انواع روش های حفر تونل

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
امروزه روش های مختلفی جهت حفر انواع تونل وجود دارد.برحسب شرایط اعم اززمین شناسی، نوع کاربری تونل، سطح مقطع تونل، میزان پیشروی، میزان سرمایه مورد نیاز، مدت انجام پروژه و مهم تر ازهمه نوع سنگ در انتخاب روش موثر است.انوااع روش حفر تونل عبارتند از:
– (BLASTING) –حفر تونل به روش سنتی یا آتشباری
– (TBM)–حفر تونل به کمک ماشینهای تمام مقطع
– ROAD HEADER–حفر تونل به کمک ماشینهای بازویی
– (SHIELD TUNNELING)–حفر تونل به کمک سپر
– (CUT and COVER)–حفر تونل به کمک کند وپوش​

حفرتونل به روش سنتی (آتشباری)
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.


حفرتونل به روش موازی
برش های موازی اغلب برای تونل های کوچک مقطع به کار می رونداما می توان برای حفر تونل های بزگ مقطع نیزاستفاده کرد.دربرش موازی یک یاچندچال خالی به صورت افقی وبا قطرزیاد(۶۵تا۱۷۵میلی متر)موازی یکدیگروعمود برسینه کارحفرکرده ودراطراف آنهاوبه فاصله۱۰تا۲۰سانتی متری چالهایی باقطرکم ونزدیک به یکدیگرو باخرج گذاری مناسب به وجود می آورند.چال های قطور که خرج گذاری نمی شوند، نقش سطح آزادرابرای چال های کوچک دارندوچال های کوچک باتاخیرهای ۲۰تا۳۰میلی ثانیه آتش می شوند .[۱]
برش های موازی به اشکال مختلفی تحت نام های متفاوت صورت می گیرند که دارای ویژگی های مشترکی به شرح زیرمی باشند:
چال ها باهم موازی، افقی وعمود برسینه کارهستند. چال ها به نوبت منفجرمی شوند.
برخی ازچال هاخرج گذاری نمی شوند

هنگام کاربابرش موازی نکات زیر دقیقا بایدرعایت شوند:
+ آرایش، امتدادوخرج گذاری چال ها مطابق آنچه که مقرراست اجراگردد.
+ هرگونه تعدیل نظیرازدیادفاصله چال هاومیزان خرج،پیشروی راکم میکند.
+ آتش کردن چال های هربرش مطابق طرح مربوطه صورت گیرد.
+ در۶ یا ۸ چال نزدیک به چال خالی نبایدخرج فشرده درته چال بکاربرد.​


انواع برش های موازی برحسب آرایش وابعاد چال هابه شرح زیرمعرفی می گردد
۱- برش شماره یک یا برش دواسپیرال: بیشترین پیشروی باین نوع برش مقدوراست.
۲- برش شماره دو (TABY CUT2): حالت خاص ازروش قبلی بوده ومیزان پیشروی اش ازآن کمتراست، چال زنی و مکانیزاسیون حفر چال راحت تراست.
۳- برش شماره سه(سه مقطعی،چهارمقطعی): بسیارزیاد استعمال می شوند و پیشروی آنهابیش ازبرش شماره دواست.
۴-ب رش شماره چهار (Fagersta cut): چال های این برش باپرفراتوردستی حفرمی شوند.
۵- برش شماره پنج (coromant cut): شبیه برش دواسپیرال است.
۶- برش کانادایی (Burn cut): این برش به اشکال مختلفی دیده می شود، درمتداول ترین آنها قطرچال خالی وقطرچال انفجاری برابرهستند.
۷- برش شماره هفت Creater cut : دراین برش تغییرات ابعاد چال خطی است اگرقطر،عمق وطول خرج دوبرابرشود،حفره ای باعمق دوبرابربوجودمی اید.
۸- برش شماره هشت Benching cut​


حفرتونل به روش غیرموازی (زاویه ای)
دربرش غیرموازی حفره ای که درابتدای انفجارو مرکزتونل بوجودمی اید شکل مخروط دارد و نتیجه انفجارچال هایی است که افقی اند، باامتدادتونل موازی نیستندو برسینه کارتونل عمود نمی باشند. این برش رادرجایی بکارمی برندکه سطح مقطع تونل زیادباشد زیراح فرچال درامتدادی غیرموازی بامحورتونل مستلزم وجودفضای کافی برای استقراردستگاه چالزنی می باشد.
۱ -برش گوه ای V cut : برای سنگهای متورق و شکاف دارمناسب است.چال هاافقی ومایل با محورتونل حفرمی شون و دراثرانفجارشکل گوه ای مانند ایجادمی شود
۲- برش بادبزنی Fan cut : برای سنگ های متورق مانندشیل مناسب بوده و بیشترین موارداستعمال این روش درحفظ تاسیسات مثل چوب بست ازاصابت سنگ درنزدیک سینه کاراست.
۳- برش هرمی(مرکزی) Pyramid cut,cernter cut,diamond cut : این نوع برش برای حفر تونل درسنگ های سخت بکار می رود. ازمعایب این روش می توان به مصرف زیاد ماده منفجره، لرزش زیادهواوگردوخاک ونیازداشتن 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 اززاویه ای است.
درموازی،چال های برش حتمابایدموازی یکدیگروعمودبرسینه کارباشد(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 کمک ماشین های تمام مقطع (TBM)
با توجه به تنوع شرایط زمین شناسی و ترکیبات خاک و سنگ موجود در مسیر یک توتل بسته به شرایط انواع مختلفی از ماشین حفار تمام مقطع ساخته شده است.
در سال ۱۹۸۰ (ISRM) تعریف انجمن بین المللی مکانیک سنک :
در مورد سنگ سخت، مقاومت بیش از ۵۰تا ۱۰۰ مگا پاسکال و در مورد سنگ های نرم کمتر از ۵۰ مگا پاسکال
ماشین های حفر تونل در سه گروه عمده زیر دسته بندی می شوند :
الف) دستگاه های حفر تمام مقطع باز ب) دستگاههای حفر تمام مقطع تک سپری ج) دستگاه های حفر تمام مقطع سپر تلسکوپی


الف) دستگاه های حفر تمام مقطع باز (Open TBM)
ماشین های مقطع باز در مواردی که توده سنگ درون گیر تونل از مقاومت کافی جهت تحمل ریزشی نداشته باشد، بهترین گزینه هستند. این ماشین ها طراحی متفاوتی دارند ولی در کل دو سیستم دوکفشکه و تک کفشکه، دارای عمومیت بیشتری در میان سازندگان این نوع ماشین ها می باشد.

ب) دستگاه های حفر تمام مقطع تک سپری (Single Shield TBM)
این ماشین ها در شرایطی به کار می روند که توسط سنگ درون گیر تونل به قدری سست باشد که امکان استفاده از کفشک برای تامین نیروی پیشروی وجود نداشته باشد. نصب قطعات بتنی در داخل سپر از ریزش دیواره ها جلوگیری کرده ومحیط مناسب برای فعالیت کارگران فراهم می نماید. سرعت پیشروی این ماشین ها در زمین های سست و احیاناً ریزشی، محدود به سرعت نصب قطعات بتنی می باشد. ماشین های تک سپری به صورت استوانه دارای پوشش بوده که در قسمت جلوی آن کله حفاری و در قسمت عقب دستگاه نصب سگمنت و جکهای پیشران قرار گرفته اند.[۳]

ج) دستگاه های حفر تمام مقطع سپر تلسکوپی (Double Shield TBM)
برای اولین بار این نوع ماشین با هدف کار در زمین های با شرایط مناسب به عرصه مهندسی تونل معرفی گردید. این ماشین علاوه بر دو سر جلو و عقب مجهز به جک های پیشران همانند ماشین تک سپری و کفشک، همانند ماشینهای باز می باشد. بنابراین این ماشین توانایی کار در زمین های با مقاومت مناسب و همچنین شرایط ضعیف را دارا می باشد. در حالتی که زمین مقاومت مناسب برای حفاری به کمک کفشک را دارد. ماشین می تواند به حفاری و سگمنت گذاری مستقل از هم و همزمان با هم بپردازد و به همین دلیل سرعت حفاری ماشین های سپر تلسکوپی به طورتئوریک دو برابر ماشین هایتک سپری و در عمل ۳۰-۴۰ درصدبیشتر از آن است.​


حفرتونل به کمک سپرها shield tunneling
حفرتونل درزمینهای سست وریزشی، معمولابااستفاده ازسپرهای فولادی انجام میگیرد.این سپرها غالبا مقطع دایره ای دارندوفضای تونلد ممکن است طی شرایط هوای آزادیاتحت تاثیر هوای فشرده باشد .وجودسپرسبب می شودکه بتوان حفاری رادرشرایط ایمن انجام داد و سیستم نگهداری اولیه رابرپاساخت ونشست زمین راکنترل کرد .


شرایط استفاده ازسیستم سپر:
۱-خاک های ضعیف وغیرچسبنده
۲-خاک های رسی ضعیف وخمیری
۳-خاک هایی که تحت فشارآب قراردارند​


انواع سپر
۱-سپرهای بازکه از سه قسمت بدنه،دنباله ولبه حفار تشکیل شده است.ازاین سپردرزمینهایی بکار می برندکه به اندازه کافی سفت ومحکم هستندکه درجلوسپر ریزش نکنند.
۲-سپر بسته که درمورد زمینهای خیلی سست مثل بعضی ازرسهاوسیلتهاونیز ماسه های ریز روان استفاده می شود.
۳-نیم سپرهاکه به هنگام حفرتونل درزمینهای خشک یاآبکشی شده،ازسپرهای بامقطع نیم دایره یانیم بیضی برای نگهداری سقف تونل استفاده می شودکه به آنهانیم سپر می گوینداین شیوه درموردتونلهایی که درعمق کم حفر می شوند نیز بکار می رود.​


حفر تونل به وسیله ماشین های بازویی
درماشینهای بازویی،یک یا چندبازوی حفاروجودداردکه سطح مقطع آن به مراتب کمترازسطح مقطع تونل است وباجابجاکردن آن درنقاط مختلف مقطع،تونل راحفاری 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، محوردوران سرمته درامتدادمحوربازوی دستگاه است.سرمته نیزحالت مخروطی داردوبتدریج بانفوذ سرمته به داخل سنگ ، تعدادبیشتری از ناخنها درحفر درگیر می شوند و برین ترتیب، سنگ تا عمق مورد نظر حفر می شودوبا تغییر موقییت 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 وبرای حفر سنگهای نرم وضعیف بکار می رود ویکی 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 وتخلیه آنها همزمان انجام میگیرد 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،ازاضافه 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،گردوغبار زیادی تولید میکند. *هزینه حمل قطعات وسوارکدن ماشین نسبتا زیاد است.​


احداث تونل به روش کند و پوش
این روش در مواردی امکان پذیر است که در محل مرد نظر، سازه های سطحی وجود نداشته باشد ویا تخریب آنها امکان پذیر باشد مهمترین موارد کاربرد روش کندن وپوش به شرح زیراست :[۵]
الف- در تونلهای زیر سطح ایستابی به منظور احداث ناحیه حد واسط بین ترانشه اولیه وتونل اصلی
ب-دهانه تونل هایی که در نواحی کوهستانی احداث می شوند.
ج-مناطق شهری​


روش های اجرا
بسته وضعیت زمین وشرایط موجود در محل، از روشهای مختلفی استفاده می شود که مهمترین آنها عبارتند از:
–روش گود برداری با دیواره شیروانی،که دراین روش دیوارهای ترانشه به صودرت شیروانی یعنی با دیواره های کم شیب احداث می شود ونیازی به سیستم نگهداری ندارد.
— روش میخ کوبی دیواره که درآن دیواره پر شیب ترانشه را بوسیله میله های فولادی به طول چندین متر، میخ کوبی می کنند
— روش نگهداری دیواره با سپر فولادی — روش استفاده از پایه های فولادی
— روش دیوار سازی بتنی که در این روش،قبل از عملیات گود برداری، دیوار قائمی به ضخامت ۵۰ تا۸۰ سانتی متر در دو طرف دیواره ترانشه مورد نظر احداث می شود که نقش دیواره حائل وپرده آب بندی را بر عهده دارد.
— روش استفاده از دیوار پیش ساخته که در این روش نیز عملیات مقدماتی یعنی حفر گودال، به همان روشهای قبلی انجام می گیرد و پس از آنکه گودال تا عمق مورد نظر حفاری شد، قطعات پیش ساخته بتنی رادر داخل آن قرار می دهند.​
 

Similar threads

بالا