پایان نامه فرایند گزینش ماشین حفاری مناسب جهت تونل سازی و بررسی مکانیزم حفاری پروژه امامزاده هاشم

تعداد صفحات: ۱۵۱ | قابل ویرایش

فهرست مطالب

فصل اول: آشنایی با روش حفر مکانیزه

۱-۱- دسته بندی فضاهای زیرزمینی

۱-۲- مطالعات و طراحی

۱-۲-۱- عملیات پیوسته

۱-۳- ملاحظات طراحی

۱-۴- هزینه ها

۱-۵- تقسیم بندی دستگاههای حفر مکانیزه تونیل

۱-۵-۱- تقسیم بندی براساس روش حفر

۱-۵-۲- تقسیم بندی براساس نگهداری پیشانی تونل

۱-۵-۲-۱- نگهداری طبیعی

۱-۵-۲-۲- نگهداری مکانیکی

۱-۵-۲-۳- نگهداری با هوای فشرده

۱-۵-۲-۴- نگهداری دوغابی

۱-۵-۲-۵- روش متعادل نمودن فشار زمین

۱-۵-۳- تقسیم بندی براساس سیستم حمل مواد

۱-۵-۳- نوار نقاله

۱-۵-۳-۲- نقاله زنجیری

۱-۵-۳-۳- نقاله مارپیچی

۱-۵-۳-۴- پمپاژ

۱-۶- معرفی چند دستگاه مهم

۱-۶-۱- دستگاههای تمام مقطع

۱-۶-۲- دستگاههای حفر سنگهای سخت

۱-۶-۳- سپرهای متعادل با فشار زمین

۱-۶-۴- سپرهای ترکیبی

۱-۷- دستگاههای مقطعی

۱-۷-۱- ماشینهای حفار بازویی/ بیلهای مکانیکی

۱-۸- حفاری کم قطر

۱-۸-۱- دستگاه حفار AVN

۱-۸-۲- دستگاههای حفارAVT

۱-۹- تجهیزات لوله گذاری

فصل دوم: معیارهای انتخاب دستگاه

۲-۱- شناسایی منطقه

۲-۲- نمونه برداری (گمانه زنی)

۲-۳- رسم نقشه های زمین شناسی و تهیه گزارش

۲-۴- انجام آزمایشها و تهیه داده های مربوطه

۲-۵- انتخاب دستگاه

۲-۵-۱- زمینهای خاکی و محیطهای رسوبی

۲-۶- سپرهای آبی

۲-۷- سپرهای دوغابی

۲-۸- سپرهای متعادل با فشار زمین

۲-۹- ساختار صخره ای و سنگی

فصل سوم: نیروهای وارد بر دستگاه

۳-۱- نیروی فشارنده پیشانی تونل

۳-۱-۱- روش دیوارگیری

۳-۱-۲- اتکا به قطعات پوشش

۳-۲- نیروی گشتاور دستگاه

۳-۳- محاسبه نیروهای وارد بر دستگاه حفار

۳-۳-۱- نیروهای وارد بر دستگاه در زمینهای خاکی

۳-۳-۱-۱- نیروی تحکیم پیشانی تونل

۳-۳-۱-۲- نیروی حاصل از وزن طبقات و آب موجود

۳-۳-۱-۳- نیروی اصطکاک بین سپر و زمین

۳-۳-۱-۴- نیروی اصطکاک بین سپر و قطعات پیش ساخته

۳-۳-۱-۵- نیروی مقاوم لبه برنده سپر

۳-۳-۱-۶- نیروی مقاوم برش دهنده ها

۳-۳-۲- نیروهای وارد بر دستگاه در زمینهای سنگی و صخره ای

۳-۳-۲-۱- برش دهنده های قلمی

۳-۳-۲-۲- نیروهای وارد بر برش دهنده ها

۳-۳-۲-۳- عوامل مؤثر در عملکرد برش دهنده های قلمی

۳-۳-۲-۴- عمق نفوذ

۳-۳-۲-۵- زاویه تمایل به جلو

۳-۳-۲-۶- سرعت برش

۳-۳-۲-۷- فاصله برش دهنده

۳-۳-۲-۸- محاسبه نیروها

۳-۳-۳- برش دهنده های دیسکی

۳-۳-۳-۱- عوامل مؤثر در عملکرد برش دهنده های دیسکی

۳-۳-۳-۲- عمق نفوذ

۳-۳-۳-۳- زاویه لبه برش دهنده های دیسکی

۳-۳-۳-۴- قطر برش دهنده های دیسکی

۳-۳-۴- سرعت

۳-۳-۵- فاصله بین برش دهنده ها

۳-۳-۶- محاسبه نیروها

فصل چهارم: آزمایشهای خاک و سنگ

۴-۱- خاک

۴-۱-۱- تعاریف کلی خاک

۴-۱-۲- روش های معمول نمونه گیری خاک

۴-۱-۳- آزمایشهای خاک

۴-۲- سنگ

۴-۲-۱- تعاریف کلی سنگ

۴-۲-۲- مغزه گیری از سنگ

۴-۲-۳- طبقه بندی سنگها

۴-۲-۴- آزمایشهای سنگ

فصل پنجم: مطالعه پروژه امامزاده هاشم

۵-۱- آتشباری

۵-۱۲- دستگاه حفار

۵-۱-۳- روش اجراشده جهت بازگشایی تونل در دهانه ورودی

۵-۱-۴- روش اجرای fore poling (پیش لوله گذاری)

۵-۲- روش اجرا

۵-۲-۱- روش پلکانی

۵-۲-۲- روش مستقیم

۵-۳- مشخصات کلی سیستم حفار و لوله ها

۵-۴- مشخصات عمومی مورد استفاده در روش forepoling

۵-۵- زمین شناسی تونل امامزاده هاشم

۵-۵-۱- چینه شناسی

۵-۵-۱-۱- سازند شمشک

۵-۵-۱-۲- سازند الیکا

۵-۵-۱-۳- سازند مبارک

۵-۵-۱-۴- سازند جیرودلاون

۵-۵-۲- زمین ساخت

۵-۵-۲-۱- گسله شمالی (قره داغ)

۵-۵-۲-۲- گسله جنوبی (مشاء)

۵-۶- توضیحاتی پیرامون پروژه

۵-۶-۱- مشکلات زمین شناسی

۵-۶-۲- ریزش های بوقوع پیوسته و تمهیدات

۵-۶-۳- تمهیدات انجام شده جهت مهار ریزش

۵-۶-۴- خلاصه ای از ریزش های بوقوع پیوسته در دهانه خروجی

۵-۶-۵- تمهیدات انجام گرفته جهت مهار ریزش

۵-۶-۶- راه اندازی مجدد این عملیات

۵-۶-۷- ریزش در ابتدای دهانه ورودی و تشکیل قیف

۵-۷- ایجاد دال بتنی

۵-۸- احداث تونل دسترسی (Adit)

چکیده:

در سالهای اخیر فضاهای زیرزمینی مخصوصاً حفر تونل در کشورمان اهمیت زیادی پیدا نموده چرا که مسئله آب به صورت یک مشکل اساسی در کشورهای خشک و کم آب مطرح می باشد، به طوریکه بعضی از تحلیل گران، جنگهای آینده را جنگ بر سر آب می دانند، به همین خاطر در کشور 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 کشور (چه اتوبانهای داخل شهری و چه جاده های خارج از شهر) باعث افزایش روزافزون تونلزنی در سالهای اخیر گردیده و روش حفر مکانیزه تونیل بعنوان یکی 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 که نه تنها هیچ پارامتر کمی و کیفی درباره مشخصات این دستگاهها، اعم از نیروی لازم و توان موردنظر و … وجود ندارد تا کارفرما بتواند براساس آن طرح موردنظر را ارزیابی کند، بلکه حتی شناخت کافی نیز از انواع دستگاهها و محدوده کاری و نحوه عملکرد آنها دردست نمی باشد.

در فصل اول به معرفی و جایگاه این صنعت، مقایسه این روش با دیگر روشها، تقسیم بندی دستگاهها از دیدگاههای مختلف و معرفی دستگاههای مهم روش حفر مکانیزه پرداخته شده است.

مقدمه:

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

نگهداری مکانیکی:

در ابتدا نگهداری مکانیکی به صورت یک سرپوش بود. در این روش، استخراج، دستی و از بالا به پایین انجام می گرفت و وقتی قسمتی استخراج می گردید سرپوشها در آن قسمت نصب می شدند که البته این روش استخراج، به صورت پیشرفته تری در دستگاههای امروزی بکار می رود. به طور کلی در روش مکانیکی قدیمی پیشروی کم و هزینه ها بالاست.

استفاده از نگهداری مکانیکی فعال و یا متغیر پیشانی تونل، بسیار مؤثرتر و انعطاف پذیرتر می باشد. در این روش صفحات توسط جکهای هیدرولیکی به پیشانی تونل فشار داده می شوند و آنرا نگهداری می کنند و هنگام حفر برای مدت کوتاهی صفحات کنار می روند. این روش در دستگاههای مقطعی و در زمینهای با ویژگیهای متغیر و طول کوتاه بسیار متداول است. شکل شماره ۱-۳- این روش را نشان می دهد.

اما روش بالا برای دستگاههای تمام مقطع کارآمد نمی باشد، بلکه در این دستگاهها از پیشانی برشی بسته استفاده می شود. شکل شماره ۱-۴ یک دستگاه تمام مقطع با پیشانی برشی بسته را نشان می دهد که نگهداری مکانیکی برای مقابله با فشار زمین است و در مناطقی که زیر سطح ایستایی قرار دارند یا در آنجا آبهای آزاد وجود دارد این روش باید توسط دیگر روشها مانند هوای فشرده و یا دوغابی کامل شود.

نگهداری دوغابی:

در زمینهای شن و ماسه ای سست با آب زیرزمینی، نگهداری پیشانی تونل با دوغاب بسیار مناسب و سودمندتر خواهد بود. روش هوای فشرده در این مناطق مناسب نخواهد بود، زیرا در زمینهای شن و ماسه ای به علت زیاد بودن ضریب نفوذ پذیری و دانه بندی خاک مشکلاتی که در قسمت هوای فشرده بیان شد در ؟؟؟؟ شود و امکان استفاده از این روش را غیرممکن می کنند.

در روش دوغابی پیشانی تونل با یک سیال تحت فشار بطور کامل و مطمئن نگهداری می شود. این دوغاب به همان خوبی که فشار آب را مهار می کند با فشار زمین هم مقابله می نماید.

آب به عنوان سیال تحت فشار فقط در زمینهای نفوذناپذیر و چسبنده می تواند مناسب باشد در دیگر مورد از مخلوط معلق که بیشتر اوقات مخلوط معلق آب و بنتونیت می باشد استفاده می گردد بنتونیت ؟؟؟؟؟ جهت استفاده می شود که پلاستیسیته و تورم خوبی دارد.

مخصوصاً تحت فشار به داخل زمین نفوذ می کند و هم چسباندن ذرات یک لایه نازک نفوذناپذیر فیلتر کیک) بوجود می آورد که موجب ایجاد فشار لازم برای نگهداری پیشانی تونل می گردد. (این فرایند ۱ تا ۲ دقیقه به طول می انجامد) شکل شماره ۱-۸ فشار آب و زمین وارد بر پیشانی تونل و نحوه نگهداری آن توسط فشار دوغاب را نشان می دهد.

زمینهای خاکی و محیطهای رسوبی:

همانگونه که در ابتدا گفته شده با توجه به ویژگیهای زمین شناسی منطقه، دستگاههای حفر را به دو دسته تقسیم می کنیم، در دسته اول که در زمینهای رسوبی و خاکی کار می کنند. روش انتخاب و محدوه کاری دستگاهها به قرار زیر است:

بعد از مشخص نمودن پارامترها و نتایج آزمایشها برای هر سری از نمونه هایی که در منطقه تهیه شده، حد روانی، حد خمیری، میزان رطوبت، وزن مخصوص و آزمایش برش و … مشخص می گردد و سپس هر سری از نمونه ها برای دانه بندی فرستاده می شوند.

در این قسمت، با سرندهای مختلف دانه بندی خاک مشخص و در عبور کرده از هر سرند معین می گردد و سپس منحنی خاک مربوطه ترسیم می شود منحنی های خاک در طول مسیر تهیه شده و بر روی یک نمودار واحد رسم می شود که نتیجه آن یک محدوده از منحنی دانه بندی خواهد شد. حال نتیجه را به محدوده هایی که برای هریک از دستگاهها ارائه شده است مقایسه می نماید.