حفاری در كل به دو گروه تقسیم بندی میشود :
الف : حفاری مكانیكی
ب : حفاری به روش آتشكاری
در روش آتشكاری سینه كار تونل و فضاهای زیرزمینی محل چالها مشخص میشود و بعد از مشخص شدن آكس تونل و با توجه به شكل هندسی فضای زیرزمینی محل چالها مشخص میشود و بعد از حفاری توسط دستگاههای حفاری از جمله چكش دستی و یا دریل واگن و یا جامبو و دریل توسط چاشنی و دینامیت خرج گذاری و منفجر میگرددكه این روش بیشتر در فضاهای بزرگ كاربرد دارد. حفاری در این فضاها به صورت پله ای انجام میگیرد. روش حفاری مكانیكی خود به دو گروه تقسیم بندی میشود :
1- حفاری به صورت تمام مقطع با دستگاههای T.B.M : این دستگاهها به صورت كامل، مقطع را با یك صفحه برش كه در جلو دستگاه نصب شده است و حول محور تونل میچرخد ، حفاری مینمایند. این دستگاه روی ریل نصب شده كه با پیشروی تونل، ریل گذاری انجام شده و حفاری به صورت مداوم انجام میگیرد.
2- حفاری به صورت موضعی با دستگاه كله گاوی : این دستگاه برای زمینهایی كه به صورت ریزشی میباشند ، بیشتر كاربرد دارد و دارای یك یا دو بازو میباشند كه به انتهای آن یك وسیله حفاری وصل شده است كه حول بازو میچرخد و مقطع را كم كم بزرگ مینماید و مصالح را روی یك سینی كه جلو دستگاه میباشد ریخته و توسط یك تسمه نقاله به انتهای دستگاه انتقال داده و تخلیه مینماید.
حفر تونل به روش كلاسیك (چالزنی و انفجار)
سیكل حفر تونل
حفر تونل به روش چالزنی و انفجار بصورت یك سیكل انجام میگیرد بطوریكه فازهای مختلف كار بصورت تكرار همدیگر را دنبال میكنند . یك سیكل كامل، یك دور نامیده میشود و در هر دور یك مقدار حقیقی از تونل حفر و ایجاد كه مقدار پیشرفت هر دور نامیده میشود (معمولاً 1 تا 5 متر است)
هر دور حداقل شامل مراحل زیر میباشد :
- چالزنی
- خرج گذاری
- انفجار و تهویه
v لق گیری
v بارگیری و حمل مواد كنده شده
علاوه بر فازهای ذكر شده سایر فازهای به شرح زیر نیز مورد احتیاج هستند، مانند :
v دوختن سقف
v نصب وسائل نگهداری با توریهای فولادی
v پاشیدن دوغاب سیمانی
v حفر چالهای اكتشافی
درسنگ خیلی خوب فقط سیكل كار اصلی ممكن است كافی باشد ولی هر چه نوع سنگ ضعیف تر(غیر مقاوم تر)باشد، برای كار نگهداری باید اهمیت بیشتری قائل شد.
برای حفر تونل در سنگهای سخت از روش چالزنی و آتشكاری با مواد منفجره استفاده میشود. عوامل مؤثر در این عملیات بشرح زیر هستند :
1- آرایش چالهای انفجار (الگوی انفجاری)
2- حفر تونل
3- خرج گذاری
4- انفجار
1- آرایش چال
برای چالزنی تونلها، الگوهایی بر حسب تجربه طراحی شده اند كه با حداقل حفر چال و انفجار و خرج گذاری اقتصادی در چال بهترین نتیجه حاصل شده است. حفر تونل با حفر كارگاههای دیگر متفاوت است، زیرا در اینجا همیشه فق یك سطح آزاد وجود دارد. الگوی مناسب چالهای انفجار در حفاری سنگهای سخت معمولاً‌به ابعاد مقطع بستگی دارد.
چالها در مركز مقطع بشكل گوههای (V) شكل یا موازی و در اطراف محیط تونل به طور موازی حفر میگردند. چاشنیهای الكتریكی با تأخیر كم در هسته مركزی و چاشنیهای با تأخیر زیاد در اطراف محیط قرار میگیرند و بدین وسیله عمل تخریب به مقطع مورد نظر ختم میگردد.
نقشه انفجار در تونلها بستگی به ابعاد تونل، مقاومت سنگها، ضخامت فشنگهای مواد منفجره، قدرت مواد منفجره و عواملی نظیر آنها دارد.
آرایش چالها عملاً آنها را به چند قسمت تقسیم میكند :
1- بخش مركزی یا بری كه مهمترین نقش را در سایر چالها و پیشروی تونل دارد.
2- چالهای انفجاری كه افقی هستند و سطح آزاد حاصل از چالهای برش در مقابل آنها است.
3- چالهای دیوار و سقف تونل
4- چالهای كف تونل
باید توجه داشت كه در سینه كار تونلها فقط یك سطح آزاد وجود دارد و آن هم سطح مقطع تونل میباشد. به دلیل وجود تنها سطح آزاد نباید انتظار راندمان مطلوب را داشت. لذا میزان پیشروی تونل بسیار كم خواهد بود . اما در عمل برای ازدیاد پیشروی تونل و كارمكرد مناسب و معقول مواد منفجره، وضعیت قرار گرفتن چالها، امتداد، طول و نوبت انفجار آنها به نحوی است كه انفجار هر گروه از چالها یا حتی انفجار یك چال موجب تشكیل سطح آزاد برای چال یا چالهای بعدی میشود.
اولین سطح آزادی كه بوجود میآید شروع حفرتونل است و برش نامیده میشود. چالهای برش و همچنین چالهایی كه بخش یك را بوجود میآورند چال برش نام دارند.
چالزنی و آتشكاری برشها باید با دقت بسیار صورت گیرد. زیرا پیشروی تونل تا مقدار زیادی در گرو بوجود آمدن برش مركزی است.
چالهای برش به دو صورت حفر میشوند :
1- برش موازی
كه در آن چالهای برش موازی با یكدیگر و با محور تونل موازیند.
2- برش مایل (زاویه ای)
كه در آن چالهای برش با یكدیگر و با محور تونل موازی نیستند و تابع پهنای تونل میباشند.
2-حفر چال
حفر چال با روش چالزنی دورانی یا ضربه ای و با استفاده از نیروی محركه هوای فشرده یا الكتریسیته انجام میگیرد. برای جلوگیری از ایجاد گرد و خاك میتوان به كمك آب، خرده ریزهای حفاری را در حین حفر چال از آن خارج كرد.
برای حفر چال، بسته به مساحت مقطع تونل میتوان از پرفراتور مجهز به پایه و یا جامبوهای چالزنی استفاده كرد. جامبوها قادرند جچال را همزمان حفر كنند، لذا برای حفر چال در تونلهای بزرگ مقطع مقرون به صرفه هستند.
3- خرج گذاری
عملیات خرج گذاری بمعنی قرار دادن مواد منفجره در داخل چالهای حفر شده میباشد. این عملیات طی مراحل زیر انجام میگیرد:
v اتصال چاشنی به اولین یا آخرین دینامیت ورودی به چال
v قرار دان دینامیتها (خرجها) در داخل چال
v سنبه زدن بوسیله یك چوب باریكتر از قطر چال
v بستن در چال با مخلوطی از گل رس مرطوب + ماسه كه در داخل یك لفافه پارچهای پیچیده شده و كوبیدن و سنبه زدن آن به منظور حصول اطمینان از بسته شدن كامل دهانه چال.
4- عملیات انفجار
انفجار شامل اتصال سیمهای چاشنی به طور متوالی و اتصال دو سر سیم انتهایی به ماشین آتش كن میباشد.
به طور كلی میتوان گفت میزان پیشروی، تعداد چالهای مورد نیاز برای حفر یك تونل، كیفیت سنگ، كیفیت ماده منفجره، خرج گذاری، انفجار و مساحت مقطع تونل به هم مربوط هستند.
روشهای پیشروی در حفر تونل
1- سیستم تمام جبهه (FULLFACE)
2- سیستم پلكانی TOP HEADING BENCH
3- سیستم TOP HEADING
4- سیستم حفر تونل با استفاده از روش پیشاهنگ یا روش حلقه حلقه كردن SEGMENT SHAPED METHOD
حفر تونل با استفاده از ماشین حفاری تمام مقطع T.B.M
حفر صخره به وسیله نصب كردن وسایلی روی بعضی ماشینهای حفر تونل در خلال قرن نوزدهم، بعنوان یك قدم مهم در رسیدن به تداوم حفر تونل شناخته شد. احتمالاً قدیمیترین T.B.M آن بود كه در سال 1856 برای كندن شیاری به عرض 33 سانتی متر در پیرامون قاب دروازة تونل هوزاك بكار رفت. پس از خدود 3 متر پیشروی ، ادامه ی كار را مقرون بصرفه ندانستند و آن را كنار گذاشتند . پس از آن ماشینهای T.B.M سیر تكامفل خود را طی كردند تا در سال 1956 نسل جدید این ماشینها كه دارای تیغههای دیسكی مدور در جلو بودند، با ساخت اولین سری از آنها توسط رابینز آمریكائی متولد شد.
توسعه ماشینهای حفر تونل (T.B.M)ها كه بطور مناسبی به دیسك برنده مجهز میباشند، احتمالاً برجسته ترین پیشرفت انجام گرفته در امر ساخت تونل بوده است. برای رسیدن به درصد بزرگ تر
پیشرفت ،این ماشینها میدان كاربرد خیلی زیادی در حفر تونل زنی جدید،در گودبرداری از سنگ با روشهای مته كاری و آتشكاری رقابت میكند و در این كار اغلب سریعتر و كارآمدتر از مواد منفجره است.
دستگاههای حفاری تونل را با توجه به شرایط زمین میتوان به دو دسته كلی تقسیم كرد :
v ماشینهای حفاری در زمینهای نرم
v ماشینهای حفاری در زمینهای سخت
دستگاههای حفاری در زمینهای نرم
مطمئن ترین روش حفاری در زمینهای نرم استفاده از انواع سپرها (SHIELD) میباشد. سپر جسمیاست فولادی معمولاً‌به شكل استوانه كه از ریزش مواد به داخل تونل جلوگیری كرده و خود را به جلو و داخل زمین میراند. انواع سپرها عبارتند از :
v سپرهای باز
v سپرهای كور
v سپرهای تعادل فشار خاك
v سپرهای گل آبی
دستگاههای حفاری در زمینهای سخت
این دستگاهها را به طور كلی میتوان به دو گروه حفاری جزء مقطع و ماشینهای تمام مقطع تقسیم كرد.
عمده ترین ماشینهای جزء مقطع دستگاه كله گاوی (Road header) است و اصلی ترین ماشین حفاری تمام مقطع كه ابزار برنده در این دستگاه بر روی مجموعه ای بنام كله حفار (Cutter head) قرار دارد، T.B.M یا Tunnel boring machin میباشد كه خود انواع مختلفی دارد.
عملیات ویژه برای مكانیزه كردن حفاری تونلها
در چهارچوب مطالعات مقدماتی پیش از برپایی یك كارگاه حفاری مكانیزه ، مشخصات اصلی كه استعداد یك توده سنگی را از نظر حفاری با ابزار مكانیكی تعیین میكنند، عبارتند از :
v مقاومت مشخصه سنگ یعنی مشخصات مكانیكی تعیین كننده مقدار انرژی كه ماشین حفاری باید به ابزار حفاری برای كندن سنگ منتقل كند.
v طول تونل، به علت بالا بودن سرمایه ای اولیه و هزینه ی مونتاژ ماشین،نبایستی از حدی كمتر باشد.
v سایش پذیری سنگ كه میزان پیشرفت كار و شرایط تعویض ابزارهای برنده و ساینده بدان بستگی دارد تا پیوستگیها كه نقش مهمیدر فشارهای لازم برای برش سنگ تحت تأثیر متقابل ابزارها دارند.
v پاره ای از معیارهای تكمیلی نیز برای بررسی مشخصات حفاری تمام مقطع تونلها، لازم است كه عبارتند از :
v بررسی آبهای زیرزمینی و نشت آبهای قابل پیش بینی در نزدیكی جبهه ی تراش
v ارتفاع بالا پوش (زمین روی طاق تونل) و تنشهای طبیعی.
در مورد زمینهای قابل تغییر شكل بسیار در زیر پوشش زیاد بالای تونل، خطر گیركردن دامن ماشین حفاری باید بررسی شود و همیشه نمیتوان چنین خطری را با برش توسط ابزاری پیرامونی رفع كرد.
مقایسه روش كلاسیك و استفاده از ماشین تونلزنی T.B.M در حفر تونل
مزایای ماشین
1- ایمنی استفاده از ماشین بیشتر است. همچنین اغتشاش زمین كمتر و به سنگهای دیواره تونل آسیب كمتری وارد میشود. در استفاده از ماشین حفاری خطرات مربوط به حمل مواد منفجره در روش كلاسیك وجود ندارد، به طوری كه برای هر 1000 متر پبشروی در روش مكانیزه نسبت به حوادث 69/2 و در روش كلاسیك 28/4 است.
2- در سیستم حفاری با ماشین، حفاری اضافی كمتری داریم حدود (05/0)، در صورتی كه در روش كلاسیك این مقدار بسیار بیشتر است و در حدود (30-25) درصد میباشد ، بدین ترتیب مقدار جابجایی سنگ كمتر، بنابراین نیاز به نگهداری زیادی نیست.
3- در استفاده از ماشین حفاری T.B.M به دلیل اینكه از نیروی انسانی كمتری استفاده میشود، از مدیریت بهتری نسبت به روش كلاسیك برخوردار است.
4- در ماشین T.B.M به علت یك دست بودن سنگهای خورده شده، افزایش راندمان وسایل حمل و نقل را داریم و ازوسایل حمل و نقل مختلف از قبیل نوار نقاله و لوله میتوان استفاده نمود.
5- حفر تونل بوسیله ماشین به صورت پیوسته انجام میشود، در صورتی كه در روش كلاسیك شروع هر كار منوط به خاتمه كار دیگری است.
مشخصاتی كه در اعضای سیستمهای نگهداری فولادی مورد نظر قرار میگیرند عبارتند از پروفیل (مساحت مقطع)، لنگرهای مقاومتی، نسبت رانكین و تنشهای مجاز
پروفیل، مقاومت یك تیر متناسببا پروفیل (سطح مقطع) آن است. وزن و قیمت تیرهانیز متناسب با پروفیل آنها است. لنگرهای ماند و اساس مقطع،این مقادیر كه در امتداد محورهای – X و X-Y متفاوت بوده و در طراحی بكار میرود . نسبت رانكین، این پارامتر نسبت مقاومت تراكمیبه مقاومت كمانشی در یك تیر به طول 2 متر میباشد. تنش مجاز فولاد معمولی دارای تنش مجازی برابر
K g/Cm 1400 و تنش جریان یافتگی (روانی) Kg/Cm 2400 است. ضریب اطمینان دارای تنش مجازی برابر 71/1 است.
راكبولتها و انواع آن
مسلم است كه نواحی كششی در سقف، بخصوص در راهروهای تونلها وجود دارد. سقفها در این راهروها مانند تیرهای متشكل از لایههای جدا از یكدیگر كه در دو طرف نگهداری میشوند، عمل میكنند. طرح سیستمهای نگهداری این مسیرها باید وزن لایهها – سقف كاذب – را در نظر بگیرد. تنش كششی موجود در سقف را میتوان با دوختن دو لایه با استفاده از میلههای فولادی كه نسبت به تنشهای كششی كاملاً مقاوم هستند، كنترل كرد. با این كار میتوان تنش خمشی را به نصف كاهش داد . دوختن لایهها به محض حفر راهروها میتواند مؤثر واقع شود،بدون اینكه جدایش لایه ای زیادی رخ دهد. این مزیتهای بدیهی باعث كاربرد وسیع تكنیك پیچ كردن سقف در حفر تونلها بخصوص در روش ناتم شده است.
انواع پیچها
در بین انواع پیچهای سقفی، پیچهای گوه و شكاف و پیچهای با پوستهی منبسط شونده به صورت مكانیكی درگیر میشوند. در پیچهای دوغابی محیط نصب با تزریق سیمان پر میشود. برای جلوگیری از خروج دوغاب از داخل چال، از یك مسدود كننده استفاده میشود و برای خروج هوا در هنگام تزریق دوغاب در اطراف میله عاج دار(پیچ) از لوله پلاستیكی نازكی استفاده میشود. پیچ كردن رزینی آخرین پیشرفتی است كه در آن انواع رزینهای زودگیر به صورت كاملاً‌مؤثری در نصب پیچ در محل استفاده میشوند.
مزایای استفاده از پیچهای سقفی
مزایای پیچ كردن سقفی نسبت به سیستمهای نگهداری دیگر را میتوان به ترتیب چنین خلاصه كرد :
1- پیچها را میتوان به محض حفر فضا و قبل از هر گونه تغییر شكلی نصب كرد. این مسئله مهمترین عامل است كه به كنترل سقف كمك كرده و ایمنی را افزایش میدهد.
2- پیچها، بخصوص نوع رزینی ، تحت تأثیر امواج شوك ناشی از انفجار نمیباشد.
3- هیچگونه ستون، تیر آهن یا چیزی شبیه به اینها باعث سد كردن گالری نمیشود. تجهیزات حمل و نقل میتوانند به راحتی عبور كنند، سطح مقطع راهرو باز نگه داشته میشود.
4- مقاومت در مقابل جریان هوا كم بوده ، تهویه راحت تر انجام میشود.
5- پیچها بعنوان نگهدارندههایی طبیعی برای آویختن لولهها و نظایر آنها هستند. بنابراین كف را برای عبور و مرور باز نگه میدارند.
6- ورقه ورقه شدن سقف تا حد زیادی كاهش مییابد و باعث كاهش رقیق شدگی زغال سنگ به دلیل ریزش سنگهای سقف میشود.
7- پیچ كردن سقف از سیستمهای دیگر اقتصادی تر است.
پانوشت :
1- روش نام اتریش : در این روش ابتدا یك شیار باریك در محور تونل و به ارتفاع كل تونل احداث میشود. بدین منظور ،ابتدا در بالا یك گالری حفر میكنند و پس از كمیپیشروی،یك گالری نیز در پایین حفر كرده، بوسیله مجرایی آن دو را به هم متصل میكنند.گاهی نیز بالعكس عمل میشود و در آن ابتدا گالری پایینی و سپس گالری بالایی حفر میگردد و آنگاه بوسیله برش به هم وصل میگردند. حسن این كار در آن است كه میتوان خاكهای حاصل از گالری بالایی را به داخل گالری پایینی ریخت و از آنجا به بیرون حمل كرد. پس از احداث این شیار میانی، گالری بالایی تعریض میشود تا قسمت طاق تونل تكمیل گردد. بدیهی است ضمن حفاری باید تحكیم موقت را نیز انجام داد و پس از حفاری كامل مقطع ، دیوار ساز نهایی تونل از پایین به بالا انجام میگیرد.
نظرات شما عزیزان:
برچسب‌ها:
آمار
وب سایت: