Які є міри безпеки для експлуатації машин для бурення тунелів?

Розуміння основних ризиків у роботі прохідницьких комбайнів

Поширені небезпекі під час експлуатації тунельних щитових комплексів (TBM)

Тунельні пристрої (TBMs) супроводжуються цілою низкою проблем, таких як нестабільні ґрунтові умови, поломки окремих вузлів механізмів і вдихання працівниками пилових частинок під час бурових робіт. Дослідження, опубліковане у 2025 році, розглядало ці проблеми за допомогою методів, що називаються аналізом дерево-подій (Fault Tree Analysis) та аналітичним ієрархічним процесом. Отримані результати чітко показали, що найчастіше на майданчику виходить з ладу: обвали ґрунту трапляються досить часто, так само як і неприємні заклинювання різців, які повністю зупиняють роботу. Коли ТБМ працюють поблизу розломів, ймовірність раптових викидів гірських порід збільшується приблизно вдвічі порівняно з ділянками, де ґрунт є більш стабільним. Це означає, що бригадам потрібно коригувати режим роботи щодня залежно від типу місцевості, з якою вони мають справу.

Ризики, пов’язані з конкретними машинами в умовах будівництва тунелів

ТБМ стикаються з унікальними операційними проблемами, такими як перегрівання головного підшипника та неправильне вирівняння тягової системи. Сучасні ТБМ, що працюють в геології з змішаною поверхнею, зазнають на 22% більш високих ставок зносу на ріжучих інструментах, що підвищує вимоги до обслуговування. За даними стандартів безпеки тунельних робіт, понад 40% механічних збоїв виникають через неправильне управління крутячим моментом під час робіт з твердою породою.

Геологічний та геотехнічний аналіз для безпеки тунелів

Повні обстеження перед будівництвом зменшують геологічні несподіванки на 78%, як показано в 2023 році дослідження безпеки ТБМ. Ключові показники включають:

Проекти, що впроваджують поетапний геотехнічний моніторинг, повідомляють про 40% менше незапланованих зупинок машин.

Вивчення випадку: Інцидент з геологічною нестабільністю в швейцарському проекті тоннеля в Альпах

На початку 2021 року робітники, які бурили через Альпи, зіткнулися з серйозними проблемами, коли їхня прохідницька машина №14 потрапила в неочікувану ділянку, заповнену м'якою глиною. Тиск ґрунту зріс до понад 35 мегапаскалей, що спричинив деформацію стін тунелю майже на 19%, перш ніж інженерам вдалося стабілізувати ситуацію. Уся ця неполадка коштувала приблизно вісімнадцять мільйонів доларів США через затримки та ремонтні роботи. Аналізуючи минулі події, експерти дійшли висновку, що якби у них були кращі системи попередження, майже всі подібні небезпеки (приблизно 92%) могли б бути повністю уникнуті. Зараз багато хто закликає до впровадження розумних технологій, які зможуть передбачати такого роду підземні несподіванки за допомогою штучного інтелекту для аналізу гірських порід заздалегідь.

Основні протоколи безпеки та технологічні заходи безпеки в операціях з використанням ТБМ

Впровадження нормативних вимог OSHA щодо безпеки під час проходження тунелів

Коли під час проходження тунелів дотримуються стандартів OSHA, рівень смертності різко знижується — приблизно на 62% згідно з щорічним звітом OSHA за 2023 рік. Ці правила передбачають, зокрема, перевірку якості повітря в обмежених просторах, наявність чітких шляхів евакуації для випадків надзвичайних ситуацій та дотримання суворих заходів безпеки під час роботи з головками різання. На будівельних майданчиках, де фактично працевлаштовують сертифікованих офіцерів з безпеки, кількість травм через аварії з технікою нижча приблизно на 40% у порівнянні з тими, що не мають належної сертифікації. Це цілком логічно, адже навчені фахівці знають, які ризики існують, і як їх запобігати, перш ніж вони перетворяться на катастрофи.

Профілактичні протоколи технічного обслуговування систем TBM

Заплановані цикли технічного обслуговування продовжують термін служби різальних дисків на 300–400 годин роботи, одночасно знижуючи непланові простої на 74% (NIST, 2023). До ключових протоколів належать:

• Щоденна калібрування моменту затягування штоків гідроциліндрів подачі
• Щотижнева перевірка систем натягнення стрічкового конвеєра
• Щомісячний аналіз зносу лопатей гвинтового конвеєра
  Проєкт відновлення у 2023 році великого міського тунелю показав, як прогнозування стану мастила у головних підшипниках запобігло катастрофічному пошкодженню під час критичних етапів виробки ґрунту.

Системи моніторингу в реальному часі та автоматичні сигнали тривоги

Сучасні ТПМ інтегрують 120–180 вбудованих датчиків, які передають 4000 точок даних/хвилину для:

Багатоступеневі сигнали автоматично зменшують тискове навантаження, коли геологічні аномалії перевищують передпрограмовані межі безпеки, знижуючи кількість випадків заклинювання головки різця на 33% (Tunneling Journal 2024).

Тренд: Інтеграція діагностики на основі штучного інтелекту в сучасних ТПМ

Нові системи машинного навчання, які відстежують близько дванадцяти різних експлуатаційних факторів, можуть передбачити проблеми з підшипниками за 72 і майже до 100 годин до їх виникнення, згідно з дослідженням, опублікованим Міжнародною асоціацією тунелювання минулого року. Рівень точності становить приблизно 89%, що є досить вражаючим для робіт з передбачуваного технічного обслуговування. Аналізуючи останні проекти тунелювання, де інженери застосовували штучний інтелект для оптимізації швидкості проходження, ми побачили, що будівництво прискорилося приблизно на 22% без порушення стандартів безпеки щодо стабільності виробки. Візьмемо, наприклад, що сталося під час великого проекту розширення гідроелектричного тунелю у 2023 році. Коли робітники зіткнулися з неочікуваними включеннями вапняку, система керування на основі штучного інтелекту активувалася й автоматично відкоригувала тиск пульпи. Така розумна реакція запобігла щонайменше трьом можливим обвалам на місці, економлячи час і кошти, а також забезпечуючи безпеку всіх під землею.

Засоби індивідуального захисту та покращення безпеки працівників

Робота з сучасними тунельними буровими машинами передбачає дотримання суворих правил щодо використання засобів індивідуального захисту, щоб уникнути різноманітних небезпек на місці роботи. Сьогодні працівники тунелів мають бути одягнені з голови до ніг у захисний одяг. Каски, стійкі до ударів, — обов’язковий елемент, особливо ті, що мають вбудоване освітлення для кращої видимості під рівнем землі. Рукавички допомагають поглинати вібрацію під час роботи з важкою технікою, а черевики мають посилені носки та підошви, які запобігають проколам від гострих предметів. Захист органів дихання також має велике значення, оскільки під час буріння в обмежених просторах тунелі швидко заповнюються пилом, що містить частинки силіцію, та іншими шкідливими газами. За даними галузевих звітів минулого року, деякі нові матеріали, що з’явилися нещодавно, дозволяють зробити ці засоби захисту легшими, не жертвуючи міцністю, — загальна вага різних брендів скоротилася приблизно на 22 відсотки.

Досягнення в галузі розумного засобу індивідуального захисту з біометричним зворотним зв'язком

Сучасні засоби індивідального захисту оснащені біометричними сенсорами, які відстежують такі показники, як пульс, температура тіла та ступінь втоми працівника під час роботи. Коли ці розумні пристрої безпеки виявляють, що працівник досягає меж своїх фізичних можливостей, вони негайно надсилають сповіщення керівникам. Завдяки цій системі раннього попередження кількість випадків теплового удару скоротилася приблизно на 38% за даними польових випробувань минулого року. Деякі просунуті версії навіть мають технологію виявлення зіткнень, яка використовує спеціальні радіосигнали, щоб повідомити працівників, якщо вони наближаються занадто близько до небезпечних рухомих частин устаткування. У майбутньому експерти прогнозують швидке розширення сектору розумних засобів індивідуального захисту протягом наступних кількох років, з середнім щорічним зростанням близько 13% до 2028 року, головним чином через нові норми щодо підземних робочих середовищ та постійне підключення всього через Інтернет речей задля покращення безпеки працівників.

Цей комплексний підхід до безпеки робітників поєднує традиційні захисні заходи з передбачувальними технологіями, створюючи багаторівневий захист від внутрішніх ризиків при проходці тунелів.

Автоматизовані системи та технології підтримки ґрунту для безпечнішого вироблення

Роль автоматизованого вироблення у зменшенні впливу небезпечних зон на людину

Сьогодні сучасні тунельні пристрої обладнані роботизованими маніпуляторами, які виконують близько 83% усієї роботи з різання в небезпечних зонах, де стійкість скелі є сумнівною. Це означає, що меншій кількості робітників потрібно підходити близько до цих непередбачуваних тунельних стін. Устаткування спирається на автоматизовані системи, що використовують такі технології, як сканування LiDAR і контроль тиску, для забезпечення безперебійної роботи. Ці технічні удосконалення допомагають запобігти ситуаціям надмірного вибою, які, за даними звіту Національної асоціації тунелювання минулого року, спричиняють приблизно одну з кожної п’яти травм під час тунелювання. Хоча це може здатися складним, насправді це дозволяє будівельним бригадам залишатися в безпеці за захисними бар'єрами під час проходження скельних порід, не жертвуючи швидкістю просування вперед.

Системи підтримки та стабільність на початкових етапах виробки

Сучасні ТПМ інтегрують послідовне встановлення підтримки через три основні механізми:

Ці системи працюють синергічно, щоб стабілізувати тунельні стіни протягом 15 хвилин після виїмки, усуваючи критичний період першої години, коли відбувається обвал, що виявлено в 78% історичних аварій у тунелях

Дослідження випадку: повністю автоматизований механізм монтажу сегментів зменшує рівень травматизму на 40% під час розширення метрополітену в Токіо

Впровадження урядом Токіо системи автоматичного розміщення сегментів з використанням штучного інтелекту дозволило повністю усунути ручну обробку бетонних облицювань вагою 4,5 тонни під час будівництва лінії Намбоку. Це призвело до зменшення:

• Робочих годин у зоні різального головки на 92%
• Пошкоджень опорно-рухового апарату через підйом важких вантажів на 100%
• Помилок у вирівнюванні сегментів, що спричиняють вторинні ризики, на 76%

Післявпровадження перевірки безпеки показали пряму кореляцію між рівнем автоматизації та частотою інцидентів на всіх етапах проекту.

Стратегія: поступове впровадження автоматизації в тунельних проектах із високим ризиком

Передові підрядники використовують чотириетапну рамкову модель реалізації:

1. Пілотне тестування автоматизація некритичних підсистем (конвеєри, вентиляція)
2. Гібридна операція періоди з можливістю ручного керування
3. Повна автоматизація основних функцій виробки
4. Прогнозуване обслуговування інтеграція за допомогою машинного навчання

Такий підхід дозволяє екіпажам набувати експлуатаційної кваліфікації, зберігаючи при цьому контроль безпеки; перші користувачі повідомляють про на 62% швидшу реакцію на небезпеку порівняно з повною миттєвою автоматизацією.

Підготовка до надзвичайних ситуацій та порівняльна безпека методів проходження тунелів

Проектування шляхів евакуації та аварійних камер у глибоких тунелях

Сучасні тунельні проекти передбачають кілька шляхів евакуації, розташованих на відстані не більше 500 метрів один від одного, а також герметичні укриття, що забезпечують понад 2 години придатного для дихання повітря. Ці системи зменшують ризики від раптових обвалень або витоків газу, забезпечуючи швидкий вихід навіть у умовах поганої видимості.

Системи зв'язку під час аварій у тунелях

Нині надлишкові бездротові мережі типу mesh доповнюють традиційні провідні системи, забезпечуючи зв'язок на глибині понад 1 км. Проекти, що використовують гібридні системи зв'язку, скоротили час реагування на надзвичайні ситуації на 33% у останніх гідроелектричних тунельних проектах.

Регулярні навчання та тренування з реагування на надзвичайні ситуації для екіпажів ТБМ

Обов'язкові щоквартальні симуляції готують команди до сценаріїв, таких як пожежа в різальному головці або раптовий притік ґрунтових вод. Дослідження, яке використовує нечіткий аналіз дерева несправностей для пріоритезації ризиків, показує, що навчені екіпажі усувають критичні інциденти на 40% швидше, ніж ненавчені команди.

Симуляції цифрового двійника для планування надзвичайних ситуацій

Сучасні моделювальні інструменти тепер відтворюють геологічну поведінку з точністю 94% згідно з дослідженням цифрового двійника 2023 року. Ці симуляції дозволяють інженерам тестувати протоколи евакуації за більш ніж 200 сценаріями лиха ще до початку будівництва.

Переваги безпеки тунельних пророїбних щитів порівняно з традиційними методами буріння

ТБМ зменшують безпосереднє перебування персоналу в небезпечних зонах на 78% порівняно з методом буріння та вибуху. Закриті кабіни операторів із системами фільтрації HEPA зменшують кількість інцидентів, пов’язаних із респіраторними ризиками, на 62% (Ponemon, 2022).

Статистичне порівняння: рівень травматизму при роботі методом буріння та вибуху та за допомогою ТБМ

У звіті ITA 2022 року зафіксовано 2,7 випадки травмування на мільйон годин у проектах із використанням ТБМ проти 8,1 при традиційних методах. Автоматизовані ТБМ досягають майже нульового рівня інцидентів у гіпербаричних умовах понад 12 бар.

ЧаП

Що таке прохідницькі комплекси (ТБМ) і які загрози з ними пов’язані?

Прохідницькі комплекси (ТБМ) використовуються при будівництві тунелів. Поширені небезпеки включають нестабільні ґрунтові умови, поломки обладнання та вдихання пилу.

Як геологічні дослідження підвищують безпеку в тунелях?

Геологічні дослідження зменшують кількість несподіванок на 78%, підвищуючи безпеку та скорочуючи простої.

Яку роль штучний інтелект відіграє у роботі ТБМ?

ШІ передбачає потребу у технічному обслуговуванні, оптимізуючи швидкість будівництва та стабільність.

Які досягнення були зроблені у сфері засобів індивідуального захисту?

Розумні ЗІЗ із біометричними сенсорами відстежують стан здоров’я працівників, зменшуючи випадки теплового удару на 38%.

Як автоматизовані системи покращують безпеку при проходці тунелів?

Автоматизовані системи зменшують вплив на працівників, виконуючи більшу частину робіт з різання та ефективно стабілізуючи тунельні стіни.

Чому важлива готовність до надзвичайних ситуацій у тунелюванні?

Готовність передбачає проектування шляхів евакуації та проведення регулярних навчань, що сприяє швидкій і безпечній реакції на надзвичайні ситуації.