Boring og sprengning

Boring og sprengning er den kontrollerte bruken av eksplosiver og andre metoder som gasstrykkssprengningmetoder, for å knuse stein før utgravning. Det er mest praktisert i gruvedrift, steinbruddsvirksomhet og konstruksjonsarbeider som ved bygging av demninger eller veiarbeid.

Boring og sprengning benytter i dag mange ulike varianter av eksplosiver med ulike sammensetninger og egenskaper. Eksplosiver med høyere detonasjonshastighet blir brukt til relativ hard stein for å kunne splintre og knuse steinen, mens eksplosiver med lav detonasjonshastighet blir brukt i myke steintyper for å generere mere gasstrykk og en bedre heving av massene. For eksempel, en sprengningsmanual fra tidlig på det 20. århundret sammenlignet effekten av svartkrutt med den fra en kile, og dynamitt med den fra en hammer.  De mest vanlige eksplosivene å bruke nå er ANFO-baserte blandinger fordi de er rimeligere enn dynamitt.

Før tunnelboremaskiner var boring og sprengning den eneste økonomiske måten å grave ut lange tuneller gjennom hardt fjell, hvor graving ikke var mulig. Selv i dag er metoden brukt i bygging av tunneller, for eksempel i byggingen av Lötschberg Base Tunnelen. Avgjørelsen om å konstruere en tunnel enten ved å bruke en TBM eller en bore- og sprengemetode inkluderer en rekke faktorer. Lengden på tunnelen er en nøkkelfaktor som må tas hensyn til fordi store TBM'er for fjelltunneler har en høy startkostnad, men fordi de vanligvis er raskere enn en bore- og sprengemetode er prisen per meter tunnel lavere. Dette betyr at kortere tunneler har en tendens til å bli mindre økonomiske å konstruere med en TBM og derfor blir de vanligvis konstruert ved å bore og sprenge. Hensyn til grunnforhold kan og bety mye for valget mellom de ulike metodene, avhengig av hva som er best tilpasset de ulike faremomentene i grunnen.

Historie 
Bruken av eksplosiver i gruvevirksomhet går tilbake til år 1627, når krutt først ble brukt for første gang som erstatning for mekaniske verktøy i den Ungarske byen Banská Štiavnica. Oppfinnelsen spredte seg raskt gjennom Europa og Amerika.

Mens boring og sprengning ble brukt i begrenset grad i før-industriell tid og de brukte krutt, (som for eksempel som med Blue Ridge Tunnel i USA, bygd på 1850-tallet), var det ikke før mer kraftige (og tryggere) eksplosiver, som dynamitt (patentert i 1867), i tillegg til at motoriserte bor ble utviklet, at det fulle potensialet av metoden ble fullt ut oppdaget.

Boring og sprengning var vellykket for å konstruere tunneler utover i verden, merkbare prosjekter er «Fréjus Rail» tunnelen, Gotthardtunellen, «Simplon»-tunnelen, Jungfraubahn og til og med verdens lengste veiltunnel, Lærdalstunnelen, er konstruert med denne metoden.

Prosedyre 

Som navnet tilsier, foregår boring og sprengning som følgende:

Et antall hull blir boret inn i fjellet/steinen, som deretter blir fylt med sprengstoff.
Detonasjonen av eksplosivene får steinen til å kollapse.
Småstein blir fjernet og den nye tunnelveggen blir forsterket.
Disse trinnene blir gjentatt inntil det ønskede gravearbeidet er fullført.

Plasseringen og dybden av hullene (og mengden med eksplosiver benyttet i hvert hull) blir bestemt av et nøye planlagt mønster, som, sammen med den riktige timingen av de individuelle eksplosjonene, vil garantere at tunnelen vil få et tilnærmet sirkelformet tverrsnitt.

Sprengningsmatter kan bli brukt under arbeidet for å avgrense trykkbølgen, dempe støvdannelse og lyd, for å unngå at stein flyr avgårde, og noen ganger for å styre retningen på sprengningen.

Alternative metoder

Mikrosprengning 
En ny metode, som har lik prosedyre, men en litt annerledes virkemåte, er bærebare mikrosprengningsverktøy som for eksempel Sierra Blaster. Sierra Blaster er et lite og bærbart sprengningsverktøy beregnet til små jobber som å dele kampesteiner eller fjerne små steinhammere. Verktøyet er nyttig i tomtearbeid og edelsteinsutvinning/smågruvedrift fordi effekten av sprengningen er veldig lokal og man unngår skader på andre objekter enn selve steinen, og sikkerhetsavstanden er bare 40 fot (13 meter). Sprengstoffet er også svakt og krever færre tillatelser for anskaffelse og bruk enn for kraftigere sprengstoff. (i USA.)

I konvensjonell steinsprengning borer man et hull og legger i en bestemt mengde sprengstoff, for eksempel dynamitt eller ANFO. Her blir like mye energi avgitt i detonasjonen uavhengig av hvor hardt materialet er og det kan sprute store mengden småstein.

Sierra blaster består av en liten patron hvor trykket på innsiden øker så lenge motstanden i steinen er stor nok til å holde patronen igjen. Når patronen sprekker stopper reaksjonen slik at man unngår unødvendig høyt trykk og steinsprut.

Teknisk virkemåte 

Sierra Blaster virker ved at man først borer et tynt hull med medfølgende bor, så dypt man vil. En patron legges i hullet, og ledningen imellom patronen og tenneren gjemmes i et spor i festepinnen til verktøyet. To små startpatroner som er inerte, blir tent elektrisk fra et batteri, og starter en kraftig ioniseringsprosess som antenner drivladningen. Drivladningen virker ved at en synergetisk sirkel starter og er selvregulerende- 1. Drivstoffet brenne og skaper trykk. 2. Trykket tillater at drivladningen brenner raskere og skaper høyere trykk. 3. Det ekstra trykket som blir generert tillater at drivladningen brenner enda fortere, og slik fortsetter det- inntil patronhylsen sprekker. Reaksjonen stopper så fort patronen er åpnet og ingen overflødig trykk blir dannet. Altså blir trykket som patronen genererer, begrenset av beholderens (som hylseveggen selv, stein eller betong utenfor hylseveggen) egenskaper. Det gjør at patronen kan brukes på et bredt utvalg av materialer og patronen kan dele kampesteiner på størrelse med biler  og deretter bitene til mye mindre steiner uten å sende av gårde flygende biter. Jo hardere materialet er, jo bedre sprekker det opp.
Toppdelen av verktøyet har en gummiring til å plassere tunge steiner oppå- uten vekt oppå vil verktøyet fly ut under detonasjonen med liten effekt på det som skal sprenges. Verktøyet fungerer som en propp i borehullet, og som kobling for detonatorer og ledninger.
Det er meningen at man alltid fyller borehullet med vann hvis vann er tilgjengelig; patronene er vanntette. I et hull som er dypere enn patronen, vil sprengningseffekten nærmest utebli om ikke hulrommet fylles med vann.

Fjellsikring 
Etter som en tunnel eller utgravning skrider fram trenger taket og sideveggene å bli støttet opp for å stanse steinene fra å falle ned i arbeidsområdet. Fremgangsmåtene for å sikre steinen varierer bredt men typiske fjellsikringssystemer kan inkludere:
Fjellsikringsbolt eller stein-nagler
Sprøytebetong
Stenger eller stålhimlinger og stoppsikringer
Kabelbolter
Byggbetong
Typisk skulle et fjellsikringssystem inkludere flere av disse metodene, hver av de ment for å inneha en spesifikk rolle i sikring av stein slik som kombinasjonen av bolter og sprøytebetong.

Bilder

Referanser

Litteratur

Eksterne lenker 

"Air Curtain Fences Blast" Popular Mechanics, August 1954, pp. 96–97, den nøyaktig kontrollerte sprengningen i 1954 for å binde sammen de to reservoarene på et vannkraftverk i de Kanadiske Niagara-fossene.

Tunnelbygging
Gruvedrift
Eksplosiver
Bygningsarbeid