ریپورتر
16th November 2009, 10:02 PM
http://www.harkdrilling.com/projects/tunnel_support_b.jpg
/*/*]]>*/
آشنایی
پس از آنکه تونل یا فضای زیرزمینی حفر شد اگر نتواند پابرجا بماند باید با حایلهایی مستحکم شود. حایلهایی که برای نگهداری فضای زیرزمینی بکار می‌روند به دو دسته موقت و دائمی تقسیم می‌شوند. سنگهای سالم ، از جمله سنگهای آذرین متبلور (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%A7%D8%B9+%D8% B3%D9%86%DA%AF%D9%87%D8%A7%DB%8C+%D8%A2%D8%B0%D8%B 1%DB%8C%D9%86) و برخی از سنگهای رسوبی سخت ، در طی اجرا و در زمان بهره برداری تونل حالت خودنگهدار دارند. درصورتی که بسیاری دیگر از سنگها و تقریبا همه خاکها باید در طول حفاری با حایلهایی نگهداری شوند و پس از آن نیز محتاج پوششهای محافظ دائمی اند.
طراحی حایل تونل بر مبنای فشار زمین و نوع سنگ انجام می‌شود. فشار زمین به کمک روابط تحلیلی یا تجربی برآورد می‌شود. فشار زمین می‌تواند از مقدار زیاد ، در مورد رسهای نرم یا سفت ، تا صفر ناچیز و در مورد سنگهای سالم ، تغییر کند. قابهای فولادی ، تیرکهای چوبی ، صفحات پوششی ، میل مهار ، شبکه توری ، و بتن پاشی روشهایی اند که جهت نگهداری فضاهای حفر شده در سنگهای متوسط تا ضعیف بکار گرفته می‌شوند.
در معادن ، حایل موقتی اغلب با جاگذاری و عدم استخراج بخشها یا پایه‌هایی از ماده معدنی تامین می‌شود. در خاکها زمان پابرجایی کم است، از اینرو حیطه کار نیاز به حایل دارد. نگهداری این قسمتها توسط چوب بست ، دیوار گل ، فشار هوا یا با استفاده از ماشینهای خودکار حفر تونل (TBM) انجام می‌شود. طاق و دیواره‌ها نیز ممکن است بطور موقت توسط صفحات پوششی یا سپر نگهداری شوند. پوشش دائمی تونلهای حفر شده در خاک (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AE%D8%A7%DA%A9) بطور درجا با بتن ریخته شده یا با نصب قطعات بتنی یا فلزی انجام می‌گردد.
نگهداری در سنگ
تونلها و حفره‌های معدنی ایجاد شده در سنگ معمولا در خود نگهدار هستند. حفره‌ها و بخشهای استخراج شده در معادن ، بویژه در معادن زغال سنگ ، به جای مقطع دایره‌ای یا بیضوی دارای مقطع مستطیلی اند. در اینجا تنشها عمدتا توسط دیواره‌های تونل و در کارگاههای استخراج توسط پایه‌ها و قسمتهای حفاری نشده تحمل می‌گردد. پس از حفاری تونل در سنگهای دارای لایه بندی افقی ، لایه‌های واقع در سقف ، تغییر شکل داده و تشکیل یک قوس فشاری می‌دهند که بار لایه‌های بالایی را تحمل می‌کند. در نتیجه بارهای روباره از اطراف حفره به دیواره‌ها و پایه‌ها منتقل می‌شود.
میزان تغییر شکل لایه سقف تابعی از ابعاد دهنه ، وزن لایه و ضخامت آن ، مقاومت کششی و مشخصات درزهاست. در سنگهای دارای درزهای زیاد ، با دوختن و مهار کردن لایه ها می توان یک تیر مرکب تشکیل داد و سقف را مقاوم کرد. ظرفیت باربری پایه‌ها تابعی از جنس و ابعاد پایه و جنس پی آن است. بطور کلی فضاهای زیرزمینی بزرگ و قسمتهای استخراج شده معادن به ندرت پوشش گذاری می‌شوند.
فضاهای زیرزمینی بزرگ معمولا در سنگهای با کیفیت خوب احداث می‌شوند که محتاج حداقل پوشش اند. در معادن نیز حایل توسط پایه‌ها تامین می‌شود یا در صورت استفاده از جکهایی که پس از پایان استخراج جمع آوری می‌شوند، سقف تونلهای دائمی معادن را می‌توان با میل مهار کنترل کرد. در اینجا مهمترین روشهای نگهداری فضاهای ایجاد شده در سنگ را مرور می‌کنیم.
میل مهار و کابل مهاری (سنگ دوزی)
در سنگهای درزدار ، لایه لایه یا دیگر سنگهای ناپایدار ، ناحیه سست یا خمیری شده اطراف قوس طلاق تونل توسط میل مهارها یا در صورتی که منطقه سست ضخیم باشد، توسط کابلهایی تحت فشار نگه داشته می‌شود. میلهای مهاری انواع مختلف دارند و معمولا در چالهایی که به این منظور در سنگ حفاری می‌شود، قرار داده می‌شوند.
شاتکریت
بتنی رقیق با دانه‌های سنگی درشت (12 میلیمتر) است که با فشار باد و با سرعت زیاد بر سطح سنگ پاشیده می‌شود و به این ترتیب پیوندی قوی با سنگ بوجود می‌آورد. شاتکریت معمولا در لایه‌های 5 سانتیمتری و بلافاصله بعد از حفاری (آتشکاری) پاشیده می‌شود. شاتکریت را بسته به شرایط می‌توان به تنهایی یا همراه با دیگر حایلها بکار گرفت.
قابهای فولادی و قطعات چوب
برای سالیان دراز تنها راه ایجاد حایل نگهدارنده برای تونلها استفاده از قابهای فولادی (تیر آهن) بود که به شکل نقطع تونل خم شده بودند. برای برقراری تماس بین قاب فلزی و سقف تونل از الوارها و قطعات چوب استفاده می‌شد.
پوششهای بتنی
روش رایج دیگر استفاده از پوشش بتنی است. امروزه استفاده از این روش تنها برای تونلهای حمل و نقل حفر شده در سنگهای خیلی ضعیف ، که کارایی دیگر روشها نامطمئن است، توصیه می‌شود.
روشهای تلفیقی
در تکنیکهایی که در سالهای اخیر رایج شده ، کوشش بر این است که نگهداری تونل یا فضای زیرزمین اساسا توسط خود سنگ انجام شود. به این منظور کوشش می‌شود تا کیفیت سنگ تا حدالامکان بهبود یابد تا بتواند بطور دایم پابرجا بماند. معروفترین روش در این زمینه روش جدید تونل زنی اتریشی (NATM) است. در این روش برای نگهداری سنگ ناپایدار از تلفیقی از شاتکریت میل مهار (وغالبا توری سیمی) استفاده می‌شود. به این منظور ابتدا با ابزاربندی دقیق نحوه رفتار سنگ معلوم شده و سنگ طبقه بندی می‌شود. به این ترتیب برای هر قسمت مناسبترین حایل انتخاب می‌شود.
نگهداری در خاک
تونلهایی را که در خاک ایجاد می‌شوند می‌توان با یک یا تلفیقی از روشهایی که در مورد سنگ گفته شد، بطور موقت یا دایم پابرجا نگهداشت. در خاکهای ضعیف و زمینهای نامناسب ایجاد حایل برای تونل اغلب به صورت بخشی از عملیات حفاری و بطور همزمان با آن انجام می‌شود.
در خاکها ، به جز در مواردی که از روشهای سپررانی استفاده می‌شود، نگهداری توسط قابهای فولادی حاصل می‌شود. در حد فاصل بین این قابها تیرکهای چوبی یا فلزی قرار داده می‌شود. تیرکها بسته به شرایط زمین بطور چسبیده به هم یا با فاصله قرار می‌گیرند. حایل دیگری که در مواردی مصرف می‌شود، ورقه‌های فلزی است که می‌توان آنها را همراه یا بدون قابهای فولادی بکار گرفت. برای بالا بردن استحکام این صفحات پوششی ، می‌توان آنها را به صورت موجدار (مانند صفحات ایرانیت) در آورد. در شرایطی که حفاری به روش سپررانی انجام شود، ایجاد حایل برای بخشهای حفاری شده با استفاده از جفت نمودن قطعات پیش ساخته بتنی (یا فلزی) در کنار یکدیگر بدست می‌آید.
/*/*]]>*/
آشنایی
پس از آنکه تونل یا فضای زیرزمینی حفر شد اگر نتواند پابرجا بماند باید با حایلهایی مستحکم شود. حایلهایی که برای نگهداری فضای زیرزمینی بکار می‌روند به دو دسته موقت و دائمی تقسیم می‌شوند. سنگهای سالم ، از جمله سنگهای آذرین متبلور (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%A7%D8%B9+%D8% B3%D9%86%DA%AF%D9%87%D8%A7%DB%8C+%D8%A2%D8%B0%D8%B 1%DB%8C%D9%86) و برخی از سنگهای رسوبی سخت ، در طی اجرا و در زمان بهره برداری تونل حالت خودنگهدار دارند. درصورتی که بسیاری دیگر از سنگها و تقریبا همه خاکها باید در طول حفاری با حایلهایی نگهداری شوند و پس از آن نیز محتاج پوششهای محافظ دائمی اند.
طراحی حایل تونل بر مبنای فشار زمین و نوع سنگ انجام می‌شود. فشار زمین به کمک روابط تحلیلی یا تجربی برآورد می‌شود. فشار زمین می‌تواند از مقدار زیاد ، در مورد رسهای نرم یا سفت ، تا صفر ناچیز و در مورد سنگهای سالم ، تغییر کند. قابهای فولادی ، تیرکهای چوبی ، صفحات پوششی ، میل مهار ، شبکه توری ، و بتن پاشی روشهایی اند که جهت نگهداری فضاهای حفر شده در سنگهای متوسط تا ضعیف بکار گرفته می‌شوند.
در معادن ، حایل موقتی اغلب با جاگذاری و عدم استخراج بخشها یا پایه‌هایی از ماده معدنی تامین می‌شود. در خاکها زمان پابرجایی کم است، از اینرو حیطه کار نیاز به حایل دارد. نگهداری این قسمتها توسط چوب بست ، دیوار گل ، فشار هوا یا با استفاده از ماشینهای خودکار حفر تونل (TBM) انجام می‌شود. طاق و دیواره‌ها نیز ممکن است بطور موقت توسط صفحات پوششی یا سپر نگهداری شوند. پوشش دائمی تونلهای حفر شده در خاک (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AE%D8%A7%DA%A9) بطور درجا با بتن ریخته شده یا با نصب قطعات بتنی یا فلزی انجام می‌گردد.
نگهداری در سنگ
تونلها و حفره‌های معدنی ایجاد شده در سنگ معمولا در خود نگهدار هستند. حفره‌ها و بخشهای استخراج شده در معادن ، بویژه در معادن زغال سنگ ، به جای مقطع دایره‌ای یا بیضوی دارای مقطع مستطیلی اند. در اینجا تنشها عمدتا توسط دیواره‌های تونل و در کارگاههای استخراج توسط پایه‌ها و قسمتهای حفاری نشده تحمل می‌گردد. پس از حفاری تونل در سنگهای دارای لایه بندی افقی ، لایه‌های واقع در سقف ، تغییر شکل داده و تشکیل یک قوس فشاری می‌دهند که بار لایه‌های بالایی را تحمل می‌کند. در نتیجه بارهای روباره از اطراف حفره به دیواره‌ها و پایه‌ها منتقل می‌شود.
میزان تغییر شکل لایه سقف تابعی از ابعاد دهنه ، وزن لایه و ضخامت آن ، مقاومت کششی و مشخصات درزهاست. در سنگهای دارای درزهای زیاد ، با دوختن و مهار کردن لایه ها می توان یک تیر مرکب تشکیل داد و سقف را مقاوم کرد. ظرفیت باربری پایه‌ها تابعی از جنس و ابعاد پایه و جنس پی آن است. بطور کلی فضاهای زیرزمینی بزرگ و قسمتهای استخراج شده معادن به ندرت پوشش گذاری می‌شوند.
فضاهای زیرزمینی بزرگ معمولا در سنگهای با کیفیت خوب احداث می‌شوند که محتاج حداقل پوشش اند. در معادن نیز حایل توسط پایه‌ها تامین می‌شود یا در صورت استفاده از جکهایی که پس از پایان استخراج جمع آوری می‌شوند، سقف تونلهای دائمی معادن را می‌توان با میل مهار کنترل کرد. در اینجا مهمترین روشهای نگهداری فضاهای ایجاد شده در سنگ را مرور می‌کنیم.
میل مهار و کابل مهاری (سنگ دوزی)
در سنگهای درزدار ، لایه لایه یا دیگر سنگهای ناپایدار ، ناحیه سست یا خمیری شده اطراف قوس طلاق تونل توسط میل مهارها یا در صورتی که منطقه سست ضخیم باشد، توسط کابلهایی تحت فشار نگه داشته می‌شود. میلهای مهاری انواع مختلف دارند و معمولا در چالهایی که به این منظور در سنگ حفاری می‌شود، قرار داده می‌شوند.
شاتکریت
بتنی رقیق با دانه‌های سنگی درشت (12 میلیمتر) است که با فشار باد و با سرعت زیاد بر سطح سنگ پاشیده می‌شود و به این ترتیب پیوندی قوی با سنگ بوجود می‌آورد. شاتکریت معمولا در لایه‌های 5 سانتیمتری و بلافاصله بعد از حفاری (آتشکاری) پاشیده می‌شود. شاتکریت را بسته به شرایط می‌توان به تنهایی یا همراه با دیگر حایلها بکار گرفت.
قابهای فولادی و قطعات چوب
برای سالیان دراز تنها راه ایجاد حایل نگهدارنده برای تونلها استفاده از قابهای فولادی (تیر آهن) بود که به شکل نقطع تونل خم شده بودند. برای برقراری تماس بین قاب فلزی و سقف تونل از الوارها و قطعات چوب استفاده می‌شد.
پوششهای بتنی
روش رایج دیگر استفاده از پوشش بتنی است. امروزه استفاده از این روش تنها برای تونلهای حمل و نقل حفر شده در سنگهای خیلی ضعیف ، که کارایی دیگر روشها نامطمئن است، توصیه می‌شود.
روشهای تلفیقی
در تکنیکهایی که در سالهای اخیر رایج شده ، کوشش بر این است که نگهداری تونل یا فضای زیرزمین اساسا توسط خود سنگ انجام شود. به این منظور کوشش می‌شود تا کیفیت سنگ تا حدالامکان بهبود یابد تا بتواند بطور دایم پابرجا بماند. معروفترین روش در این زمینه روش جدید تونل زنی اتریشی (NATM) است. در این روش برای نگهداری سنگ ناپایدار از تلفیقی از شاتکریت میل مهار (وغالبا توری سیمی) استفاده می‌شود. به این منظور ابتدا با ابزاربندی دقیق نحوه رفتار سنگ معلوم شده و سنگ طبقه بندی می‌شود. به این ترتیب برای هر قسمت مناسبترین حایل انتخاب می‌شود.
نگهداری در خاک
تونلهایی را که در خاک ایجاد می‌شوند می‌توان با یک یا تلفیقی از روشهایی که در مورد سنگ گفته شد، بطور موقت یا دایم پابرجا نگهداشت. در خاکهای ضعیف و زمینهای نامناسب ایجاد حایل برای تونل اغلب به صورت بخشی از عملیات حفاری و بطور همزمان با آن انجام می‌شود.
در خاکها ، به جز در مواردی که از روشهای سپررانی استفاده می‌شود، نگهداری توسط قابهای فولادی حاصل می‌شود. در حد فاصل بین این قابها تیرکهای چوبی یا فلزی قرار داده می‌شود. تیرکها بسته به شرایط زمین بطور چسبیده به هم یا با فاصله قرار می‌گیرند. حایل دیگری که در مواردی مصرف می‌شود، ورقه‌های فلزی است که می‌توان آنها را همراه یا بدون قابهای فولادی بکار گرفت. برای بالا بردن استحکام این صفحات پوششی ، می‌توان آنها را به صورت موجدار (مانند صفحات ایرانیت) در آورد. در شرایطی که حفاری به روش سپررانی انجام شود، ایجاد حایل برای بخشهای حفاری شده با استفاده از جفت نمودن قطعات پیش ساخته بتنی (یا فلزی) در کنار یکدیگر بدست می‌آید.