تونل سازی- جلسه ی پنجم
حفر تونل به وسیله ی ماشین
در این مبحث ابتدا برتری ها و مزایای روش های مکانیزه حفر تونل نسبت به روش های کلاسیک ذکر شده و در ادامه ی آن نیز به محدودیت ها و معایب روش های مکانیزه اشاره شده است. حفاری مکانیزه تونل شامل استفاده از ماشین های بازویی (Roadheader) و یا به کار گیری ماشین های تمام مقطع (Full Face) است. محتوای آموزش، فیلم آموزشی این جلسه بعلاوه مستند حفاری تونل قمرود در ادامه آورده شده است.
محتوای درس:
برتری های روش مکانیزه نسبت به روش کلاسیک:
- سرعت پیشروی تا 5 برابر بیشتر است.
- بیش شکستگی (Over Break) در روش مکانیزه %5 است و در روش کلاسیک %30 الی %40 است.
- نیروی انسانی کمتری مورد نیاز است.
- عملیات حفاری، بارگیری، حمل، نگهداری و تهویه همگی به صورت توﺃمان اجرا شده و هیچ یک با دیگری تداخل ندارد.
- نسبت حادثه در هر 1000 متر پیشروی در روش کلاسیک4/28 است درحالی که در روش مکانیزه 2/69 است
معایب روش مکانیزه نسبت به روش کلاسیک:
- تغییرات مقاومت و سختی سنگ ها یک عامل محدود کننده در بکارگیری اقتصادی روش های ماشینی است.
- طول تونل در حفاری با ماشین تمام مقطع (Full Face) حداقل باید 3 کیلومتر بوده و با ماشین بازویی (Road Header) حداقل 800 متر باشد.
- قیمت ماشین های حفاری تونل بسیار گران است.
- تامین انرژی مصرفی این ماشین ها نیز دشوار و پر هزینه است.
- نیاز به بکار گیری نیروی متخصص و گران دارد.
- فرایند سفارش و خرید ماشین ممکن است تا 1 سال طول بکشد.
- گرد و خاک زیادی تولید می شود.
موفقیت روش مکانیزه شدیداً وابسته به نوع سنگ و تخصص نیروی انسانی است.
حفر تونل با ماشین
حفاری با ماشین بازویی (Roadheader)
حفاری با ماشین تمام مقطع (Full Face)
حفر تونل با ماشین بازویی:
در ماشین های بازویی،حفاری طی دو سازوکار پودر کردن (milling) (در ماشین های برش شعاعی) و یا تراشه کردن (ripping) (در ماشین های برش عرضی)، انجام می گیرد.
ماشین برش شعاعی،در سنگ های سخت و همچنین شرایط متغیر و دشوار زمین شناسی راندمان مناسب تری دارد.
ماشین برش عرضی،در سنگ های نسبتاً نرم و ضعیف و معدن کاری ذغال، راندمان مناسب تری دارد. وزن این ماشین از ماشین هم ظرفیت شعاعی 20 الی 30 درصد کمتر است.
“محدودیت اصلی این نوع دستگاه ها عدم انعطاف پذیری آنها در مقابل تغییر شرایط است.”
چنانچه آب با فشار 700 بار در حین حفاری به سینه کارپاشیده شود، نرخ فرسایش ناخن ها به شدت کاهش می یابد.
- مهارت اُپراتور دستگاه در میزان راندمان این دستگاه بسیار پر اهمیت است.
- در حفاری به کمک ماشین های بازویی میتوان عملیات بارگیری و نصب نگهداری را نیز انجام داد.
- برخی از این ماشین های بازویی دارای سپر محافظ بوده تا در زمین های سست نیز بتوانند حفاری انجام دهند.
- برخی از ماشین های بازویی نیز وجود دارند که به صورت تمام مقطع تونل را حفر می نمایند.
متصدی ترسو و محتاط ناخن ها را فرسوده می کند، متصدی بی احتیاط نیز به موتور و سایرقسمت ها آسیب می زند.
حفر تونل با ماشین تمام مقطع:
این ماشین ها با نام TBM (Tunnel Boring Machine) معروف اند.
این نوع دستگاه امروزه برای تمامی انواع سنگها قابلیت کاربرد دارد.
با توجه به محل و چگونگی کاربرد، ماشین های تمام مقطع به 3 گروه اصلی تقسیم می شوند:
1- ماشین حفر دویل (Raise Borer): مخصوص حفر دویل در معادن
2- ماشین حفر چاه (Blind Shaft Borer): مخصوص حفر چاه های کور در معادن
3- ماشین T.B.M
1-ماشین حفر دویل(Raise Borer)
2- ماشین حفر چاه (Blind Shaft Borer)
3- ماشین T.B.M (Tunnel Boring Machine)
دومین روش پرکاربرد حفر تونل بعد از چالزنی و آتشباری
بهینه ترین روش از لحاظ مصرف انرژی و سریع ترین روش حفر تونل
محدودیت اصلی این نوع دستگاه ها عدم انعطاف پذیری آنها در مقابل تغییر شرایط است.
انواع ماشین های TBM:
در بعضی از زمین ها وضعیت تنش کرنش طوری است که نیروی رو به جلوی سر حفار برای حفظ پایداری سینه کار کافی نیست.
در چنین شرایطی یا از روش EPB استفاده می شود که در آن فشار سینه کار توسط یک سیال کنترل می شود و یا از گل حفاری تحت فشار محبوس در محفظة حفاری استفاده می شود تا فشار رو به داخل سینه کار را جبران کند و به آن سپر هیدرولیک گفته می شود.
EPB System
HYDROSHIELD SYSTEM
نحوه ی کار ماشین هایT.B.M :
عملیات حفاری با این ماشین در 4 مرحله انجام می شود:
(الف)- استقرار دستگاه: چنگ زن های جلو و عقب (8 عدد) باز شده و دیواره تونل را می گیرند.
(ب)- حفاری: صفحة حفار شروع به چرخش کرده و همزمان جک های عقب سر حفار را به جلو حل داده و تونل حفر می شود و همزمان مواد حاصل از حفاری تخلیه می شود.
(ج)- استقرار مجدد دستگاه: چنگ زن ها جمع شده و بدنة دستگاه به جلو حرکت می کند و پس از جابجایی کامل دوباره چنگک ها باز می شوند.
(د) نصب نگهداری: جک های عقب جمع شده و قطعات پیش ساختة بتنی نصب می شوند.
بر اساس مطالعات انجام شده بر روی 65 تونل در آمریکا، اروپا، استرالیا، آفریقای جنوبی که به کمک T.B.Mحفر شده است، بهترین پیشروی در حالات مختلف در جدول زیر خلاصه شده است.
عوامل اصلی موثر در نرخ پیشروی:
1) وضعیت جنس و ساختار زمین و آب زیر زمینی
2) قطر و طول تونل
3) نیروی کار، قوانین محلی و ساعت کاری
4) نگهداری و پشتیبانی ماشین
5) قابلیت های ماشین (نیروی رانش، نیروی گشتاور، قطر دیسک، نصب نگهداری)
به طور متوسط این نوع ماشین ها 60 تا 90 درصد از زمان ساعت کاری را آماده به کار (Availability) بوده و 30 تا 36 درصد در حال بهره دهی (Utilization) هستند.
نکاتی در خصوص حفر تونل با ماشین تمام مقطع:
- در تونل زنی با ماشین های تمام مقطع، تونلهای با قطر کمتر از 3/2 متر در ردة تونل های کوچک مقطع رده بندی می شوند. فضای محدود کاری در این تونل ها مشکلاتی را در ارتباط با بارگیری، حمل، تهویه، نگهداری تونل و تعمیرات صفحه حفار ایجاد می کند.
- کاربرد ماشینهای تمام مقطع معمولاً در قطر های 5 الی 10 متر توجیه اقتصادی خوبی دارد.
- با تمام مشکلات موجود، این دستگاه ها برای تونل های کوچک مقطع هم استفاده شده و نرخ های پیشروی بالایی را ثبت کرده است.
- ماشین های مخصوص حفر تونل های کوچک به کمک کنترل از راه دور هدایت می شوند.
- به طور متوسط یک دستگاه T.B.M در طول عمر مفید خود می تواند 40 کیلومتر تونل حفر کند که البته شرایط زمین در این خصوص بسیار تعیین کننده است.
انواع زمین های نرم:
- زمین های سفت (Firm): رس سفت و مواد دانه ای متراکم خوب سیمانی شده.
زمین سست - (Raveling): ماسه های با چسبندگی کم، سیلت و خاکهای برجا
- زمین های جاری (Running Ground): خاک های فاقد چسبندگی مثل ماسة خشک
- زمین های جریان یابنده (Flowing Ground): تودة خاک به همراه آب زیر زمینی مانند یک سیال با لزجت زیاد به داخل تونل جریان می یابد.
- زمین های فشارنده (Squeezing Ground): رس های نرم تا متوسط
ماشین های تمام مقطع مخصوص زمین نرم
دانلود فایل پی دی اف محتوای درس به همراه تصاویر:
فیلم آموزشی جلسه پنجم درس تونل سازی
رئوس مطالب:
- مقایسه مزایا و معایب روش های کلاسیک و مکانیزه حفر تونل
- انواع روش های حفر مکانیزه تونل
- تشریح سازوکار حفر تونل با ماشین های بازویی
- تاثیر اپراتور بر راندمان حفاری تونل با ماشین
- انواع ماشین های تمام مقطع حفر تونل
- حفر دویل با ماشین تمام مقطع
- حفر چاه با ماشین تمام مقطع
- تشریح سازوکار انواع ماشین های TBM در تونل سازی
- عوامل موثر در راندمان حفاری تونل با TBMها
- رده بندی انواع زمین ها در رابطه با حفر تونل با ماشین تونل زنی TBM
دانلود فیلم آموزشی با کیفیت دلخواه:
