نوشته های مشابه
روش هاي حفاري و تونل انتخاب ماشين حفاری :به طور كلي روش هاي حفاري را مي توان به دو نوع اصلي تقسيم بندي كرد . يكي از روش هاي سنتي شامل مته كاري و آتش باري جهت شكافتن سنگ مي باشد ، ديگر روش هاي حفاري و گود برداري پيوسته كه در آن سنگ را با ماشين گودبرداري مي كنند اين روش خود به دو نوع تقسيم مي شود ، يكي روش هاي سپري كه در آن سپري را به طرف سينه كار مي رانند و يك تكيه گاه پيوسته براي سقف ايجاد مي كنند و ديگي روش هاي حفاري كه در آن ماشين حفاري سينه كار را مي شكافد . در هر صورت برحسب شرایط اعم اززمین شناسی، نوع کاربری تونل، سطح مقطع تونل، میزان پیشروی، میزان سرمایه مورد نیاز، مدت انجام پروژه و مهمتر ازهمه نوع سنگ در انتخاب روش موثر است.
روش هاي حفاري به طور خلاصه :
- حفر تونل به روش كند و پوش
- حفر تونل به روش آتش باري
- حفر تونل توسط ماشين هاي بازويي
- حفر تونل توسط ماشين هاي تمام مقطع
اين روش در مواردي امکان پذير است که در محل مرد نظر، سازه هاي سطحي وجود نداشته باشد ويا تخريب آنها امکان پذير باشد مهمترين موارد کاربرد روش کند وپوش به شرح زيراست. :
الف- در تونلهاي زير سطح ايستابي به منظور احداث ناحيه حد واسط بين ترانشه اوليه و تونل اصلي
ب- دهانه تونل هايي که در نواحي کوهستاني احداث مي شوند.
ج-مناطق شهري
روشهاي اجرا :
بسته وضعيت زمين وشرايط موجود در محل، از روشهاي مختلفي استفاده مي شود که مهمترين آنها عبارتند از:
- روش گود برداري با ديواره شيرواني،که دراين روش ديوارهاي ترانشه به صورت شيرواني يعني با ديواره هاي کم شيب احداث مي شود ونيازي به سيستم نگهداري ندارد.
- روش ميخ کوبي ديواره که درآن ديواره پر شيب ترانشه را بوسيله ميله هاي فولادي به طول چندين متر، ميخ کوبي مي کنند
- روش نگهداري ديواره با سپر فولادي — روش استفاده از پايه هاي فولادي
- روش ديوار سازي بتني که در اين روش،قبل از عمليات گود برداري، ديوار قائمي به ضخامت ۵۰ تا۸۰ سانتي متر در دو طرف ديواره ترانشه مورد نظر احداث مي شود که نقش ديواره حائل وپرده آب بندي را بر عهده دارد.
- روش استفاده از ديوار پيش ساخته که در اين روش نيز عمليات مقدماتي يعني حفر گودال، به همان روشهاي قبلي انجام مي گيرد و پس از آنکه گودال تا عمق مورد نظر حفاري شد، قطعات پيش ساخته بتني رادر داخل آن قرار مي دهند.
برای اینکه راندمان حفر تونل را بالا ببرند، در قسمت های میانی جبهه کار تعدادی چال نزدیک بهم وبا زوایای مخصوص حفر می کنند ونقشه انفجار را طوری در نظر می گیرند که ابتدا این چالها منفجر شود و یک جبهه کار آزاد برای سایر چالها فراهم سازد. مجموعه این قبیل چالها به نام برش نامیده می شود، این برشها انواع مختلفی دارند که درزیر به شرح آنها می پردازیم :
۱) حفر تونل به روش موازي :
برش های موازی اغلب برای تونل های کوچک مقطع به کار می روند ، اما می توان برای حفر تونل های بزگ مقطع نیز استفاده کرد. دربرش موازی یک یا چند چال خالی به صورت افقی و با قطر زیاد (۶۵ تا ۱۷۵ میلی متر)موازی یکدیگروعمود برسینه کارحفر کرده و در اطراف آنها و به فاصله ۱۰ تا۲۰ سانتی متری چالهایی با قطر کم و نزدیک به یکدیگر و باخرج گذاری مناسب به وجود می آورند.چال های قطور که خرج گذاری نمی شوند، نقش سطح آزاد را برای چال های کوچک دارند و چال های کوچک با تاخیرهای ۲۰ تا۳۰میلی ثانیه آتش می شوند . برش های موازی به اشکال مختلفی تحت نام های متفاوت صورت می گیرند که دارای ویژگی های مشترکی به شرح زیر می باشند:
چال ها باهم موازی، افقی وعمود برسینه کارهستند. چال ها به نوبت منفجرمی شوند.
برخی ازچال هاخرج گذاری نمی شوند
هنگام کار با برش موازی نکات زیر دقیقا باید رعایت شوند:
● آرایش، امتداد وخرج گذاری چال ها مطابق آنچه که مقرراست اجرا گردد.
● هرگونه تعدیل نظیرازدیاد فاصله چال ها و میزان خرج ، پیشروی را کم می کند.
● آتش کردن چال های هربرش مطابق طرح مربوطه صورت گیرد.
● در۶ یا ۸ چال نزدیک به چال خالی نباید خرج فشرده درته چال بکار برد.
حفرتونل به روش غیرموازی (زاویه ای(:
دربرش غیرموازی حفره ای که درابتدای انفجار و مرکزتونل بوجود می آید شکل مخروط دارد و نتیجه انفجارچال هایی است که افقی اند، باامتدادتونل موازی نیستند و برسینه کارتونل عمود نمی باشند. این برش رادرجایی بکارمی برندکه سطح مقطع تونل زیادباشد زیرا حفر چال درامتدادی غیرموازی با محورتونل مستلزم وجود فضای کافی برای استقراردستگاه چالزنی می باشد.
۱ -برش گوه ای V cut ) )برای سنگهای متورق و شکاف دارمناسب است.چال ها افقی و مایل با محورتونل حفر می شوند و دراثر انفجار شکل گوه ای مانند ایجاد می شود .
۲- برش بادبزنی Fan cut ) ) برای سنگ های متورق مانند شیل مناسب بوده و بیشترین موارد استعمال این روش درحفظ تاسیسات مثل چوب بست از اصابت سنگ درنزدیک سینه کار است.
۳- برش هرمی(مرکزی) : این نوع برش برای حفر تونل درسنگ های سخت بکار می رود. ازمعایب این روش می توان به مصرف زیاد ماده منفجره، لرزش زیاد هوا و گرد و خاک و نیازداشتن به مهارت بالا جهت حفر چاه نام برد.
مزایا و معایب برش موازی وزاویه ای درحفرتونل:
● حفرچال موازی ساده ترازچال غیرموازی است. میزان خردشدن سنگ درچال موازی بیش از زاویه ای است.
● درموازی ، چال های برش حتما باید موازی یکدیگر و عمود بر سینه کار باشد (درغیراین صورت پیشروی کم وطول ته چال زیاد خواهدبود).
● دربرش زاویه ای بایدانتهای چال بهم نزدیک باشد(درغیراین صورت پیشروی کم است).
حفر تونل به وسيله ماشين هاي بازويي :
در ماشینهای بازویی ، یک یا چند بازوی حفار وجود دارد که سطح مقطع آن به مراتب کمتر از سطح مقطع تونل است و با جابجاکردن آن در نقاط مختلف مقطع ، تونل را حفاری می کنند.
شیوه حفاری به وسیله ماشین بازویی
حفرسنگ به وسیله ماشین بازویی طی یکی ازدومکانیسم پودرکردن و وتراشه کردن انجام می گیرد.
۱-حفاری به روش پودرکردن : دراین شیوه، محور دوران سرمته در امتداد محور بازوی دستگاه است. سرمته نیز حالت مخروطی دارد و بتدریج با نفوذ سرمته به داخل سنگ ، تعداد بیشتری از ناخنها در حفر درگیر می شوند و بدین ترتیب، سنگ تا عمق مورد نظر حفر می شود و با تغییر موقعيت سرمته، این عمل در نقاط مختلف مقطع تونل انجام می شود. این شیوه حفر سبب می شود که دستگاه برای حفرسنگهای محکم ونیز حفاری در شرایط دشوار زمین شناختی، مناسب باشد.
۲-حفاری به روش تراشه کردن : این شیوه حفاری عمدتا درماشینهای حفار پیوسته و برای حفر سنگهای نرم و ضعیف بکار می رود و یکی از موارد کاربرد آن ، حفر لایه های زغال وسنگهای رسوبی اطراف آن است.
مزایاومعایب دستگاه های بازویی
الف-مزایا
- ازآنجا که در این دستگاهها عملیات حفاری ، بارگیری مواد حفرشده و تخلیه آنها همزمان انجام می گیرد لذا درمقایسه با روشهای سنتی ، باصرفه ترند.
- درزمینهای نرم ونیمه سخت، سرعت پیشروی زیاد است. پرسنل مورد نیاز محدود است.
- با هدایت صحیح بازو می توان مقطع تونل را مطابق شکل از قبل تعیین شده حفرکرد و بدین ترتیب ، از اضافه حفاری جلوگیری کرد.
ب-معایب - هزینه های سرمایه گذاری اولیه زیاد است. پرسنل موجود باید مهارت های ویژه ای داشته باشد.
- ماشین به هنگام حفر ، گرد و غبار زیادی تولید میکند.هزینه حمل قطعات و سوار کردن ماشین نسبتا زیاد است.
حفر تونل به روش ماشين تمام مقطع :
به طور كلي مهمترين مزاياي حفاري توسط ماشين تمام مقطع نسبت به ساير روش هاي حفاري :
- بيشترين نرخ پيشرفت و حفاري بدون توقف
- كاهش صدمات و آسيب به سنگ و كاهش سيستم نگهدارنده مورد نياز
- بالا بودن ضريب ايمني
- توانايي منترل از راه دور و اتوماتيك
به طور كلي مي توان انواع تمام مقطع را به سه دسته تقسيم كرد :
- ماشين هاي حفار بدون سپر ( مناسب جهت حفاري در سنگ هاي سالم و بدون درز )
- ماشين هاي حفار سپري ( مناسب جهت حفاري در سنگ هاي ضعيف و درزه دار )
۲ – ۱ )ماشين هاي حفار با سپر معمولي
۲ – ۲ ) ماشين هاي حفار با سپر تلسكوپي
۳) ماشين هاي حفار خاص
انتخاب ماشين بر اساس شرايط زمين شناسي
تونل هايي كه توسط ماشين تمام مقطع حفاري مي شوند به طرز قابل ملاحظه اي با تونل هاي حفر شده به روش آتش باري و ماشين هاي بازويي متفاوت مي باشند . اين اختلاف به طور عمده مربوط به عدم انعطاف پذيري زياد ماشين هاي تمام مقطع است .
از جمله مسائل و مشكلات ناشي از تاثيرات متقابل بين ماشين و سنگ عبارتند از :
- نصب سيستم نگهدارنده با وجود جريان آب هاي زيرزميني و ناپايداري
- گير افتادگي و آسيب به كله حفاري و تيغه ها در اثر سقوط سنگ
- سقوط و پراكنده شدن بلوك هاي سنگي در جبهه كار
- انباشته شدن نخاله هاي حاصل از حفاري در سطل هاي جمع كننده و نوار نقاله
- برداشتن سنگ هاي خرد شده و جمع شده از كف تونل
- وجود كاني هاي مقاوم ( از قبيل كوارتز ) در برابر سايش
- وجود زون هاي برشي و خرد شده ناشي از فعاليت هاي گسلي
- وجود سنگ هاي داراي خاصيت تورم و بادكردگي
با توجه به مطالب ارائه شده ، شناخت وضعيت زمين شناسي محل اجراي پروژه بسيار مهم و ضروري مي باشد ، در اين راستا مي بايستي مطالعات زمين شناسي مهندسي به گونه اي اصولي و هدفمند باشد .يكي از مهمترين تحقيقات زمين شناسي مهندسي ، حفر يك تونل اكتشافي در تمام محدوده مسير تونل و يا مجاورت آن است .
از ديگر مطالعات زمين شناسي مهندسي مي توان به اجراي گمانه هاي پيشرو ( افقي ) و اكتشافي در طول مسير ، انجام آزمايشات مكانيك به صورت برجا و آزمايشگاهي جهت تعيين پارامترهاي مقاومتي و مطالعات ژئوفيزيكي اشاره نمود.
مشخصات ماشين هاي تمام مقطع :
۱)صفحه حفار :
صفحه دايره اي يا مخروطي شكل است ، كه بر روي آن تيغه هاي حفاري قرار مي گيرد و حول محوري به موازات محور تونل مي چرخد . اين صفحه بر حسب شرايط زمين شناسي پروژه از جمله ليتولوژي ، استحكام و درزه داري به اشكال مسطح ، مخروطي ، ستاره مركب از بازوهاي فلزي و ياتركيبي از چند صفحه دايرهاي كوچكتر طراحي و مورد استفاده قرار مي گيرد .
۲) تيغه هاي حفاري :
تيغه هاي حفاري كه وظيفه خرد كردن و حفر سنگ برعهده دارند ، بر روي صفحه حفار نصب مي گردند . بر اساس اي به عمل آمده اين ابزار را براساس مقاومت تراكمي تك محوري سنگ ها مي بايستي طراحي نمود
جدول ۱-۲ : رده بندي سنگ ها بر اساس قابليت حفاري به وسيله ماشين هاي حفار تمام مقطع
| رده بندي | مقاومت فشاري تك محوري (kg/cm2) | نوع سنگ (ليتولوژي) |
| زمين نرم | ——– | رس ، سيلت و شن سيماني نشده ، مارن |
| سنگ نرم | كوچكتر از ۵۵۰ | شيل ، توف ، سنگ رس و ماسه سنگ |
| سنگ نيمه سخت | ۵۵۰ – ۱۷۰۰ | بعضي از انواع بازالت ، گرانيت و آندزيت ، انواع متوسط ماسه سنگ ، آهك ، دولوميت ، چاك ، ريوليت ، گنيس و شيست |
| سنگ سخت | بيش از ۱۷۰۰ | بعضي از انواع بازالت ، گرانيت و آندزيت ، ماسه سنگ ، آهكي كه به خوبي سيماني شده اند ، مرمر، چرت ، ديوريت ، كوارتزيت و آرژيليت |
۳) چنگ زن ها (كفشك هاي جانبي ) نقش اصلي اين جك ها ، ايجاد تكيه گاهي جهت حركت دستگاه به سمت جلو مي باشد .اصولا چنگ زن ها بر حسب نوع سيستم نگهدارنده تونل به دو دسته تقسيم مي شوند .
۳ – ۱ ) چنگ زن هاي طولي :
اگر سيستم نگهدارنده تونل به صورت قطعات پيش ساخته بتني بوده وداراي استحكام و مقاومت بالايي باشد ، از اين جك ها به گونه اي كه به موازات محور دستگاه باشند ، استفاده مي شود .
۳ – ۲) چنگ زن هاي عرضي :
در صورتي كه سيستم نگهدارنده تونل به صورت موقت و داراي مقاومت كم باشد ، مي بايستي زوج جك هاي عمود بر محور دستگاه ، شرايط مناسب جهت حركت ماشين را فراهم آورد .
۴) جك هاي هيدروليكي تراست :
جك هاي تراست به موازات محور دستگاه ، بين صفحه حفار و چنگ زن ها قرار مي گيرند . حداكثر كورس باز شدن اين جك ها ، تعيين كننده طول پيشروي در هر گام مي باشد .
۵) سيستم باگيري و تخليه :
به دنبال حركت تيغه هاي حفازي بر روي سينه كار ، تراشه هايي از توده سنگ جدا شده و در جلوي صفحه حفار ريخته مي شود . به منظور تخليه نخاله هاي حاصله ، توسط سيستمي متشكل از پاكت ها (سطل هاي ) تعبيه شده در پيرامون سر مته و نوار نقاله ، نخاله هاي حصل از حفاري به پشت دستگاه منتقل مي گردد . لازم به ذكر است تعيين اندازه ، شكل و ساير پارامترهاي مؤثر در طراحي سطل ها و نوار نقاله مي بايستي،بر اساس شرايط زمين شناسي و مشورت با زمين شناس مهندس انجام پذيرد .
