เหตุใดเครื่องขุดอุโมงค์ (TBM) จึงทำงานได้เร็วกว่าการเจาะและระเบิดในหินแข็ง

เมื่อวิศวกรและผู้จัดการโครงการประเมินวิธีการขุดอุโมงค์ในสภาพแวดล้อมที่มีหินแข็ง ความเร็วแทบจะเป็นประเด็นหลักของการอภิปรายเสมอ คำถามไม่ได้อยู่เพียงแค่ว่าวิธีการใดทันสมัยกว่า แต่อยู่ที่ว่าวิธีการใดสามารถสร้างผลลัพธ์ที่วัดค่าได้จริงในด้านอัตราการขุดล่วงหน้า ประสิทธิภาพด้านต้นทุน และกำหนดเวลาโดยรวมของโครงการ เครื่องขุดอุโมงค์ (TBM) ได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่าเป็นแนวทางที่แตกต่างอย่างพื้นฐานในการทำลายและกำจัดหิน ซึ่งเกิดขึ้นจากการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานมานานหลายทศวรรษ — โดยแนวทางนี้ถูกออกแบบมาให้เน้นความต่อเนื่อง แรงกลไก และเรขาคณิตที่แม่นยำ มากกว่าการหยุด-เริ่มแบบเป็นรอบที่เป็นลักษณะเด่นของการเจาะและระเบิดแบบดั้งเดิม

การเข้าใจว่าเหตุใดเครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM จึงมีข้อได้เปรียบด้านความเร็วในหินแข็งนั้น จำเป็นต้องพิจารณาแต่ละขั้นตอนของวงจรการขุดอุโมงค์ — วิธีการสลายหิน การกำจัดเศษหิน (spoil) การติดตั้งระบบรองรับ และความสัมพันธ์ระหว่างกิจกรรมเหล่านี้ภายใต้การดำเนินงานเชิงกลอย่างต่อเนื่อง เทคนิคการเจาะและระเบิด (Drill and blast) ดำเนินขั้นตอนเหล่านี้ตามลำดับ โดยมีช่วงเวลาหยุดทำงานที่จำเป็นระหว่างแต่ละขั้นตอน ในทางตรงกันข้าม เครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM ผสานฟังก์ชันส่วนใหญ่เหล่านี้ไว้ในระบบเดียวที่เคลื่อนที่ไปข้างหน้าอย่างต่อเนื่อง และแทบไม่หยุดนิ่งเลย ความแตกต่างเชิงสถาปัตยกรรมของกระบวนการทำงานนี้ คือพื้นฐานสำคัญของการเปรียบเทียบประสิทธิภาพระหว่างสองวิธีนี้ในสภาพหินแข็งที่เหมาะสม

วงจรการขุดอย่างต่อเนื่อง เทียบกับการระเบิดแบบหยุด-เริ่มใหม่

วิธีที่เครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM กำจัดช่วงเวลาที่สูญเปล่า

ในอุโมงค์แบบเจาะและระเบิดแบบดั้งเดิม รอบการทำงานนั้นมีลักษณะเป็นส่วนย่อยๆ อยู่โดยธรรมชาติ แรงงานจะทำการเจาะรูสำหรับวางวัตถุระเบิดตามแบบแผนที่กำหนด บรรจุวัตถุระเบิดลงในรูที่เจาะไว้ จุดระเบิด จากนั้นรอให้ไอระเหยจากวัตถุระเบิดจางหายไป จึงเข้าไปตรวจสอบซ้ำ กำจัดหินที่หลุดลอกออก และสุดท้ายขนเศษวัสดุที่แตกหักออกไปเท่านั้น จึงจะเริ่มติดตั้งระบบรองรับผิวดิน (ground support) ได้ ก่อนที่จะเริ่มรอบการทำงานใหม่ อีกครั้ง แต่ละรอบการทำงานสมบูรณ์มักทำให้หน้าตัดของอุโมงค์คืบหน้าไป 1–4 เมตร และช่วงเวลาที่ไม่เกิดผลผลิต เช่น การรอคอย อาจใช้เวลานานเท่ากับช่วงเวลาที่เกิดผลผลิตจริง

เครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM ช่วยลดเวลาที่สูญเปล่าส่วนใหญ่นี้ลงได้ด้วยการออกแบบเชิงกล โดยหัวตัดหมุนจะใช้แรงดันที่ควบคุมได้กดลูกกลิ้งตัด (disc cutters) ลงบนหน้าผาหิน ทำให้เกิดรอยร้าวแบบแรงดึงซึ่งส่งผลให้หินหลุดเป็นชิ้นเล็กๆ และลอกออกอย่างต่อเนื่อง ขณะที่หัวตัดหมุน วัสดุที่ขุดได้จะตกลงมาทันทีบนสายพานลำเลียงที่ติดตั้งอยู่ภายในตัวเครื่อง และถูกส่งย้อนกลับไปยังผิวดินหรือจุดกำจัดวัสดุ เครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM ไม่จำเป็นต้องหยุดการทำงานเพื่อระบายอากาศหลังแต่ละรอบการเจาะ เนื่องจากไม่มีการระเบิดวัตถุระเบิดซึ่งก่อให้เกิดก๊าซพิษ

ความต่อเนื่องในการดำเนินงานนี้ส่งผลโดยตรงให้อัตราการขุดล่วงหน้าเฉลี่ยสูงขึ้น แม้ว่าทีมงานเจาะและระเบิดอาจสามารถขุดได้ 10–15 เมตรต่อวันในหินแข็งภายใต้เงื่อนไขที่เอื้ออำนวย แต่เครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM ที่เลือกใช้อย่างเหมาะสมสำหรับชั้นหินเดียวกันนั้นสามารถขุดล่วงหน้าได้ 20–50 เมตรต่อวัน หรือมากกว่านั้น ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของหิน ความกัดกร่อนของหิน และการจัดวางอุปกรณ์ การกำจัดเวลาหยุดทำงานแบบเป็นรอบ (cyclic downtime) ถือเป็นปัจจัยเดียวที่มีผลกระทบมากที่สุดต่อความแตกต่างนี้

แรงบิดและการแยกตัวของหินอย่างมีประสิทธิภาพ

เครื่องตัดแบบจาน (disc cutters) ที่ติดตั้งอยู่บนหัวตัด (cutterhead) ของเครื่องขุดอุโมงค์แบบเจาะด้วยหัวหมุน (TBM) ถูกออกแบบมาเพื่อใช้ประโยชน์จากความเปราะบางตามธรรมชาติของหินแข็งภายใต้แรงกดแบบเข้มข้น โดยเมื่อเครื่องตัดแต่ละชิ้นกลิ้งผ่านพื้นผิวหินภายใต้แรงดันสูง — ซึ่งมักอยู่ในช่วง 150 ถึง 300 กิโลนิวตันต่อเครื่องตัดหนึ่งชิ้น — จะก่อให้เกิดรอยร้าวขนาดเล็ก (micro-fractures) ที่ขยายตัวออกไปในแนวข้างระหว่างร่องที่เครื่องตัดแต่ละชิ้นทิ้งไว้ ทำให้หินหลุดออกเป็นเศษหินรูปสามเหลี่ยมหรือแผ่นบางที่เรียกว่า chips หรือ slivers กลไกการขยายตัวของรอยร้าวนี้มีประสิทธิภาพเชิงพลังงานสูง เนื่องจากอาศัยจุดอ่อนของหินในด้านแรงดึง (tensile weakness) แทนที่จะต้องเอาชนะจุดอ่อนนั้น

วัตถุระเบิดในการดำเนินการเจาะและระเบิดต้องเอาชนะแรงต้านแบบอัด (compressive resistance) และแรงต้านแบบดึง (tensile resistance) พร้อมกัน และพลังงานส่วนใหญ่จะกระจายออกไปในรูปของคลื่นสั่นสะเทือนของพื้นดิน คลื่นกระแทกในอากาศ (airblast) และความร้อน แทนที่จะเป็นพลังงานที่ใช้ในการทำลายหินอย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่เครื่องขุดอุโมงค์แบบหมุน (TBM) จะเน้นพลังงานเชิงกลไปยังบริเวณผิวสัมผัสระหว่างใบตัดกับหินอย่างแม่นยำ ซึ่งหมายความว่าสัดส่วนของพลังงานที่ป้อนเข้าไปนั้นจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานสำหรับการขุดที่มีประโยชน์ได้มากกว่าอย่างเห็นได้ชัด ในหินที่แข็งมากและมีโครงสร้างเนื้อเดียว (massive rock) ซึ่งมีความต้านแรงอัดแบบไม่มีการกักเก็บ (unconfined compressive strength) สูงกว่า 150 MPa กลไกการตัดด้วยจานหมุน (disc cutting mechanism) ของเครื่อง TBM กลับให้ผลดีกว่าการระเบิด เนื่องจากความเปราะบางของหินและโครงสร้างจุลภาคที่สม่ำเสมอสนับสนุนการแพร่กระจายของรอยแตกอย่างมีประสิทธิภาพทั่วทั้งหน้าตัด

ระบบจัดการเศษหินและติดตั้งโครงสร้างรองรับแบบบูรณาการ

การออกแบบระบบด้านหลังและการไหลของวัสดุอย่างต่อเนื่อง

ข้อได้เปรียบด้านความเร็วของเครื่องเจาะอุโมงค์แบบ TBM ไม่ได้เกิดจากหัวตัดเพียงอย่างเดียว ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งคือ การผสานระบบการจัดการเศษหิน (muck handling) เข้าไว้ภายในตัวเครื่องเอง ทันทีที่หินถูกทำลายที่หน้าตัด เครื่องกวาดและถังตักบนหัวตัดจะรวบรวมเศษหินที่ถูกตัดออกและเทลงบนสายพานลำเลียงภายในเครื่อง สายพานนี้จะเคลื่อนย้ายวัสดุไปทางด้านท้ายของเครื่องอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเชื่อมต่อกับระบบสายพานลำเลียงแบบต่อเนื่อง (trailing conveyor system) หรือรถบรรทุกเศษหินที่วิ่งบนราง (rail-based muck cars) เพื่อนำวัสดุขึ้นสู่ผิวดิน

ในการขุดอุโมงค์แบบเจาะและระเบิด (drill and blast) การขนเศษหิน (mucking) จำเป็นต้องใช้รถโหลดเดอร์และอุปกรณ์ขนส่งแยกต่างหาก ซึ่งต้องเข้าถึงหน้าตัดโดยตรง ทั้งนี้ บุคลากรและอุปกรณ์ทั้งหมดต้องออกจากบริเวณหน้าตัดก่อนการระเบิด และหลังจากยืนยันว่าสภาพแวดล้อมปลอดภัยแล้ว อุปกรณ์ขนส่งจึงจะสามารถกลับเข้าไปปฏิบัติงานได้อีกครั้ง ตรรกะแบบลำดับขั้นตอนนี้หมายความว่า การขนเศษหินจะเริ่มต้นไม่ได้จนกว่าการระเบิดจะสิ้นสุดลง และการเจาะจะกลับมาดำเนินการต่อไม่ได้จนกว่าการขนเศษหินจะเสร็จสมบูรณ์ ในทางตรงข้าม เครื่องขุดอุโมงค์แบบเจาะเต็มหน้า (TBM) ผสานขั้นตอนเหล่านี้เข้าด้วยกันให้เกิดขึ้นพร้อมกัน — ทั้งการขุดและการขนส่งเศษหินเกิดขึ้นในเวลาเดียวกัน ด้วยการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง

แนวทางแบบบูรณาการนี้ยังช่วยลดภาระงานของแรงงานลงอย่างมีนัยสำคัญ ทีมงานเครื่องขุดอุโมงค์แบบเจาะเต็มหน้า (TBM) ทำหน้าที่ควบคุมระบบอัตโนมัติแทนที่จะต้องปฏิบัติงานอุปกรณ์หลายชิ้นที่ทำงานแยกกันและต้องประสานงานกันอย่างซับซ้อน จึงต้องการจำนวนบุคลากรน้อยลงต่อระยะการคืบหน้าหนึ่งเมตร และสภาพแวดล้อมการทำงานทางกายภาพมีความควบคุมมากขึ้น ส่งผลให้เวลาที่สูญเสียไปจากการเกิดเหตุการณ์ด้านความปลอดภัยหรือความล่าช้าจากการประสานงานระหว่างบุคคลลดลง

การเสริมความแข็งแรงของมวลหินโดยไม่หยุดการขุด

ในการขุดอุโมงค์ผ่านชั้นหินแข็งด้วยเครื่องขุดอุโมงค์แบบมีเกราะ (Shielded TBM) การติดตั้งระบบรองรับพื้นดินจะดำเนินการในโซนที่ได้รับการป้องกันซึ่งอยู่ทันทีด้านหลังเกราะของหัวเจาะ ในขณะที่การขุดยังคงดำเนินต่อไปที่หน้าตัด อุโมงค์ส่วนประกอบสำเร็จรูปที่ทำจากคอนกรีตจะถูกประกอบเข้าด้วยกันเป็นวงแหวนโดยแขนประกอบอัตโนมัติในส่วนท้ายของเครื่อง ขณะที่หัวเจาะเคลื่อนตัวไปข้างหน้า กิจกรรมแบบขนานนี้ถือเป็นหนึ่งในข้อได้เปรียบเชิงโครงสร้างที่สำคัญที่สุดของเครื่อง TBM เมื่อเทียบกับวิธีการขุดแบบเจาะและระเบิด (Drill and Blast) โดยเฉพาะในแง่ของการลดระยะเวลาการก่อสร้าง

อุโมงค์ที่ขุดด้วยวิธีเจาะและระเบิดในชั้นหินแข็งอาจจำเป็นต้องติดตั้งสลักยึดหินแบบเป็นระบบ วางตาข่ายลวดเหล็ก และพ่นคอนกรีตแบบฉีด (Shotcrete) หลังแต่ละรอบการระเบิด งานเหล่านี้จะดำเนินการโดยคนงานที่ใช้อุปกรณ์แบบใช้มือหรือแบบกลไก แต่ไม่สามารถทำได้ในระหว่างที่มีการระเบิดหรือเมื่อยังมีไอเสียค้างอยู่ในบริเวณหน้าตัด เครื่อง TBM สามารถกำจัดข้อจำกัดนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยการแยกโซนการติดตั้งระบบรองรับออกจากโซนการขุดที่กำลังทำงานอยู่ ผ่านความยาวทางกายภาพของตัวเครื่องเอง

ผลที่ได้คือเครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM สามารถรักษาความก้าวหน้าไปข้างหน้าอย่างต่อเนื่องเกือบตลอดเวลา แม้ในสภาพหินที่จำเป็นต้องติดตั้งระบบรองรับอย่างหนาแน่นก็ตาม งานติดตั้งระบบรองรับไม่ส่งผลกระทบต่อเวลาการขุดเจาะแต่อย่างใด เนื่องจากดำเนินไปพร้อมกันกับการขุดเจาะ ทำให้เวลาไซเคิลของเครื่องสะท้อนความเร็วในการขุดเจาะโดยตรง แทนที่จะเป็นเวลาที่รวมทั้งการขุดเจาะและการติดตั้งระบบรองรับเข้าด้วยกัน

ความเหมาะสมของสภาพหินและความสามารถในการทำนายประสิทธิภาพการทำงาน

เหตุใดหินแข็งจึงเอื้อต่อประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM

มีสมมติฐานทั่วไปว่าหินที่แข็งกว่านั้นยากต่อการขุดด้วยเครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM มากขึ้น แต่ความสัมพันธ์นี้มีความซับซ้อนกว่าที่คิด หินแข็งที่มีคุณสมบัติดี (competent hard rock) หมายถึงหินที่มีความแข็งแรงสูง มีความต่อเนื่อง และไม่มีรอยเลื่อนขนาดใหญ่ ซึ่งจริงๆ แล้วสร้างสภาพแวดล้อมที่เหมาะยิ่งสำหรับเครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM ในการบรรลุอัตราการเจาะล่วงหน้าสูงสุด ความสม่ำเสมอของมวลหินช่วยให้ใบตัดสามารถทำงานภายใต้พารามิเตอร์ที่ใกล้เคียงกับค่าที่เหมาะสมที่สุด โดยไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงโหลดอย่างฉับพลันอันเนื่องมาจากโพรงอากาศ การแทรกซึมของดินเหนียว หรือชุดรอยแยกที่คาดเดาไม่ได้

การเจาะและระเบิด แม้จะสามารถปรับใช้ได้กับสภาพดินที่เปลี่ยนแปลงได้ แต่ก็ไม่ได้ให้ข้อได้เปรียบด้านความเร็วอย่างสัมพันธ์กันในหินที่แข็งกว่า หินที่แข็งกว่านั้นต้องใช้เวลาเจาะนานขึ้น ใช้แรงระเบิดสูงขึ้น และมักจำเป็นต้องทำการกำจัดเศษหินหลังการระเบิดอย่างระมัดระวังมากขึ้น ซึ่งทั้งหมดนี้ทำให้ระยะเวลาของรอบการทำงานยืดออก ประสิทธิภาพของเครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM มีแนวโน้มดีขึ้นตามความแข็งแรงของหิน เนื่องจากหินที่แข็งและเปราะกว่ามักจะแตกหักได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นภายใต้แรงกดจากใบตัดแบบจาน (disc cutter) โครงการที่ดำเนินการในหินแกรนิต หินบะซอลต์ หินควอตไซต์ และชั้นหินที่คล้ายคลึงกัน ได้แสดงให้เห็นอย่างสม่ำเสมอมากว่าอัตราการขุดล่วงหน้าของเครื่อง TBM นั้นเหนือกว่ากำหนดเวลาของการเจาะและระเบิดอย่างมีนัยสำคัญ

ความสม่ำเสมอของอัตราการขุดล่วงหน้าในระยะทางยาว

หนึ่งในข้อได้เปรียบเชิงกลยุทธ์ที่สำคัญที่สุดของเครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM ในการเจาะหินแข็ง คือความแน่นอนของอัตราการเจาะล่วงหน้า ผู้วางแผนโครงการและผู้จัดทำกำหนดเวลาสัญญาสามารถคาดการณ์ประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องได้อย่างแม่นยำในระดับที่มีความหมาย โดยอิงจากข้อมูลลักษณะหินที่ได้จากการสำรวจน้ำหนักพื้นที่ ความแน่นอนนี้มีคุณค่าต่อการบริหารสัญญา การวางแผนทรัพยากร การประสานงานด้านโลจิสติกส์ และการจัดหาเงินทุน

ระยะเวลาในการเจาะและระเบิดหินในหินแข็งมีความแปรปรวนโดยธรรมชาติมากกว่า แม้เพียงการพบแนวรอยเลื่อนที่ไม่คาดคิด ชั้นหินที่มีความแข็งและกัดกร่อนสูงกว่าที่คาดไว้ หรือสภาพหินเหนือช่องเจาะที่ไม่เสถียร ก็อาจทำให้กำหนดเวลาโครงการยืดเยื้อออกไปอย่างมีนัยสำคัญ เครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM แม้จะไม่สามารถหลีกเลี่ยงความไม่แน่นอนทางธรณีวิทยาได้ทั้งหมด แต่เนื่องจากเป็นระบบเชิงกลไก จึงสามารถตอบสนองต่อเหตุการณ์ดังกล่าวได้อย่างเป็นระบบและควบคุมได้ดีกว่า รวมทั้งระบบการเก็บข้อมูลของเครื่องยังสามารถให้ข้อมูลแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสภาพชั้นหินที่อยู่ด้านหน้าหน้าตัด

ในการขุดอุโมงค์ที่มีความยาวมาก — โดยเฉพาะอุโมงค์ที่ยาวเกินสามถึงห้ากิโลเมตร — ข้อได้เปรียบด้านความเร็วสะสมของเครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM จะกลายเป็นปัจจัยชี้ขาด เวลาที่สูญเสียไปในขั้นตอนการขนย้ายและติดตั้งเครื่อง (mobilization) รวมทั้งต้นทุนการลงทุนเบื้องต้นที่สูงกว่าของเครื่องนี้ จะถูกกระจายค่าใช้จ่าย (amortized) ตลอดความยาวรวมของการขุดล่วงหน้า และความคืบหน้าที่สม่ำเสมอทุกวันจะชดเชยส่วนต่างของต้นทุนการลงทุนครั้งแรกได้มากกว่าเมื่อเทียบกับวิธีการเจาะและระเบิด (drill and blast)

แรงงาน ความปลอดภัย และการผสานเข้ากับกำหนดเวลา

ลดการสัมผัสของมนุษย์กับสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตราย

ข้อได้เปรียบด้านความเร็วของเครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM ไม่ได้เกิดจากปัจจัยเชิงกลเพียงอย่างเดียว — แต่ยังมาจากการนำคนงานออกจากส่วนที่อันตรายที่สุดของกระบวนการขุดอุโมงค์อีกด้วย ในอุโมงค์ที่ใช้วิธีเจาะและระเบิด คนงานจำเป็นต้องเข้าไปยังหน้าตัดที่จะระเบิด (blast face) ซ้ำ ๆ เป็นประจำในแต่ละรอบการทำงาน: เพื่อทำการเจาะ บรรจุวัตถุระเบิด กำจัดเศษหินที่หลุดลอก (scaling) และติดตั้งโครงสร้างรองรับ การเข้าไปยังหน้าตัดแต่ละครั้งล้วนมีความเสี่ยง และเหตุการณ์ด้านความปลอดภัย แม้จะเล็กน้อยเพียงใด ก็ส่งผลให้สูญเสียเวลา ซึ่งความสูญเสียนั้นจะสะสมเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ตลอดโครงการที่มีระยะเวลาดำเนินการยาวนาน

เครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM ช่วยให้แรงงานส่วนใหญ่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ภายในตัวเครื่องหรือในพื้นที่ที่มีการจัดตั้งอย่างดีแล้วบริเวณด้านหลังของระบบลำเลียง (trailing gear) ระบบหัวตัดอัตโนมัติและระบบสายพานลำเลียงจะทำหน้าที่จัดการกับพื้นที่ที่มีความเสี่ยงสูงที่สุด ซึ่งอยู่ใกล้กับผิวหินที่เพิ่งเปิดเผยออกมา ปรัชญาการออกแบบเช่นนี้ช่วยลดความถี่ของการเกิดเหตุการณ์ไม่ปลอดภัย ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการรักษาความสมบูรณ์ของกำหนดเวลาโครงการ โครงการที่สามารถหลีกเลี่ยงการหยุดงานเนื่องจากปัญหาด้านความปลอดภัย จะสามารถรักษาระดับอัตราการขุดล่วงหน้าตามที่คาดการณ์ไว้ได้อย่างแม่นยำยิ่งกว่าโครงการที่ประสบเหตุการณ์ไม่ปลอดภัยบริเวณหน้าตัดอย่างต่อเนื่อง

กระบวนการทำงานแบบขนานและการใช้กำลังคนอย่างมีประสิทธิภาพ

โครงการเครื่องขุดเจาะอุโมงค์แบบ TBM ช่วยให้สามารถดำเนินงานแบบขนานกันได้ ซึ่งวิธีการเจาะและระเบิดไม่สามารถรองรับการทำงานลักษณะนี้ได้ ขณะที่เครื่องกำลังเคลื่อนตัวไปข้างหน้า ทีมงานที่พื้นผิวดินหรือในส่วนท้ายของเครื่องสามารถดำเนินการบำรุงรักษา จัดหาวัสดุสำรอง นำส่งแผ่นคอนกรีต (segment) และจัดการด้านโลจิสติกส์ได้โดยไม่จำเป็นต้องหยุดการขุดเจาะแต่อย่างใด ทีมงานของเครื่อง TBM ถูกจัดแบ่งบทบาทอย่างเฉพาะทาง ได้แก่ ผู้ควบคุมเครื่อง ช่างเทคนิคด้านการบำรุงรักษา ผู้ควบคุมเครื่องติดตั้งแผ่นคอนกรีต (segment erector operator) และผู้ดูแลระบบสายพานลำเลียง (conveyor attendant) โดยแต่ละบทบาททำงานพร้อมกันแทนที่จะรอให้ขั้นตอนก่อนหน้าเสร็จสิ้นตามวงจรแบบเรียงลำดับ

ความสามารถในการดำเนินงานแบบขนานนี้ทำหน้าที่เสมือนตัวคูณประสิทธิภาพด้านกำหนดเวลา สำหรับโครงการโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่ เช่น อุโมงค์รถไฟฟ้าใต้ดิน ระบบส่งน้ำ หรืออุโมงค์ถนนผ่านเทือกเขา การสามารถดำเนินหลายกระบวนการพร้อมกันอย่างต่อเนื่องหมายความว่า โครงการเครื่องขุดเจาะอุโมงค์แบบ TBM สามารถบรรลุกำหนดเวลาที่ถูกบีบอัดได้ ซึ่งหากใช้วิธีการเจาะและระเบิดแล้วจะไม่สามารถทำได้จริงจากข้อจำกัดเชิงกายภาพ

คำถามที่พบบ่อย

เครื่องขุดเจาะอุโมงค์แบบ TBM สามารถบรรลุอัตราการเจาะลึกสูงสุดในหินแข็งประเภทใด?

เครื่องขุดอุโมงค์แบบ TBM ให้ผลลัพธ์ดีที่สุดในหินแข็งที่มีความสมบูรณ์และหนาแน่น เช่น หินแกรนิต หินไนส์ หินบะซอลต์ หรือหินควอตไซต์ ซึ่งมีความแข็งแรงสม่ำเสมอ และค่อนข้างไม่มีรอยแยกขนาดใหญ่หรือแนวเลื่อนที่เต็มไปด้วยดินเหนียว เงื่อนไขเหล่านี้ช่วยให้ใบตัดแบบจาน (disc cutters) สามารถทำงานได้ภายใต้ค่าแรงดันและอัตราการหมุนที่เหมาะสมที่สุด ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของเศษหินอย่างมีประสิทธิภาพ และสภาพหน้าตัดคงที่ยิ่งขึ้น ยิ่งมวลหินมีความสม่ำเสมอมากเท่าใด เครื่อง TBM ก็ยิ่งสามารถรักษาระดับอัตราการเจาะล่วงหน้าสูงสุดต่อวันได้อย่างเชื่อถือได้มากขึ้นเท่านั้น

เครื่อง TBM ให้ผลลัพธ์ดีกว่าวิธีการเจาะและระเบิดเสมอไปในหินแข็งหรือไม่?

ไม่ใช่ในทุกสถานการณ์ สำหรับอุโมงค์สั้น อุโมงค์ที่มีแนวเส้นทางซับซ้อนซึ่งเปลี่ยนทิศทางบ่อยครั้ง หรือโครงการที่ดำเนินการในสภาพหินที่แปรปรวนสูงซึ่งมีรอยเลื่อนจำนวนมาก ความยืดหยุ่นของวิธีการเจาะและระเบิดอาจให้ข้อได้เปรียบชดเชยที่สำคัญ อย่างไรก็ตาม สำหรับอุโมงค์ยาวที่มีแนวตรงหรือโค้งเล็กน้อยผ่านหินแข็งที่มีความมั่นคงดี เครื่อง TBM มักจะทำงานได้เร็วกว่าเกือบทุกกรณี หลังจากที่เครื่องเข้าสู่ภาวะปฏิบัติงานเต็มรูปแบบแล้ว และระบบโลจิสติกส์ได้ถูกจัดตั้งขึ้นอย่างสมบูรณ์ ความยาวอุโมงค์ที่เป็นจุดคุ้มทุน (break-even) ซึ่งการใช้เครื่อง TBM จะให้ข้อได้เปรียบทั้งด้านเศรษฐศาสตร์และกำหนดเวลา โดยทั่วไปถือว่าอยู่ที่ประมาณหนึ่งถึงสามกิโลเมตร ขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของแต่ละโครงการ

การบำรุงรักษาใบตัดส่งผลต่อความเร็วของเครื่อง TBM ในหินแข็งอย่างไร

การสึกหรอของใบตัดแบบจานหมุนเป็นหนึ่งในปัญหาหลักด้านการบำรุงรักษาสำหรับเครื่องขุดเจาะอุโมงค์ (TBM) ที่ใช้งานในหินแข็งที่มีความกัดกร่อนสูง ใบตัดที่สึกหรอหรือเสียหายจำเป็นต้องถูกเปลี่ยนเพื่อรักษาประสิทธิภาพในการตัด และการเปลี่ยนนี้จำเป็นต้องหยุดเครื่องตามกำหนดเวลาเพื่อตรวจสอบและเปลี่ยนใบตัด ในชั้นหินที่มีความกัดกร่อนสูงมาก เช่น ควอตไซต์ อัตราการสูญเสียใบตัดอาจสูง และช่วงเวลาที่ต้องบำรุงรักษาก็จะบ่อยครั้งขึ้น อย่างไรก็ตาม การออกแบบเครื่อง TBM สมัยใหม่สามารถรองรับขั้นตอนการเปลี่ยนใบตัดได้อย่างรวดเร็ว และการหยุดเพื่อบำรุงรักษาตามแผนนั้นมีระยะเวลาสั้นกว่าและคาดการณ์ได้แม่นยำกว่าความล่าช้าที่เกิดขึ้นโดยไม่ได้วางแผนไว้ซึ่งมักสะสมขึ้นจากการใช้วิธีการเจาะและระเบิด (drill and blast) ตลอดระยะทางเดียวกัน

ข้อมูลโครงการใดบ้างที่ควรจัดเตรียมก่อนเลือกเครื่องขุดเจาะอุโมงค์ (TBM) สำหรับการขุดอุโมงค์ในหินแข็ง

การสำรวจพื้นที่ควรรวมถึงการวิเคราะห์ลักษณะมวลหินอย่างละเอียด ครอบคลุมความแข็งแรงในการรับแรงอัดแบบแกนเดียว (Uniaxial Compressive Strength), ความแข็งแรงในการรับแรงดึงแบบบราซิเลียน (Brazilian Tensile Strength), ดัชนีความกัดกร่อนของหิน (Rock Abrasivity Index), ระยะห่างและแนวของรอยแยก (Joint Spacing and Orientation), สภาพน้ำใต้ดิน (Groundwater Conditions) และการมีอยู่ของรอยเลื่อนหรือโซนการเฉือนขนาดใหญ่ (Major Fault or Shear Zones) ข้อมูลเหล่านี้จะถูกใช้โดยตรงในการกำหนดคุณลักษณะเฉพาะของเครื่องขุดเจาะอุโมงค์แบบทันสมัย (TBM) รวมถึงความสามารถในการรับแรงดันของหัวเจาะ (Cutterhead Thrust Capacity), ประเภทและระยะห่างของใบมีดตัดหิน (Cutter Type and Spacing), การออกแบบเกราะป้องกัน (Shield Design) และการจัดวางระบบสนับสนุนหลังเครื่อง (Backup System Configuration) ข้อมูลทางธรณีเทคนิคที่แม่นยำเป็นปัจจัยนำเข้าที่สำคัญที่สุดเพียงประการเดียวในการทำนายว่าเครื่อง TBM จะสามารถให้ความเร็วในการขุดที่คาดการณ์ไว้ได้จริงหรือไม่ในโครงการนั้นๆ