จะเลือกสารเพิ่มประสิทธิภาพที่เหมาะสมสำหรับเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินในดินเหนียวทรายได้อย่างไร

การเลือกสารเพิ่มประสิทธิภาพที่ถูกต้องเป็นหนึ่งในการตัดสินใจที่สำคัญที่สุดที่ผู้ปฏิบัติงานต้องทำเมื่อใช้งาน เครื่องยกท่อแรงดันดิน Balance ผ่านดินเหนียวทราย ซึ่งการเลือกสารเพิ่มประสิทธิภาพที่ไม่เหมาะสมอาจส่งผลให้การปรับปรุงคุณสมบัติดินไม่ได้ผล ทำให้ความมั่นคงของหน้าตัดลดลง และก่อให้เกิดความล่าช้าของโครงการที่มีค่าใช้จ่ายสูง ดังนั้น การเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติของดินกับเคมีของสารเพิ่มประสิทธิภาพจึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งก่อนเริ่มการขับท่อแต่ละครั้ง

ดินที่มีลักษณะเป็นดินเหนียวปนทรายก่อให้เกิดความท้าทายเฉพาะตัวต่อ เครื่องยกท่อแรงดันดิน Balance เนื่องจากมีความสามารถในการซึมผ่านต่ำ มีโครงสร้างที่ยึดเกาะกันแน่น และมีแนวโน้มที่จะติดอยู่กับเครื่องมือตัด จึงจำเป็นต้องเลือกสารเติมแต่งที่เหมาะสมอย่างระมัดระวัง เพื่อรักษาความสม่ำเสมอของดินที่ขุดได้ภายในห้องควบคุมแรงดันให้อยู่ในสภาพที่เสถียรและสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ คู่มือนี้อธิบายวิธีการประเมินและเลือกสารเติมแต่งที่เหมาะสม เพื่อให้การขับเคลื่อนเครื่องเจาะแบบสมดุลแรงดันดิน (EPB) ทุกครั้งในดินที่มีลักษณะเป็นดินเหนียวปนทราย เป็นไปอย่างปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และคาดการณ์ผลลัพธ์ได้

การเข้าใจพฤติกรรมของดินที่มีลักษณะเป็นดินเหนียวปนทรายในการขับเคลื่อนแบบ EPB

ลักษณะสำคัญของดินที่ส่งผลต่อการเลือกสารเติมแต่ง

ก่อนเลือกสารเพิ่มใดๆ สำหรับเครื่องขุดเจาะแบบสมดุลความดันดินแบบขับท่อ (Earth Pressure Balance Pipe Jacking Machine) ทีมงานโครงการจำเป็นต้องวิเคราะห์ลักษณะของดินเหนียวที่ปนทรายอย่างละเอียด ดินเหนียวที่ปนทรายโดยทั่วไปมีดัชนีความเหนียว (Plasticity Index) อยู่ระหว่าง 10 ถึง 30 มีสัมประสิทธิ์การซึมผ่านต่ำมาก และมีแรงยึดเกาะสูง คุณสมบัติเหล่านี้หมายความว่าหัวเจาะของเครื่องขุดเจาะแบบสมดุลความดันดินแบบขับท่อจะพบกับดินที่มีแนวโน้มจับตัวเป็นก้อน สะสมอยู่บนใบมีดแบบจาน (Disc Cutters) และต้านการไหลอย่างอิสระผ่านสกรูลำเลียง (Screw Conveyor) หากไม่มีการปรับปรุงคุณสมบัติดิน (Soil Conditioning) เครื่องขุดเจาะแบบสมดุลความดันดินแบบขับท่อจะไม่สามารถรักษาความดันดินที่เสถียรภายในห้องสะสมดิน (Plenum Chamber) ได้ ซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการทรุดตัวของผิวดินหรือการพุ่งออกของดิน (Blowout)

การแจกแจงขนาดเม็ดดิน ความชื้นตามธรรมชาติ และขีดจำกัดแอตเทอร์เบิร์ก เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดสามประการที่ต้องวัดก่อนที่เครื่องเจาะท่อแบบสมดุลแรงดันดินจะเริ่มขุดในดินเหนียวทราย ดินที่มีความชื้นใกล้เคียงกับขีดจำกัดของเหลวอยู่แล้วนั้นมีความนุ่มพอที่เครื่องเจาะท่อแบบสมดุลแรงดันดินจะจัดการได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้โฟมเพิ่มเพียงเล็กน้อย ในทางกลับกัน ดินเหนียวทรายที่แห้งหรือแข็งมากจะทำให้ผู้ปฏิบัติงานเครื่องเจาะท่อแบบสมดุลแรงดันดินต้องฉีดสารเพิ่มในปริมาณที่สูงขึ้นเพื่อทำให้วัสดุขุดออกมีความยืดหยุ่นเพียงพอ

การตอบสนองของดินเหนียวทรายต่อชนิดของสารเพิ่มที่ใช้ทั่วไป

โฟม สารละลายเบนโทไนต์ และสารละลายพอลิเมอร์ เป็นหมวดหมู่ของสารเติมแต่งหลักสามประเภทที่ใช้กับเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดิน (earth pressure balance pipe jacking machine) ในดินเหนียวที่ปนทราย แต่ละประเภทมีปฏิสัมพันธ์กับโครงสร้างดินแตกต่างกัน โฟมช่วยลดแรงเสียดทานภายในวัสดุที่ผ่านการปรับสภาพแล้ว และช่วยให้เครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินรักษามอเมนต์บิดได้อย่างสม่ำเสมอ สารละลายเบนโทไนต์เพิ่มความยืดหยุ่นและลดการยึดติดบนใบตัดของเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดิน ส่วนสารละลายพอลิเมอร์ปรับความหนืดและช่วยเสริมความมั่นคงของหน้าตัดเมื่อเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินเจอกับชั้นดินที่มีเนื้อดินเหนียวปนทรายในปริมาณสูง การเลือกใช้สารเติมแต่งแต่ละชนิดขึ้นอยู่กับผลการทดสอบดินจริง ไม่ใช่การคาดเดา

การเลือกสารเติมแต่งที่เหมาะสมสำหรับสภาพดินเหนียวที่ปนทราย

การปรับสภาพด้วยโฟมเป็นกลยุทธ์หลักในการใช้สารเติมแต่ง

โฟมเป็นสารเติมแต่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการดำเนินการเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดิน (earth pressure balance pipe jacking machine) ในดินเหนียวทราย ระบบฉีดโฟมบนเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินจะฉีดส่วนผสมของสารสร้างโฟม น้ำ และอากาศอัดเข้าไปโดยตรงที่หัวตัด (cutterhead) ซึ่งจะเปลี่ยนดินเหนียวทรายที่ขุดออกมาให้กลายเป็นเนื้อเดียวกันและมีลักษณะเป็นเนื้อพลาสติกเหนียวที่เครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินสามารถจัดการได้อย่างมีประสิทธิภาพ อัตราส่วนการขยายตัวของโฟม (foam expansion ratio) และอัตราการฉีดโฟมจำเป็นต้องปรับให้สอดคล้องกับปริมาณน้ำตามธรรมชาติในดิน สำหรับดินเหนียวทรายที่มีความชื้นปานกลาง เครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินมักต้องการอัตราส่วนการขยายตัวของโฟมระหว่าง 5 ถึง 15 โดยปริมาตรการฉีดโฟมจะคิดเป็นประมาณร้อยละ 20 ถึง 40 ของปริมาตรดินที่ขุดออกต่อระยะทางการเจาะล่วงหน้า 1 เมตร ผู้ปฏิบัติงานควรตรวจสอบมาตรวัดความดันในห้องของเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินอย่างต่อเนื่องเพื่อยืนยันว่าการปรับสภาพดินเหมาะสมแล้ว และปรับปริมาณโฟมที่ฉีดเข้าไปแบบเรียลไทม์

การผสมสารเติมแต่งเบนโทไนต์และพอลิเมอร์เข้ากับโฟม

ในดินที่มีลักษณะเป็นดินเหนียวทรายปนจำนวนมาก สารเติมแต่งเพียงชนิดเดียวมักไม่เพียงพอ และเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดิน (Earth Pressure Balance Pipe Jacking Machine) จะได้รับประโยชน์จากการใช้สารเติมแต่งร่วมกัน การฉีดสารละลายเบนโทไนต์ผ่านช่องฉีดสารรองของเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินจะช่วยลดการยึดติดของใบตัดและหล่อลื่นช่องว่างแหวนรอบๆ ตัวเครื่องกับท่อที่ถูกขับเข้าไป ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินต้องเผชิญกับชั้นดินเหนียวทรายปนที่มีความแข็งสูง ซึ่งจะทำให้แรงผลักและแรงบิดที่ต้องใช้เพิ่มขึ้น สำหรับโซนที่มีการเปลี่ยนผ่านซึ่งปริมาณดินทรายปนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินสามารถใช้สารละลายพอลิเมอร์ร่วมกับโฟมได้ โดยพอลิเมอร์จะช่วยเพิ่มความแข็งตัวของดินที่ผ่านการปรับสภาพแล้ว ป้องกันไม่ให้ดินแยกชั้นภายในสกรูคอนเวเยอร์ของเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดิน และรักษาความดันที่สม่ำเสมอภายในห้องสะสมความดัน (Plenum)

การปรับปรุงปริมาณการใช้สารเติมแต่งสำหรับเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินที่ใช้สารเติมแต่งหลายชนิดต้องอาศัยการฉีดทดลองอย่างเป็นระบบก่อนเริ่มขับหลัก ทีมงานโครงการควรดำเนินการทดสอบในห้องปฏิบัติการโดยใช้ดินที่เก็บตัวอย่างจากแนวเส้นทาง และสังเกตการตอบสนองของเนื้อวัสดุที่ขุดได้ (spoil) ซึ่งคาดว่าจะได้รับจากเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินต่ออัตราส่วนของสารเติมแต่งที่แตกต่างกัน ผลการทดลองที่จัดทำเป็นเอกสารอย่างชัดเจนจะช่วยให้ผู้ควบคุมเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินสามารถเริ่มการขับท่อได้โดยใช้โปรโตคอลการปรับสภาพดินที่กำหนดไว้ล่วงหน้า แทนที่จะต้องปรับเปลี่ยนการดำเนินงานอย่างไม่มีข้อมูลรองรับขณะทำงานใต้ดิน

การติดตามผลการปฏิบัติงานและการปรับสารเติมแต่ง

ตัวชี้วัดประสิทธิภาพของสารเติมแต่งแบบเรียลไทม์

เครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินให้สัญญาณแบบเรียลไทม์หลายประการแก่ผู้ปฏิบัติงาน ซึ่งช่วยบ่งชี้ว่าสารเพิ่มประสิทธิภาพที่เลือกใช้นั้นทำงานได้เหมาะสมในดินทรายเหนียวหรือไม่ แรงบิดของหัวเจาะเป็นตัวชี้วัดหลัก: หากเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินแสดงค่าแรงบิดเพิ่มขึ้น แม้ความดันหน้าตัดจะคงที่ ก็มีแนวโน้มว่าจะเกิดการยึดติดสะสม และควรเพิ่มปริมาณการฉีดเบนโทไนต์ทันที ความเสถียรของความดันภายในห้องเป็นตัวชี้วัดสำคัญลำดับที่สอง; เครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินที่แสดงความผันผวนของความดันอย่างไม่สม่ำเสมอ มักเกิดจากปริมาณโฟมที่ใช้ปรับสภาพดินไม่เพียงพอ ความสม่ำเสมอของการปล่อยดินออกจากสกรูลำเลียงเป็นสัญญาณที่สาม ดินที่ขุดออกมาจากเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินซึ่งได้รับการปรับสภาพอย่างเหมาะสม ควรไหลออกมารูปแบบเป็นเนื้อครีมที่เรียบเนียน มีความชื้น และไม่เหนียวติด ขณะที่ดินที่ไหลออกมามีลักษณะแห้งหรือเป็นก้อน บ่งชี้ว่าเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินจำเป็นต้องเพิ่มปริมาณการฉีดโฟมทันที

การปรับกลยุทธ์การใช้สารเพิ่มประสิทธิภาพให้สอดคล้องกับชั้นดินที่เปลี่ยนแปลงไป

การจัดเรียงของดินที่มีลักษณะเป็นดินเหนียวปนทรายมักไม่คงที่ตลอดแนวการขับเคลื่อนทั้งหมด แท่นขับท่อแบบสมดุลความดันดิน (earth pressure balance pipe jacking machine) อาจพบชั้นดินทรายปนทรายละเอียด สารอินทรีย์ปนอยู่ หรือชั้นดินเหนียวแข็งซึ่งแต่ละชนิดต้องใช้การปรับสารเพิ่มประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน ทีมงานที่ควบคุมแท่นขับท่อแบบสมดุลความดันดินควรตรวจสอบบันทึกการเจาะสำรวจ (borehole logs) ก่อนเริ่มกะปฏิบัติงานแต่ละกะ และวางแผนล่วงหน้าเกี่ยวกับการปรับปริมาณสารเพิ่มประสิทธิภาพให้สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของประเภทดินที่คาดว่าจะเกิดขึ้น เมื่อแท่นขับท่อแบบสมดุลความดันดินข้ามผ่านเข้าสู่ชั้นดินเหนียวปนทรายที่นุ่มและชื้นมากขึ้น ควรลดปริมาตรโฟมลงเพื่อป้องกันการปรับสภาพดินมากเกินไปและสูญเสียความดันที่หน้าตัดขุด เมื่อแท่นขับท่อแบบสมดุลความดันดินเข้าสู่ชั้นดินที่แข็งขึ้น จำเป็นต้องเพิ่มปริมาณโฟมและเบนโทไนต์ตามสัดส่วนที่เหมาะสม การบันทึกข้อมูลการใช้สารเพิ่มประสิทธิภาพจากแท่นขับท่อแบบสมดุลความดันดินร่วมกับอัตราการขับเคลื่อนและประเภทของดิน จะช่วยให้สามารถปรับปรุงกระบวนการได้อย่างต่อเนื่องตลอดแนวการขับเคลื่อน

คำถามที่พบบ่อย

จะเกิดอะไรขึ้นหากไม่ใช้สารเพิ่มประสิทธิภาพในเครื่องเจาะท่อแบบควบคุมแรงดันดิน (Earth Pressure Balance Pipe Jacking Machine) ขณะขับผ่านดินเหนียวที่ปนทราย?

หากไม่ใช้สารเพิ่มประสิทธิภาพ เครื่องเจาะท่อแบบควบคุมแรงดันดินที่ทำงานในดินเหนียวที่ปนทรายจะประสบปัญหาการอุดตันของใบตัดอย่างรุนแรง ความดันภายในห้องควบคุมไม่สามารถควบคุมได้ และแรงบิดสูงมากผิดปกติ วัสดุที่ขุดออกมา (spoil) ภายในเครื่องเจาะท่อแบบควบคุมแรงดันดินจะถูกอัดแน่นจนกลายเป็นก้อนแข็งที่อุดตันสกรูลำเลียง ทำให้จำเป็นต้องดำเนินการแก้ไขที่มีค่าใช้จ่ายสูง และอาจก่อให้เกิดความเสียหายต่อพื้นผิวดินบริเวณด้านบนแนวท่อ

ควรปรับปรุงปริมาณสารเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับเครื่องเจาะท่อแบบควบคุมแรงดันดินในดินเหนียวที่ปนทรายบ่อยแค่ไหน?

ปริมาณสารเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับเครื่องเจาะท่อแบบควบคุมแรงดันดินควรทบทวนอย่างน้อยทุกๆ การเจาะลึก 5 เมตร หรือทุกครั้งที่ตรวจพบชั้นดินชนิดใหม่ การบันทึกข้อมูลอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับความดันภายในห้องควบคุม แรงบิด และลักษณะของวัสดุที่ขุดออกมาจากเครื่องเจาะท่อแบบควบคุมแรงดันดิน จะให้ข้อมูลที่จำเป็นในการคำนวณและปรับอัตราการฉีดสารใหม่อย่างแม่นยำตลอดระยะการเจาะ

น้ำเพียงอย่างเดียวสามารถปรับสภาพดินเหนียวที่มีเศษทรายสำหรับเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินได้หรือไม่

น้ำเพียงอย่างเดียวมักไม่เพียงพอสำหรับเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินที่ทำงานในดินเหนียวที่มีเศษทราย แม้น้ำจะช่วยทำให้ดินเหนียวที่แห้งมีความนุ่มนวลขึ้นเล็กน้อย แต่ก็ไม่สามารถให้ความยืดหยุ่น ความหล่อลื่น หรือการควบคุมการยึดเกาะที่จำเป็นต่อการทำงานของเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินได้ จึงแนะนำให้ใช้โฟมหรือสารเติมแต่งเบนโทไนต์ที่ออกแบบมาเฉพาะเสมอ เพื่อปกป้องเครื่องขับท่อแบบสมดุลความดันดินและรับประกันความมั่นคงในการดำเนินงานอย่างมีประสิทธิภาพ