ควรพิจารณาปัจจัยใดบ้างเมื่อเลือกเครื่องเจาะอุโมงค์สำหรับโครงการ?

สภาพทางธรณีวิทยา: ความมั่นคงของดิน ความแข็งของหิน และผลกระทบจากน้ำใต้ดิน

การประเมินการวิเคราะห์ทางธรณีวิทยาและวิศวกรรมธรณีเทคนิคของภูมิประเทศสำหรับการเลือกเครื่องเจาะอุโมงค์

ตามการศึกษาทางธรณีวิทยาล่าสุดในปี 2023 ทีมงานก่อสร้างที่ทำการตรวจสอบดินอย่างละเอียดพบว่าความล่าช้าในการขุดอุโมงค์ลดลงประมาณ 62% เมื่อเลือกเครื่องเจาะอุโมงค์ วิศวกรจำเป็นต้องพิจารณาถึงระดับความแตกร้าวของชั้นหินแม่ ตรวจสอบค่าความสามารถในการเปลี่ยนรูปร่างของดิน (plasticity) และทบทวนรูปแบบการเคลื่อนที่ของน้ำใต้ดินในอดีต การประเมินอย่างถูกต้องจะช่วยให้อุปกรณ์เหมาะสมกับสภาพใต้ดินจริง การใช้ข้อมูลทั้งหมดนี้จะทำให้มั่นใจได้ว่าเครื่องจักรจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยไม่เกิดปัญหาที่ไม่คาดคิดภายใต้ดิน นอกจากนี้ยังช่วยควบคุมระยะเวลาโดยรวมของโครงการได้ดียิ่งขึ้น

ผลกระทบขององค์ประกอบดินและหินต่อสมรรถนะของเครื่องเจาะอุโมงค์

ความแข็งของชั้นหินและระดับความกัดกร่อนของดินมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องเจาะอุโมงค์ และอัตราการสึกหรอของเครื่องในระยะยาว เมื่อทำงานกับหินแกรนิตที่มีความต้านทานแรงอัดเกินกว่า 150 เมกะพาสกาล เครื่องจักรเหล่านี้จำเป็นต้องใช้หัวตัดที่สามารถสร้างแรงดันได้ประมาณ 380 กิโลนิวตันต่อตารางเซนติเมตร ซึ่งมากกว่าการขุดดินประเภทดินเหนียวอ่อนนุ่มราว 45 เปอร์เซ็นต์ อีกปัญหาหนึ่งเกิดจากพื้นที่ที่มีเศษหินก้อนกลมจำนวนมากในชั้นตะกอนดินถูกล้วง ซึ่งสภาพเช่นนี้ทำให้ใบตัดสึกหรอเร็วกว่าปกติประมาณ 32 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับการทำงานในชั้นหินชนิดเชล (shale) ที่มีลักษณะสม่ำเสมอ การสึกหรอในลักษณะนี้ทำให้ทีมบำรุงรักษาต้องหยุดดำเนินการบ่อยขึ้น และต้องใช้ค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมในการซ่อมแซมอุปกรณ์ สำหรับโครงการที่เผชิญกับความท้าทายลักษณะนี้ การลงทุนในเครื่องจักรที่ติดตั้งอุปกรณ์ตัดที่ทนทานกว่า และระบบปรับแรงดันขณะขุดตามสภาพดินที่เปลี่ยนแปลงไป จึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสม

การประเมินความมีอยู่และแรงดันของน้ำใต้ดินในการขุดอุโมงค์ในชั้นดินอ่อน

ดินพรุนก่อให้เกิดความท้าทายเฉพาะตัวเมื่อมีน้ำไหลผ่านมากกว่า 30 ลิตรต่อวินาที ในระดับนี้ วิศวกรโดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้เครื่องเจาะอุโมงค์แบบหน้าตัดรับแรงดัน (TBMs) เพียงเพื่อป้องกันไม่ให้หน้าตัดการขุดถล่มลงมาทั้งหมด สถานการณ์จะซับซ้อนยิ่งขึ้นเมื่อแรงดันไฮโดรลิกสูงกว่า 2.5 บาร์ ซึ่งเป็นจุดที่ระบบฉีดเบนโทไนต์มีความจำเป็นอย่างยิ่งต่อการรักษาความมั่นคงระหว่างการดำเนินงานขุด การควบคุมน้ำใต้ดินอย่างมีประสิทธิภาพจึงมีความสำคัญอย่างมาก โดยเฉพาะในเขตเมือง ที่การรั่วซึมของน้ำอย่างไม่คาดคิดอาจก่อให้เกิดความเสียหายต่ออาคาร ถนน หรือสาธารณูปโภคใต้ดินที่ตั้งอยู่ใกล้เคียง นอกจากนี้ ไม่ใช่แค่ความปลอดภัยของคนงานเท่านั้นที่ได้รับผลกระทบ แต่ยังส่งผลโดยตรงต่อความเร็วในการก่อสร้าง เพราะทีมงานสามารถเคลื่อนตัวผ่านชั้นดินเปียกได้อย่างต่อเนื่อง โดยไม่ต้องเผชิญกับการหยุดทำงานของอุปกรณ์หรือความล้มเหลวของโครงสร้างบ่อยครั้ง

ความท้าทายของสภาพพื้นดินผสมต่อการปฏิบัติงานของเครื่องเจาะอุโมงค์

เมื่อเครื่องเจาะอุโมงค์เคลื่อนตัวจากดินนิ่มไปยังหินแข็ง ความก้าวหน้าจะช้าลงอย่างมาก ข้อมูลในอุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่า การเปลี่ยนผ่านลักษณะนี้สามารถลดอัตราการเจาะเฉลี่ยลงได้ประมาณ 27% ข่าวดีก็คือ เครื่องเจาะอุโมงค์แบบโมดูลาร์ที่มาพร้อมหัวตัดพิเศษแบบไฮบริดนั้นทำงานได้ดีกว่าในสภาพพื้นดินผสม ซึ่งเครื่องจักรเหล่านี้รวมเอาใบจอบสกัดสำหรับการทลายวัสดุที่แข็งแรงเข้ากับหัวตัดแบบแผ่นหมุนสำหรับส่วนที่เรียบเนียน ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพได้ประมาณ 18% เมื่อต้องเผชิญกับชั้นหินทรายและดินเหนียว วิศวกรชื่นชอบการออกแบบที่ยืดหยุ่นเช่นนี้ เพราะช่วยจัดการกับความไม่แน่นอนที่เกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลาจากการขุดเจาะผ่านชั้นหินที่มีความซับซ้อน ซึ่งไม่มีอะไรคงที่ไปเป็นเวลานาน

ประเภทของเครื่องเจาะอุโมงค์ (TBM): EPB, Slurry, Shield และตัวเลือกแบบ Multimodal

การเข้าใจประเภทของ TBM และเกณฑ์การเลือกตามความต้องการของโครงการ

เมื่อเลือกเครื่องเจาะอุโมงค์ที่เหมาะสม วิศวกรมักพิจารณาปัจจัยหลักสามประการ ได้แก่ ประเภทของชั้นดินที่ต้องทำงานด้วย ขนาดของโครงการ และข้อจำกัดด้านสิ่งแวดล้อมที่อาจมีผล EPB เครื่องจักรเหล่านี้กลายเป็นตัวเลือกหลักสำหรับการขุดอุโมงค์ในพื้นที่ดินอ่อนภายในเมือง โดยคิดเป็นประมาณ 62% ของการก่อสร้างรถไฟใต้ดินทั่วโลก ตามรายงานล่าสุดจากบริษัทก่อสร้างใต้ดิน สำหรับพื้นที่ที่มีดินเปียกและอิ่มตัวมาก เครื่อง TBM แบบสลาร์รี่จะทำงานได้ดีกว่า ในขณะที่รุ่นที่ใช้กับหินแข็งจะให้ประสิทธิภาพยอดเยี่ยมเมื่อขุดผ่านชั้นหินที่แข็งแรงและมั่นคง เครื่อง TBM แบบมัลติโมดอลมีราคาสูงกว่ารุ่นมาตรฐานประมาณ 15 ถึง 20% ในช่วงเริ่มต้น แต่การลงทุนเพิ่มเติมนี้คุ้มค่าในระยะยาว เพราะเครื่องจักรที่มีความยืดหยุ่นเหล่านี้สามารถปรับค่าทอร์กและแรงดันได้ทันทีเมื่อพบกับวัสดุประเภทต่างๆ ระหว่างการขุด ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับสภาพดินที่ไม่แน่นอน

EPB เทียบกับ Slurry เทียบกับ TBM หินแข็ง: การเลือกเครื่องเจาะอุโมงค์ให้เหมาะสมกับสภาพพื้นดิน

เครื่องขุดอุโมงค์แบบสมดุลแรงดันดิน (Earth Pressure Balance Tunnel Boring Machines) ช่วยรักษาความมั่นคงของหน้าตัดขุดโดยการปรับสมดุลแรงดันจากดินที่ขุดออกกับแรงดันภายในห้องของเครื่องจักร ทำให้เครื่องประเภทนี้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในดินเหนียวและดินตะกอนที่มีความเหนียว ส่วนโครงการอุโมงค์ใต้น้ำจะใช้ระบบสแลอรี่ ซึ่งทำงานโดยการสูบโคลนเบนโทไนต์ภายใต้แรงดันไปยังหน้าตัดขุด เพื่อสร้างการปิดผนึกกันน้ำ การรั่วซึมของน้ำใต้ดินเป็นปัญหาใหญ่ในงานลักษณะนี้ และการแก้ไขปัญหานี้อาจมีค่าใช้จ่ายมากกว่า 740,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ ตามการวิจัยของ Ponemon เมื่อปีที่แล้ว เมื่อต้องทำงานกับชั้นหินแข็ง เช่น หินแกรนิตหรือหินบะซอลต์ จะต้องใช้เครื่องจักรประเภทอื่น เครื่องขุดอุโมงค์หินแข็ง (Hard Rock TBMs) มีตัวตัดแบบดิสค์ที่ทำจากทังสเตนคาร์ไบด์พิเศษ ซึ่งสามารถทนต่อแรงกดดันของหินที่สูงถึงประมาณ 250 เมกะพาสคัล เครื่องมือขนาดเล็กแต่ทนทานเหล่านี้ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถเจาะผ่านชั้นหินที่ดื้อดึงที่สุดได้โดยไม่เสียประสิทธิภาพ

เครื่องเจาะอุโมงค์แบบหลายรูปแบบและหนาแน่นตัวแปรสำหรับธรณีวิทยาที่ซับซ้อนหรือไม่สม่ำเสมอ

เมื่อทำงานในพื้นที่ก่อสร้างที่ชั้นดินและหินเปลี่ยนแปลงไปมา ซึ่งเกิดขึ้นประมาณ 38 เปอร์เซ็นต์ของโครงการรถไฟข้ามประเทศทั้งหมด เครื่องเจาะอุโมงค์แบบหลายรูปแบบจะแสดงศักยภาพได้อย่างเด่นชัด ข้อดีของเครื่องจักรเหล่านี้คือความสามารถในการสลับโหมดจากโหมดสมดุลแรงดันดินไปเป็นโหมดของเหลวได้ทันทีที่องค์ประกอบของพื้นดินใต้เครื่องเปลี่ยนไป บางรุ่นขั้นสูงยังมาพร้อมระบบความหนาแน่นตัวแปรด้วย ระบบเหล่านี้ทำงานอย่างชาญฉลาดโดยการปรับความเร็วของหัวตัดและปรับความหนืดของส่วนผสมของสารละลายแบบเรียลไทม์ การทดสอบภาคสนามแสดงให้เห็นว่าการปรับตัวแบบเรียลไทม์เช่นนี้สามารถลดการหยุดชะงักที่ไม่คาดคิดได้ประมาณยี่สิบเปอร์เซ็นต์เมื่อทำงานในสภาพพื้นที่ผสมผสานที่ซับซ้อน งานวิจัยล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสารวิศวกรรมธรณีศาสตร์สนับสนุนผลการค้นพบเหล่านี้จากปีที่แล้ว

การออกแบบหัวตัดและรูปแบบการจัดเรียงเครื่องมือในเครื่องเจาะอุโมงค์ประเภทต่างๆ

วิธีการออกแบบหัวตัดมีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการทำงานและความทนทานของเครื่อง ในเครื่อง EPB เครื่องขูดแบบเกลียวจะทำหน้าที่เคลื่อนย้ายดินอย่างมีประสิทธิภาพ ขณะที่เครื่อง TBM สำหรับหินแข็งใช้วิธีที่แตกต่างกัน โดยใช้ลูกกลิ้งตัดจำนวน 17 ถึง 25 ลูก จัดเรียงเป็นวงกลมเข้มข้นเพื่อให้สามารถสลายหินได้อย่างมีประสิทธิภาพ แบบจำลองใหม่บางรุ่นรวมเอาคุณสมบัติทั้งสองแบบเข้าไว้ด้วยกัน โดยใช้หัวตัดแบบไฮบริดที่ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถเปลี่ยนเครื่องมือได้ตามความต้องการ ตามข้อมูลจากสมาคมการเจาะอุโมงค์ปี 2023 ระบุว่า ระบบไฮบริดเหล่านี้มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าประมาณ 30% เมื่อทำงานในชั้นหินทรายที่มีฤทธิ์กัดกร่อน การปรับปรุงในลักษณะนี้ช่วยเพิ่มเวลาในการทำงานต่อเนื่องของโครงการอุโมงค์ และช่วยควบคุมต้นทุนการบำรุงรักษาให้ต่ำลงในระยะยาว

ขนาดโครงการและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ: ความยาว เส้นผ่านศูนย์กลาง และอัตราการเจาะหน้า

ผลกระทบของความยาวอุโมงค์ที่มีต่อการใช้งานและการทำงานของเครื่องเจาะอุโมงค์

เมื่อขุดอุโมงค์ที่มีความยาวมากขึ้น เครื่องจักรขุดอุโมงค์จำเป็นต้องถูกสร้างให้มีความทนทานมากยิ่งขึ้น และทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลานาน สำหรับโครงการที่มีความยาวเกิน 5 กิโลเมตร วิศวกรมักจะกำหนดหัวตัดที่มีความแข็งแรงมากกว่าเดิมประมาณ 25 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ พร้อมกับระบบอัตโนมัติสำหรับติดตั้งชิ้นส่วนอุโมงค์ เพื่อไม่ให้การดำเนินงานหยุดชะงัก ตามผลการวิจัยล่าสุดจากงานประชุมด้านเทคโนโลยีธรณีเมื่อปีที่แล้ว พบว่ากระบอกสูบดันมีแนวโน้มสึกหรอเร็วกว่าเดิมประมาณ 18% เมื่อเครื่องทำงานเกินระยะ 3 กิโลเมตร ผลการค้นพบนี้เน้นย้ำอย่างชัดเจนถึงความสำคัญของการวางแผนบำรุงรักษาอย่างเหมาะสมในปัจจุบัน เพราะไม่มีใครต้องการให้โครงการของตนต้องหยุดรอซ่อมแซมในช่วงเฟสที่สำคัญ

การจับคู่อัตราการขุดล่วงหน้ากับความสามารถและความแม่นยำของเครื่องจักร

ความเร็วในการขุดอุโมงค์มีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับระยะเวลาทั้งหมดที่โครงการจะใช้ โครงการรถไฟใต้ดินในเขตเมืองส่วนใหญ่มักตั้งเป้าหมายที่ประมาณ 15 ถึง 20 เมตรต่อวัน แต่สถานการณ์จะเปลี่ยนไปเมื่อเราขุดลึกลงไปเพื่องานวิจัยทางวิทยาศาสตร์หรืองานศึกษาทางธรณีวิทยา ซึ่งความแม่นยำสำคัญกว่าความเร็ว ดังนั้นโครงการเหล่านี้อาจคืบหน้าเพียง 5 ถึง 8 เมตรต่อวันเท่านั้น จุดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับประสิทธิภาพเกิดขึ้นเมื่อแรงบิดของเครื่องจักร ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 4,000 ถึง 12,000 กิโลนิวตันเมตร สอดคล้องกับความแข็งแรงของหินที่ขุดผ่านได้อย่างเหมาะสม เครื่องจักรที่มีกำลังมากเกินไปสำหรับพื้นที่ดินนิ่มจะสิ้นเปลืองพลังงานเพิ่มเติมระหว่าง 14 ถึง 18 เปอร์เซ็นต์ ตามข้อมูลอุตสาหกรรมล่าสุดจากปี 2024 สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการเลือกสเปกเครื่องจักรให้เหมาะสมกับสภาพดินแต่ละประเภท

การเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางเครื่องจักรตามรูปทรงเรขาคณิต แนวเส้นทาง และความลึกของอุโมงค์

การเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางต้องคำนึงถึงปัจจัยด้านโครงสร้าง การใช้งาน และกลศาสตร์ของมวลหิน

• อุโมงค์สาธารณูปโภค : โพรงเจาะลึก 3–5 เมตร เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พื้นที่ในเขตเมืองที่มีความหนาแน่นสูง
• อุโมงค์รถไฟ : เส้นผ่านศูนย์กลาง 8–12 เมตร รองรับการจัดเรียงรางและข้อกำหนดด้านระยะห่าง
• ช่องทางผลิตไฟฟ้าจากพลังน้ำ : อุโมงค์ขนาด 14–18 เมตร ควบคุมการไหลของน้ำปริมาณมาก

ความลึกมีผลต่อการออกแบบเพิ่มเติม—ทุกๆ การเพิ่มขึ้น 100 เมตรของชั้นหินทับถม จะทำให้แรงดันหินเพิ่มขึ้น 2.7 เมกะพาสกาล จำเป็นต้องทำชั้นปูผนังแบบแผ่นส่วน (segmental linings) หนาขึ้น 15–20% เพื่อรักษาระบบโครงสร้างให้มั่นคง

โครงการในเขตเมือง เทียบกับ โครงการเจาะลึก: การปรับสมดุลขนาด การเข้าถึง และข้อจำกัดในการดำเนินงาน

เครื่องเจาะอุโมงค์ในเขตเมืองต้องเผชิญกับข้อจำกัดด้านพื้นที่มากขึ้นประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ เนื่องจากมีท่อ สายเคเบิล และอาคารใต้ดินอยู่แล้วมากมาย ซึ่งโดยทั่วไปหมายความว่าเครื่องเหล่านี้จำเป็นต้องถูกส่งลงไปทีละชิ้นแทนที่จะเป็นชิ้นเดียวกันทั้งหมด อย่างไรก็ตาม อุโมงค์ในภูเขาที่ลึกลงไปกว่า 500 เมตรต้องเผชิญกับความท้าทายที่แตกต่างออกไปโดยสิ้นเชิง เครื่องจักรยักษ์ใต้ดินเหล่านี้ต้องทำงานภายใต้แรงดันน้ำที่อาจสูงถึง 10 บาร์ ดังนั้วิศวกรจึงมักติดตั้งระบบหน้าตัดที่มีการควบคุมแรงดันพิเศษเพื่อรักษาความมั่นคงของโครงสร้าง การพิจารณาข้อมูลจากโครงการจริง 87 โครงการเผยให้เห็นสิ่งที่น่าสนใจ: ทีมงานก่อสร้างที่ทำงานในพื้นที่เมืองที่แคบได้ดำเนินงานไปได้น้อยลงเพียงประมาณ 22% ต่อวัน เมื่อเทียบกับทีมที่ทำงานในพื้นที่โล่ง ข้อมูลประเภทนี้เน้นย้ำอย่างชัดเจนถึงความสำคัญของการจำลองสมรรถนะของเครื่องจักรตามสภาพพื้นที่ทำงานเฉพาะ เพื่อการเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับงานขุดอุโมงค์

แรงดัน, แรงบิด และความสามารถทางกล ในสมรรถนะของเครื่องเจาะอุโมงค์

การวัดแรงดันและแรงบิดภายใต้ความต้านทานทางธรณีวิทยาที่เปลี่ยนแปลงได้

ปริมาณแรงดันและแรงบิดที่เครื่องเจาะอุโมงค์ต้องการ บ่งบอกข้อมูลสำคัญแก่วิศวกรเกี่ยวกับประสิทธิภาพในการตัดผ่านหินและดินประเภทต่างๆ งานวิจัยล่าสุดที่ตีพิมพ์ในนิตยสารเนเจอร์เมื่อปี 2025 แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าความต้องการเหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้มากเพียงใด ขึ้นอยู่กับวัสดุที่เครื่องกำลังทำงานอยู่ เช่น ตะกอนอ่อนต้องใช้แรงน้อยกว่าหินทรายแข็งมาก บางครั้งอาจต่างกันถึงสามเท่าของแรงดันที่ต้องการ เพื่อจัดการกับความแปรปรวนนี้ วิศวกรมักพึ่งพาสิ่งที่เรียกว่า การคำนวณดัชนีการเจาะดิน (Ground Penetration Index) ซึ่งช่วยให้พวกเขาปรับแต่งค่าแรงบิดได้อย่างเหมาะสม เพื่อไม่ให้หัวตัดติดขัด ยกตัวอย่างเช่น ดินเหนียวแบบยึดเกาะกันได้ดี เครื่องส่วนใหญ่จำเป็นต้องใช้แรงประมาณ 12 ถึง 18 กิโลนิวตันต่อตารางเมตรในการดันผ่าน แต่หากเปลี่ยนไปใช้หินแกรนิต ทันใดนั้นเราก็ต้องใช้แรงถึง 35 ถึง 50 กิโลนิวตันต่อตารางเมตรแทน การเปลี่ยนแปลงระดับนี้ทำให้เห็นชัดเจนว่าทำไมเครื่อง TBM สมัยใหม่จึงต้องมีระบบอัจฉริยะที่สามารถปรับพลังงานได้ทันทีขณะที่สภาพใต้ดินเปลี่ยนแปลง

การถ่วงดุลพลังงานเชิงกลกับสภาพพื้นดินเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด

การขุดอุโมงค์อย่างมีประสิทธิภาพหมายถึงการจัดเรียงเส้นโค้งแรงบิดและรูปแบบแรงดันให้สอดคล้องกับลักษณะทางธรณีวิทยาในพื้นที่ หากใช้แรงดันมากเกินไปในชั้นดินนิ่ม จะทำให้สิ้นเปลืองพลังงานเพิ่มขึ้นประมาณ 20-25% ตามรายงานอุตสาหกรรมบางฉบับเมื่อปีที่แล้ว ในทางกลับกัน เครื่องจักรที่มีกำลังไม่เพียงพอในการขุดผ่านหินแข็ง มักจะทำให้ชิ้นส่วนสึกหรอเร็วกว่าปกติประมาณ 40% การศึกษา GEplus ปี 2025 สนับสนุนข้อมูลนี้ แม้ว่าจะยังคงมีคำถามอยู่เสมอเกี่ยวกับความเทียบเคียงระหว่างสภาพภาคสนามกับผลลัพธ์ในห้องปฏิบัติการ เครื่องเจาะอุโมงค์ในปัจจุบันมาพร้อมระบบควบคุมอัจฉริยะที่คอยตรวจสอบการสั่นสะเทือนของหัวตัดและความหนาแน่นของหินระหว่างการทำงาน ระบบเหล่านี้ปรับค่ารอบต่อนาที (RPM) ใช้แรงดันในระดับที่เหมาะสม และควบคุมการไหลของสารละลายโดยอัตโนมัติ ผลลัพธ์คือ ผู้ปฏิบัติงานสามารถรักษาระดับประสิทธิภาพได้ระหว่าง 93% ถึงเกือบ 97% แม้จะเคลื่อนผ่านสภาพพื้นดินผสมที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาใต้ดิน

พิจารณาเรื่องต้นทุน: การลงทุนครั้งแรก, การดำเนินงานและบำรุงรักษา, และต้นทุนรวมตลอดอายุการใช้งาน (TCO)

การวิเคราะห์การลงทุนครั้งแรกสำหรับการจัดซื้อเครื่องเจาะอุโมงค์

ราคาของเครื่องเจาะอุโมงค์มีความแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องที่ต้องการ เครื่องแบบ EPB ขนาดกะทัดรัดโดยทั่วไปจะเริ่มต้นที่ประมาณ 2 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ขณะที่เครื่องสแลอรี่ขนาดใหญ่สำหรับอุโมงค์ขนาดใหญ่นั้นสามารถสูงเกินกว่า 20 ล้านดอลลาร์สหรัฐได้อย่างง่ายดาย อะไรคือปัจจัยที่ทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น? การปรับแต่งหัวตัดเพียงอย่างเดียวคิดเป็นประมาณ 15 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์ของราคาพื้นฐาน ระบบเสริมความมั่นคงของพื้นดินก็กินงบประมาณไปมากเช่นกัน และยังมีประเด็นเรื่องสเกลเข้ามาเกี่ยวข้อง เมื่อโครงการต้องการเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางการขุดจาก 6 เมตร เป็น 12 เมตร ควรคาดการณ์ว่าต้นทุนจะเพิ่มขึ้นระหว่าง 180 ถึง 220 เปอร์เซ็นต์ สำหรับผู้ที่ต้องตัดสินใจซื้อครั้งใหญ่เหล่านี้ การพิจารณาไม่เพียงแค่สิ่งที่จำเป็นในตอนนี้ แต่ยังรวมถึงสภาพใต้ดินที่อาจเปลี่ยนแปลงอย่างไม่คาดคิด ซึ่งอาจทำให้แผนการที่วางไว้อย่างดีที่สุดต้องสะดุดในอนาคต จึงเป็นสิ่งสำคัญ

ต้นทุนการดำเนินงานและบำรุงรักษา (O&M) สำหรับเครื่องเจาะอุโมงค์แต่ละประเภท

ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและบำรุงรักษามีความแตกต่างกันอย่างมากตามประเภทของเครื่องจักรและลักษณะทางธรณีวิทยา เครื่องเจาะในหินแข็ง (Hard rock TBM) มีค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนชิ้นส่วนเครื่องมือสูงกว่า 35–45% โดยเฉลี่ยอยู่ที่ 580 ดอลลาร์ต่อชั่วโมงในหินแกรนิต เมื่อเทียบกับเครื่อง EPB ที่ใช้ในดินนิ่ม ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อต้นทุน ได้แก่

• การใช้พลังงาน : 480–900 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อชั่วโมง ขึ้นอยู่กับแรงต้านทาน
• แรงงาน : ช่างเทคนิค 12–18 คน สำหรับการทำงานตลอด 24 ชั่วโมง
• ชิ้นส่วนที่สึกหรอ : ใบตัดแบบจาน (Disc cutters) มีอายุการใช้งาน 80–120 ชั่วโมงในหินควอตซ์ เมื่อเทียบกับมากกว่า 300 ชั่วโมงในดินเหนียว

ตัวแปรเหล่านี้เน้นย้ำถึงความสำคัญของการใช้กลยุทธ์การบำรุงรักษาตามสภาพเครื่องจักร

การคำนวณต้นทุนการเป็นเจ้าของโดยรวมสำหรับโครงการเจาะอุโมงค์ระยะยาว

ต้นทุนการเป็นเจ้าของโดยรวม หรือที่มักเรียกกันว่า TCO นั้น รวมถึงค่าเสื่อมราคาของอุปกรณ์ในช่วงประมาณ 10 ถึง 15 ปี รวมทั้งชั่วโมงอันแสนแพงที่สูญเสียไปเมื่อเครื่องจักรขัดข้อง ลองพิจารณาดู: เพียงแค่ในเขตเมืองใหญ่ การหยุดทำงานชั่วคราวอาจทำให้สูญเสียเงินได้ตั้งแต่ 12,000 ถึง 45,000 ดอลลาร์สหรัฐในทุกๆ หนึ่งชั่วโมง! นอกจากนี้ยังมีความเสี่ยงทางธรณีวิทยา ซึ่งสภาพใต้ดินที่ไม่สามารถคาดเดาได้มักจะทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นประมาณ 25% ถึง 40% อย่างไรก็ตาม การศึกษาล่าสุดในปี 2025 แสดงให้เห็นสิ่งที่น่าสนใจ เมื่อบริษัทลงทุนในเครื่องเจาะอุโมงค์รุ่นใหม่ที่มาพร้อมระบบบำรุงรักษาอัจฉริยะ พวกเขากลับประหยัดเงินได้โดยรวม แม้ว่าต้นทุนเริ่มต้นจะสูงกว่าประมาณ 22% ก็ตาม และยังไม่รวมถึงความท้าทายเฉพาะตัวในเขตเมือง โครงการก่อสร้างในเขตเมืองมักมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าประมาณ 30% ต่อกิโลเมตร เนื่องจากข้อจำกัดด้านเสียงรบกวน การย้ายสาธารณูปโภคเดิม และการจัดการพื้นที่จำกัดสำหรับการดำเนินงาน นี่จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมการประเมินต้นทุนอย่างสมจริงตั้งแต่วันแรกจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวางแผนโครงการใดๆ

คำถามที่พบบ่อย

ปัจจัยหลักที่ควรพิจารณาเมื่อเลือกเครื่องเจาะอุโมงค์คืออะไร

ปัจจัยหลักที่ควรพิจารณาเมื่อเลือกเครื่องเจาะอุโมงค์ (TBM) ได้แก่ ประเภทของสภาพดิน ขนาดโครงการ ข้อจำกัดด้านสิ่งแวดล้อม และข้อกำหนดทางวิศวกรรมเฉพาะ เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางและอัตราการเจาะหน้าตัด

สภาพดินแบบผสมมีผลต่อการทำงานของ TBM อย่างไร

สภาพดินแบบผสมสามารถชะลอการทำงานของ TBM ลงได้อย่างมากประมาณ 27% เมื่อเปลี่ยนจากดินอ่อนไปยังหินแข็ง อย่างไรก็ตาม TBM แบบโมดูลาร์ที่มีหัวตัดแบบไฮบริดสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ประมาณ 18% ในสภาพเช่นนี้

ปัจจัยด้านต้นทุนที่สำคัญสำหรับ TBM มีอะไรบ้าง

ปัจจัยด้านต้นทุนที่สำคัญสำหรับ TBM ได้แก่ ราคาซื้อเริ่มต้น ซึ่งจะแตกต่างกันไปตามประเภทของเครื่องจักรและการปรับแต่งเฉพาะ รวมถึงต้นทุนในการดำเนินงานและการบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่อง เช่น การใช้พลังงาน ค่าแรง และการเปลี่ยนชิ้นส่วนที่สึกหรอ

ความแตกต่างระหว่าง TBM แบบ EPB, แบบสแลอรี่ และแบบหินแข็งคืออะไร

EPB TBMs ใช้ในสภาพดินนิ่มและรักษาระดับความเสถียรของหน้าตัดอุโมงค์ผ่านการสมดุลแรงดัน Slurry TBMs เหมาะสำหรับดินที่อิ่มตัวด้วยน้ำและใช้เบนโทไนต์ในการสร้างซีล ส่วน Hard rock TBMs มีชิ้นส่วนที่ทนทานมากกว่าเพื่อขุดผ่านชั้นหินแข็ง

ความยาวของอุโมงค์มีผลต่อประสิทธิภาพของเครื่องจักรอย่างไร

อุโมงค์ที่ยาวขึ้นต้องการเครื่อง TBM ที่ทนทานมากขึ้น พร้อมหัวตัดที่แข็งแกร่งและระบบติดตั้งแผงที่มีประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพอาจลดลงได้ถึง 18% หากไม่มีการบำรุงรักษาเครื่องอย่างเหมาะสมในโครงการที่ยาวเกิน 3 กิโลเมตร