پایان نامه فرایند گزینش ماشین حفاری مناسب جهت تونل سازی

پایان نامه فرایند گزینش ماشین حفاری مناسب جهت تونل سازی

چكیده:

در سالهای اخیر فضاهای زیرزمینی مخصوصاً حفر تونل در كشورمان اهمیت زیادی پیدا نموده چرا كه مسئله آب به صورت یك مشكل اساسی در كشورهای خشك و كم آب مطرح می باشد، به طوریكه بعضی از تحلیل گران، جنگهای آینده را جنگ بر سر آب می دانند، به همین خاطر در كشور ما نیز، مهار آبهای سطحی سر لوحه برنامه های سازندگی قرار گرفته است. لذا تونلهای انحراف و انتقال آب بسیاری در حال انجام گرفتن است و یا در برنامه های درازمدت دولت قرار دارند.

از طرف دیگر توسعه راههای كشور (چه اتوبانهای داخل شهری و چه جاده های خارج از شهر) باعث افزایش روزافزون تونلزنی در سالهای اخیر گردیده و روش حفر مكانیزه تونیل بعنوان یكی از روشهای سریع و رایج در دنیا حائز اهمیت می باشد.

اما انتخاب غلط دستگاهها در بعضی از پروژه های موجود، گواه این مطلب است كه نه تنها هیچ پارامتر كمی و كیفی درباره مشخصات این دستگاهها، اعم از نیروی لازم و توان موردنظر و ... وجود ندارد تا كارفرما بتواند براساس آن طرح موردنظر را ارزیابی كند، بلكه حتی شناخت كافی نیز از انواع دستگاهها و محدوده كاری و نحوه عملكرد آنها دردست نمی باشد.

مقدمه:

در چندسال اخیر ایجاد فضاهای زیرزمینی رشد فزاینده ای داشته است. اگر قبلاً این فضاها فقط برای مقاصد خاصی مانند معدنكاری و یا حمل و نقل در محل های صعب العبور و كوهستانی استفاده می گردید، اما امروزه به علت زندگی شهری و توسعه شهرنشینی، مشكلات تراكم و كمبود فضاهای سطحی، ایجاد سازه های زیرزمینی از توجه خاصی برخوردار شده است و كاربرد این سازه ها را در زمینه های مختلف گسترش داده است. تنوع كاربری و الزامات موجود، موجبات گسترش و رشد صنعت تونلسازی و احداث سازه های زیرزمینی را فراهم آورده است.

دسته بندی فضاهای زیرزمینی:

امروزه فضاهای زیرزمینی جهت حل مشكل حمل و نقل جاده ای بیرون و درون شهری انتقال آب، خدمات آب رسانی همگانی، ایجاد مراكز صنعتی مانند نیروگاهها، انبارها و پناهگاهها، سیستم فاضلاب، مترو، معدنكاری و موارد بیشمار دیگر، مورد استفاده قرار می گیرند.

این فضاها برحسب شیب، سطح مقطع و طول به سه دسته كلی تونلها[1]، چاهها[2] و مغارها[3] تقسیم می شوند. در جدول شماره 1-1- دسته بندی صورت گرفته برای سه نوع فضاهای ذكرشده بر مبناهای مختلف آورده شده است.

[1] - tunnel [2] - shaft [3] - Covern

حفاری كم قطر[1]:

برای حفر تونلهایی با قطر كمتر از حدود 2 متر از روش حفاری كم قطر استفاده می شود در این روش نیازی به ورود اپراتور به داخل دستگاه نیست. علاوه بر ابعاد، منفصل بودن و قابلیت تعویض قطعات، تعداد كم كارگر، دقت، سهولت و عدم ایجاد مزاحمت جهت حمل و نقل شهری باعث استفاده از این روش گشته است. روش كار این دستگاهها دقیقاً مشابه روش كار دستگاههای بزرگ حفاری تونل (TBM) می باشد. در این روش همراه با پیشروی و حفر، دستگاه لوله گذاری نیز انجام می شود. برای شروع كار، ابتدا یك حفر قائم (چاه) صورت می گیرد و با استقرار وسایل لازم در عمق مورد نظر عملیات شروع می شود. تاكنون دو نوع دستگاه حفار كم قطر به نامهای AVN, AVT طراحی و ساخته شده است.

[1] - micro tunneling

دستگاههای حفرAVN :

دستگاههای حفر AVN در زمین های با سختی یا مقاومت پایین استفاده می شوند در این سیستم پیشانی، عمل حفر را انجام می دهد و مواد خردشده و گل و لای همراه با مخلوطی از بنتونیت توسط یك پمپ گریز از مركز به خارج از تونل منتقل می گردد. سپس بنتونیت مخلوط در گل و لای پالایش و مجدداً به كار برده می شود. انتقال نخاله به بیرون و بنتونیت به داخل توسط لوله های نصب شده صورت می گیرد.

فهرست مطالب

فصل اول: آشنایی با روش حفر مكانیزه

1-1- دسته بندی فضاهای زیرزمینی

1-2- مطالعات و طراحی

1-2-1- عملیات پیوسته

1-3- ملاحظات طراحی

1-4- هزینه ها

1-5- تقسیم بندی دستگاههای حفر مكانیزه تونیل

1-5-1- تقسیم بندی براساس روش حفر

1-5-2- تقسیم بندی براساس نگهداری پیشانی تونل

1-5-2-1- نگهداری طبیعی

1-5-2-2- نگهداری مكانیكی

1-5-2-3- نگهداری با هوای فشرده

1-5-2-4- نگهداری دوغابی

1-5-2-5- روش متعادل نمودن فشار زمین

1-5-3- تقسیم بندی براساس سیستم حمل مواد

1-5-3- نوار نقاله

1-5-3-2- نقاله زنجیری

1-5-3-3- نقاله مارپیچی

1-5-3-4- پمپاژ

1-6- معرفی چند دستگاه مهم

1-6-1- دستگاههای تمام مقطع

1-6-2- دستگاههای حفر سنگهای سخت

1-6-3- سپرهای متعادل با فشار زمین

1-6-4- سپرهای تركیبی

1-7- دستگاههای مقطعی

1-7-1- ماشینهای حفار بازویی/ بیلهای مكانیكی

1-8- حفاری كم قطر

1-8-1- دستگاه حفار AVN

1-8-2- دستگاههای حفارAVT

1-9- تجهیزات لوله گذاری

فصل دوم: معیارهای انتخاب دستگاه

2-1- شناسایی منطقه

2-2- نمونه برداری (گمانه زنی)

2-3- رسم نقشه های زمین شناسی و تهیه گزارش

2-4- انجام آزمایشها و تهیه داده های مربوطه

2-5- انتخاب دستگاه

2-5-1- زمینهای خاكی و محیطهای رسوبی

2-6- سپرهای آبی

2-7- سپرهای دوغابی

2-8- سپرهای متعادل با فشار زمین

2-9- ساختار صخره ای و سنگی

فصل سوم: نیروهای وارد بر دستگاه

3-1- نیروی فشارنده پیشانی تونل

3-1-1- روش دیوارگیری

3-1-2- اتكا به قطعات پوشش

3-2- نیروی گشتاور دستگاه

3-3- محاسبه نیروهای وارد بر دستگاه حفار

3-3-1- نیروهای وارد بر دستگاه در زمینهای خاكی

3-3-1-1- نیروی تحكیم پیشانی تونل

3-3-1-2- نیروی حاصل از وزن طبقات و آب موجود

3-3-1-3- نیروی اصطكاك بین سپر و زمین

3-3-1-4- نیروی اصطكاك بین سپر و قطعات پیش ساخته

3-3-1-5- نیروی مقاوم لبه برنده سپر

3-3-1-6- نیروی مقاوم برش دهنده ها

3-3-2- نیروهای وارد بر دستگاه در زمینهای سنگی و صخره ای

3-3-2-1- برش دهنده های قلمی

3-3-2-2- نیروهای وارد بر برش دهنده ها

3-3-2-3- عوامل مؤثر در عملكرد برش دهنده های قلمی

3-3-2-4- عمق نفوذ

3-3-2-5- زاویه تمایل به جلو

3-3-2-6- سرعت برش

3-3-2-7- فاصله برش دهنده

3-3-2-8- محاسبه نیروها

3-3-3- برش دهنده های دیسكی

3-3-3-1- عوامل مؤثر در عملكرد برش دهنده های دیسكی

3-3-3-2- عمق نفوذ

3-3-3-3- زاویه لبه برش دهنده های دیسكی

3-3-3-4- قطر برش دهنده های دیسكی

3-3-4- سرعت

3-3-5- فاصله بین برش دهنده ها

3-3-6- محاسبه نیروها

فصل چهارم: آزمایشهای خاك و سنگ

4-1- خاك

4-1-1- تعاریف كلی خاك

4-1-2- روش های معمول نمونه گیری خاك

4-1-3- آزمایشهای خاك

4-2- سنگ

4-2-1- تعاریف كلی سنگ

4-2-2- مغزه گیری از سنگ

4-2-3- طبقه بندی سنگها

4-2-4- آزمایشهای سنگ

فصل پنجم: مطالعه پروژه امامزاده هاشم

5-1- آتشباری

5-12- دستگاه حفار

5-1-3- روش اجراشده جهت بازگشایی تونل در دهانه ورودی

5-1-4- روش اجرای fore poling (پیش لوله گذاری)

5-2- روش اجرا

5-2-1- روش پلكانی

5-2-2- روش مستقیم

5-3- مشخصات كلی سیستم حفار و لوله ها

5-4- مشخصات عمومی مورد استفاده در روش forepoling

5-5- زمین شناسی تونل امامزاده هاشم

5-5-1- چینه شناسی

5-5-1-1- سازند شمشك

5-5-1-2- سازند الیكا

5-5-1-3- سازند مبارك

5-5-1-4- سازند جیرودلاون

5-5-2- زمین ساخت

5-5-2-1- گسله شمالی (قره داغ)

5-5-2-2- گسله جنوبی (مشاء)

5-6- توضیحاتی پیرامون پروژه

5-6-1- مشكلات زمین شناسی

5-6-2- ریزش های بوقوع پیوسته و تمهیدات

5-6-3- تمهیدات انجام شده جهت مهار ریزش

5-6-4- خلاصه ای از ریزش های بوقوع پیوسته در دهانه خروجی

5-6-5- تمهیدات انجام گرفته جهت مهار ریزش

5-6-6- راه اندازی مجدد این عملیات

5-6-7- ریزش در ابتدای دهانه ورودی و تشكیل قیف

5-7- ایجاد دال بتنی

5-8- احداث تونل دسترسی (Adit)