1. זהה את שיטת החפירה לפני בחירת דגם
ההחלטה הראשונה היא האם הפרויקט דורש חפירה מכנית, יניקה הידראולית או שילוב של שניהם.
מחפר חותך שאיבה (CSD) משחרר חומר עם ראש חותך מסתובב ומעביר את הסילוף שנוצר דרך צינור. זה נחשב בדרך כלל עבור חפירת נהרות, חפירת חול, השבת קרקע, ופרויקטים שבהם יש לשאוב חומר ישירות למקום ייעודי.
מחפר שאיבה נגרר (TSHD) פועל אחרת. הוא אוסף חומר רופף בקרקעית הים דרך ראש גרירה נגרר בזמן שהכלי נע, מאחסן את התערובת במיכל המשולב שלו, ומעביר אותה למקום הפריקה. הסדר זה שימושי במיוחד עבור מיצוי חול בים, תחזוקת ערוצי ניווט ופרויקטים גדולים של הנדסת חוף.
מחפרון משתמש במחפר המותקן על פלטפורמה צפה או פונטון. הוא מתאים לחפירה מבוקרת במים סגורים, ליד קירות המזח, ובמקומות בהם יש להוציא חומר מאזור מוגדר. התאמתו תלויה בעומק החפירה, בטווח הגעה, בתנאי הקרקע ובדיוק המיקום הנדרש.
מחפרת אחיזה מוציאה חומר באמצעות דלי התלוי על מנוף או מערכת הרמה. זה יכול להיחשב עבור חפירה מקומית, בורות עמוקים, הסרת משקעים מזוהמים עם אמצעי בלימה מתאימים, ופרויקטים שבהם טיפול מכני הוא יתרון.
מחפרת סולם דליים משתמשת בשרשרת רציפה של דליים כדי לחפור ולהרים חומר. זה עשוי להתאים לפעולות חפירה רציפה והשבת מינרלים מסוימות, בהתאם לפיקדון ולמערכת העיבוד במורד הזרם.
מחפר שאיבה רגיל משתמש בצינור יניקה ובמשאבת מחפר ללא ראש חותך מכני. כדאי לשקול מתי החומר רופף מספיק וניתן לשינוע הידראולית ללא התנגדות חפירה או חסימה מוגזמת.
מחפרות גלגלי דלי משלבות חפירה מכנית עם גלגל עם דליים או אלמנטים חיתוכים. בהתאם לתכנון, ניתן להשתמש בהם ליישומי כריית חול, מיצוי מינרלים או חפירה רציפה.
אלה לא מכונות הניתנות להחלפה. הבחירה הנכונה תלויה במה יש לחפור, כיצד יועבר החומר ובתנאים בהם הציוד חייב לפעול.
2. הערך את החומר לפני קביעת תצורת הציוד
התכונות הפיזיקליות של החומר הן בין הגורמים החשובים ביותר בבחירת מחפר.
לעתים קרובות ניתן להעביר חול רופף ומשקעים עדינים באופן הידראולי, בתנאי שהמשאבה והצינור מתוכננים כהלכה. חימר קומפקטי עשוי לדרוש כוח חפירה גדול יותר. חצץ וחלקיקים גדולים עלולים לגרום לבעיות אם הם חורגים מיכולת הטיפול של פתח היניקה או המשאבה. משקעי שוחקים עלולים להגביר באופן משמעותי את הבלאי בשיני החותך, ספינות המשאבה וצינורות.
ההערכה ההנדסית צריכה לקבוע:
האם המשקע מורכב בעיקר מחול, סחף, חימר, חצץ או סלע.
בין אם החומר רופף, דחוס, מוצק או מעורב.
האם קיימים אבנים גדולות, פסולת או חפצים זרים אחרים.
האם יש להוביל את החומר כסילוף או להרים אותו בצורה מכנית.
האם החומר יימכר, יעובד, יעשה בו שימוש חוזר לצורך טיוב או ייפטר.
הנקודה האחרונה חשובה כי מטרת החפירה משפיעה על סידור הציוד המלא. לדוגמה, פרויקט כריית חול עשוי לדרוש מערכת סינון או עיבוד מינרלים לאחר חפירה, בעוד שפרויקט טיוב עשוי לדרוש צינור הזרמה ארוך והצבה מבוקרת של החומר.
3. התאם את כלי השיט לאתר ולדרישות התחבורה
מחפר חייב להיות מסוגל להגיע לאתר העבודה, לפעול בבטחה ולהעביר חומר ליעדו.
עבור פרויקט נהר, עומק המים הזמינים, רוחב הערוץ, מרווח הגשר, זרם והגבלות ניווט עשויים לקבוע את ממדי כלי השיט וסידור המיקום. מחפר מודולרי קומפקטי עשוי להיות מעשי יותר מכלי שיט משולב גדול יותר כאשר הציוד חייב להיות מועבר יבשתי ולהרכיב אותו באתר.
עבור פרויקט ימי, כושר הים, ההנעה, תנאי מזג האוויר, קיבולת הבור והמרחק לאזור הסילוק או הטיוב הופכים חשובים יותר. מחפרת הופר הנעה עצמית עשויה להתאים כאשר יש לאסוף חומר בים ולהוביל למקום אחר.
עבור עבודות נמל מצומצמות, מחפרון או מחפרת חפירה עשויים לספק שליטה טובה יותר על חפירה מקומית. עם זאת, על המהנדס להעריך את יכולת ההרמה, טווח הפעולה, יציבות הפלטפורמה והיכולת לשמור על פרופיל החפירה הנדרש.
לפיכך יש להתאים את גודל הכלי לפי מגבלות האתר והעבודה שעליו לבצע, ולא לפי העדפה כללית לציוד גדול יותר.
4. חשב את כושר הייצור וההובלה הנדרשים
קיבולת המשאבה הנומינלית של מחפרן או גודל הדלי אינם מייצגים ישירות את נפח החומר השמיש המועבר ליעד הסופי.
הייצור בפועל תלוי במאפייני החומר, עמידות בחפירה, ריכוז מוצקים, שעות פעילות, זמן מיקום, השבתת ציוד, הפסדי צנרת, והשיטה המשמשת להובלה או פריקה של החומר.
עבור חפירה הידראולית, צוות ההנדסה חייב להעריך את זרימת הבליעה, ריכוז המוצקים, קוטר הצינור, מרחק ההובלה הכולל, הפרש הגבהים והצורך במשאבות דחיפה. עבור חפירת הופר, הניתוח צריך לכלול קיבולת הופר, זמן העמסה, מרחק הפלגה, זמן הפריקה והמחזור הנדרש לחזרה לאזור החפירה.
עבור חפירה מכנית, ההערכה צריכה לכלול קיבולת דלי או אחיזה, זמן מחזור, מגבלות הרמה, זמינות דוברה וטיפול בחומר שנחפר.
היעד צריך לבוא לידי ביטוי במדד ייצור מוגדר בבירור, כגון מטר מעוקב של חומר במקום שנחפר ביום. זה שונה מנפח החומר הרופף המועבר, מנפח הרחצה הנשאבת או מנפח החומר הכולל שהונח ביעד.
אומדן ייצור מציאותי חיוני לפני שמחליטים כמה כוח מנוע, קיבולת משאבה, קיבולת אחסון או ציוד עזר נדרש.
5. התאם אישית את מערכת החשמל והציוד התומך
לאחר קביעת שיטת החפירה ויעד הייצור, היצרן יכול לקבוע את דרישות ההספק.
עבור מחפר שאיבה חותך, ייתכן שהתכנון צריך לקחת בחשבון את משאבת החפירה, ראש החותך, המערכות ההידראוליות, הכננות ועומסי העזר. למחפר שאיבה נגרר יש פרופיל כוח שונה מכיוון שהוא חייב לתמוך גם בפעולות הנעה, טעינה ופריקה של כלי השיט.
מחפרות מכניות דורשות כוח ויכולת הרמה המתאימים למחפרים, האוחזים, המנופים ומערכות המיקום שלהם.
תהליך הבחירה צריך לשקול את הדברים הבאים:
כוח נדרש בנקודת ההפעלה המיועדת.
יעילות הילוכים ועומסי עזר.
זמינות דלק ויכולת שירות במיקום הפרויקט.
דרישות קירור ואוורור.
זמינות חלקי חילוף ומרווחי תחזוקה צפויים.
השפעת תנאי ההפעלה על אמינות הציוד.
הגדלת כוח המנוע ללא חישוב מחדש של המערכת השלמה לא בהכרח מגדילה את הייצור. המטרה היא להבטיח שהמנוע, ציוד החפירה, מערכת הטיפול בחומרים וסידור ההובלה פועלים יחד ביעילות.
6. שקול תחזוקה, רילוקיישן והעלות הכוללת של בעלות
מחיר הרכישה הוא רק חלק אחד מעלות הפעלת מחפרת. דלק, חלקי בלאי, עבודת תחזוקה, הובלה, גיוס, זמני השבתה וזמינות התמיכה הטכנית יכולים כולם להשפיע על עלות הפרויקט הסופית.
עבור פרויקטים מרוחקים, מבנה מודולרי עשוי להפחית את קשיי התחבורה ולהקל על ההרכבה. רכיבים מתוקננים עשויים לפשט את התחזוקה אם חלקים מתאימים זמינים בקלות במדינת היעד. עבור פעולות ארוכות טווח, יש לשקול גישה למשאבה, למנוע, לציוד הידראולי ולרכיבים אחרים המטופלים בתדירות גבוהה בשלב התכנון.
גם דרישות הסביבה חשובות. בהתאם למיקום, ייתכן שהפרויקט יצטרך לטפל בעכירות, סילוק משקעים, רעש, פליטות או הגבלות על שעות עבודה ופעילויות עונתיות.
התצורה החסכונית ביותר היא לא בהכרח זו עם המחיר ההתחלתי הנמוך ביותר. התצורה היא שיכולה להשלים את העבודה הנדרשת בצורה בטוחה ומהימנה בעלות כוללת מקובלת.
7. לקחים מפרויקטי חיפור בינלאומיים גדולים
מקרה 1: Maasvlakte 2, נמל רוטרדם, הולנד
הרחבת Maasvlakte 2 יצרה נמל חדש ואדמות תעשייה בנמל רוטרדם. הפרויקט דרש שאיבת חול מקיפה בים, טיוב קרקע, חפירת אגן נמל והקמת הגנות חוף.
על פי מידע על פרויקט Boskalis ו-Royal IHC, מחפרני שאיבה נגררים העבירו כמויות גדולות של חול מאזורי מיצוי ימי אל אתר ההשבה. כמו כן, נעשה שימוש במחפרות שאיבה חותכות למשימות חפירה ספציפיות, כולל העמקת שטח הנמל.
הלקח ההנדסי הוא שפרויקט טיוב גדול אינו מסתמך בהכרח על סוג מחפר אחד. איסוף והובלה של חומרים בים עשויים להעדיף מחפרני הופר, בעוד שחפירה מקומית ואספקה ישירה של צינורות עשויה להעדיף מחפרני יניקה חותכים. ניתן לשלב ציוד תומך ושיטות בנייה נפרדות כדי לעמוד בדרישות שונות בתוך אותו פרויקט.
מקורות: Boskalis - גיליון פרויקט Maasvlakte 2 ו-Royal IHC - התגברות על אתגרים בהרחבת הנמל.
מקרה 2: הרחבת תעלת פנמה, פנמה
הרחבת תעלת פנמה כללה שיפורים גדולים בתעלות ניווט וחפירה בתנאים גיאולוגיים תובעניים.
רשות תעלת פנמה דיווחה כי ספינת מחפרת החותך ד'ארטניאן נפרסה לעבודה בכניסה לאוקיינוס השקט. הוא תוכנן לחפירת אזורי סלע קשיחים שדרשו קודם לכן קידוח ופיצוץ. הפרויקט דרש ציוד המותאם במיוחד לתנאי הקרקע ולא לתצורה קונבנציונלית המיועדת רק לחול או סחף רגילים.
מקרה זה מדגים מדוע ההערכה הגיאולוגית חייבת להקדים את בחירת הציוד. אם הפרויקט כולל סלע קשה, על המהנדס להעריך את חוזק הסלע, תכנון החותך, הכוח המותקן, עומסים מבניים והצורך הפוטנציאלי בטיפול מקדים. אין לציין מחפר לחפירת סלע רק בגלל שהמשאבה או המנוע שלו בעלי דירוג גבוה.
מקור: רשות תעלת פנמה - עדכון על הרחבה.
מקרה 3: העמקת נמל מיאמי, ארצות הברית
חיל ההנדסה של צבא ארה"ב תיעד את פרויקט העמקת נמל מיאמי, שהעמיק והרחיב את ערוצי הניווט כדי להכיל כלי שיט גדולים יותר. הפרויקט כלל פינוי של יותר מחמישה מיליון מטרים מעוקבים של סלע, אבן גיר וחול, והושלם בספטמבר 2015.
הפרויקט ממחיש כיצד חוזה ערוץ ניווט עשוי לכלול חומרים ודרישות חפירה שונות בתוך אתר עבודה אחד. בחירת הציוד חייבת לקחת בחשבון את הפרופיל הגיאולוגי, ממדי הערוץ הנדרשים, מגבלות ניווט, הפחתת הסביבה ולוח הזמנים של הבנייה.
הלקח להתאמה אישית של מחפרות הוא שהעומק שצוין לבדו אינו מספיק. סוג החומר, גיאומטריית החפירה, רצף העבודה ומגבלות סביבתיות יכולים כולם להשפיע על הבחירה של ציוד מחפר וציוד תומך.
מקור: חיל ההנדסה של צבא ארה"ב - העמקת נמל מיאמי.
8. מידע שהקונים צריכים לספק לפני שהם מבקשים מחפר מותאם אישית
חקירה ראשונית שימושית צריכה לכלול את המידע הבא:
מיקום הפרויקט ותנאי נתיב המים.
עומק חפירה ומידות חפירה נדרשים.
סוג החומר ותוצאות בדיקות קרקע או משקעים זמינות.
נדרש ייצור יומי או חודשי.
מרחק והגבהה בין מקומות חפירה ושחרור.
האם החומר יישאב, יאוחסן על הסיפון, יועבר לדוברות או יפרוק מכנית.
הגבלות גישה לאתר, תחבורה והרכבה.
דרישות דלק מקומיות, תחזוקה, חלקי חילוף וסביבה.
צילומים, סקרים באטימטריים, תוכנית אתר בסיסית ותוצאות בדיקות משקעים יכולים לעזור ליצרן להבין את הפרויקט בצורה מדויקת יותר.
אם הקונה אינו יכול לספק כל פרט בהתחלה, על היצרן לזהות את המידע החסר ולהסביר אילו הנחות ראשוניות יש לאשר לפני אישור מפרטי הציוד הסופי.
שאלות נפוצות
ש: איזה סוג מחפר הוא הטוב ביותר עבור חפירת נהרות?
ת: הבחירה תלויה בעומק הנהר, משקעים, הייצור הנדרש, סידור ההזרמה והגבלות האתר.
ש: איזה מחפר מתאים למיצוי חול בים?
ת: מחפר שאיבה נגרר נחשב לעתים קרובות כאשר יש לאסוף חול בים ולהעביר אותו במיכל כלי השיט.
ש: האם מחפרת חותך היא תמיד הבחירה הטובה ביותר לטיוב קרקע?
ת: לא; הבחירה תלויה במקור החול, מרחק ההובלה, תנאי האתר, והאם אספקת צינור ישירה או הובלה מבוססת כלי שיט היא מעשית יותר.
ש: מתי יש לשקול מחפרון או מחפרן?
ת: סוגים אלה עשויים להתאים לחפירה מקומית, מים סגורים ופרויקטים הדורשים הסרה מכנית מבוקרת.
ש: מה קובע את כוח המנוע הנדרש?
ת: כוח המנוע תלוי בציוד החפירה, במשאבה או בעומסי הרמה, במערכת ההילוכים, בציוד העזר ובתנאי ההפעלה המיועדים.
ש: האם מחפר מותאם אחד יכול להתמודד עם כל פרויקט?
ת: לא; יש להגדיר את הציוד עבור החומר הספציפי, עומק העבודה, יעד הייצור, שיטת ההובלה והגבלות האתר.
מַסְקָנָה
התאמה אישית של מחפר מעשי מתחילה בהבנת הפרויקט במקום בבחירת דגם כלי שיט תחילה. לחפירות מכניות, מחפרות הידראוליות ומערכות חפירה משולבות יש מאפייני הפעלה שונים, וכל אחת מהן עשויה להתאים בתנאים מסוימים.
הרצף הנכון הוא לזהות את החומר, סביבת העבודה, הייצור הנדרש וסידור ההובלה; בחר את שיטת החפירה; ולאחר מכן לקבוע את ממדי כלי השיט, מערכת החשמל, ציוד החפירה, קיבולת הצינור או הבור, והוראות התחזוקה.
מחפר מותאם אישית הוא לא בהכרח המכונה הגדולה או החזקה ביותר. הוא זה שהתצורה המלאה שלו תואמת את הדרישות ההנדסיות בפועל ויכולה לספק ביצועים אמינים לאורך כל הפרויקט.
