En túneles, minas o obras de infraestructura a gran escala, cuando nos enfrentamos a capas rocosas de alta dureza, ¿cómo lograr una perforación o voladura eficiente y segura? En este proceso, la plataforma taladradora desempeña un papel importante, y su eficacia operativa depende en gran medida de la planificación precisa de la distribución de agujeros y los métodos científicos de taladro. Como equipo esencial en la construcción ingenieril moderna, las planificaciones de perforación y estrategias de taladro de la plataforma taladradora tienen un impacto directo en la eficiencia de la construcción, los resultados de la voladura y la seguridad operativa.
I. Lógica de diseño de las planificaciones de perforación: equilibrando ciencia y practicidad
El diseño de las planificaciones de perforación debe seguir tres principios fundamentales para garantizar la viabilidad y seguridad del plan general.
Distribución uniforme y fuerza equilibrada: Los agujeros de perforación deben colocarse uniformemente a lo largo de la línea de contorno de excavación del túnel, divididos principalmente en tres tipos: «agujeros periféricos», «agujeros de corte» y «agujeros auxiliares». Entre ellos, los agujeros periféricos se encargan de delinear el límite de excavación para ayudar a que el túnel adquiera una forma ordenada; los agujeros de corte se sitúan en el centro de la sección transversal y actúan como punto de ruptura inicial en la voladura, requiriendo romper primero la roca central para formar una superficie libre; los agujeros auxiliares rellenan el área entre los agujeros de corte y los periféricos, ampliando aún más el rango de rotura de la roca. Si la distribución de los agujeros es irregular, puede causar una rotura incompleta de la roca, e incluso deformar el contorno del túnel, creando riesgos de seguridad.
Adaptación de parámetros y ajuste según la roca: La resistencia a la compresión varía notablemente entre diferentes tipos de roca. Por ejemplo, la resistencia a la compresión del granito puede alcanzar más de 150 MPa, mientras que la del esquisto solo es de 30-50 MPa. Los parámetros de la planificación de perforación deben ajustarse según las características de la roca. Tomando la distancia entre agujeros como ejemplo, la separación de los agujeros periféricos en rocas duras suele controlarse entre 40-60 cm, mientras que en rocas blandas puede ampliarse a 60-80 cm; la profundidad de los agujeros también debe coincidir con los requisitos de avance de la voladura. Si se planea avanzar 1,5 metros con una sola voladura, la profundidad de los agujeros de corte debe ser 10-20 cm mayor que la de los periféricos, para reducir casos de «subexcavación» (roca no excavada hasta la posición requerida) o «sobreexcavación» (excavación más allá del alcance diseñado).
Seguridad primero y evitación de riesgos: Las planificaciones de perforación deben evitar las zonas débiles del túnel, como secciones rocosas con grietas desarrolladas, para prevenir el colapso de la superficie rocosa durante la perforación; al mismo tiempo, las posiciones de los agujeros deben mantener una distancia segura con instalaciones como soportes de acero y tuberías en el túnel, para evitar daños al equipo. Una planificación de perforación calificada debe pasar por tres procesos de verificación: prospección geológica, cálculos mecánicos y simulación de voladura, con errores controlados dentro de los 5 cm; de lo contrario, podría tener un impacto adverso en los resultados de la voladura.
II. Métodos de taladro esenciales de la plataforma taladradora: adaptándose a diferentes escenarios de ingeniería
Con una planificación de perforación precisa, también es necesario combinarla con métodos científicos de taladro de la plataforma taladradora para transformar el plan de diseño en resultados de construcción reales. Según las diferencias en los escenarios de ingeniería, los métodos de taladro principales se pueden dividir en tres tipos: «método de excavación de sección completa», «método de excavación por gradas» y «método de diafragma central (método CD)», cada uno correspondiente a diferentes estrategias de planificación de perforación y puntos operativos clave.
Método de excavación de sección completa: Adecuado para túneles en roca dura, buscando construcción eficiente
En la construcción de túneles largos con roca dura y geología estable, el método de excavación de sección completa se usa ampliamente. La plataforma taladradora completa la perforación y voladura de toda la sección transversal del túnel en una sola vez según la planificación de perforación, lo que mejora notablemente la eficiencia en comparación con la perforación manual tradicional. Durante la operación, la plataforma primero usa un sistema de posicionamiento láser para proyectar con precisión las coordenadas de los agujeros de la planificación en la superficie rocosa, garantizando que el error de posición y ángulo de cada agujero sea menor a 3°; el orden de perforación debe seguir estrictamente el principio de «primero agujeros de corte, luego auxiliares y finalmente periféricos». Los agujeros de corte suelen adoptar el método de «corte en cuña» o «corte en agujero paralelo». Por ejemplo, el corte en cuña requiere que 2-4 agujeros estén inclinados a 45° hacia el centro, formando un espacio en cuña y creando una superficie libre para la voladura posterior.
Método de excavación por gradas: Adecuado para túneles en roca blanda o con gran sección, centrándose en la seguridad de la construcción
Cuando la sección transversal del túnel es grande (como túneles de carretera) o la roca es blanda y propensa a colapsar, el método de excavación por gradas muestra mejor sus ventajas. Este método divide la sección transversal del túnel en dos gradas: grado superior y grado inferior. La plataforma taladradora primero completa la planificación y perforación del grado superior; después de la voladura, excava primero la roca del grado superior y luego realiza la construcción del grado inferior, formando un modo de operación de «avance por capas».
La planificación de perforación para este método debe prestar especial atención a la «coincidencia entre la altura de la grada y la profundidad del agujero». La altura del grado superior suele ser de 3-5 metros, y la profundidad de los agujeros debe ser 0,5 metros mayor que la altura de la grada, para garantizar que la superficie de la grada quede plana después de la voladura; al mismo tiempo, los agujeros periféricos del grado superior deben inclinarse hacia afuera 3-5°, formando una «superficie precortada» y reduciendo la perturbación de la voladura en la roca del grado inferior. Durante la construcción de un túnel de carretera, después de adoptar el método de excavación por gradas, el riesgo de colapso del túnel se controló eficazmente, y se pudo adaptar mejor al cambio entre diferentes secciones geológicas. Por ejemplo, al pasar de una sección de roca dura a una blanda, solo es necesario ajustar la distancia entre agujeros del grado inferior, sin cambiar el proceso de construcción general.
Método de diafragma central (método CD): Adecuado para geología compleja, fortaleciendo el control de deformación
En la construcción de túneles con geología compleja y baja estabilidad de la superficie rocosa (como túneles que cruzan zonas de falla), el método de diafragma central (también conocido como método CD) es una elección importante para garantizar la seguridad. Este método divide la sección transversal del túnel en dos partes: izquierda y derecha, con un diafragma central temporal como soporte en el medio. La plataforma taladradora primero realiza la perforación y voladura en la sección transversal izquierda según la planificación de perforación; después de completar el soporte, lleva a cabo la construcción de la sección transversal derecha, lo que equivale a «dividir el túnel en bloques» y conquistarlos uno por uno.
La planificación de perforación para este método debe centrarse en diseñar los «parámetros de los agujeros cerca del diafragma central temporal». La distancia entre los agujeros periféricos debe reducirse a 30-40 cm, y el ángulo de perforación inclinarse hacia afuera, para evitar daños al diafragma central durante la voladura; al mismo tiempo, la longitud de excavación de cada bloque se controla entre 2-3 metros, adoptando el modo de «avance corto y soporte rápido» para prevenir el colapso de la superficie rocosa por exposición prolongada. Cuando un túnel hidráulico cruzó una zona de falla, se adoptó el método de diafragma central, y combinado con la planificación precisa de perforación y voladura controlada, se enfrentó con éxito a 5 deslizamientos pequeños de la superficie rocosa, garantizando la seguridad de la construcción.
Desde la planificación precisa de perforación hasta los métodos científicos de taladro, y luego a la actualización inteligente continua, la plataforma taladradora se ha convertido en una fuerza importante en la construcción ingenieril moderna con las características de «precisión, eficiencia y seguridad». En más y más túneles, minas y proyectos de infraestructura, está superando las dificultades de construcción que plantean las superficies rocosas duras a través de operaciones de taladro profesionales, brindando apoyo para el avance fluido de la construcción ingenieril.
