, ki povzročijo približno eno od petih poškodb pri vrtanju tunelov, kar nakazuje poročilo Nacionalne združbe za tuneliranje iz lanskega leta. Čeprav to lahko zveni zapleteno, omogoča ekipam na gradbišču, da ostanejo varno za zaščitnimi barierami, medtem ko kopajo skozi kamnite formacije, ne da bi pri tem izgubile na hitrosti napredka.

Nosilni sistemi in stabilnost med začetnimi fazami izkopavanja

Napredni TBM-ji integrirajo zaporedno namestitev nosilnih sistemov prek treh glavnih mehanizmov:

Ti sistemi delujejo sinergistično, da v 15 minutah po izkopu stabilizirajo tunelske stene in tako preprečijo onespešitev v kritični prvi uri, ki je bila ugotovljena pri 78 % zgodovinskih nesreč v tunelih.

Primer primera: popolnoma avtomatizirano napravo za montažo odsekov je zmanjšala stopnjo poškodb za 40 % pri razširitvi tokijskega metra

Uvedba sistemov za postavljanje segmentov z vodenjem s pomočjo umetne inteligence s strani tokijske mestne uprave je odpravila ročno rokovanje s betonskimi oblogami težkimi 4,5 tone med podaljševanjem proge Namboku. To uvedbo je zmanjšalo:

• Število delovnih ur v coni rezilnega glavnika za 92 %
• Telesne poškodbe zaradi dviganja težkih bremen za 100 %
• Napake pri poravnavi segmentov, ki povzročajo sekundarne tveganja, za 76 %

Varnostni pregledi po uvedbi so pokazali neposredno povezavo med stopnjami avtomatizacije in pogostostjo incidentov v vseh fazah projekta.

Strategija: Postopna uvedba avtomatizacije v predelih tunelskih projektov z visokim tveganjem

Vodilni izvajalci uporabljajo okvir za uvedbo v štirih fazah:

1. Preizkusna testiranja avtomatizacija v nekritičnih podsistemih (transportne cevi, prezračevanje)
2. HIBRIDNA DELOVANJA obdobja z možnostjo ročnega posega
3. Popolna avtomatizacija osnovnih funkcij pri kopanju
4. Predvidljivo vzdrževanje integracija z uporabo strojnega učenja

Ta pristop omogoča ekipam razvijati operativno strokovnost, hkrati pa ohranjajo ukrepe za varnost, pri čemer so zgodnji uporabniki poročali o 62 % hitrejšem odzivanju na nevarnosti v primerjavi s takojšnjimi rešitvami popolne avtomatizacije.

Pripravljenost na izredne razmere in primerjalna varnost pri metodah podiranja

Načrtovanje evakuacijskih poti in zavetnih komor v globokih tunelih

Sodobni tunelski projekti dajejo prednost večkratnim evakuacijskim potezem, ki so med seboj oddaljene največ 500 metrov, z odtlačenimi zavetnimi komorami, ki zagotavljajo več kot 2 uri dihalnega zraka. Ti sistemi zmanjšujejo tveganja zaradi nenadnih zrušitev ali uhajanja plinov tako, da omogočajo hitro evakuacijo tudi pri slabi vidljivosti.

Komunikacijski sistemi med izrednimi dogodki v tunelih

Redundantni brezžični mrežni sistemi zdaj dopolnjujejo tradicionalne žične sisteme in omogočajo povezljivost na globinah, ki presegajo 1 km. Projekti, ki uporabljajo hibridne komunikacijske nastavitve, so v nedavnih hidroelektričnih tunelskih projektih zmanjšali čas odzivanja na izredne situacije za 33 %.

Redne vaje in usposabljanje za reševanje izrednih situacij za ekipe TBM

Obvezne četrtletne simulacije pripravijo ekipe na scenarije, kot so požar v rezilnem delu ali nenadna infiltracija podzemne vode. Raziskave, ki uporabljajo analizo nejasnega drevesa napak za določanje prednosti tveganj, kažejo, da usposobljene ekipe odpravijo kritične incidente za 40 % hitreje kot neusposobljene ekipe.

Simulacije digitalnih dvojnikov za načrtovanje izrednih situacij

Napredna modelirna orodja sedaj z 94-odstotno natančnostjo ponavljajo geološke obnašanja, kar kaže raziskava o digitalnih dvojnikih iz leta 2023. S temi simulacijami lahko inženirji preizkušajo evakuacijske protokole v več kot 200 različnih različicah nesreč še preden se začne z izkopom.

Varnostne prednosti strojev za vrtanje tunelov v primerjavi s konvencionalnimi metodami vrtanja

TBM zmanjšajo neposredno izpostavljenost oseb nestabilnim čelom za 78 % v primerjavi z metodo vrtanja in razstreljevanja. Zaprti kabini operatorjev z filtracijskimi sistemi HEPA zmanjšajo primere dihalnih nevarnosti za 62 % (Ponemon 2022).

Statistična primerjava: Stopnje poškodb pri projektih z vrtanjem in razstreljevanjem v primerjavi s projekti TBM

Poročilo ITA 2022 navaja 2,7 poškodb/milijon ur pri projektih s TBM-ji v primerjavi s 8,1 pri konvencionalnih metodah. Avtomatizirani TBM-ji dosegajo skoraj ničelne stopnje nesreč v hiperbarnih pogojih nad 12 barov.

Pogosta vprašanja

Kaj so stroji za bruhanje tunelov (TBM) in kakšne so pogoste nevarnosti?

Stroji za bruhanje tunelov (TBM) se uporabljajo pri gradnji tunelov. Pogoste nevarnosti vključujejo nestabilne geološke razmere, okvare opreme in vdihavanje prahu.

Kako geološke raziskave izboljšujejo varnost v tunelih?

Geološke raziskave zmanjšajo nepričakovane dogodke za 78 %, s čimer izboljšajo varnost in zmanjšajo ustavitve.

Kakšno vlogo igra umetna inteligenca (AI) pri obratovanju TBM-jev?

Umetna inteligenca napoveduje potrebe po vzdrževanju, s čimer optimizira hitrost gradnje in stabilnost.

Kakšni napredki so bili doseženi na področju osebne zaščitne opreme?

Pametna OZO z biometričnimi senzorji spremlja zdravstveno stanje delavcev in zmanjša primere toplotnega stresa za 38 %.

Kako avtomatizirani sistemi izboljšujejo varnost pri bruhanju tunelov?

Avtomatizirani sistemi zmanjšujejo izpostavljenost delavcev, saj opravljajo večino rezalnega dela ter učinkovito stabilizirajo tunelske stene.

Zakaj je pomembna pripravljenost na izredne razmere pri podzemnem kopanju?

Pripravljenost vključuje načrtovanje evakuacijskih poti in redno izvajanje vaj, ki omogočajo hitre in varne ukrepe v primeru izrednih razmer.