تونل سازی- جلسه ی هفتم
رده بندی توده سنگ
برآورد وضعیت و پایداری توده ی سنگ در بر گیرنده تونل اولین لازمه ی طراحی برای احداث تونل است. با استفاده از یک سیستم رده بندی می توان یک ایده ی کلی از وضعیت توده ی سنگ و پایداری آن بدست آورد. در ساده ترین حالت یک سیستم رده بندی می تواند به عنوان یک لیست کنترل (Check list) جهت فراهم نمودن الزامات طراحی بکار رود. اگرچه رده بندی توده ی سنگ را نمی توان جایگزین روش های طراحی دقیق کرد، اما این روش ها ابزاری اولیه و مفید برای رسیدن به طراحی های دقیقتر به شمار می روند. در ادامه به مرور بر انواع روش های رده بندی توده سنگ که کاربرد بیشتری در تونل سازی دارند پرداخته شده است. در ادامه مطلب با ما همراه باشید.
محتوای درس
انواع روش های رده بندی توده سنگ
رده بندی ریتر (Ritter): در سال 1879 نوعی طبقه بندی مهندسی برای طراحی سیستم نگهداری تونل ارائه داد.
رده بندی ترزاقی (Terzaghi): قدیمی ترین مرجع رده بندی توده سنگ توسط ایشان در سال 1946 ارائه شده است. ایشان بار وارده بر سیستم نگهداری تونل را توسط طبقه بندی توصیفی سنگها برآورد می کرد. هدف این رده بندی برآورد بار وارده بر قاب های فولادی از طرف زمین است. این روش زمینه ی پیدایش سایر روش های رده بندی را فراهم کرد.
رده بندی بر مبنای زمان پابرجایی: این رده بندی در سال 1958 توسط لوفر (Lauffer) ارائه شد. مقصود از زمان پابرجایی، مدت زمانی است که تونلی با دهانه ی فعال معین در داخل سنگ حفر شده است، پابرجا بماند و بدون نگهداری ریزش نکند. دهانه ی فعال تونل یا عرض و قطر تونل بوده و یا فاصله ی آخرین نگهداری تا سینه ی کار (هرکدام که بزرگتر است) می باشد. این رده بندی در سال 1974 توسط پاچر (Pacher) تکمیل شد و امروزه به لوفر-پاچر معروف است.
رده بندی شاخص کیفیت سنگ (RQD): این رده بندی در سال 1967 توسط دیر (Deer) و همکارنش ارائه شد. شاخص RQD بر اساس وضعیت مغزه های NX (با قطر54.7 mm) بدست آمده طی حفاری گمانه های اکتشافی محاسبه می شود.
طبق نظر پالمستروم (Palmstrom) (1982) چنانچه مغزه در دست نباشد، می توان با شمارش درزه هایی که در رخنمون های حفریات نمایان شده است RQD را محاسبه کرد.چنانچه مقدار RQD بزرگتر از %75 بدست آید توده سنگ مقاوم بوده و چنانچه RQD کمتر از %50 باشد،توده سنگ ضعیف است.
رده بندی شاخص کیفیت سنگ (RQD):
با معلوم بودن شاخص RQD با مراجعه به جداول و نمودارها می توان سیستم نگهداری لازم برای تونل را تخمین زد.
رده بندی بر اساس ساختار توده سنگ (RSR):
این رده بندی در سال 1972 توسط ویکهام (Wickham) و همکارانش ارائه شد. اگرچه این روش در ابتدا برای طراحی شاتکریت (بتن پاشی) ارائه شد، ولی بعدها برای طراحی فولادی تونل های کوچک نیز مورد استفاده قرار گرفت. شاخص RSR به صورت زیر تعریف شد:
RSR= A+ B+ C
A: مربوط به زمین شناسی توده سنگ بوده و به نوع سنگ، مقاومت سنگ وساختار توده سنگ بستگی دارد.
B: با توجه به وضعیت ناپیوستگی ها نسبت به امتداد تونل از قبیل فاصله داری درزه ها، امتداد و شیب درزه ها تعیین می شود.
C: اولاً بستگی به A و B داشته و دوم اینکه مشخص کننده ی وضعیت جریان آبهای زیر زمینی است (حجم آب به ازای طول معینی از تونل)
مقدار RSR به کمک جداول تعیین ضرایب A و B و C بدست می آید و به کمک نمودارهایی،مقدار نگهداری مورد نیاز برای تونل با عرض مشخص ارائه می شود
رده بندی ژئومکانیکی (RMR):
در سال 1976 توسط بنیاوسکی (Bieniawski) ارائه شد که به رده بندی CSIRO نیز معروف است. این رده بندی از موفق ترین روش های رده بندی است. در این رده بندی از 6 پارامتر زیر استفاده شده است:
الف- مقاومت فشاری تک محوری توده سنگ
ب- شاخص RQD
ج- فاصله داری درزه
د- وضعیت ناپیوستگی های توده سنگ
ه- وضعیت آبهای زیرزمینی
در این روش به ازای هر وضعیت از 6 پارامتر یاد شده نمره یا امتیازی تعلق می گیرد که جزئیات آن در جداول مربوط قید شده است.
جدول مقادیر پارامترهای مورد نیاز در رده بندی RMR:
رده بندی شاخص کیفیت تونل سازی (Q):
این رده بندی توسط بارتن (Barton) در نروژ ارائه شد که به رده بندی NGI نیز معروف است و برای طراحی سیستم نگهداری تونل ها بکار می رود. مقدار Q از 0/001 تا 1000 به صورت لگاریتمی تغییر می کند. در این رده بندی از 6 پارامتر زیر استفاده شده است:
RQD- شاخص RQD توده سنگ
Jn- ضریب تعداد درزه ها
Jr- ضریب زبری درزه ها
Ja- ضریب دگرسانی درزه ها
SRF- ضریب کاهش تنش
در این روش نیز به ازای هر وضعیت از 6 پارامتر یاد شده،نمره یا امتیازی تعلق می گیرد که جزئیات آن در جداول مربوط قید شده است.
بارتن وهمکارانش پارامتر دیگری موسوم به بعد معادل (Equivalent Dimension) (DE) به شرح زیر تعریف کردند:
متداول ترین سیستم ها، رده بندی RMR و Q هستند. این دو سیستم شباهت زیادی باهم دارند و اختلافات آنها اغلب مربوط به وزن آماری متفاوتی است که به پارامترها داده شده است.
– در RMR مقاومت فشاری سنگ مستقیماً دخالت دارد ولی در Q اینطور نیست و مقاومت برجای توده سنگ بطور غیر مستقیم وارد شده است.
– پارامتر تنش در رده بندی Q وجود دارد ولی در رده بندی RMR در نظر گرفته نشده است.
برای تبدیل مقادیر عددی دو سیستم به هم رابطه ای توسط بنیاوسکی ارائه شده است:
𝑅𝑀𝑅=9 ln𝑄+24
دانلود فایل پی دی اف محتوای فوق به همراه تصاویر:
