ITRM950284A1 - Procedimento di perforazione e abbattimento bidirezionali con esplosivo e apparecchiatura di perforazione di fori da mina impiegata - Google Patents

Abstract

Procedimento per perforare fori da mina per l'abbattimento con esplosivo di una semi - sezione superiore predeterminata in una galleria pilota scavata mediante una macchina di trivellazione. Esso comprende le fasi di perforazione di fori da mina nella semi - sezione superiore in una predeterminata direzione e simultanea perforazione di fori da mina assiali longitudinalmente in una sezione più esterna di scavo della galleria pilota, caricamento di polvere nei fori da mina e contemporaneo caricamento di una precisa polvere nei fori da mina assiali più esterni, brillamento della polvere e sgombero dell'abbattuto, e sola perforazione di fori da mina assiali nella sezione più esterna di scavo di galleria nuovamente, perché la perforazione di fori da mina trasversalmente era completa nell'interno di una galleria pilota già scavata. E' inoltre fornita una relativa apparecchiatura capace di controllare in modo preciso l'angolo e la lunghezza di perforazione dei fori da mina trasversali.(Fig. 5A).

Description

"PROCEDIMENTO DI PERFORAZIONE E ABBATTIMENTO BIDIRE-ZIONALI CON ESPLOSIVO, E APPARECCHIATURA DI PERFORA-ZIONE DI FORI DA MINA IMPIEGATA PER LO STESSO"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento di abbattimento con esplosivo per lo scavo di una galleria, e, più in particolare, riguarda un procedimento di perforazione e di abbattimento bidirezionali con esplosivo che consente un simultaneo abbattimento, con esplosivo, di allargamento in una direzione longitudinale, vale a dire, una direzione estendentesi lungo una galleria, e in una direzione trasversale, vale a dire, una direzione perpendicolare alla direzione longitudinale della galleria nell'interno di una galleria pilota già scavata impiegando una specifica macchina di scavo, ed un'apparecchiatura per la perforazione di fori da mina da utilizzare nel procedimento.

Per uno scavo di galleria o per un abbattimento con esplosivo di allargamento in lavori di scavo di una galleria nella roccia, lo scavo viene generalmente eseguito utilizzando un procedimento di perforazione e di abbattimento con esplosivo per ottenere una perforazione e un abbattimento con esplosivo in una direzione di scavo della galleria (nel seguito citato come procedimento di perforazione e di abbattimento longitudinale con esplosivo). Nella maggior parte dei campi di scavo di una galleria, vengono utilizzati una perforatrice con gambe oppure un carrello di perforazione o carrello "jumbo" per la perforazione di fori da mina in una zona da scavare, a seconda della situazione del fronte. Quando si perforano fori da mina usando la perforatrice con gambe, tuttavia, è difficile ottenere una precisa lunghezza dei fori da mina. Inoltre, l'opera di perforazione di fori da mina nella stessa direzione di quella in cui si estende la galleria dipende dall'esperienza dell'utilizzatore. Si incontrano problemi dello stesso tipo anche nel caso di impiego del carrello "jumbo".

Con riferimento alle Figg. 2A a 2D e alla Fig. 3, verrà brevemente descritto un procedimento convenzionale di abbattimento con esplosivo.

Le Figg. 2A a 2D sono viste schematiche che illustrano fasi successive di un convenzionale procedimento di perforazione e di abbattimento longitudinale con esplosivo. D'altro canto, la Fig. 3 è una vista schematica che illustra una configurazione convenzionale di perforazione e abbattimento longitudinale con esplosivo.

Nei disegni, il numero 1 di riferimento contrassegna una galleria pilota, 2 una semi-sezione superiore, 3 una semi-sezione inferiore, 4 fori da mina, e 5 il foro da mina più esterno.

Conformemente al procedimento convenzionale di perforazione e di abbattimento con esplosivo, vengono per-forati dapprima fori da mina 4 nella semi-sezione superiore 2 (Fig. 2A). Il lavoro dì perforazione viene eseguito utilizzando perforatrici con gambe per perforare una predeterminata lunghezza di un fronte di scavo della galleria o carrelli "jumbo" per perforare fori per bulloni da roccia o fori da mina secondo la situazione del fronte.

Dopo di ciò, viene eseguito il caricamento dei fori da mina. Nello stesso tempo, viene determinato l'ordine di ritardo di brillamento dei fori da mina. L'ordine di ritardo di brillamento per generare in sequenza il brillamento, a partire da una zona più vicina alla faccia libera della galleria pilota 1 allo scopo di ottenere un effetto di faccia libera fornito dalla galleria pilota 1, viene realizzato in modo tale che il brillamento sequenziale viene condotto dalla zona più interna, la più vicina alla galleria pilota 1, fino alla zona più esterna, la più lontana dalla galleria pilota 1. A questo punto, l'ordine di ritardo di brillamento dei fori da mina assiali perforati nella sezione più esterna viene realizzato in modo tale che esso corrisponda, nell'ordine, a quello della porzione di fondo, della porzione inferiore e della porzione di cielo. Sulla base del determinato ordine di ritardo di brillamento, viene effettuato il caricamento dei fori da mina assiali. In questo caso, viene sistemata una predeterminata precisa polvere esplosiva nelle porzioni di esplosione della zona 5 di perforazione assiale, tenendo conto di una zona di sgombero della roccia generata dopo la perforazione e l'abbattimento con esplosivo (Fig. 2B).

Al termine della sistemazione delle cariche, viene eseguito un brillamento nell'ordine di ritardo di brillamento progettato. Viene quindi sgomberato l'abbattuto prodotto dopo l'abbattimento con esplosivo (Fig. 2C). Dopo di ciò, nella sezione piena (Fig. 2D) sono perforati i fori da mina con una lunghezza predeterminata. Le procedure di cui sopra vengono ripetute per ottenere un desiderato scavo di galleria.

Nella Fig. 3, il numero indicato in ciascun cerchietto assegnato a ciascun foro da mina 4 contrassegna l'ordine di brillamento.

Conformemente al convenzionale procedimento di abbattimento longitudinale con esplosivo per scavare una galleria nella sequenza sopra menzionata, si propaga una vibrazione di esplosione alla superficie del suolo per tutta la lunghezza della galleria poiché i fori da mina sono disposti in una direzione di scavo della galleria, come mostrato nella Fig. 1A. Ne risulta che la vibrazione di esplosione del suolo può avvenire nel processo di trasmissione di pressione e di energia di scoppio da una sorgente di esplosione fino a una roccia di base. A causa di tale vibrazione del suolo, possono essere seriamente danneggiate le strutture installate in un'area adiacente all'area situata sopra la galleria e altre installazioni sensibili alla vibrazione.

Per risolvere il problema sopra menzionato relativo alla vibrazione del suolo, è stato di recente proposto un procedimento di scavo di una galleria che impiega una particolare macchina scavatrice, cosiddetta "macchina di trivellazione di galleria" (tunnel boring machine - TBM) che presenta una velocità di scavo notevolmente più alta di quelle dei procedimenti di scavo attuali. Secondo questo procedimento, viene scavata una galleria mediante lo scavo di una galleria pilota con la TBM, e quindi eseguendo una perforazione ed un abbattimento con esplosivo per allargare la galleria pilota fino ad una sezione di galleria progettata in precedenza in una direzione di scavo della galleria. Di recente, tale procedimento TBM è stato impiegato in combinazione con un nuovo procedimento austriaco di scavo di galleria (new Austrian tunnelling method -NATM) in molti fronti, perché la sezione della galleria scavata conformemente al procedimento TBM ha sempre una forma circolare ed ha una limitazione sulla dimensione. Conformemente al procedimento combinato TBM/NATM, viene scavata una galleria usando il TBM, mentre la restante sezione allargata viene scavata usando un abbattimento con esplosivo mediante il NATM. Tuttavia, il procedimento di perforazione e di abbattimento con esplosivo del tipo NATM usato per lo scavo della sezione allargata comporta uno svantaggioso lavoro di perforazione condotto dopo lo scavo, dovuto alla superficie notevolmente grossolana di una faccia di galleria del fronte di scavo e ad una limitazione della lunghezza di una perforatrice per la perforazione dei fori da mina nella direzione di scavo della galleria. Inoltre, nel lavoro di scavo di una galleria, alle condizioni che una galleria pilota sia stata scavata usando il TBM, dovrebbero essere eseguite procedure ripetute di periorazione-caricamentobrillamento-sgombero dell'abbattuto. Nei risulta, che la galleria pilota viene utilizzata in modo non efficente. Come conseguenza, si ha un lungo periodo e un alto costo di costruzione.

Poiché l'abbattuto prodotto in seguito al brillamento viene accatastato in una zona proprio al di sotto del la sezione di scavo, esso funziona da fattore che ostacola l'abbattimento con esplosivo nella zona. Laddove viene impiegata l'attuale attrezzatura di scavo, è difficile ottenere un lavoro preciso.

Costituisce pertanto uno scopo dell'invenzione quello di risolvere i problemi sopra menzionati che si incon trano nella tecnica precedente e, quindi, fornire un procedimento di perforazione e di abbattimento bidire zionali con esplosivo che comporta la perforazione di fori da mina in una direzione radiale alla galleria, vale a dire, una direzione trasversale in una galleri pilota già scavata con una TBM, e la perforazione di fori da mina in una direzione longitudinale in una porzione esterna di una sezione di scavo di galleria (una porzione esterna di una progettata sezione definitiva) e che comporta inoltre la perforazione assiale per un preciso abbattimento con esplosivo longitudinale di una progettata sezione più esterna dopo la perforazione di fori da mina nella direzione trasversale per una distanza predeterminata allo scopo di ottenere un abbattimento con esplosivo di allargamento.

Un altro scopo dell'invenzione è quello di fornire una apparecchiatura per la perforazione di fori da mina costruita incorporando un dispositivo di comando elettronico in un dispositivo di carrello "jumbo" esistente usato per la perforazione di fori da mina, capace di controllare in modo preciso l'angolo di perforazione e la lunghezza di perforazione dei fori da mina trasversali.

Secondo un aspetto, la presente invenzione fornisce un procedimento per perforare fori da mina per l'abbattimento con esplosivo di una semi-sezione superiore predeterminata in una galleria pilota scavata mediante una macchina di trivellazione di galleria, comprendente le fasi di: A) perforazione di fori da mina nella semi-sezione superiore in una direzione perpendicolare alla direzione longitudinale della galleria nell'interno di una galleria pilota già scavata, e simultanea perforazione di fori da mina assiali in una direzione longitudinale in una sezione più esterna di scavo di galleria della galleria pilota; B) caricamento di una polvere esplosiva nei fori da mina e contemporaneo caricamento di una precisa polvere esplosiva nei fori da mina assiali più esterni; C) brillamento della polvere esplosiva caricata e quindi sgombero dell'abbattuto prodotto in seguito all'esplosione mediante una desiderata attrezzatura meccanica; e D) sola perforazione di fori da mina assiali nella sezione più esterna di scavo di galleria senza perforazione di fori da mina nella direzione trasversale per abbattere con esplosivo la successiva sezione di scavo.

Secondo un altro aspetto, la presente invenzione fornisce un'apparecchiatura per la perforazione di un foro da mina, comprendente un portabraccio idraulico con unità di cilindro di braccio atta a muoversi verticalmente per pressione idraulica e dotata di un complesso di rotazione di braccio di avanzamento, costituito da un albero fisso e da un albero rotante inserito intorno all'albero fisso e atto a ricevere una forza motrice da uno esterno, per il suo azionamento, e un braccio di avanzamento atto a ruotare verticalmente e lateralmente e a spostarsi lateralmente e dotato di un cilindro di avanzamento atto a muovere una perforatrice in una direzione longitudinale comprendente inoltre: un disco sfinestrato avente una dimensione predeterminata e inserito intorno all’albero rotante del complesso di rotazione del braccio di avanzamento, il disco sfinestrato essendo dotato di una molteplicità di fori di trasmissione luminosa nella sua porzione periferica esterna e di sporgenze nella sua porzione periferica interna; una coppia di mezzi di supporto disposti in entrambi i lati del disco sfinestrato, ciascuno dei mezzi di supporto avendo fori fissi rispettivamente adatti a ricevere le corrispondenti sporgenze del disco sfinestrato cosi che esso è sostenuto dal disco sfinestrato, ciascun mezzo di sostegno avendo inoltre porzioni di accoppiamento atte ad essere serrate l'una all'altra cosi che mezzi di sostegno siano facilmente serrati all'albero rotante; mezzi di sostegno dell'albero fisso inseriti intorno all'albero fisso del complesso di rotazione del braccio di avanzamento e dotati nella loro porzione superiore di un elemento a traliccio; mezzi sensori del disco sfinestrato atti a rivelare un angolo di rotazione del disco sfinestrato, i mezzi di rivelazione del disco sfinestrato avendo un primo elemento di emissione luminosa disposto in un lato del disco sfinestrato e atto a proiettare una luce su una superficie di estremità inferiore dell’elemento a traliccio e almeno un primo elemento di ricezione luminosa disposto nell'altro lato del disco sfinestrato ed atto a ricevere la luce proiettata e a mandare la luce ricevuta ad uno esterno; una staffa avente una forma predeterminata e montata su una superficie laterale del cilindro di avanzamento; un rullo avente un diametro predeterminato e montato alla staffa cosi che esso è distanziato di una distanza predeterminata da una superficie superiore della staffa e in contatto con la superficie laterale del cilindro di avanzamento, il rullo essendo dotato nella sua porzione periferica di una molteplicità di fori di trasmissione luminosa; e mezzi sensori del rullo atti a rivelare un angolo di rotazione del rullo, i mezzi sensori del rullo avendo un secondo elemento di emissione luminosa disposto al di sotto del rullo ed almeno un secondo elemento di ricezione luminosa disposto al di sopra del rullo ed atto a ricevere la luce proiettata e a mandare la luce ricevuta ad un esterno.

Altri scopi e aspetti dell'invenzione diverranno evidenti dalla descrizione che segue di forme di realizzazione, con riferimento ai disegni allegati in cui: le Figg. 1A e 1B sono viste schematiche che illustrano rispettivamente aspetti generali di propagazione della vibrazione generata in seguito al brillamento dei fori da mina, in esse essendo a sinistra la sezione di massima estensione e a destra la galleria pilota;

le Figg. 2A a 2D sono viste schematiche illustranti rispettivamente fasi successive di un convenzionale procedimento di perforazione e di abbattimento convenzionale con esplosivo;

la Fig. 3 è una vista schematica che illustra una configurazione convenzionale di perforazione e abbattimento longitudinale con esplosivo;

le Figg. 4A a 4D sono viste schematiche che illustrano rispettivamente fasi sequenziali di un procedimento di perforazione e di abbattimento bidirezionali con esplosivo secondo la presente invenzione;

le Figg. 5A a 5C sono viste schematiche che illustrano rispettivamente varie configurazioni di abbattimento con esplosivo usate secondo il procedimento di perforazione e di abbattimento bidirezionali con esplosivo della presente invenzione;

la Fig. 6 è una vista prospettica che illustra una parte di una apparecchiatura per la perforazione di fori da mina impiegata per mettere in pratica il procedimento di perforazione e di abbattimento con esplosivo bidirezionali della presente invenzione;

la Fig. 7 è una vista prospettica esplosa che illustra un codificatore di tipo rotante per determinare un angolo di perforazione, il codificatore essendo impiegato nella apparecchiatura per la perforazione di fori da mina della Fig. 6;

le Figg. 8A e 8B sono una vista prospettica e una vista prospettica esplosa che illustrano rispettivamente un codificatore di tipo a rullo per determinare una lunghezza di perforazione, il codificatore essendo impiegato nell'apparecchiatura per la perforazione di fori da mina della Fig. 6; e

le Figg. 9A e 9B sono diagrammi temporali di differenze di fase generate fra un disco sfinestrato e un rullo a seguito di una rotazione normale e, rispettivamente, di una rotazione inversa.

Con riferimento alle forme preferite di realizzazione, le Figg. 4A a 4D sono viste schematiche che illustrano rispettivamente fasi sequenziali di un procedimento di perforazione e di abbattimento bidirezionali con esplosivo secondo la presente invenzione. Le Figg. 5A a 5C sono viste schematiche che illustrano rispettivamente varie configurazioni di abbattimento con esplosivo usate secondo il procedimento di perforazione e di abbattimento bidirezionali con esplosivo della presente invenzione. Le Figg. 5A e 5B mostrano rispettive configurazioni di fori da mina, mentre la Fig. 5C mostra due sezioni rispettivamente ricavate lungo la linea A - A e la linea B - B di ciascuna delle Figg. 5A e 5B. La Fig. 6 è una vista prospettica che illustra una parte di una apparecchiatura per la perforazione di fori da mina impiegata per mettere in pratica il procedimento di perforazione e di abbattimento bidirezionali con esplosivo della presente invenzione. Le Fig. 7 e le Figg. 8A e 8B illustrano dispositivi eletronici di controllo per determinare un angolo di perforazione ed una lunghezza di perforazione, il dispositivo essendo impiegato rispettivamente nell'apparecchiatura di perforazione di fori da mina della Fig. 6, rispettivamente. La Fig. 7 è una vista prospettica esplosa che illustra un codificatore di tipo rotante per determinare un angolo di perforazione, il codificatore essendo impiegato nella apparecchiatura per la perforazione di fori da mina della Fig. 6. Le Figg. 8A e 8B sono una vista prospettica e una vista prospettica esplosa che illustrano rispettivamente un codificatore del tipo a rullo per determinare una lunghezza di perforazione, il codificatore essendo impiegato nell'apparecchiatura per la perforazione di fori da mina della Fig. 6. Le Figg. 9A mostra una differenza di fase a seguito della rotazione normale, mentre la Fig. 9B sono diagrammi temporali di differenze di fase generate fra un disco sfinestrato e un rullo a seguito di una rotazione normale e, rispettivamente, di una rotazione inversa.

Nei disegni, il numero 7 di riferimento contrassegna una galleria pilota, 8 una semi-sezione superiore, 9 un foro da mina trasversale, 10 una sezione più esterna, 11 un cilindro di braccio posteriore, 12 un cilindro di prolungamento del braccio, 13 un cilindro di braccio anteriore, 14 un cilindro di avanzamento, 15 un cilindro di braccio di avanzamento, 21 un albero fisso, 23 un disco sfinestrato, 23a un foro di trasmissione luminosa, 23b una sporgenza, 24 un albero di rotazione, 25 un elemento di supporto di disco sfinestrato, 25a un foro fisso, 25b un elemento di accoppiamento, 26 una cerniera, 27 un elemento di supporto di albero fisso, 28 un elemento di traliccio, 29 un elemento di emissione luminosa, 30 una piastra di separazione d'immagine, 30a un foro di separazione d'immagine, 31 un elemento di ricezione luminosa, 31a una prima porzione di ingresso, 31b una seconda porzione di ingresso, 32 una staffa, 33 un rullo, 33a un foro di trasmissione luminosa, 34 un elemento di emissione luminosa, 35 un elemento di ricezione luminosa, 35a una prima porzione di ingresso, 35b una seconda porzione di ingresso, 36 una piastra superiore, 37 una pia-stra inferiore, 37a un foro di separazione d'immagine, e 38 elementi di supporto di piastra superiore e inferiore .

Secondo la presente invenzione, fori da mina sono perforati in maniera bidirezionale, cioè, perforati in lina sezione di scavo di galleria in una direzione radiale (vale a dire, una direzione trasversale) di una galleria pilota e nella porzione esterna della sezione di scavo della galleria'(vale a dire, la porzione esterna della sezione definitiva prevista) in una direzione longitudinale, tenendo in considerazione il fatto che una vibrazione più grande viene propagata in una direzione di scavo di galleria lungo la direzione longitudinale dei fori da mina perforati nella galleria pilota scavata mediante una TBM nella direzione trasversale. Secondo la presente invenzione, l'angolo di perforazione e la lunghezza di perforazione dei fori da mina trasversale sono determinati in modo preciso. Di conseguenza, è possibile ridurre in modo efficace il tempo e il costo di costruzione.

Secondo il procedimento di perforazione bidirezionale conformemente alla presente invenzione, vengono dapprima perforati radialmente fori da mina trasversali 9 in una semi-sezione superiore 8 in una direzione perpendicolare alla direzione di scavo della galleria, cioè, una direzione longitudinale in una galleria pilota 7 scavata da una TBM. Simultaneamente, sono anche perforati fori da mina assiali in una sezione più esterna 10 nella direzione longitudinale allo scopo di ridurre un'eventuale sovrarottura dopo lo scavo della sezione più esterna 10 (Fig. 4A). Al termine della procedura precedente, viene eseguito il caricamento dei fori da mina longitudinali e trasversali cosi da ottenere un abbattimento con esplosivo di una predeterminata lunghezza di galleria (Fig. 4B).

Come nel procedimento convenzionale di abbattimento con esplosivo nei fori da mina assiali della sezione più esterna 10 viene caricata una precisa polvere esplosiva come Finex. Al termine di questa procedura, viene eseguito il brillamento. Viene quindi sgomberato l'abbattuto prodotto in seguito al brillamento usando un'appropriata attrezzatura meccanica (Fig. 4C).

Successivamente, vengono perforati fori da mina assiali nuovamente in una porzione predeterminata della sezione più esterna 10 (Fig. 4D).

Conformemente al procedimento della presente invenzione, è possibile continuare il lavoro di abbattimento con esplosivo nella direzione di scavo di galleria senza ripetere la procedura di perforazionecaricamento-abbattimento con esplosivo-sgombero dell’abbattuto, come nel procedimento convenzionale, perforando simultaneamente fori da mina trasversali in una sezione predeterminata e fori da mina assiali in una sezione più esterna e quindi perforando soltanto fori da mina assiali nuovamente nella sezione più esterna .

Conformemente ad una forma preferita di realizzazione della presente invenzione, fori da mina configurati secondo un reticolo sono perforati in sezioni posizionate rispettivamente in entrambi i lati della porzione superiore della galleria pilota (Fig. 5A). In sezioni rispettivamente posizionate in entrambi i lati della porzione mediana della galleria pilota, sono perforati fori da mina di un angolo costante in una maniera alternata per formare una sagoma come un ramo d'albero (Fig. 5B). In questo caso si ottiene una migliorata efficienza di abbattimento con esplosivo. Laddove venga eseguita la perforazione di fori da mina nella maniera sopra menzionata, si può ottenere una sezione uniforme di scavo di galleria dopo l'abbattimento con esplosivo. Si può ottenere un efficiente abbattimento con esplosivo della porzione inferiore della sezione di scavo grazie al fatto che l'abbattuto prodotto in seguito al brillamento vola lontano.

Nelle Figg. 5A a 5C, il numero indicato in ciascun cerchietto assegnato a ciascun foro da mina 9 contras-segna l'ordine di brillamento.

Quantunque la distanza spaziale D e la distanza di resistenza minima W dei fori da mina trasversali possano essere variate a seconda della condizione della roccia di base e della sagoma della galleria, esse possono essere facilmente generalmente calcolate usando la seguente equazione applicabile all'abbattimento con esplosivo per il taglio del banco:

L = C x D x W x l

dove L: quantità di polvere esplosiva (kg);

C: coefficiente di abbattimento con esplosivo; D: distanza spaziale (m);

W: distanza di resistenza (m); ed

1: lunghezza di perforazione (m).

Il procedimento di perforazione e di abbattimento bidirezionali con esplosivo della presente invenzione comportante le sopra menzionate procedure fornisce un effetto di riduzione della vibrazione del suolo misurata sulla superficie del suolo in seguito all'abbattimento con esplosivo. Questo sarà descritto unitamente ai valori sperimentali.

Il valore di vibrazione del suolo misurato sulla superficie del suolo può variare a seconda delle caratteristiche geologiche e dinamiche della roccia di base, della proprietà e del tipo della polvere esplosiva, della carica massima di polvere esplosiva per ritardo, e del numero di facce libere. Anche se opere di abbattimento con esplosivo sono condotte nella stessa posizione sotto la medesima condizione, si possono presentare differenti valori di vibrazione del suolo poiché la caratteristica di propagazione della vibrazione di abbattimento con esplosivo esercitata sulla superficie del suolo può variare a seconda della direzione di perforazione dei fori da mina.

In altre parole, laddove viene eseguito un abbattimento con esplosivo in fori da mina perforati nella direzione longitudinale secondo il procedimento convenzionale, la propagazione della vibrazione di abbattimento con esplosivo alla superficie del suolo è ottenuta nella forma di un ovale, come mostrato nella Fig. 1A. D'altro canto, laddove l'abbattimento con esplosivo viene condotto in fori da mina perforati nella direzione trasversale, si può trovare che la propagazione della vibrazione di esplosione alla superficie del suolo è minore di quella che si ha nella direzione di scavo della galleria. Di conseguenza, quando viene impiegato quest'ultimo procedimento per uno scavo sotterraneo in una zona urbanizzata, può essere notevolmente ridotto l'effetto della vibrazione del suolo. Per analizzare in modo quantitativo l'effetto di riduzione della vibrazione nella superficie del suolo, è stato compiuto un lavoro sperimentale di costruzione in un terreno di costruzione stradale.

L'ambiente in cui fu utilizzato il procedimento della presente invenzione fu una zona di roccia dura presentante un'elevatissima resistenza alla compressione di circa 1.200 kg/cm<3 >. Vi fu scavata mediante una TBM una galleria pilota avente un diametro di 6,5 m. Dopo di ciò fu eseguito un abbattimento con esplosivo. Dopo che fu eseguito un abbattimento con esplosivo di prova nel campo conformemente al procedimento di abbattimento con esplosivo di allargamento della presente invenzione, fu fatta una misurazione della vibrazione del suolo in tre zone, vale a dire, in zone nella galleria rispettivamente distanziate di 15 m e di 43 m dalla zona di abbattimento con esplosivo e sull'area superficiale del suolo distanziata 152 m dalla zona di abbattimento con esplosivo. Inoltre, fu eseguita la medesima misurazione della vibrazione del suolo per il convenzionale procedimento di perforazione e di abbattimento longitudinali con esplosivo. I risultati delle misurazioni sono mostrati nella Tabella 2.

TABELLA 2

(Risultati della misurazione della vibrazione del suo lo in seguito a perforazione e abbattimento con espio sivo longitudinali, e a perforazione e abbattimento bidirezionali con esplosivo) (unità: mm/sec) Procedimento Perforazione/ Perforazione/ Riduz. perforazione abbattinento abbattinento vibraz .

longitudinali bidirezionali Direzione

nisurazione L V T

5n 9,2510,743,73 12,08 4,92 8,205,679,25 23,41 Distanza 4,776,715,07 7,46 5,37 5,374,925,82 22,0*

12,53 9,39 6,11 12,68 6,56 10,44 8,05 10,74 15,3% 10,14 7,31 8,35 11,18 5,96 5,26 6,11 8,95 19,9%

152n 3,57 3,0 3,38 3,68 0,79 0,460,670,89 75,8%

2,16 2,67 1,90 2,90 1,30 1,350,981,54 46,9% Nota :

1) L: Longitudinale; V: Verticale; T: Trasversale;

e S: Vettore somma

2) 1° tempo: perforazione e abbattimento bidireziona li con esplosivo -> medesima quantità massima di polvere esplosiva per ritardo, 5,00 kg/ritardo

2° tempo: perforazione e abbattimento longitudinali e bidirezionali -> medesima quantità massima di polvere esplosiva per ritardo, 3,75 kg/ritardo

3) Distanza: distanza misurata dalla posizione del-1 'esplosione

4) Riduz. vibraz.: effetto di riduzione di vibrazione basato sul vettore somma

Facendo riferimento alla Tabella 2, si può trovare che il valore di vibrazione del suolo nel caso del procedimento di perforazione e di abbattimento bidirezionali con esplosivo presenta l'effetto di riduzione della vibrazione di circa il 20% nelle zone della galleria e di circa il 40% a circa il 70% nella zona superficiale del suolo, in confronto al convenzionale procedimento di perforazione e di abbattimento longitudinali con esplosivo .

L'effetto di riduzione della vibrazione di 40% a 70% presentato nella zona superficiale del suolo è notevolmente diverso dall'effetto di riduzione della vibrazione del 20% presentato nelle zone della galleria. Tale differenza può essere determinata dal fatto che la misurazione fu realizzata nella zona distanziata 152 m dalla posizione di abbattimento con esplosivo e da un eventuale errore di misurazione. Nonostante tale differenza, si ritiene che si ottenga l'effetto di riduzione della vibrazione di almeno il 20%.

Nel caso del procedimento di perforazione e di abbattimento bidirezionali con esplosivo, l'abbattuto, i pezzi di roccia prodotti dopo l'abbattimento con esplosivo, volano più lontano. Di conseguenza, può essere ottenuto il vantaggio dell'efficienza dell'abbattimento con esplosivo nella sezione inferiore.

Laddove i due sopramenzionati procedimenti sono applicati ad un allargamento del fronte di scavo della galleria, si può trovare che il procedimento di perforazione e di abbattimento bidirezionali con esplosivo è più efficace. In altre parole, l'intensità della vibrazione del suolo è un fattore importante per determinare la lunghezza di scavo con abbattimento con esplosivo in una sola volta in seguito a scavo di una galleria interrata per la costruzione di una metropolitana di importanza nazionale, per la costruzione di una galleria stradale e per la costruzione di una ferrovia elettrificata ad alta velocità, anche se è inol-tre importante la stabilità della faccia della galleria del fronte di scavo della galleria.

Dal momento che il procedimento proposto dalla presente invenzione fornisce l'effetto di una riduzione di vibrazione del suolo di almeno il 20% presentato nella area superficiale del suolo, in confronto al procedimento convenzionale, è possibile aumentare la lunghezza di scavo con un abbattimento con esplosivo in una sola volta corrispondentemente alla riduzione di vibrazione, e quindi ottenere un lavoro di allargamento della galleria economico ed efficiente.

Dove viene impiegato il procedimento della presente invenzione, è necessario fornire un preciso angolo di perforazione del foro da mina ed una sua precisa profondità di perforazione. Il motivo di ciò è che la perforazione nella galleria pilota 7 viene condotta nella direzione trasversale conformemente alla presente invenzione, differentemente dal convenzionale procedimento di perforazione longitudinale. A questo fine, la presente invenzione fornisce un'apparecchiatura di perforazione costruita incorporando un dispositivo elettronico di comando in un dispositivo di perforatrice "jumbo" esistente, usato per la perforazione di bulloni da roccia e per la perforazione di fori da mina cosi da consentire una precisa perforazione. Tale costruzione dell'apparecchiatura di perforazione verrà adesso descritta unitamente alle Figure 6 a 9.

La Fig. 6 mostra un portabraccio idraulico con braccio di un dispositivo di perforatrice "jumbo". Come mostrato nella Fig. 6, il portabraccio idraulico include un'unità di cilindro di braccio costituita da un cilindro di braccio posteriore 11, un cilindro 12 di prolungamento del braccio, e un cilindro di braccio anteriore 13. L'unità di cilindro di braccio si sposta verticalmente grazie a pressione idraulica. Il portabraccio idraulico con braccio include inoltre un braccio di avanzamento costituito da un cilindro di braccio 14 per spostare la perforatrice in una direzione longitudinale. Il braccio di avanzamento può ruotare verticalmente e lateralmente e può muoversi lateralmente.

Nel caso illustrato, dispositivi sensori costituiti da codificatori sono attaccati ad un'unità 15 di rotazione del braccio di avanzamento disposta nella porzione anteriore dell'unità di cilindro di braccio e, rispettivamente, in una porzione laterale del braccio di avanzamento. I dispositivi sensori servono a trasmettere l'angolo di cui è ruotata la perforatrice e la distanza percorsa dalla perforatrice ad un operatore in una maniera digitale. In base ai dati ricevuti, l'operatore verifica i movimenti dell'unità rotante e del braccio di avanzamento e quindi posiziona l'unità rotante e il braccio di avanzamento nelle posizioni desiderate, rispettivamente, così da perforare un foro da mina avente una desiderata lunghezza nella sezione di scavo della galleria.

Saranno adesso descritti, rispettivamente, i codificatori per determinare l'angolo di perforazione della perforatrice e la lunghezza di perforazione della perforatrice.

La Fig. 7 mostra un dispositivo sensore di tipo rotante per determinare l'angolo di perforazione della perforatrice. Questo dispositivo sensore è accoppiato al cilindro di braccio anteriore. Il dispositivo sensore include un disco sfinestrato 23 avente una dimensione predeterminata. Il disco sfinestrato 23 è applicato intorno ad un albero rotante cavo 24 inserito intorno ad un albero fisso 21 previsto nell'unità 15 di rotazione del braccio di avanzamento. L'albero rotante 24 serve a ricevere una forza motrice dall'esterno e a muovere il braccio di avanzamento mediante la forza motrice ricevuta. Il disco sfinestrato 23 è dotato di una molteplicità di fori di trasmissione luminosa 23a nella sua porzione periferica. Il disco sfinestrato 23 ha inoltre sporgenze 23b aventi una predeterminata lunghezza in ciascuna loro superficie laterale.

Nel caso illustrato, il disco sfinestrato 23 ha 360 fori di trasmissione luminosa cosi da controllare ogni rotazione di 1° .

Una coppia di elementi di supporto 25, fatti di gomma, è disposta in entrambi i lati del disco sfinestrato 23. Ciascuno degli elementi di supporto 25 ha fori fissi 25a atti a ricevere le corrispondenti sporgenze 23b del disco sfinestrato 23, rispettivamente, così che è sostenuto dal disco sfinestrato 23. Ciascun elemento di supporto 25 è costituito da due metà accoppiate a cerniera, ad una delle loro estremità, l'una all'altra mediante una cerniera 26. Le due metà di ciascun elemento di supporto 25 sono anche dotate alle altre loro estremità, rispettivamente, di porzioni di accoppiamento 25b. Le porzioni di accoppiamento 25b sono serrate l'una all'altra mediante una vite così che l'elemento di supporto 25 può essere facilmente serrato all'albero rotante 24.

Intorno all'albero fisso 21 è inserito un elemento di supporto 27 dell'albero fisso dotato di un elemento a traliccio 28 per sostenere su di esso il sensore. L'elemento a traliccio 28 ha, ad una sua estremità, un elemento di emissione luminosa 29, una piastra di separazione d'immagine 30 dotata di una molteplicità di fori di separazione d'immagine 30a, e un elemento di ricezione luminosa 31 atto a ricevere la luce emessa dall'elemento di emissione luminosa 29 e a inviare la luce ricevuta ad una unità di elaborazione centrale esterna (CPU). Il disco sfinestrato 23 è disposto fra l'elemento di emissione luminosa 29 e la piastra di separazione d'immagine 30.

Nel caso illustrato, la piastra di separazione d'immagine 30 ha due fori 30a di separazione d’immagine così da generare segnali che mostrino una differenza di fase di 90° fra di essi. L'elemento di ricezione luminosa 31 ha una prima porzione di ingresso 31a ed una seconda porzione di ingresso 31b rispettivamente allineate con i fori di separazione d'immagine 30a della piastra di separazione d'immagine 30 cosi da ricevere luci trasmesse in seguito alle rotazioni normale e inversa del disco sfinestrato 23. Mediante questa struttura, viene contato l'angolo di rotazione del disco sfinestrato 23. Di conseguenza, è possibile regolare l'angolo di rotazione del disco sfinestrato 23.

Le Figg. 8A e 8B mostrano un dispositivo sensore del tipo a rullo per determinare rispettivamente la lunghezza di perforazione della perforatrice. Come mostrato nelle Figg. 8A e 8B, il dispositivo sensore del tipo a rullo include una staffa 32 a forma di L, montata su una porzione laterale del cilindro di avanzamento 14 così da sostenere il dispositivo sensore in una porzione anteriore della perforatrice. Alla staffa 32 è montato un rullo 33 avente una molteplicità di fori di trasmissione luminosa 33a. Il rullo 33 è distanziato di una distanza predeterminata dalla superficie superiore della staffa 32. Il rullo 33 è anche disposto in maniera tale che esso è in contatto con la superficie laterale del cilindro di avanzamento 14. Mediante questa struttura, il rullo 33 si sposta lungo la superficie laterale del cilindro di avanzamento 14 mediante una forza di attrito generata fra il rullo 33 e la superficie laterale del cilindro di avanzamento 14.

Nel caso illustrato, il rullo 33 ha 19 fori 33a uniformemente distanziati di 20° l'uno dall’altro. Quando il rullo 33 rotola, viene rivelato l'angolo di rotazione. L'angolo di rotazione rivelato viene convertito in una distanza rettilinea. L'angolo di 20° fra fori adiacenti 33a corrisponde a circa 1 cm in quanto il rullo 33 si muove di 6 cm per ogni suo giro.

Al di sotto del rullo 33, è disposto un elemento di emissione luminosa 34. L'elemento di emissione luminosa 34 è posizionato nel percorso di rotazione dei fori di trasmissione luminosa 33a del rullo 33. Sopra il rullo 33 sono disposte una piastra superiore 36, dotata di due elementi di ricezione della luce 35, e una piastra inferiore 37, dotata di due fori di separazione d'immagine 37a. Mediante questa struttura, viene contato l'angolo di rotazione del rullo 33. Di conseguenza è possibile regolare l'angolo di rotazione del rullo 33. In entrambi i lati delle piastre superiore e inferiore 36 e 37, è disposta una coppia di elementi di supporto 38 di piastra superiore e inferiore per fissare le piastre superiore e inferiore 36 e 37.

Verrà adesso descritto il funzionamento dell'apparecchiatura per la perforazione di fori da mina equipaggiata con i sopra menzionati dispositivi sensori.

Dapprima sarà descritta un'operazione per determinare un preciso angolo di perforazione. Per perforare fori da mina verticali in una sezione di scavo di galleria, il dispositivo di avanzamento del portabraccio idraulico è posizionato nella sua posizione verticale. Dopo di ciò, l'albero rotante 24 viene normalmente ruotato lungo un angolo desiderato.

Viene quindi rivelato l'angolo di cui è ruotato l'albero rotante 24. Successivamente, la rotazione dell'albero rotante 24 viene regolata fino a che l'angolo di cui è ruotato l'albero rotante 24 corrisponde all'angolo desiderato. Per una tale regolazione, la luce emessa dall'elemento di emissione luminosa 29 viene ricevuta in una prima porzione d'ingresso 31a dell'elemento di ricezione luminosa 31 attraverso i fori di trasmissione luminosa 33a del disco sfinestrato 33 e il corrispondente foro 30a della piastra di separazione d'immagine 30 così che viene contato accumulativamente il numero di fori che trasmettono la luce, consentendo in tal modo che sia determinato l’angolo di rotazione.

Se l'angolo di cui è ruotato l'albero rotante 24 è maggiore dell'angolo desiderato, l'albero rotante 24 viene quindi ruotato in senso inverso così da farlo ritornare di un numero crescente di fori secondo la differenza di fase della piastra di separazione di immagine 30. A questo punto viene rivelato il numero di fori di trasmissione luminosa mediante una seconda porzione di ingresso 31b dell'elemento di ricezione luminosa 31. Così, viene ottenuta una precisa regolazione dell'angolo di rotazione dell'albero rotante 24 riducendo l'angolo di rotazione nella maniera sopra menzionata .

Verrà adesso descritta un'operazione per determinare la lunghezza di perforazione della perforatrice.

Poiché il cilindro di avanzamento 14 si sposta, il rullo 33 in contatto con la superficie laterale del cilindro di avanzamento 14 si muove per forza di attrito generata fra di essi, consentendo cosi che sia rivelato l'angolo di cui è ruotato il rullo 33. L'angolo di rotazione rivelato del rullo 33 viene quindi convertito in una corrispondente distanza rettilinea che, a sua volta, viene inviata ad un operatore. Di conseguenza, è possibile determinare una lunghezza di perforazione della perforatrice.

Come risulta evidente dalla precedente descrizione, la presente invenzione fornisce un procedimento di perforazione e di abbattimento bidirezionali con esplosivo capace di perforare fori da mina in entrambe le direzioni di scavo della galleria, vale a dire, la direzione longitudinale e la direzione verticale cioè, la direzione trasversale. La presente invenzione fornisce inoltre un'apparecchiatura per la perforazione di fori da mina equipaggiata con un codificatore di tipo rotante e un codificatore di tipo a rullo, capaci di misurare in modo preciso l’angolo di rotazione del braccio di avanzamento e la lunghezza di perforazione di una perforatrice e quindi di ottenere una perforazione alla condizione che venga dato un angolo costante ad uno stato di perforazione verticale di un dispositivo di avanzamento. Di conseguenza, è possibile ridurre il tempo di lavoro necessario per perforare i fori da mina per un lavoro di ampliamento di uno scavo di galleria esistente. Dal momento che può essere ottenuta una riduzione della lunghezza di perforazione dei fori da mina e una riduzione del loro numero è anche possibile ridurre il periodo di tempo e il costo di costruzione. La vibrazione propagata alla superficie del suolo può essere ridotta in considerazione delle caratteristiche di propagazione della vibrazione di esplosione dipendente dalla direzione di perforazione dei fori da mina. Dal momento che può essere facilmente verificata in una galleria pilota la condizione della roccia di base, è possibile aumentare la lunghezza di scavo con un abbattimento con esplosivo in una sola volta entro un criterio di vibrazione di esplosione ammissibile e quindi aumentare la velocità di scavo della galleria. Quantunque siano state esposte a scopi illustrativi le forme preferite di realizzazione dell'invenzione, gli esperti nel settore apprezzeranno che varie modifiche, aggiunte e sostituzioni sono possibili senza allontanarsi dall'ambito e dallo spirito dell’invenzione come divulgato nelle rivendicazioni allegate.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per perforare fori da mina per l'abbattimento con esplosivo di una semi-sezione superiore predeterminata in una galleria pilota scavata mediante una macchina di trivellazione di galleria, comprendente le fasi di: A) perforazione di fori da mina nella semi-sezione superiore in una direzione perpendicolare alla direzione longitudinale della galleria nell'interno di una galleria pilota già scavata, e simultanea perforazione di fori da mina assiali in una direzione longitudinale in una sezione più esterna di scavo di galleria della galleria pilota; B) caricamento di una polvere esplosiva nei fori da mina e contemporaneo caricamento di una precisa polvere esplosiva nei fori da mina assiali più esterni; C) brillamento della polvere esplosiva caricata e quindi sgombero dell'abbattuto prodotto in seguito all'esplosione mediante una desiderata attrezzatura meccanica; e D) sola perforazione di fori da mina assiali nella sezione più esterna di scavo di galleria senza perforazione di fori da mina nella direzione trasversale per abbattere con esplosivo la successiva sezione di scavo.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la fase (A) comprende le fasi di perforazione di fori da mina configurate a reticolo in sezione rispettivamente posizionate in entrambi i lati di una porzione superiore della galleria pilota e di perforazione di fori da mina di un angolo costante in una maniera alternata in sezioni rispettivamente posizionate in entrambi i lati di una porzione mediana della galleria pilota allo scopo di ottenere un'aumentata efficienza di abbattimento con esplosivo.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la fase (A) comprende la fase di perforazione di fori da mina in una direzione trasversale perpendicolare ad una sezione di scavo di galleria allo scopo di ridurre una vibrazione del suolo propagata ad una superficie del suolo in seguito all'abbattimento con esplosivo.
4. 4. Apparecchiatura per la perforazione di un foro da mina, comprendente un portabraccio idraulico con unità di cilindro di braccio atta a muoversi verticalmente per pressione idraulica e dotata di un complesso di rotazione di braccio di avanzamento, costituito da un albero fisso e da un albero rotante inserito intorno all’albero fisso e atto a ricevere una forza motrice da uno esterno, per il suo azionamento, e un braccio di avanzamento atto a ruotare verticalmente e lateralmente e a spostarsi lateralmente e dotato di un cilindro di avanzamento atto a muovere una perforatrice in una direzione longitudinale comprendente inoltre: un disco sfinestrato avente una dimensione predeterminata e inserito intorno all'albero rotante del complesso di rotazione del braccio di avanzamento, il disco sfinestrato essendo dotato di una molteplicità di fori di trasmissione luminosa nella sua porzione periferica esterna e di sporgenze nella sua porzione periferica interna; una coppia di mezzi di supporto disposti in entrambi i lati del disco sfinestrato, ciascuno dei mezzi di supporto avendo fori fissi rispettivamente adatti a ricevere le corrispondenti sporgenze del disco sfinestrato così che esso è sostenuto dal disco sfinestrato, ciascun mezzo di sostegno avendo inoltre porzioni di accoppiamento atte ad essere serrate l'una all'altra cosi che mezzi di sostegno siano facilmente serrati all'albero rotante; mezzi di sostegno dell'albero fisso inseriti intorno all'albero fisso del complesso di rotazione del braccio di avanzamento e dotati nella loro porzione superiore di un elemento a traliccio; mezzi sensori del disco sfinestrato atti a rivelare un angolo di rotazione del disco sfinestrato, i mezzi di rivelazione del disco sfinestrato avendo un primo elemento di emissione luminosa disposto in un lato del disco sfinestrato e atto a proiettare una luce su una superficie di estremità inferiore dell'elemento a traliccio e almeno un primo elemento di ricezione luminosa disposto nell'altro lato del disco sfinestrato ed atto a ricevere la luce proiettata e a mandare la luce ricevuta ad uno esterno; una staffa avente una forma predeterminata e montata su una superficie laterale del cilindro di avanzamento; un rullo avente un diametro predeterminato e montato alla staffa così che esso è distanziato di una distanza predeterminata da una superficie superiore della staffa e in contatto con la superficie laterale del cilindro di avanzamento, il rullo essendo dotato nella sua porzione periferica di una molteplicità di fori di trasmissione luminosa; e mezzi sensori del rullo atti a rivelare un angolo di rotazione del rullo, i mezzi sensori del rullo avendo un secondo elemento di emissione luminosa disposto al di sotto del rullo ed almeno un secondo elemento di ricezione luminosa disposto al di sopra del rullo ed atto a ricevere la luce proiettata e a mandare la luce ricevuta ad un esterno.
5. 5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, in cui il disco sfinestrato ha 360 fori di trasmissione luminosa così da controllare ogni rotazione di 1°.
6. 6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, com-prendente inoltre una coppia di mezzi di separazione d’immagine rispettivamente disposti fra il primo elemento di ricezione luminosa e il disco sfinestrato e fra il secondo elemento di ricezione luminosa e il rullo e atti a rivelare un senso di rotazione del disco sfinestrato e un senso di rotazione del rullo, ciascuno dei mezzi di separazione d’immagine avendo una molteplicità di fori di separazione d’immagine per generare segnali che presentino una differenza di fase di un angolo predeterminato,
7. 7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, in cui ciascuno dei mezzi di separazione d'immagine ha due fori di separazione d'immagine per generare segnali che presentino una differenza di fase di 90°, e ciascuno dei primi e secondi elementi di ricezione luminosa ha una prima porzione di ingresso e una seconda porzione di ingresso rispettivamente allineati con i fori di separazione d'immagine dei corrispondenti mezzi di separazione d'immagine cosi da ricevere luci trasmesse in seguito a rotazione normale e inverse del corrispondente, fra disco sfinestrato e rullo.
8. 8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, in cui il rullo a 19 fori di trasmissione luminosa uniformemente distanziati di 20° l'uno dall'altro cosi che è rivelato un angolo di rotazione del rullo e quindi convertito in una corrispondente distanza rettilinea.