Na počátku devadesátých let, kdy se tato technologie dostala i do Evropy, bylo využití strojů pro HDD poměrně malé. Neměly potřebný výkon a jejich konstrukční řešení taktéž nebylo dokonalé, proto se velmi často stávalo, že stroje nebyly schopny provést úkon, který po nich projektanti požadovali. Jak však léta plynula, nezastavitelný pokrok se dotkl i technologie řízeného horizontálního vrtání a stroje začaly nabízet větší možnosti. Po tomto údobí zdokonalování a s vrtnými výplachy nového tisíciletí si už stroje poradily s téměř kompletní sestavou půdních podmínek až na skalní masiv, který donedávna představoval riziko.
Vývoj technologie pro vrtání ve skalním masivu
Skalní masiv představoval velký problém, který byl zapříčiněn hlavně tím, že při jeho vrtání docházelo po krátké době k poškození vrtných korunek a ke ztrátě schopnosti vrtat. Takže ačkoli se někomu jednou za čas podařilo skálu provrtat, nebylo toto vrtání řízené a také nebylo předvídatelné. Proto se vývoj nejprve zaměřil na zdokonalení vrtného nářadí, konstruktéři se snažili aplikovat znalosti z oblasti naftových vrtů.
Řešení pro velké vrtné soupravy
Prvním solidním řešením dodnes hojně užívaným byl tzv. mudmotor, jehož systém byl převzat ze svislého vrtání. Podstatou je vrtná hlavice se třemi valivými dláty na čele. Krouticí moment vzniká těsně za touto hlavicí, kde je uložen motor poháněný výplachem proudícím do vrtné hlavice. Těleso mudmotoru, které je až šest metrů dlouhé, je mírně zakřivené, proto umožňuje směrování vrtu. Pokud vrtné tyče včetně mudmotoru rotují, pak je vrtán otvor v přímém směru. Pokud zastavíme rotaci soutyčí, pak rotují pouze valivá dláta a díky zakřivení těla mudmotoru je vrt směřován do křivky. Změna směru však probíhá velmi pomalu a tím se značně prodlužují minimální délky vrtů.
Pro zajištění dostatečného krouticího momentu je potřebný velký objem protékajícího výplachu, což omezuje použití mudmotoru pouze u velkých vrtných souprav s výplachovými čerpadly s minimálním průtokem 300 l/min, raději však 500 l/min. Vzhledem k těmto dvěma podmínkám a k ceně tohoto vybavení jsou náklady na provedení vrtů ve skále velmi vysoké. Proto se využití omezuje na vrty v délkách sta a více metrů, zde mudmotor přináší spolehlivou realizaci vrtů i ve velmi tvrdých horninách.
Systém tyče v tyči
Konstruktéři proto museli najít řešení pro levnější zdolání krátkých vrtů ve skále, řešení, které by vtáhlo do děje malé a střední vrtné soupravy, tedy řešení, které by zlevnilo provedení vrtů. Prvním krokem bylo využití pneumatických kladiv na čele vrtného soutyčí. Systém však není vhodný pro vrtání v zeminách a nedá se použít pro dlouhé vrty.
Nové řešení se objevilo s nápadem na využití duálních vrtných tyčí, tedy systému tyče v tyči. Stejně jako u mudmotoru je rozpojování horniny prováděno valivými dláty, krouticí moment je však vytvářen hydromotorem na vrtné soupravě a k valivým dlátům je přiváděn vnitřním soutyčím. Vymístěním zdroje krouticího momentu na vrtnou soupravu bylo dosaženo i zkrácení těla vrtného nástroje na 130 cm, což ve srovnání s dlouhým mudmotorem při použití stejného triku se zakřivením nástroje zvyšuje řiditelnost vrtného nástroje. Systém už není náchylný na měnící se půdní podmínky od zemin až po skalní horniny a nedělají mu problémy i vrty kolem sta metrů, tak jak tomu bylo u pneumatických kladiv.
Stroje Ditch Witch®
Americká společnost Ditch Witch® jako první přišla na trh se stroji, které využívají systému tyče v tyči a jsou tedy vhodné pro vrtání ve skalním masivu. Jedná se o sérii All Terrain®, která se specializuje na vrtání ve skalnatém podloží a ve velmi tvrdých horninách.
Všechny stroje série All Terrain® jsou charakteristické dvoutrubkovým vrtacím systémem a je u nich možné použití množství příslušenství, které usnadňuje práci. Vysoký točivý moment a široký rozsah vrtací rychlosti zvyšuje produktivitu práce a zajišťuje vrtání bez nepříjemných komplikací. Mezi jejich další výhody patří jednoduché, rychlé a efektivní spojování vnitřních tyčí díky automatickému kmitavému pohybu. Stroje série All Terrain® disponují třemi použitelnými režimy vrtání. Prvním je AT režim pro vrtání ve skalnatých a extrémních podmínkách, druhým je AT DIRT režim pro klasické vrtání s All Terrain® tyčemi a posledním je JT režim pro klasické vrtání s klasickými tyčemi. Další předností je i to, že se u strojů Ditch Witch® All Terrain® nemusí vytahovat vnitřní tyč pro klasické vrtání jako u konkurenčních typů. Zjednodušení prací přináší i použitý automatický systém samopodávání a spojování vrtných tyčí, který funguje také velmi účelně. Rychlé a jednoduché spojování vrtných tyčí usnadňuje i údržbu strojů, neboť je zde použit jen jeden, kuželovitý, závit.
V současné době se řešení duálních tyčí rozhodli využít i ostatní výrobci vrtných souprav, a tak se dále rozšířilo toto řešení.
Ditch Witch® JT30 All Terrain®
V roce 2013 se i firma TALPA-RPF rozhodla doplnit řadu svých strojů a rozšířit svou nabídku o provádění vrtů ve skalním prostředí. Po zvážení potřeb českého trhu vybrala a zakoupila soupravu Ditch Witch® JT30 All Terrain®.
Souprava Ditch Witch® JT30 All Terrain® pochází ze série strojů All Terrain®, jak už její název napovídá. Jedná se o relativně malou soupravu, která díky systému duálních tyčí v sobě pojí schopnost pracovat v chybějícím segmentu krátkých vrtů s relativně nízkými provozními náklady. To zajišťuje hlavně motor Cummins QSB4.5 TIER 4i se svou nízkou spotřebou. I přes ni se však tento motor řadí mezi jedny z nejsilnějších motorů, díky čemuž je schopen zajistit dostatek energie pro všechny pracovní operace, které musí provést. Robustní kotevní systém, který používá stejný točivý moment jako vrtačky dvojnásobné velikosti, zajišťuje stroji Ditch Witch® JT30 All Terrain® schopnost udržet se v jakémkoli terénu, kterému je vystaven. Stabilitu stroje při vrtání také zvyšuje jeho dvoukloubově nastavitelný úhel vrtání, který zajišťuje nalezení potřebného sklonu a úhlu pro vrtání bez nadzvedávání stroje. Velkou výhodou je také otevřený prostor s čelistmi nakloněnými šikmo k operátorovi, který přispěje k dokonalému přehledu o poloze tyčí při jejich spojování a rozpojování.
Nevýhodou tohoto stoje je jeho nižší směrová ovladatelnost. Vzhledem k této skutečnosti je ve srovnání s klasickým vrtáním v půdách nutné při přípravě stavby zapracovat i minimální povolený ohyb tyčí (bend radius). U vrtné soupravy Ditch Witch® JT30 All Terrain® je výrobcem deklarován na hranici 44 m. Tato hodnota je zhruba třetinová ve srovnání s parametry mudmotorů pracujících na strojích HDD.
Projekty firmy TALPA-RPF
Poměrně krátká doba stačila pro to, aby stroj Ditch Witch® JT30 All Terrain® stačil potvrdit své schopnosti provádět vrty ve skále.
První lokalitou se skalním podložím bylo známé lyžařské středisko Karlov v Jeseníkách, kde se vyskytovaly břidlice a droby ve formě balvanů o velikosti metr i více. Bylo zde položeno 410 m vodovodního potrubí D 110 mm a 69 m potrubí D 160 mm za 7 dní, což je průměrný denní výkon 68 m. Dále ve Starém Městě u Bruntálu, kde podloží bylo tvořeno kompaktní horninou téhož druhu. Zde bylo položeno polyetylénové potrubí D 110 mm v délce cca 226 m a D 90 mm v délce 293 m, denní výkon pokládky v tomto případě dosáhl 35 m. U Vysokého Mýta v oblasti výpadovky na Litomyšl je podloží již v mělkých hloubkách tvořeno jílovci a slínovci. V těchto podmínkách bylo položeno cca 564 m polyetylénového potrubí D 110 mm. Ve skalním podloží z toho bylo položeno cca 230 m s denním výkonem 45 m.
Ze zkušeností, které TALPA-RPF získala při realizaci těchto staveb, vyplývá, že systém duální tyče umožňuje poměrně efektivně provést bezvýkopovou pokládku potrubí.
Náklady na vrtání ve skalním masivu
Celkové náklady na vrtání ve skále ve srovnání s pokládkou v zeminách jsou pochopitelně vyšší, pohybují se cca na dvojnásobku až trojnásobku těchto cen. Navýšení ceny položky řízeného protlaku pro skalní podloží je v době přípravy stavby a tvorby rozpočtu velmi důležitým krokem. Pokud projektant nemá informace o složení půdního podloží a položku ocení standardním způsobem, pak projednání navýšení ceny během realizace je pro dodavatele obtížným, mnohdy nereálným úkolem.
Na náklady na provedení pokládky potrubí ve skalním podloží má největší vliv tvrdost hornin a její pevnost. Tyto parametry ovlivňují především dobu vrtání, ve velmi tvrdých horninách může rychlost vrtání poklesnout až na 1 m za 20 minut. Dalším parametrem ovlivňujícím ekonomiku pokládky jsou abrazivní vlastnosti dané horniny, tedy její schopnost opotřebit vrtné nářadí a vrtné tyče. Při výčtu činitelů ovlivňujících náklady nelze opomenout ani vliv strojníka, který musí vést vrt s citem a precizností, jakékoliv snahy o urychlení postupu vrtné korunky vedou k jejímu zrychlenému opotřebení a devastaci.
Závěr
Dosáhnutí úspěšného a řízeného vrtání ve skále je samozřejmě velký krok v celkovém vývoji technologie řízeného horizontální vrtání. Celý úspěch však nespočívá jen v záměně vrtných tyčí za duální a nasazení valivých dlát. Velký důraz musí být kladen také na přípravu stavby, na posouzení struktury horniny, její tvrdosti a abrazivity, vedoucí k výběru vhodné vrtné soupravy a typu valivých dlát. Rovněž důležité je odlišné plánování jednotlivých úseků pokládky tak, aby byly splněny podmínky technologie vrtání. Během vlastního vrtání je to také o trpělivosti a citu.
Vrtná souprava Ditch Witch® JT30 All Terrain® s duálními tyčemi se schopností změnit směr vrtání již blíží parametrům vrtných souprav s běžnými tyčemi. Přestože je výkonově omezena, úspěšně potvrdila své schopnosti efektivně pracovat ve skalních podložích při pokládkách malých profilů potrubí do 225 mm v místech, kde je nedostatek místa a vrty nemohou být dostatečně dlouhé. Perfektně se proto hodí na vrtání v intravilánech měst, kde jde také hlavně o co nejmenší omezení okolí – jak občanů, tak i dopravy.
Společnost TALPA-RPF volbou této vrtné soupravy rozšířila svou nabídku v oblasti bezvýkopových technologií a zajistila bezpečné provrtání skalního masivu ve svých stávajících a budoucích projektech.
Ing. Ivan Demjan, TALPA-RPF
TALPA-RPF, spol. s r. o.
Holvekova 36, 718 00 Ostrava - Kunčičky
tel.: +420 596 237 019
e-mail: talparpf@talparpf.cz , www.bezvykopu.cz
