1390-91ترم اول 1 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

هنآ هاي راه و راه شخصات هندسي تونلم -1

توانـد مقطـع تونلهـا مـي . ها شامل شكل و اندازه مقطع، و شـيب تونـل ميباشـد مشخصات هندسي تونل

اي، صورت حفاري مقطـع بصـورت دايـره البته در. اي باشد اسبي، مستطيلي و يا دايره بصورت طاقي، نعلنمايند كه كف تونل بصورت مسـطح و شكل مقطع نهايي را با استفاده از دالهاي بتني بصورتي اصالح مي

آهن ممكن اسـت بصـورت دو طرفـه و يـا يـك تونلهاي راه و راه. آهن باشد قابل استفاده بعنوان راه و راه .شوند بقه نيز اجرا ميهاي راه بصورت دوط تونل .طرفه عمل نمايند

هاي گونـاگوني دارنـد ولـي نامه هن كشورهاي مختلف آيين آ در مورد مشخصات هندسي تونلهاي راه و راه

. ندارداي كه بتواند در انتخاب روش حفاري تاثير بگذارد قابل مالحظهاين مشخصات تفاوت اي از آن ذيـال است كه خالصـه عيين كردهتهاي راه براي تونلنامه وزارت راه مشخصاتي را در ايران آيين

:شود ذكر مي هاي راه شيب تونل 1- 1

در صـد تجـاوز 2د از يمتر نبا 500شتر از يبا طول ب يب تونل هايش نامه طرح هندسي راهها طبق آيين متر بهتر 500كوتاه تر از يب در تونل هايحداكثر ش .باشد يدر صد م 1,5ه شده برابر يمقدار توص.دينما

.درصد تجاوز نكند 4است از :ب كم در تونل هايل انتخاب شيدال

ك در داخـل يـ از تـراكم تراف يريجلـوگ ين بـرا يه سنگيل نقليممانعت از كاهش سرعت وسا-1 .تونل

.شوند يم يكه دچار خراب يه ايواقع در ارتفاعات در تعداد وسائط نقل يها يير سربااليتاث-2 هوا يش مقدار الودگيها در افزا يير سر بااليتاث-3 ش سرعت وسايل نقليهيدرافزاها پاييني ر سريتاث -4

ترجيحـا بخاطر مسـائل تهويـه ها شيب تونلهاي راه با ترافيك سنگين در سربااليي AASHTOبه توصيه

براي تونلهاي دوخطه دوطرفه حداكثر شيب مطلـوب بـراي جلـوگيري از . تجاوز كنددرصد 3,5نبايد از درصـد يـا بيشـتر 4براي ترافيك در جهت سرپاييني شيب . باشد در صد مي 3ها اميونكاهش سرعت ك

1390-91ترم اول 2 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

درصد هـم مـورد اسـتفاده واقـع 6درصد و حتي 5هاي براي حجم ترافيك سبكتر شيب. هم مجاز است .است شده

هاي راه تونل يعرض م رخين 2- 1

ممكن بسيار مشكل و نزديك به غيرآزاد يواقع در هوا يها ه با راهسيتونل در مقاتوسعه نكه يبا توجه به ا : )نامه طرح هندسي راهها آيين( ر را از قبل مد نظر قرار داديز ينكته اساس سه بهتر است است

.)سال پس از افتتاح تونل 20الاقل .(نده يآك ياز ترافين نيالزم جهت تام يفضا ينيش بيپ - 1

سال آينـده باشـد و 20ل بايد طوري طراحي شود كه جوابگوي ترافيك اين بدين معني است كه تونتوان ضمن استفاده از تونل موجود، تونل ديگري بديهي است كه در آينده و با زياد شدن ترافيك مي

.نيز احداث نمودك تونـل بـا يـ يبه جا كوچك ياحداث دو تونل مجزا با مجراخط عبور 3ش از يبا ب يها در راه - 2

:داراي امتيازات زير استگ بزر يمجرا .طرفه استفاده كرد 2توان از آن به صورت يتونل در ابتدا ميك با ساختن )الف .ك جهت استفاده كرديتوان در يبا ساختن تونل دوم از هر تونل م )بك جهـت و از تونـل يـ ياز تونل ها بـرا يكيتوان تونل سوم را ساخت و از ينده دور ميدر آ )پجهت متراكم يبرا) كه معموال تونل وسط خواهد بود(از تونل سوم يهت مخالف ولج يگر برايد

يك در ساعت هايب جهت عبور از تونل وسط بسته به جهت تراكم ترافين ترتياستفاده كرد به ا .كندير مييمختلف اوج روز تغ

.ها ه تونليو تهو يياروشن يمناسب برا يفضا ينيش بيپ-3

فتن مزاياي ذكر شده براي دو تونل با مجراي كوچك بجاي يك تونـل بـا مجـراي كه عالوه بر در نظر گر .هاي احداث آنها نيز باهم مقايسه شده و سپس گزينه مناسب انتخاب شود بزرگ، بايد هزينه

تونـل يشـانه هـا . ر راه اسـت يمس يدر داخل تونل برابر با عرض خط ها ياصل يخط ها يعرض معمول

.گردد يبه آن متصل م يرد و بدون وجود اختالف سطحيگ يقرار م ياصل يها ن خطيمانند راه در طرفخط عبور در نظر گرفتـه يرو يوار كنارياز اثر د يريجلوگ ياست و برا ين شانه ها فاقد هر گونه مانعيا

ن شـانه هـا يعرض ا. گردد يز استفاده مين يرتوقف اضطرا يدر ضمن از شانه سمت راست برا.استشده .آمده است 1-1جدول در

1390-91ترم اول 3 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

اسـتفاده ياده رو ها فقط بـرا يست و پيمجاز ن يبرون شهر ياده به داخل تونل هايمعموال ورود عابران پاده رو ين پيا. شود يشده است احداث م يه آنها دچار خرابيل نقليكه وسا يو كسان يماموران بهره بردار

:ر باشنديط زيشرا يد دارايها با

.متر باشد يسانت 60اده رو يحداقل عرض پ يدر تونل با مقطع منحن - 1 .متر باشد يسانت 75اده رو يواره قائم حداقل عرض پيدر تونل با د - 2 .دمتر باش يسانت 40متر و حداكثر آن يسانت 20اده رو از لبه راه يحداقل ارتفاع پ - 3

)نامه طرح هندسي راهها آيين( ها عرض شانه راه در تونل -1-1جدول

مالحظات

مت شانه س (m)چپ

شانه سمت (m)راست

سرعت طرح(km/hr)

نوع راه نوع تونل

- 5/0 85/1 ك طرفه با طول كمتر از يتونل 80

ا ي هآزادرا متر 1000ك يمتر 500هر بزرگراه

5/0 نگيپارك 85/1 80 ش از يك طرفه با طول بيتونل

متر 1000

- 1 1 60

تونل دو طرفه با طول كمتر از ك يمتر 500هر ياصل ترم 1000

نگيپارك1 1 60

ش از يتونــل دو طرفــه بــا طــول بــ متر 1000

5,2ه يـ تهو يسـتم هـا يو س ييسات تونل مانند روشـنا يحداقل ارتفاع آزاد تونل از سطح سواره رو تا تاس

)يمتر روكش آسفالت آت يسانت 10+متر مجاز 5,1.(باشد يمتر م .باشد يدرصد م 1,5 يال 1سطح راه در تونل ها يب عرضيش

139

اده شده

رد يـ گ ي

يگاه هـا 500ر از

رگراه ها

ب شـود .ست

0-91ترم اول

AASHTO د

AASHT

يظـر قـرار مـ

ت دسـتگيـدا بـاالتر يع ها

ا بزيادراه ها ز

طوري انتخابنلها الزامي نيس

:شود مي

ت

O با استاندارد

TOخطه طبق

ر مـد نظيـ ـه ز

.رددرا از نظـر هـ

شعاع ينيش ب

زواقع در آ يا

شعاع پيچ بايد سبقت در تون

انتخاب م 1-2

4

ي راه مطابق

ي اصلي دوخ

هـا چنـد نكتـ

.دگر يت ترمز م

يدشوار ييراشيل پين دلي ا

ف در تونل ها

فاده از پيچ، شن فاصله ديد

1جدولرح از

صفحه

براي تونلهاي )

ها ي تونل راه

تونل ه مسير

گردد يد مي دث كاهش قدرت

و اجر يختمانبه. سازد ي م

د توقفيصله د .د

ر صورت استفاست كه تامينر به سرعت ط

سي

(clearance)

ابعاد الزم برا

الننظور طراحي

باعث كاهشح راه كه باعث

ل ساخيمسا ،مشكل مطرح

فاحداقل هها،باشد يمتر م 8

هاي راه، در لالزم بذكر ا. د

د توقف بسته

پالس -ل سازي

قل ابعاد الزم

حداقل -1-1

در پالهاي راهبه من د توقفي

:)هادسي راه

ه كهيل نقليساتر بودن سطح

كم يليخ يهايطاق يالبها

ح هندسي راه80 ياصل يها

حي مسير تونلف برآورده شود

AA فاصله ديد

تونلاز درس ي

حداق 1-1كل

شكل

ه تونلر يمسين فاصله ديي

نامه طرح هند

دود وس-1چرب ت -2شعاع ه -3

ا انطباق قاي ي .است يزام

نامه طرح آيينه متر و در راه

كلي، در طراحصله ديد توقف

ASHTOصيه

قسمتي

در شك.است

م 1-3يتع درن آيين(

يحفارمتر الز

طبق آ

م 120

بطور ككه فاصبه توص

1390-91ترم اول 5 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

AASHTOفواصل ديد توقف طبق -2-1جدول

(m)فاصله ديد توقف (km/hr)سرعت طرح 50 65 80 95 110

61 84 122 160 191

آهن هاي راه شيب تونل 4- 1

يب حداكثر در خـارج درصد ش 75آهن نبايد از راه) بدون پيچ(هاي مستقيم در صورت امكان شيب تونلمتـر بعـد از آن نيـز 300متر قبـل از تونـل و 900اين شيب بايد حدود . شود تونل زيادتر در نظر گرفته

دار هـاي پـيچ هاي داراي پيچ بايد همانند شيب خطوط خارج از تونـل در قسـمت شيب تونل. حفظ شود .مورد تعديل قرار گيرد

آهن هاي راه تونل يم رخ عرضين 5- 1

آهن در چند كشور داده شده است راه يها تونل (typical dimensions)تيپ بعاد ا ،3-1در جدول

در چند كشور آهن هاي راه ابعاد تونل -3-1جدول

عرض تونل نام كشور (m)

ارتفاع طاق تونل تا (m)لير يباال

دو خطه يها تونل(double track)

ايتاليا فرانسه آلماناياسترال

8,00 8,00 8,20 8,2

6,00 5,80 6,20 6,40

تك خطه يها تونل(single track)

ايتاليا استراليا سويس هند

4,60 5,50 5,20 4,72

5,00 5,00 5,80 6,00

139

شان داده

وصيه

90-91ترم اول

آهن نش اي راه

توطبق خطه

ر هند

ت

ها لتوناي بر.

خطه و دو تك

آهن در اي راه

6

(clearance).

ت آهن هاي راه هن آمريكا

ها براي تونل )

صفحه

.قل ابعاد الزم

(c ه براي تونلآه هندسين راه

(clearance)

سي

حداق نمونه از

(clearance م

انجمن مه

قل ابعاد الزم

پالس -ل سازي

نيز چند 3-

داقل ابعاد الزم

حدا -3-1ل

تونلاز درس ي

1و 2-1كال .ست

حد -2-1كل

شكل

قسمتي

اشكدر اس شده

شك

1390-91ترم اول 7 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

در پالنآهن هاي راه تونلر يمس 6- 1

هـاي داراي پـيچ هـم در البته تونل. نظر گرفته شود االمكان بايد مستقيم در آهن حتي هاي راه مسير تونلي آهـن غالبـا دارا هاي راه پيچ تونل. اند بسياري موارد بويژه در مناطق كوهستاني مورد استفاده واقع شده

.باشند در دو انتهاي پيچ مي (spiral)قوس اتصال تدريجي حلزوني

1390-91ترم اول 8 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

تنش و تغيير شكل پيرامون تونل ها -2 محيط االستيك 2-1 اي تنش اطراف تونل دايره 2-1-1

:درشرايط زير مي توان فرض نمود كه محيطي كه تونل در آن واقع است رفتار االستيك داردنش هاي موجود در سنگ اطراف تونل پائين تر از حد االستيك سنگ يعنـي حـدود يـك دوم ت -

. مقاومت فشاري سنگ باشد . فاصله درزه ها و شكاف ها از هم زياد باشد -

وجود دارد و همچنين با فـرض ) plane strain(براي محيط االستيك و با فرض اينكه حالت كرنش مسطح

شخصـي بـه نـام .اسـت ) continuous( و پيوسـته ) isotropic( همسـان ،)homogeneous(اينكه محيط همگن Kirsch تنش هاي بوجود آمده در اطراف يك مقطع گرد در اين محيط را حساب كرده است.

r

2a

rr

Vertical applied stress P1

Hor

izon

tal a

pplie

d st

ress

P 2

1390-91ترم اول 9 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

⎪⎪⎪

⎭

⎪⎪⎪

⎬

⎫

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

−+−

−=

+−

−++

=

+−−

+−+

=

θθτ

θθσ

θσ

2sin)321(2

2cos)31(2

)1(2

2cos)341(2

)1(2

4

4

2

221

4

421

2

221

4

4

2

221

2

221

ra

rapp

r

rapp

rapp

ra

rapp

rapp

r

P1 = تنش اوليه افقي زمين)Insitu horizontal stress( P2 = تنش اوليه قائم زمين)Insitu vertical stress(

تنش در ديواره تونل

:استفاده كنيم كه نتيجه مي دهد r = aبراي بدست آودن تنش ها در ديواره تونل در روابط فوق از

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧

−−+===

θθστσ

θ

2cos)(2)(00

2121 ppppr

r

1230براي pp −=⇒= θσθ 21390براي pp −=⇒= θσθ

منحني تغييرات :تمرين 2p

θσب را بر حسr/a براي k=0 ،k=1 ،k=2 وk=3 0براي=θ 90و=θ

. رسم نمائيد

:داريم θ=0براي : حل

xaryو =

P=

2

θσ 00و 1 =⇒= Pk

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

++

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+=⇒⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+=

4

4

2

22

4

42

2

22 315.0115.031

201

20

ar

arPr

aPraP θ

θσ

σ

4242

5.15.01)31(5.0)11(5.0xxxx

y ++=+++=⇒

1390-91ترم اول 10 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي ***********************

xaryو =

P=

2

θσ 211و PPk =⇒=

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+×+

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+×=⇒⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+=

4

4

2

22

4

422

2

222 31011131

21

2ar

arPr

aPPraPP θ

θσ

σ

2

11x

y +=⇒

***********************

xaryو =

P=

2

θσ 21و 22 PPk =⇒=

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+−

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+=⇒⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+=

4

4

2

22

4

422

2

222 315.0115.131

221

22

ar

arPr

aPPraPP θ

θσ

σ

4242

5.15.11)31(5.0)11(5.1xxxx

y −+=+−+=⇒

***********************

xaryو =

P=

2

θσ 21و 33 PPk =⇒=

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+−

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+=⇒⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+=

4

4

2

22

4

422

2

222 3111231

231

23

ar

arPr

aPPraPP θ

θσ

σ

4242

321)31()11(2xxxx

y −+=+−+=⇒

:داريم θ=90براي

xaryو =

P=

2

θσ 00و 1 =⇒= Pk

1390-91ترم اول 11 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+−

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+=⇒⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+=

4

4

2

22

4

42

2

22 315.0115.031

201

20

ar

arPr

aPraP θ

θσ

σ

4242

5.15.0)31(5.0)11(5.0xxxx

y −=+−+=⇒

***********************

xaryو =

P=

2

θσ 211و PPk =⇒=

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+×+

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+×=⇒⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+=

4

4

2

22

4

422

2

222 31011131

21

2ar

arPr

aPPraPP θ

θσ

σ

2

11x

y +=⇒ ***********************

xaryو =

P=

2

θσ 21و 22 PPk =⇒=

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

++

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+=⇒⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+=

4

4

2

22

4

422

2

222 315.0115.131

221

22

ar

arPr

aPPraPP θ

θσ

σ

4242

5.15.12)31(5.0)11(5.1xxxx

y ++=+++=⇒

***********************

xaryو =

P=

2

θσ 21و 33 PPk =⇒=

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

++

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+=⇒⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+=

4

4

2

22

4

422

2

222 3111231

231

23

ar

arPr

aPPraPP θ

θσ

σ

4242

323)31()11(2xxxx

y ++=+++=⇒

1390-91ترم اول 12 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

اي مكان تونل اطراف تونل دايرهتغيير 1-2- 2

:مقادير تغيير مكان ناشي از احداث تونل از روابط زير بدست مي آيد

⎪⎪⎭

⎪⎪⎬

⎫

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

+−−

−=

−−−

++

=

θθ

θ

2sin))21(2(4

2cos))1(4(44

2

2221

2

2221

221

rav

ra

Gppv

rav

ra

Gpp

ra

Gpp

ru

ur = تغيير مكان شعاعي)radial out ward displacement(

θv = تغيير مكان مماسي)tangential displacement ( G = مدول برشي)shear modulus( V = نسبت پواسون)poisson's ratio(

:تغيير مكان ديواره تونل :كه نتيجه ميشود r = aدر رابطه فوق قرار مي دهيم

⎪⎪⎭

⎪⎪⎬

⎫

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

+−−

−=

−−−

++

=

θθ

θ

2sin)1)21(2(4

2cos)1)1(4(44

21

2121

vaG

ppv

vaG

ppaG

ppru

:تغيير مكان ديواره تونل خواهد بود p1= p2براي حالت تنش هاي هيدرواستاتيك يعني

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧

=

=

02

θv

aGp

ru

:داريم aاست كه تحت تنش هاي هيدرواستاتيك براي يك حفره استوانه اي به شعاع ثابت شده

aGp

ru2

= : داريم aثابت شده است كه تحت تنش هاي هيدروستاتيك براي يك حفره ي كروي به شعاع

aGPur 4

=

1390-91ترم اول 13 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

aيــك اســتوانه بــه شــعاع نصــف تغييــر مكــان بــراي aيعنــي تغييــر مكــان بــراي يــك كــره بــه شــعاع .باشد مي

تنش در ديواره تونل هاي بيضي شكل -3- 1- 2

W

AC

X

ZH

Pz

kpz

براي 21

=WH وk=0 داريم :

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

−==

2

2

)(5)(

PP

C

A

θ

θ

σσ

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −+= 1)21()(

WHKPzCθσ

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −+= K

HWPzA 21)( θσ

1390-91ترم اول 14 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

تنش در ديواره چند مقطع عرضي 1-4- 2

)k=0(قائم تنها تمركز تنش در سقف و كناره انواع اشكال تحت فشار

نسبت ارتفاع به شكل تونل كناره سقف عرض

5.0 1.0- 0.5 بيضي شكل 3.4 0.9- 0.5 تخم مرغي

2.5 0.9- 0.5 )گوشه گرد(مستطيلي 3 1.0- 1 اي دايره

2 1.0- 2 بيضي شكل 1.6 0.9- 2 تخم مرغي

1.7 1.0- 2 )گوشه گرد(مستطيلي

1390-91ترم اول 15 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

ونلها رفتارخميري در اطراف ت -2-2

اي تنش اطراف تونل هاي دايره 2-2-1موقعي كه تنش هاي مماسي در اطراف تونلها از حدود يك دوم مقاومت فشاري تك محوري سنگ

ناحيه خميري اين ناحيه شكسته اصطالحاً. بيشتر باشد سنگ اطراف تونل شروع به شكستن مي كند .ناميده مي شود

شعاعي را كه اين ناحيه خميري تا آن شعاع Brayمساوي باشند، براي حالتي كه تنش هاي افقي و قائم وي فرض نموده است كه شكستگي ها با جهت شعاعي زاويه اي . ادامه پيدا مي كند محاسبه نموده است

فته در نظر گر) Mohr - Coulomb(كولمب -مي سازد كه اين فرض با بكار گرفتن تئوري مور δبه اندازه . شده است

1390-91ترم اول 16 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

:را به صورت زير تعريف مي كنيم Qكميتي به نام

1)tan(

tan−

−=

j

Qϕδδ

با فرض اينكه سنگ شكسته در ناحيه خميري داراي سطوح به شكل حلزوني لگاريتمي )log spiral ( با خصوصيات مقاومتيjjp S ϕστ tan+= مي باشند، شعاعR كه مرز بين ناحيه

:االستيك است از رابطه زير تعيين ميشود - پالستيك

QSP

SqpaR

jji

jju /1))cot)](2/45(tan1[

cot)]2/45(tan1[2( 2

2

ϕϕϕϕ

+++

+++−=

P = تنش اوليه در سنگ)phv ==σσ) (initial rock stress(

qu =مقاومت فشاري تك محوري سنگ Pi =فشار داخلي درجدار تونل كه توسط پوشش تونل وارد ميشود . )internal pressure in the tunnel provided by the supports( φ = زاويه اصطكاك داخلي سنگ دست نخورده

(angle of internal friction of intact rock) φj =زاويه اصطكاك سطح شكستگي Sj = چسبندگي سطح شكستگي

:تنش ها در ناحيه االستيك

2

2

rbp

rbpr

+=

−=

θσ

σ

:عبارتست از bدر روابط فوق

22

2

)1)2/45(tan

]1)2/45([tan( Rqpb u

+++−+

=ϕ

ϕ

تنش ها در ناحيه پالستيك

1390-91ترم اول 17 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

jjQ

jjji

jjQ

jjir

SarSp

SarSp

ϕϕδδϕσ

ϕϕσ

θ cot)()tan(

tan)cot(

cot))(cot(

−−

+=

−+=

اي تغيير شكل اطراف تونل هاي دايره 2- 2- 2

:اي شكل را محاسبه كرد هاي دايره از روابط زير مي توان تغيير شكل اطراف تونل

rtpr

arp

Evu Q

Q

ir +−−

=+

)(1 1

:كه درآن

bE

vaRSpSpR

Evt Q

jjijj+

++−+−

=1]))(cot()cot[(1 2 ϕϕ

:ها يشكستگ يد برايفرض كن :مثال

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧

=

=

=

0

0

45

030

δ

ϕ

j

j

S

:سنگ يبرا

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

°==

9.3910

ϕau MPq

P=30MPa : تنش درجا : support pressure(Pi = 0.3MPa(فشار پوشش تونل

:نصورتيدر ا

1390-91ترم اول 18 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

22

2

73.21

2

2

)1)2/45(tan

]1)2/45([tan(

47.3

)30cot03.0)](2

9.3945(tan1[

30cot0)]2

9.3945(tan1[10302

73.21)3045tan(

45tan1)tan(

tan

Rqp

b

aR

aR

QQ

u

j

+++−+

=

=⇒

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

×+++

××+++−×=

=⇒−−

=−−

=

ϕϕ

ϕδδ

2

2

2

2

295.253

)47.3)(1)

29.3945(tan

1030]1)2

9.3945([tan(

ab

ab

=⇒

++

+×−+=

:يريخم يهحدر نا

MPaبر حسب

73.273.2 )(3.00))(03.0(

cot))(cot(

ar

ar

SarSp

vr

jjQ

jjir

=−+=

−++=

σσ

ϕϕσ

jjj

jji SarSp ϕ

ϕδδϕσ ϕ

θ cot)()tan(

tan)cot( −−

+=

73.273.2 )(12.10)()3045tan(

45tan)03.0(ar

ar

=−−

+=θσ

:در ناحيه االستيك

MPaبر حسب

2

2

2

2

2

2

295.25330

295.23530

ra

rbp

ra

rbp rr

+=⇒+=

−=⇒−=

θθ σσ

σσ

1390-91ترم اول 19 صفحه پالسي -تونل سازياز درس قسمتي

:كيو االست يريخم يهن ناحيدر مرز ب

47.347.3 =⇒=⇒=ararRr

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

==

==

MPaMPar

44.33)47.3(12.196.8)47.3(3.0

73.2

73.2

θσ

σيريه خميروابط ناح از

⎪⎪⎭

⎪⎪⎬

⎫

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

=+=

=−=

a

ar

MP

MP

04.51)47.31(295.25330

96.8)47.31(295.25330

2

2

θσ

σ االستيك از روابط ناحيه

:م يدار)جداره تونل ( r = a در

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

==

a

ar

MPMP

12.13.0

θσσ

:م يدار r=∞در

ر يـ ط زيشـرا يبـرا r/aرا بر حسـب ) θσ( يو تنش مماس) ( يرات تنش شعاعييتغ يمنحن :ن يتمر .ديم نمائيترس

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧

===

0

0

452.030

δ

ϕ

aJ

J

MPS

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

=

=040

15ϕ

au MPq

P=40MPa

Pi = 0.4MPa

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

==

a

ar

MPMP

3030

θσσ

rσ

1390-91ترم اول 20صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

هاي حفاري تونل روش -3

:توان اجراي يك تونل را به مراحل زير تقسيم كرد ميبه طور كلي

حفاري - پايدارسازي اوليه - پايدارسازي نهايي - شنايي خدمات جنبي مانند تهويه، آبكشي و رو -

: ورت كلي در دو دسته قرار دادتوان به ص ميروشهاي حفاري تونل را

(Drilling & Blasting) ي و انفجار نروش چالز - (Mechanical Excavation) زههاي مكاني روش -

:هاي حفاري مكانيزه عمدتا شامل موارد زير است روش TBMمقطع توسط دستگاه حفاري تمام - (roadheader)گاوي حفاري موضعي توسط كله -

هـا در تـوان بـراي حفـاري تونـل نيز مي (rammer)هاي هيدروليكي قوي نواع چكشدر بعضي موارد از ا .بعضي شرايط استفاده كرد

چالزني و انفجارروش -3

: اين روش شامل مراحل زير است چالزني - خرجگذاري - انفجار - تخليه دود - لق گيري - تخليه مواد حفاري شده - در صورت لزوم) ت، تور سيمي، شاتكريتاز قبيل نصب راكبول(پايدارسازي - هاي آب، داكتهاي تهويه، سيم برق اضافه نمودن طول لولهكارهاي متفرقه ديگر مانند -

1390-91ترم اول 21صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

دو مسأله مهم كه در حين انفجار بايد به آن توجه شود اين است كه اوال حفاري به اندازه مورد نياز باشد

شود و هـم ميهم هزينه خارج كردن سنگها زياد چون اگر بيش از مقطع مورد نياز حفاري صورت گيرد توده سنگ در حين انفجارآسيب نبيند تا فشار بايد توجه كرد ثانيا . ردبتن پرك يد بابعدا فضاي خالي را با

. اضافي بر پوشش تونل وارد نكند

وليكي سال اخير تكنيكهاي چالزني پيشرفت زيادي كرده است و استفاده ازجامبوهاي الكتروهيـدر 25در افزايش كارايي تنها به معني افزايش سرعت چالزني نيست بلكه كيفيت . كارايي چالزني را باال برده است

ها و همچنـين كنتـرل چالمنظور از كيفيت، محل دقيق، صاف بودن، طول . چالزني هم بهبود يافته استتوان كليـه فعاليـت ميكامپيوتر با استفاده از . پارامترهاي چالزني مثل فشار تماسي و گشتاور وارده است

با سرعت زياد دتوان ميها چالخرجگذاري در . هاي انجام شده را كنترل و ثبت و كيفيت چالزني را باال برداين كار توسط خرجهاي بـا لولـه پالسـتيكي و يـا تجهيـزات خرجگـذاري مكـانيكي صـورت . انجام شود

. توان بـه دقـت تنظـيم كـرد ميرا چالر واحد طول در مورد اخير مقدار خرج قرار داده شده د. گيرد ميامولسـيون هـاي منفجـره . پيشرفت در زمينه مواد منفجره به استفاده از انواع ايمن تر منجر شـده اسـت

. كنند و دود را ايجاد مي ميار گازهاي سجديد حداقل مقد

70شـوند تـا مديريت مـي هايي كه بخوبي سرعت پيشروي در حفاري به روش چالزني و انفجار در پروژهباشد ولي به علت باال بـودن تعـداد نيـروي انسـاني و نتيجتـا بـاال بـودن پذير مي امكانمتر در هفته نيز

كنـد و هايي كه ايـن روش حفـاري بـه سـنگ اطـراف تونـل وارد مـي ها در اين روش و نيز آسيب هزينههاي حفاري مكـانيزه استفاده از روش بسياري موارد در ،محيطي همچنين با در نظر گرفتن مسائل زيست

. ارجحيت دارد بر روش چالزني و انفجار چالزنيالگوي 3-1 انتخـاب .بايد به گونه اي طراحي شود كه هر چال فضاي آزاد براي شكستن داشـته باشـد چالزني لگويا

: بستگي به عوامل زير داردالگوي چالزني

ابعاد تونل - هندسه تونل - قطر چالها - مقطع حفاري شدهبراي كيفيت نهايي مورد نظر -

1390-91ترم اول 22صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

شناسي شرايط زمين - در دسترس براي استفادههاي نوع مواد منفجره و چاشني - نوع تجهيزات مورد استفاده براي چالزني - محدوديت ارتعاشات ناشي از انفجار -

ايجـاد هاي مختلف چالبين انفجار خرج كافي تاخير بايد . دهد ميرا نشان چالزني يك الگوي 1-3شكل .شود

و ترتيب انفجار چالها يك نمونه الگوي چالزني -1-3 شكل

سطح آزاد 3-2

در وجود دارد سطح آزاد دوتفاوت بين انفجار شيرواني ها و انفجارتونل اين است كه در انفجار شيروانيها به طريقي ايجاد كـرد تـا زاد دوم را بايدآو سطح موجود استنفجار تونل تنها يك سطح آزاد حاليكه در ا

سطح آزاد دوم از طريق ايجاد يـك بـرش . و به بيرون پرتاب شود شده ن سنگ بتواند شكستهآاز طريق (cut) شـكل ( توان براي ايجاد برش در نظر گرفت هاي مختلفي را مي محل. شود ميدر جبهة تونل ايجاد

. ، و يا بادبزني باشد)اي گوه( شكل V برش برش زاويه دار از قبيل و برش موازيانواع برش شامل ). 3-2

داليـل ). برابـر 10تا 3در حدود (زاد است آمقدار خرج مصرفي در تونلها بسيار بيشتر از انفجار در سطح . به طرف باال دانست نييپا يها قسمتدر توان محصور شدگي سنگ و تورم سنگ مياصلي اين مسأله را

1390-91ترم اول 23صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ها در اكثر سنگ 0.9kg/m3 حدود يابد، تا به حداقل مقدار ميصله گرفتن از برش كاهش خرج ويژه با فا . برسد

هاي مختلف براي ايجاد برش محل -2-3شكل

برش موازي 3-3چالهـا بـه ميدر برش موازي تمـا . ازي استبرش موسازي امروزه متداولترين برش مورد استفاده درتونل

چالهـاي معمـوال . گردنـد ميشوند و چند چال بزرگ براي ايجاد سطح آزاد استفاده ميموازات هم ايجاد بار سنگ اين چالها تا چالهـاي . شود گذاشته ميوسط خالي هاي يا چالچال گذاري شده و اطراف خرج

. استكم بزرگ

بـراي دسـتيابي بـه تمركـز خـرج و طر چال بزرگ، بار سنگق جه كرد كهبايد تو در حين طراحي برش . عالوه بر اينها دقت در چالزني نيز اهميت فوق العاده اي دارد .نتيجه بهتر اهميت زيادي دارند

دو نوع برش موازي -3-3شكل

-1390

تنهـا در را در آن ل اســت

ش شده نيـز ) نل

يشـتري

-91ترم اول

اي گـوه رشايل چـالزني رعــرض تونــلي موردي گزار

عرض تون% 60

ج به خـرج بي

از بر. باشد مي تابتوان وسـا

درصــد عـ 45حتي. گي دارد

0(متر 4/5 ي

ياي تيز احتياج . رد دارد

24

برش بادبزنيي بزرگ باشد

5تــا 40ــهزني نيز بستگيميزان پيشروي

زواي. )درجه 6 عريض كاربر

اي گوه برش

صفحه

و ب )شكل V ش به اندازه كافيي در هرمرحلـي به دقت چالز

متر به م 9ض

60حداقل (شدها در تونلهاي

اي از هنمون -4

سي

برش(اي ش گوهه عرض تونل

ـدار پيشــروييزان پيشروي

ك تونل با عرض

د زياد تيز باشدتنه اي گوهش

4-3شكل

پالس -ل سازي

دار زاويه

برشدار ه زاويتفاده كرد كه

مقــدعمــول،(Hoek & ..مي

دقيق، در يك ت

يه برش نبايدي هم مانند برش

ي از درس تونل

هاي برش 4

هاي ز له برشتوان است ميي بطــور مع. داد

& Brown, 19

كه با چالزنياست يافته شده

زاوي اي گوه شبرش بادبزني

قسمتي

3-4

از جملصورتيجــا د

994)

است كدست

در برش

.دارند

1390-91ترم اول 25صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

برش بادبزني -5-3شكل

محيط مقطع تونل 3-5

بارسنگ و فاصله چالهاي كف به اندازه . توان به ديوارها، سقف و كف تقسيم كرد مي محيط مقطع تونل راشـود تـا بتوانـد بـر جاذبـه و وزن ميچالهاي وسطي است اما در چالهاي كف خرج بيشتري كار گذاشته

انفجـار صـاف و انفجـار : براي ديواره و سقف دو نوع انفجار محيطي مختلف وجود دارد. سنگها غلبه كندفاصله چالهاي كنـاري زيـاد . در انفجار نرمال توجهي به ظاهر و شرايط رويه حفاري شده نميشود. رمالن

تـرك خـورده و ناهموار،اندازه بقيه جاهاست در اين صورت سطح تونل به است و خرج كار گذاشته شده . نامنظم ميشود

اين روش فاصله چالها از هم كم و خرج در . رود ميتر به كار براي ايجاد سطحي صاف كنترل شده انفجار

بـه كمتـري نيـاز وآنها هم كمتر از بقيه جاهاست در اين صورت پروفيل حاصل صـاف تـر خواهـد بـود .وجود خواهد داشت نگهداري و پايدارسازي

كنترل شدهانفجار 3-6

زيـرا در . ادي اسـت حائز اهميت زيمحيط تونل هاي چالانفجار كنترل شده همانطور كه قبال اشاره شد، البتـه ميـزان سـالم مانـدن .يابد مياحتمال ريزش آنها كاهش سالم مانده و تونل اطرافسنگ اينصورت

سنگهاي اطراف تونل تا حدي به شرايط زمين شناسي محل بستگي دارد، اما با دقت در انفجـار و پخـش در شرايط بد زمين شناسـي توان تا حدي جلوي ترك خوردگي سنگهاي اطراف را حتي ميبهتر خرجها

دو . هايي با فاصله كمتر و در عـوض بـا خـرج كـم اسـت چالبه اين منظور بهترين راه استفاده از . گرفت :عبارت است ازروش معمول

(smooth blasting) روش انفجارصاف -

1390-91ترم اول 26صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

(presplitting)پيش برش روش -

شـوند در حاليكـه در روش ميي منفجر هاي كنارچالهاي وسطي و سپس چالدر روش انفجار صاف ابتدا ناحيـه تـرك 6-3در شـكل . شـوند مـي هاي وسطي منفجـر چالهاي كناري و سپس چالپيش برش ابتدا

خورده در سنگ اطراف تونل در حالتي كه از انفجار معمولي استفاده شده با حالتي كـه از انفجـار صـاف .اند هم مقايسه شده استفاده شده، با

- خورده در انفجار معمولي و انفجار صاف ناحيه ترك -6-3 شكل شكل سمت راست انفجار صاف - شكل سمت چپ انفجار معمولي

تعداد چال و مقدار مواد منفجره مورد نياز 3-7

ن يتعداد چال مورد نياز براي حفاري يك تونل به عوامـل متعـددي از جملـه شـرايط زمـين از نظـر زمـ بـا افـزايش بـديهي اسـت . داردبسـتگي اسي، شكل و اندازه مقطع تونل و قطر چالهاي مورد استفاده شن

عداد چالهاي مورد نياز را بـه ازاء تغييـرات سـطح ت 7-3شكل .نياز استسطح مقطع به چالهاي بيشتري . دهد مي در سنگهاي مختلف نشانتونل مقطع

سـطح مقطـع هـر قـدر . ايط زمين و سطح مقطع تونـل دارد مقدار مواد منفجره مورد نياز بستگي به شر

مقدار مواد 8-3شكل . يابد ميكاهش )خرج ويژه( بزرگتر باشد، مواد منفجره مورد نياز در هر متر مكعبالزم .دهد نشان ميهاي مختلف سطح مقطعبراي تونل را يك متر مكعب منفجره مورد نياز براي حفاري

ها در تعداد چالها و نيز مواد منفجـره بندي مختلف ديگري از قبيل جهت درزهذكر است كه پارامترهاي هب

1390-91ترم اول 27صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

بـا ها ميتواند فقط به عنوان راهنماي اوليه مـورد اسـتفاده واقـع شـده و مورد نياز تاثير دارد و اين شكل .و مقدار مواد منفجره بهينه را تعيين نمود چالزنيانفجارهاي آزمايشي بايد الگوي

تعداد چالهاي مورد لزوم براي سطوح مقطع مختلف -7-3شكل

1390-91ترم اول 28صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

مقدار مواد منفجره مورد نياز -8-3شكل

در ايـران رايجتـرين مـواد . ها مورد اسـتفاده قـرار داد توان براي حفاري تونل مواد منفجره مختلفي را مي

ذكـر 3-3مشخصـات ديناميـت و آنفـو توليـدي در ايـران در جـدول . باشـد ت و آنفو ميمنفجره دينامي .است شده

)صنايع شيميايي پارچين(مشخصات ديناميت و آنفو توليد شده در ايران -3-3جدول

ديناميت

نوع ديناميت

قطر (mm)

طول (mm)

(gr)وزن مقاومت در آب

سرعت (m/s)انفجار

(gr/cm3)دانسيته

45/1 < 3000 عالي 130 265 22 22 45/1 < 3000 عالي 165 195 30 30

45/1 < 3000 عالي 800 300 50 50

/.85- 1 3200 ضعيف - آنفو

-1390

-91ترم اول

ت فني ت سينه كار

ر مربع

ر ر

ونل تر

كل متر مكعب 2

حفاري متر

اطالعاتمساحت

متر 57 ارتفاع

متر 5/8 عرض

متر 5/8طول تو

مت 500حجم ك28500متراژ ح

7/260

عب

ر يك تونل

29

عات حفاري برش

ي چال متر ميلي

د چال عدد

چال برش متر ميلي

د چال برش دد

ل چال متر

ي ويژهمتر بر مترمكع 1

خرجگذاري در

صفحه

اطالعنوع ب

موازي ر

قطرم 45

تعدادع 79قطرم 89

تعدادعد 2 بطول 3/3

حفار52/1

ت چالزني و خ

سي

العات فنيساحت سينه كار

متر مربع 5 تفاع

متر 8 رض

متر 8 ول تونل

متر 50 جم كلمتر مكعب 2850

راژ حفاري متر 181

مشخصات -9-

پالس -ل سازي

اطال مس57ارت5/عر5/

طو00جح

00متر

3/

مكعب

-3شكل

ي از درس تونل

طالعات حفاري :رش حوه ب

رش ندارد طر چال

متر ميلي 4 عداد چال

عدد 6

طول چال متر 3/3

حفاري ويژهمتر بر مترم 0/1

قسمتي

اطنحبرقط5تع1

ط 3ح7

1390-91ترم اول 30صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

TBMحفاري با -4 TBMاريخچه ساخت و استفاده از ت 4-1

. گردد كه اولين تونلهاي بلنـد در دنيـا طراحـي و اجـرا شـدند به زماني برميTBM تاريخچه استفاده از به گسترش حمل و نقـل زمينـي بـا راه آهـن اولين تونلهاي بلند همراه با توسعه صنعتي شدن كه منجر

اين عامـل باعـث . گسترش راه آهن رشته كوه آلپ بوددر اروپا اولين مانع بر سرراه . شد احداث شدند مياسـت كـه طـولي در حـدود Mount Cenisتونـل ،نـد لاولين تونـل ب . ايجاد تونلهاي بلند در اروپا شد

يـك ايـن تونـل حفـاري بـراي . احـداث شـده اسـت 1871تا 1857متر دارد و مابين سالهاي 12,233امـا در . حفـاري تونـل را سـاخت و آزمـايش كـرد دستگاه يك Henry Maus بلژيكي به نام مهندس

حـدود 1930تـا 1846ما بين سالهاي . اين تونل به كاربرده نشد حفاريبراي عمالحقيقت اين دستگاه بطور اما تقريبا هيچكدام اين دستگاهها نتوانستند تونلي را . دستگاه حفاري تونل طراحي و ثبت شد 100 . حفاري كنند كامل

و تـوان متـر 8/7با قطر شو همكاران Jame S. Robbinsتوسط شركت TBMاولين 1953 سالدر

هاي ديگري طراحي شد كه در هر يك از آنهـا سـعي شـده TBMبعد از آن . كيلووات ساخته شد 149 . تري فراهم شود سنگهاي محكم حفاريبود تا امكان

و هفراهم شـد TBMقطر بزرگتر در سنگهاي سخت تر با با پيشرفت تكنولوژي امكان احداث تونلهاي با

در حـال افـزايش قابـل TBMسرعت نفوذ روند نزولي دارد ها ابزار برش مانند ديسكدر حاليكه هزينه . توجهي است

حفـاري TBM تونـل بـا 630در حـدود 1994تـا 1963بين سـالها هاي انجام شده، بررسيبراساس

. آمده است 4-4خالصه اي از آن در جدول كه اند شده

1390-91ترم اول 31صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

TBMآمار مربوط به ساخت تونلها با -4-4جدول

بازه يا دوره تعداد آيتم 26 1963-1970

زماني دوره حسب بر تونل تعداد پروژه اتمام

53 1971-1975 122 1976-1980 139 1981-1985 176 1986-1990 114 1991-1994 219 2-3.5m

حفاري قطر حسب بر تونل تعداد

237 3.6-5.0 104 5.0-6.5

36 6.5-8.0 34 >8.0

بدون شفت 402

شفت عمق حسب بر تونل تعداد

35 <15m 92 15-50m

101 >50m سربااليي 20%+< 40

طولي شيب حسب بر تونل تعداد

% 20+ تا 10+ 6

%10+ تا 3+ 1

%3- تا 3+ 573

3 -3 تا -10 %

% 20- تا 10- 7

سرپاييني 20%- > 0

آن وضعيت برحسب TBM تعداد نو 318 كار شروع در

استفاده مجدد مستقيم 22 استفاده پس از تعمير 261 نا مشخص 29

باز 512

سپر نوع حسب بر TBM تعداد

تك سپر 56 دو سپره 38 سپر مخصوص 15 نا مشخص 9

1390-91ترم اول 32صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

TBMانواع 4-2

(cutting head)اين صورت است كه در آن يك صفحه حفاري به TBMبطور كلي نحوه كار انواع مختلف رانـش بوسـيلة يـك سيسـتم ضمنا چرخد و مينصب شده است (cutting tools)كه روي آن ابزار برش

و ايـن كـار باعـث خـرد شـدن و حفـاري سـنگ شود ه ميكار تونل فشار داد سينه طرفبه يهيدروليكاسـتفاده "كلگـي "از كلمـه "صفحه حفـاري "توضيح اينكه اغلب پيمانكاران در ايران به جاي . (شود مي ).تر است گوياتر و مناسب "صفحه حفاري"رسد استفاده از كنند كه به نظر مي مي

TBM به سه دسته تقسيم كردتوان بطور كلي ميها را: TBMهاي بدون سپر يا باز (open TBMs) TBMي هاي تك سپر(single shield TBMs) TBMي هاي دوسپر(double shield TBMs)

4-2-1 TBMهاي باز

گيرد، اي شكل قرار مي هاي سپردار كه در آنها دستگاه در داخل يك سپر فوالدي استوانهTBMبر خالف TBMدر اين . باشند هاي باز بدون سپر محافظ ميTBM العمـل بـراي رانـش صـفحه ها، نيـروي عكـس

. شود زنند تامين مي كه به ديواه تونل تكيه مي (gripper)هايي حفاري به جلو توسط چنگزن

هاي به اندازه يك كورس جك( حفاري تا آنجا كه محور اصلي دستگاه جا دارد صفحهدر طول عمل حفر، حفـاري صـفحه شود و در حقيقت يـك سـيكل پيشـروي مي كار فشار داده سينهبه داخل )هيدروليكيبه جلـو حفاريبراي آماده شده جهت سيكل بعدي دستگاهو شدهجمع ها چنگزنسپس . شود انجام ميحفاري شده توسط تسمه نقاله به پشت دستگاه منتقل شده و بـا اسـتفاده از وسـايل مواد . شود رانده مي

.شود مي مناسب به بيرون از تونل انتقال داده

ايـن . كـاربرد دارد بـاز TBMاسـتفاده از در شرايطي كه سنگ پايدار است و ميزان نفوذ آب كـم اسـت TBM هـا بـدو صـورت تـك چنگــزن(single gripper) و چنگـزن دوبلـه(double gripper) موجــود

گـاه الزم بـراي نيـروي هاي تونل، تكيه ها از طريق اعمال فشار بر ديواره از آنجا كه اين چنگزن. باشند ميپايداري در مقابل اين نيروهاي فشـاري حد معيني از مقاومت سنگ براي آورند را فراهم مي TBMرانش

(Herrenkencht, 2003.الزم است

1390-91ترم اول 33صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

(stand-up time)ايسـتايي هايي مناسب است كه زمين داراي زمـان خـود باز در زمين TBMاستفاده از االمكـان بـراي در صـورت لـزوم، حتـي . ي در پشت صفحه حفـاري باشـد الزم براي نصب سيستم نگهدار

هـاي متحـرك هيـدروليكي بايـد پاشـيدن شـاتكريت در قسـمت پشـتيباني جلوگيري از خرابي قسمت(backup) انجام شود(Girmscheid & Schexnayder, 2003).

ميـزان گ اسـت، مسـتقل از كيفيـت سـن سـگمنتي نصب پوشش هاي سپردار كه در آنها TBMخالف بر

. بستگي دارد مستلزم پايدارسازي استبه وسعتي از سنگ كه باز TBMعملكرد

باز TBMيك نمايي از - 10-4شكل

هـاي بـا چنگـزن دوبلـه ايـن اسـت كـه در TBMهـاي داراي تـك چنگـزن و TBMتفاوت اساسي بين TBM در مـورد . اصـالح مسـير در حـين عمليـات حفـاري وجـود دارد هاي داراي تك چنگـزن، امكـانTBM راستاي هاي با چنگزن دوبلهTBM 11-4در شـكل . تنظـيم شـود شـروع حفـاري قبـل از بايـد

.داراي تك چنگزن نشان داده شده است TBMبه تغيير جهت يك جكهاي مربوط

1390-91ترم اول 34صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

داراي تك چنگزن TBMجكهاي مربوط به تغيير جهت يك - 11-4شكل

خود را بـا سـطح حفـاري شـدة سـنگ رده وتوانند بطور هيدروليكي حركت ك ميها هاي چنگزن كفشك

2شود و در حـدود از طريق مقاومت فشاري سنگ مشخص مي چنگزنحد نهائي نيروي . هماهنگ كنند . دستگاه است (thrust forces)رانشي نيروهاي برابر 3الي

4-2-2 TBMيهاي تك سپر

TBM در شرايطي كه سنگ ناپايدار است و احتمال ريزش زمين وجود دارد، كـاربرد دارنـد دارهاي سپر .هـاي سـگمنت پوشـش از . كند عمل مي تجهيزاتسپر براي محافظت و مهار سنگ و محافظت پرسنل و

شده و معمـوال بـه ود قرار داده مخصوص در محل خ وسيلهشود كه توسط پيش ساخته بتني ساخته مي .شوند همديگر پيچ مي

فضـاي خـالي بـين . شـود هـا تحمـل مـي توسط سگمنتماشين رانش نيروي هاي تك سپري، TBMدر

و توسط مـالت بصـورت پيوسـته تزريـق دهتوسط شن پر ش و ديواره تونلكارگذاشته شده هاي سگمنتهــا، در حــين عمليــات TBMدر ايــن .اردگــذ برســرعت اجــرا تــأثير مــي هــا ســگمنتهندســه .ميشــود .شود گذاري، عمل حفاري متوقف مي سگمنت

1390-91ترم اول 35صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ري تك سپ TBMيك نمايي از - 12-4شكل

سـپردار TBM هـاي ، فشار وارده از طرف سنگ بـر دسـتگاه (squeezing rocks)هاي فشارنده در سنگهـا بايـد يـا از در اينگونـه سـنگ . شـود TBMممكن است باعث توقف عمليات اجرايـي و گيـر افتـادن

هـايي TBMاستفاده شود و يا از ) گاوي مانند چالزني و انفجار و يا حفاري با كله(هاي ديگر حفاري روشهـا اين دستگاه در). 13-4كل ش(باشد استفاده شود كه در آنها قطر حفاري و قطر سپر قابل تغيير دادن

همچنـين بـراي . شـود در صورت گير افتادن دستگاه اقدام به كاهش قطر سپر براي رها نمـودن آن مـي قطـر (overcutting rollers)حفاري هاي ويژه بيش جلوگيري از گير افتادن دستگاه، با بكارگيري ديسك

با پيشرفت هـاي موجـود در . وارده بر سپر كاست توان افزايش داده و نتيجتا از ميزان فشار حفاري را ميافـزايش قطـر، باعـث كـاهش پيشـروي . پـذير اسـت متر امكان ميلي 250، بيش حفاري تا TBMصنعت

. (Girmscheid & Schexnayder, 2003)شود مي% 50حفاري به ميزان حدودا

1390-91ترم اول 36صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

.بل تنظيم قطر حفاري و قطر سپر قا - 13-4شكل

سويس مورد استفاده قرار گرفـت Murgenthalتونل تك سپري كه در TBMيك نماي 14-4در شكل متر بـوده و از ميـان مـارن و ماسـه سـنگ عبـور 4260آهن بطول اين تونل يك تونل راه. شود ديده مي

كيلـو نيـوتن 64000عدد جك نيروي رانشي 40. بود متر 8/8متر و طول آن 98/11قطر سپر . كرد ميتوان مصـرفي . بوددوتايي ديسك 5 و اينچي 17 تكيديسك 63ه صفحه حفاري مجهز ب. كردند وارد مي

الزم به ذكر است كه اين دستگاه قبال براي حفاري يك تونل راه بنام .بودوات كيلو 3200صفحه حفاري (double tube)تونـل مزبـور يـك تونـل دوقلـو . ده قرار گرفته بوددر سويس مورد استفا Bozbergتونل .متر است 3700باشد كه طول هر كدام از آنها مي

1390-91ترم اول 37صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

تك سپري مورد استفاده در يك تونل راه TBMنماي يك - 14-4شكل

متر 9/11آهن به قطر و نيز يك تونل راه 4-2-3 TBMوپيسپر تلسك(ي هاي دو سپر ((Telescopic Shield)

بنـابراين در كـرده و را بـا هـم اسـتفاده هاي باز و تك سـپري دستگاهتكنيكهاي دو سپري دستگاههايچنـگ زدن برپايـه هـا دسـتگاه اساس كار اين نوع .وسيعي از شرايط زمين شناسي كاربرد دارندمحدوده

صـفحه حفـاري و . بطورهمزمـان اسـت ا هـ سـگمنت حفاري و نصب و انجام تونل هديواربه شعاعي بطور رانـش هاي كمكـي جك. شوند به جلو هل داده ميتلسكوپي هاي جكتوسط (front shield)سپرجلوئي

(auxiliary thrust cylinders) ــه در ســپر ــراي (tail shield)عقبي ك ــد فقــط ب ــرار دارن ــداري ق نگههـاي تلسـكوپي كـامال بـاز جـك ني كـه زمـا . هاي كار گذاشته شده مورد استفاده قرار ميگيرنـد سگمنت

. جلوئي كشـيده ميشـود به سمت سپر (gripper shield)ها را آزاد نموده و سپر چنگزن شود، چنگزن ميكارگذاشـته شـده بـاز حلقـه سـگمنت محافظـت آخـرين رانـش بـراي هاي كمكي جكدر همين زمان

گـاهي قـائم و سـپر هاي تكيـه ككفشتوسط (re-grip)چنگزني مجدد نگهداري در طول عمل . شوند مي .(Herrenkencht, 2003) شود انجام ميهاي كمكي رانش جلوئي و جك

TBMها را نيز انجام دهند و عمـل حفـاري هاي دوسپري قادرند همزمان با حفاري، عمل نصب سگمنت

ري ها فقط براي مدت زمان كوتاهي جهت جلو رفتن سپر عقبي بعد از هر كـورس حفـا TBMدر اينگونه . باشـد ها، دستگاه قادر به حفاري نمـي هاي تك سپري، در حين نصب سگمنتTBMدر . شود متوقف مي

1390-91ترم اول 38صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

تـك سـپري TBMدوسپري تقريبـا دو برابـر سـرعت حفـاري بـا TBMاين، سرعت حفاري با يك بنابر .(Girmscheid & Schexnayder, 2003). باشد مي

ي دوسپر TBMيك مايي از ن - 15-4شكل

اين دسـتگاه همـراه بـا سـه . شده است متر نشان داده 51/9دو سپري با قطر TBMيك 16-4در شكل در اسـپانيا مـورد اسـتفاده Guadarramaآهن بنام تونل راه دوقلويدستگاه ديگر براي حفاري يك تونل

. كـرد متر بوده و مسير تونل از گنـايس و گرانيـت هـوازده عبـور مـي كيلو 29كل طول تونل . قرار گرفت

1390-91ترم اول 39صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

متـر -مگـانيوتن 200 (torque)گشـتاور حـداكثر با كيلو نيوتن 105000رانش اين دستگاه نيروي كل .. آغاز شد 2002در نوامبر اين تونل حفاري . بوده است

آهن ي مورد استفاده در يك تونل راهدو سپر TBMنماي يك -16-4شكل

متر 51/9با قطر آنها و كاربردبرش انواع ابزار 4-3

بطـور كلـي .گيرد، بسـتگي دارد يمورد استفاده به شرايط زميني كه تونلسازي در آن صورت م برش ابزار :توان به سه دسته تقسيم نمود ابزار برش را مي

(drag bit)اي يا اسكنه (pick)گي ابزار برش كلن - 1 (disc)ابزار برش ديسكي - 2 (roller)ابزار برش غلتكي - 3

1390

ز سـنگ اين .شود

د و ايـن شـكالت

ايـن . ـد شـيار در

. باشـد يت توسـط

ايجـاد ش د چنـين

-91ترم اول

اليـه هـائي ازش ميف ساخته

كنـد يمـ ) كيوجب بـروز مش

باشـ يويض مـ سك ايجـاد شيجـاد شـيار مـ ن بـا موفقيـت

بـرش ابـزار ـن منـة كـار بـرد(Whittaker.

داراي ميـان اله هاي مختلف

ديسك برش بزارستيك، كه مو

قابـل تعـوغـه ديستوسط ري

حاصـل از ايجتوان يرند را م

با ايـ ارير حفه ديسك، دامنr and Frith,

TBM در

40

كه زمين نرم دشكلها و اندازهابيسه با انواع

خاصيت پالس

اين تيغت كه ارمكانيزم حف

برآمدگيهاي حپاسكال دار مگا

مشكالتي در(tu بر روي لبه

(1990 است

مورد استفاده

صفحه

ك در شرايطيشدر اي سكنهدر مقاي(زرگ

ضعيف و داراي. دهد يش م

اي است ي تيغه.شوند يخته مب شكستناي

مگ 175حدودايندگي زياد،

ungsten car

عه داده شده

م ابزار برشوع

سي

ياهاي نرم وش كلنگي يا اس هاي نسبتاً بز

سنگهاي ضعر، را افزايششوند

يك لبه برشيسكه نيز ساخ

برروي برشيحدر هك محور

هاي داراي سا(rbide گستن

سخت تر توسع

چند نو - 17-

پالس -ل سازي

: اي ا اسكنهدر زمين هريابزار برش. شند

ه صورت تكهحفاري درلتش يديسكي م ش

اي با ك ساده

دو يا سه ديساعمال نير آن

ت فشاري تكسنگه .ي كرد

بيد تنگكاره ازسيار سگهاي ب

-4شكل

ي از درس تونل

كلنگي يارش حفاربراي زار

باش يمناسب مزمين را به ش

ر آيي و سهولبرش ابزاري در

: ديسكي شديسك برش زاربه صورت شهمزمان با و

ائي كه مقاومتحفاري برش زاراستفادهبا .دني براي سنگش

قسمتي

ابزار براين ابزماست بر ابزار

امر كااجرائي

بر ابزارابزاين بر ابزار

سنگسنگها

ابزاين نكن يم

بر ابزار

1390-91ترم اول 41صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

: كيبرش غلت ابزار : برش غلتشي داراي دو نوع اصلي هستند ابزار

(milled tooth type) اي نوع دندانه -1 . (tungsten carbide insert type) نوع كاربيد تنگستني -2 نفـوذ به اينصـورت كـه . گردد يمابزار برش وذ موضعي فسنگ تحت نشدن شكسته اي موجب نوع دندانه

. شود يهاي كششي و برشي م تحت تأثير تنشهاي سنگ راشهبوجود آمدن تموجب ها دندانه

گيرند كـه ويژگيهـاي سـايندگي يدر جاهائي مورد استفاده قرار م يكاربيد تنگستنغلتكي نوع برش ابزارناشـي از اين نوع ابـزار بـرش سنگ با اريحف. دهد ياي را اجازه نم نوع دندانه برش ابزارسنگ، استفاده از

سـرعت اگـر چـه . سنگ باشـد هاي تشكيل تراشهاست تا اينكه بر اثر (pulverization) خرد شدنعمل بـاال بـرش ابـزار كند و مصرف و هزينـة يكند است و مقدار زيادي نرمه توليد م برش ابزارنفوذ با اين نوع

. تري هستندآو كار تر مناسب، نوع زيادبراي سنگهاي با مقاومت اين ابزار برش باشد، ولي يم

:شوند به سه دسته تقسيم مي حفاري صفحهابزار برش از نظر موقعيت قرارگيري بر روي ، الزم است كه بـراي دسـتيابي بـه حفاري صفحهدر قسمت مركزي : (center cutters) مركزي برش ابزار كـه نصب گرددخاص برش ابزاراي از آهسته، دسته و مؤثرتحت شرايط سرعت برشي نسبتاري سريع احفقـرار (tricone)خرد شدن سنگ بـه شـكل سـه مخروطـه سهيلبه منظور ت برش ابزارموارد عضي از در ب .گيرند ميديسـكي يـا غلتشـي حفـر بـرش ابزاربا كار معموال سينهقسمت اصلي : (face cutters) مياني برش ابزار

در سـنگهاي يراحف برخي مواقع نظير. بستگي داردسنگ به سختي برش ابزاركارگيري اين شود كه ب يم . را ايجاب نمايد اي اسكنه برش ابزارضعيفتر ممكن است استفاده از

و معمـوال بصـورت مايـل حفـاري صفحهلبه خارجي در برش ابزاراين : (gauge cutters) اي لبه برش ابزار

والً از نـوع اي معمـ لبـه بـرش ابزار .را فراهم كنند TBMبتوانند خالصي الزم براي عبور تا شوند مينصب ي زياد است، ضروري است برش ابزارديسكي يا غلتشي هستند و از آنجائي كه كار انجام شده توسط چنين

. شود، مقاومت كنند يكه بتوانند در برابر شرايطي كه موجب افزايش نرخ سائيدگي و فرسودگي آنها م

هد افزايش اندازه قطعـات خـرد د اصل اساسي كه بازدهي خردكردن سنگ بوسيله دستگاه را افزايش ميدر . يعني ابزار برش بايد طوري چيده شوند كه بزرگترين اندازه قطعات خرد شده بدست آيـد . شده است

رود و با شود، كاتر بيشتر در سنگ فرو مي مخصوص سنگ سخت اگر بار هر كاتر افزايش دادهTBM يك

1390-91ترم اول 42صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

با تركيب نفوذ عميق تر و برش هاي هم مركـز كـه توان فاصله بين كاتر ها را زياد تر كرد نفوذ بيشتر مي .توان اندازه قطعات حفاري شده را افزايش داد مي فاصله بيشتري نسبت به هم دادند

حفـاري صـفحه قـدرت 85-90%آزمايشاتي كه در بخش معدن دانشگاه كلورادو انجام شد، نشان داد كه

سـنگي كـه از سـينه كـار در فاصـله بـين يعني. شود صرف خرد كردن سنگ هاي در تماس با كاتر ميبـا توجـه بـه بحـث بـاال . كند، آزاد است و تقريباً هيچ نيرويي به آن اعمال نشده اسـت كاترها سقوط مي

توان نتيجه گرفت كه اگر كاترها با فاصله مناسبي از هـم چيـده شـوند، بـا نيـروي ثابـت بـازدهي ميTBMكاترها به منزله كاترهاي كمتر و در نتيجه كاهش هزينـه بعالوه فواصل بيشتر بين . شود بيشتر مي

.پروژه است

هاي مختلف ابزار برش ديسكي و ظرفيت باربري آنها اندازه - 18-4شكل TBM عملكرد 4-4

تند، ولـي وقتـي از مهمترين عوامل حاكم بر موفقيت يك پروژه تونلسازي هسپايدارسازي و تحكيم تونل و (penetration rate)گيرد، مهمترين عوامل اقتصادي نـرخ نفـوذ تونلسازي در سنگهاي سخت انجام مي

شوند، ولي در شرايط سـنگ برش معموالً در جريان حفر سائيده مي ابزار. باشند برش ميابزار هزينه هاي ت تأثير بارهاي ضـربه اي بـاال كـه ا حتي تحيشوند برش متحمل خسارت مي بلوكي سخت، برخي از ابزار

(cutter wear rate) نـرخ سـايش . شـكنند شوند، بطـور كامـل درهـم مـي در جريان حفر با آن روبرو مي

Cutter Rings at Different Diameters 19” 12”

Cutter Diameter mm (in)

Design Bearing Capacity/Max Load

Ton (lbs)

Average Cutter Load For TBM Thrust

Ton (lbs) 350 (14) 18 (35,000) 15 (30,000)

380 (15.5) 20 (40,000) 18 (36,000) 431 (17) 27 (55,000) 24 (48,000) 456 (18) 30 (60,000) 26 (56,000) 481 (19) 35 (70,000) 30 (60,000)

1390-91ترم اول 43صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

برش تأثير ميگذارد و تعويض آنها بر زمان عملكرد برش و جايگزيني آنها بر هزينه مصرف قطعات ابزار ابزار . دستگاه و راندمان آن تأثير گذار است

نرخ نفوذ در يك . برش، خواص سايندگي سنگ است ي از عوامل مؤثر بر نرخ سايش يا فرسودگي ابزاريك

برش، نيـروي فشـاري يـا محـوري دسـتگاه و ، تابعي از شكل هندسي ابزارمقطععمليات تونلسازي تمام . مقاومت سنگ است

روي فشاري يا محوري پشت مكانيكي در شرايط سنگي سخت تر، مستلزم افزايش ني اريبه كارگيري حف

اين امر ايجـاب ميكنـد كـه . برش و در نتيجه افزايش كل نيروي فشاري يا محوري دستگاه است هر ابزارا افـزايش يابـد، يـك يمشخصات دستگاه از جنبة ظرفيت مكانيكي، هيدروليكي، توان و ساختاري بهبود

ابـزار اسـي بـه ظرفيـت تحمـل بـار اين مسئله به طـور اس .استتاج حفاري ، سرعت چرخش عامل مهمتحمـل شـده توسـط (shock loading)بارگـذاري ضـربه اي و شدت (cutter bearing capacity)برش . شود برش برش بستگي دارد كه ميتواند منجر به افزايش نرخ سايش و خسارت ابزار ابزار

تـر بـه عمـل ه بر سنگهاي سختبرش جهت غلب نتايج حاصل از بررسيهائي كه براي باال بردن قدرت ابزار

بـرش يـا برش و مصالح لبـة ابـزار از ظرفيت تحمل بار ابزار دآمد، اين بود كه عوامل محدود كننده عبارتندسـتگاههائي كـه 1970در اوائـل دهـه . گيـرد برش كه در تماس با سنگ قرار مي بخشي از ساختار ابزار

در ضـمن . برش بودند ن بار پيوسته بر روي هر ابزارت 10طراحي شده بودند قادر به اعمال حداكثر حدود بهرحـال، در دهـة . بـرش اعمـال ميشـد برابر بار پيوسته غالبا بر هر ابزار 3تا 5/2اي حدود بارهاي ضربه

تن بارگذاري پيوسته 20تا 15برش از جنبة طراحي تا جائي توسعه يافتند كه قادر به تحمل ابزار 1970رفتها افزايش بسيار زياد نـرخ نفـوذ در سـنگهاي سـخت در حـين افـزايش عمـر باشند ونتيجه اين پيش

برش، محدوديت يا با بهبود ظرفيت تحمل بار ابزار. برش بود برش و در نتيجه كاهش هزينه هاي ابزار ابزارتـن بـار فشـاري 20يك نكته مهم، توزيـع حـدود . برش بود عامل محدود كنندة باقيمانده، مواد لبة ابزار

ايـن حقيقـت را . سانتيمتر مربع مساحت بـود 6برش بر روي سطح تماسي از سنگ با كمتر از ت ابزارپشدر نتيجـه الزم بـود كـه . برابر اين مقدار نيز ممكن بود برسـد 3رفت كه حداكثر بار تا گنيز بايد در نظر

آنهـا نيـز بنحـو شسـاي بـر مقاومت در برامقاومت فوالد ابزار برش فوق العاده باال رود و در ضمن توانائي . اي افزايش يابد عمده

اي برش موفقيت قابل مالحظه به عنوان ماده اصلي ابزار (Tungsten carbide)استفاده از كاربيد تنگستن

برش نشانده اي شكل در مادة بدنه ابزار اي يا دكمه تن به صورت تكه هاي استوانهسكاربيد تنگ. همراه بوددادند، ولـي كه هاي كاربيدي مقاومت بسيار باالئي در برابر سايش از خود نشان ميهر چند اين ت. شد مي

. كردنـد، دچـار محـدوديت بودنـد برش جديد بايد تحمل مي از جنبه تحمل بارهاي بسيار زيادي كه ابزار

1390-91ترم اول 44صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

، فاصـلة جاگـذاري ايـن تكـه هـاي هو به منظور توزيـع بهتـر بارهـاي وارد يصهبهرحال، براي رفع اين نقبا مقاومت بيش (اربيدي كمتر و به هم نزديكتر گرديد، بدين ترتيب حفر تونل و سنگهاي بسيار سخت ك

. با قطرهاي بزرگ، از جنبة اقتصادي توجيه پذير شد) لامگاپاسك 350از

. سنجيده ميشودزير يبه وسيله پارامترها TBMعملكرد

(penetration rate) سرعت نفوذ -الفزمان حفاري مدت زماني است . آيد به زمان حفاري به دست ميشده حفاري طولسيم سرعت نفوذ از تق

. آيد كرده در آن به حساب نمي مشغول حفاري بوده و مدت زمانهايي كه كار نمي TBMكه PR = شده حفاريطول / زمان حفاري

(utilization)دستگاه وري بهره -ب . شود درصدي از زمان شيفت كه صرف حفاري مي

U = شيفت زمان / دستگاه حفاري زمان x 100 (advance rate) سرعت پيشروي -ج

AR = حفاري شده طول زمان شيفت /

بينـي سـرعت براي پـيش . بصورت نمونه آورده شده است TBM از پارامترهاي ميانگيني 5-4در جدول . اند هاي گوناگوني را پيشنهاد كرده نفوذ محققين مختلف روش

TBMنمونه پارامترهاي مربوط به حفاري با -5-4جدول

پارامتر ميانگين بازه

)km(طول پروژه 3.8 36.0 - 0.1 )m(قطر 4.4 12.2 - 2.0 )m/month(نرخ پيشروي 375 2084 – 5 )m/shift hr(نرخ پيشروي 1.2 3.6 - 0.3 )m/TBM hr(نرخ نفوذ 3.3 8.5 - 0.6

)mm/cutterhead revolution(نرخ نفوذ 7.2 17.0 - 1.0 )%(نرخ بهره وري 38 69 - 5

1390-91ترم اول 45صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

TBMهاي انحنادار، شعاع انحنا را طوري انتخاب نمـود كـه از نظـر عبـور دسـتگاه بايد در طراحي تونل

ولـي باشـند ميمتر 80تا 40شعاع بهقوسهاي افقي قادر به عبور از TBMخود . اي ايجاد نشود مسئله . متر دارد 450الي 150وال سيستم پشتيباني براي عبور نياز به شعاع قوس معم

تـوان هاي دسـت دوم مـي TBMاز بعضا جديد نيست و TBMيك پروژه احتياج به سفارش لزوما براي

تا حدي با تغيير قطر و نيروي رانش و گشتاور مورد نياز آن را بـراي پـروژه جديـد آمـاده و استفاده كرد .نمود

در آمريكـا، اروپـاي TBMتونل حفاري شده بـا 65بر روي CIRIAرمبناي تحقيقات انجام شده توسط ب

:(CIRIA, 1988)غربي، استراليا و آفريقاي جنوبي نتايج زير در مورد سرعت نفوذ بدست آمد

7,62برابـر (maximum instantaneous penetration rate)اي حداكثر سرعت نفوذ لحظه -بـا مقاومـت فشـاري حـداكثر (granodiorite)عت بود كه مربوط به گرانوديوريت متر بر سا

.مگاپاسكال بود 207 متر در ساعت و 3,88اي برابر هاي نفوذ لحظه مقدار ميانگين تمام حداكثر سرعت -متر 1,83برابر (average penetration rates)هاي نفوذ متوسط مقدار ميانگين تمام سرعت -

.در ساعت بود

بـراي (average volumetric penetration rate)، تغييرات سرعت نفوذ متوسط حجمـي 19-4در شكل .است هاي گوناگون مقاومت سنگ نشان داده شده قطرهاي مختلف تونل براي محدوده

با زيادتر شدن بـازه زمـاني در نظـر گرفتـه شـده، (maximum advance rate)سرعت پيشروي حداكثر حداكثر سرعت پيشروي در مدت زمان يك روز، يـك هفتـه و CIRIAدر تحقيقات . كند كاهش پيدا مي

:آهك بدست آمد سنگ و سنگ يك ماه براي يك تونل حفاري شده در ماسه

متر در ساعت 4,15بهترين پيشرفت روزانه، - متر در ساعت 3,04بهترين پيشرفت هفتگي، - متر در ساعت 2,68بهترين پيشرفت ماهانه، - متر در ساعت 1,09ت در طول پروژه، پيشرف -

متر در سـاعت و در 4,46حداكثر سرعت پيشروي ثبت شده طي يك شيفت برابر CIRIAدر تحقيقات بهتـرين . بـود متر بر ساعت بدست آمده 7,62اي گرانوديوريت بود كه براي آن حداكثر سرعت نفوذ لحظه

-1390

تا بـاال و ي بررسي

هاي

-91ترم اول

مقاومت نسبتهاي ا از پروژه

براي محدوده

سنگ آهك باتا 12ي براي

مختلف تونل ب

46

و مربوط به سي مختلف زماني

ي قطرهاي م سنگ

صفحه

وتر در ساعتهاي ي در بازه

برا ط حجمي

مقاومتگون

سي

مت 1,89 برابرسرعت پيشروي

. ست

ت نفوذ متوسطگوناگ

پالس -ل سازي

ر طول پروژهس 20-4شكل

C ا آورده شده

غييرات سرعت

ي از درس تونل

ت پيشرفت دردر ش. خت بودCIRIAتوسط

تغ - 19-4كل

قسمتي

سرعتيكنواخشده ت

شك

-91ترم اول 1390-

شده عه

تونلهاي مطالع

47

از تتونل 12CI

صفحه

پيشروي برايIRIAتوسط

سي

ترين سرعت پ

پالس -ل سازي

بهت - 20-4ل

ي از درس تونل

شكل

قسمتي

-91ترم اول 1390-

شده طالعه

از تونلهاي مط

48

تونل 12رايCI

صفحه

ت پيشروي بر

IRIAتوسط

سي

بهترين سرعت

پالس -ل سازي

ب -20-4شكل

ي از درس تونل

ادامه ش

قسمتي

1390-91ترم اول 49صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

آن احيطرو TBMانتخاب نوع 4-6باز، دسـتگاه TBM، تصميم گيري در مورد اين است كه از سه نوع دستگاه TBMاولين قدم در انتخاب

.سپري و دستگاه دو سپري، كدام نوع دستگاه براي تونـل مـورد نظـر داراي كـارايي بيشـتري اسـت تكايط معينـي هـاي خاصـي داشـته و بـراي شـر ها ويژگـي TBMهمانطور كه قبال ذكر شد هر كدام از اين

. مناسب هستند براسـاس آنهـا شـركت سـازنده بر اساس پارامترهاي مختلفي است كـه و طراحي آن TBMانتخاب نوع

TBM اين اطالعـات و پارامترهـا از طريـق كارفرمـا يـا پيمانكـار در اختيـار . كند مياقدام به ساخت آنهاي سازنده نيز افرادي از طرف شركتدر بعضي موارد ممكن است . گيرد قرار ميدستگاه شركت سازنده

:عبارتند ازآن طراحي و TBMانتخاب نوع از جمله پارامترهاي موثر در . از محل پروژه بازديد نمايند

:مسير تونل مكانيكي شناسي و ژئو وضعيت زمين –الف و زمان خود پايداري تونل ،وضعيت توده سنگ از نظر ميزان درزه و شكاف - هاي زيرزميني وضعيت آب - (squeezing conditions)هاي برجا و امكان وجود شرايط فشارندگي وضعيت تنش -

)UCS(مقاومت فشاري تك محور سنگ - سنگ قدرت سايندگي -

:هندسه تونل –ب قطر تونل - شيب تونل - طول تونل -

زمان پروژه -ج

هـاي مختلـف از از جنبـه TBMمشخصـات فـوق، ، و با در نظر گرفتن شرايط TBMپس از انتخاب نوع :جمله موارد زير مشخص مي شود

(thrust)نيروي رانش - (torque)يپيچش كوپل - (RPM)سرعت چرخش صفحه حفاري - نوع ابزار برش و نحوه آرايش آنها روي صفحه حفاري -

1390-91ترم اول 50صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ـ - ت و يـا ضـرورت سيستم پشتيباني و از جمله نياز به وسايل نصب پايدار سـازي نظيـر راكبول (probe drilling)زني گمانه وجود وسايل پيش

TBMمزايا و معايب 4-7

:توان به صورت زير خالصه كرد را مي TBMمزاياي استفاده از سرعت پيشروي باال - پيشروي غير منقطع - به توده سنگ پيرا مون تونلكمتر آسيب - نياز كمتر به پايدارسازي - امنيت بيشتر كارگران - كنترل و هدايت از راه دور امكان - هاي طويل اقتصادي بودن در تونل -شكل ثابت، انعطاف پذيري محدود در مقابل تغييرات وضعيت اي هتوان به مقطع داير مي TBMاز معايب

. اشاره كرداستقرار دستگاه در سينه كار زمان طوالني مونتاژ و ،زمين شناسي، هزينه سرمايه گذاري باال TBMاصلي سازنده هاي شركت 4-8

هـاي توان به شركت مي فعاليت دارند كه از جمله آنها TBMهاي هاي متعددي در ساخت دستگاه شركت :زير اشاره نمود

• Robbins • Wirth • CTS • Voest Alpine • Herrenknecht

1390-91ترم اول 51صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

(roadheader) گاوي كله حفاري با -5

كلـه گـاوي در . اسـت زهبه روش مكاني تونل حفاريگاوي مهمترين وسيله براي ، كلهTBMبعد از اصوال

:)21-5شكل ( هستندهاي قسمتگاوي ها داراي كله اغلب. ابعاد و اندازه هاي مختلف وجود دارد (cutting head)تاج حفار - )1( رساند را به محل مورد نظر مي تاج حفاربازوي هيدروليكي كه - )2(بخشي براي ايجاد امكان حركت افقي كلگي - )3( گيريبخش بار - )4(تسمه نقاله براي انتقال مواد حفاري شده - )5(سيستم چرخ زنجيري براي حركت دستگاه - )6(شاسي - )8و 7(الكتريكي و هيدروليكي سيستم - )9( كابين اپراتور -

:گاوي وجود دارد بطور كلي دو نوع كله

(spiral type cutting head)گاوي از نوع تاج مخروطي كله -1

(drum type cutting head)گاوي از نوع تاج طبلكي كله-2

و در چرخـد مـي (boom)ي حفـاري حول محوري مـوازي بـا بـازو مخروطي، تاج حفار در كله گاوي تاج

).23-5و 22-5شكل (كند دوران مي حول محوري عمود بر بازوگاوي تاج طبلكي، تاج حفار كله

1390-91ترم اول 52صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

يگاو اجزاي يك دستگاه كله - 21-5شكل گاوي هاي كله تاريخچه دستگاه 5-1

انــواع قابــل تــوجهي از 1950تــا دهــه . صــورت گرفــت 1940گــاوي در دهــه ابـداع دســتگاههاي كلــه توجه قابل مالحظه اي بر در سالهاي اخير،. گاوي در صحنه تونلسازي پا به عرصه نهادند دستگاههاي كله

گاوي بـراي دسـتيابي بـه سـرعتهاي بيشـتر تونلسـازي و افـزايش هافزايش ظرفيت انواع دستگاههاي كلاين مسائل موجب افزايش قابل توجهي . شده است تر متمركز سنگهاي سخت حفاريقابليتهاي آنها براي

.در وزن چنين دستگاههائي گرديده است

در خـوبي ئي انعطـاف پـذيري و قابليـت جابجـا تونلسـازي، دستگاهبه عنوان يك گاوي كلههاي دستگاه . باشند ميدارا را شرايط مناسب

ها بـراي شـرايط سـنگي محكمتـر دسـتگاه دامنه كـاربرد ايـن تر، سنگين گاوي كلههاي دستگاهبا ابداع

كـه ه شـد دنشـان دا ،انجام گرفتدر انگلستان 1980در جريان يك بررسي كه در سال .گسترش يافتبـراي حفـر سـنگهائي بـا باشـند، مـي تـن 80تـا 5/21ين كه داراي وزني ب گاوي كلههاي دستگاهكاربرد

،بـوده ها از نـوع مخروطـي دستگاهاين تاج حفار . مگاپاسكال توجيه اقتصادي دارند 100تا 60مقاومت استكيلو وات بوده 625تا 86 دستگاهوات و توان مصرفي كل كيلو 100تا 30 تاجتوان مصرفي

. گاوي كلههاي دستگاهقدرت و وزن 5-2

1390-91ترم اول 53صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ت حفر مقاطع تونـل باشـكلهاي مختلـف و قابليـت مـانور آن بـراي ايجـاد يقابل انعطاف پذيري عملياتي، 25حدود ( دستگاههاي سبكتر قديمي. گاوي هستند تقاطعها از جمله خصوصيات اصلي دستگاههاي كله

م موفقيت شدند، زيرا لـرزش دسـتگاه باعـث سخت مواجه با عد تادر حفر سنگهاي متوسط )تن يا كمتر 90(گـاوي در انواع دستگاههاي سنگين كله. شد ها و اغلب خود دستگاه مي وارد آمدن خسارت به سرمته

تناسـب آن قـدرت بـه تر و محكمتري برخوردار شـده انـد و تمام قسمتها از ساختار پيشرفته) تن به باالو نگهداري و زمان سرويس تا حد قابل توجهي كاهش يافتـه و دستگاه افزايش يافته و هزينه هاي تعمير

. تر توسط اين دستگاهها از جنبة اقتصادي توجيه يافته است در نتيجه حفر سنگهاي سخت

مگاپاسـكال كـه در بعضـي 100در انگلستان براي حفر سنگهائي با مقاومت باالي گاوي كلهدستگاه يك 225تـاج حفـاري تـوان تـن، 150كـه داراي وزن بكار گرفته شد رسيد، مگاپاسكال مي 200شرايط به

.است بودهمتر -نيوتنكيلو 312وات و گشتاور خروجي كيلو مخروطي و طبلكي گاوي كلههاي دستگاه حفاريمباني 5-3

گاوي مخروطي حفاري و كله (ripping) حفاري را بصورت شخم زدنمل طبلكي عگاوي دستگاههاي كلهگاوي مورد استفاده كليه دستگاههاي كله در انگلستان تقريباً. دهد انجام مي (milling)سايشي را بصورت

از نـوع طبلكـي و در آمريكـا، كانـادا و % 35از نوع مخروطي و % 65در آلمان . باشند مي از نوع مخروطي . طبلكي هستند از نوع% 75يك زمك

:نوع مخروطي سيستم حفارياست كه حول محوري در امتداد محـور يمخروط گاوي، در دستگاههاي كله اريحفمعمولترين شكل تاج

اي گونه هرح تاج برشي مخروطي و موقعيت و جهت نصب آن برروي بازو بط. كند بازوي دستگاه دوران ميبـه همـين . جهت اعمال حداكثر نيروي برشي بر جبهه كار تونـل قـرار گيـرد است كه در موقعيت بهينه

سـاختي اي در شرايط زمـين گاوي توانسته اند قابليت اجرائي پذيرفته شده ع دستگاههاي كلهدليل اين نومخروطـي در سيسـتم در . مشكل و محكم از خود ارائه دهند و كاربرد گسـترده اي در اروپـا پيـدا كننـد

نگ سينه كار متشكل از سـ در ) فروروي(زمان كمتري صرف خرد كردن يا نفوذ اوليه مقايسه با طبلكي، .شود ها فراهم مي شده و امكان حفاري سريعتر در اينگونه سنگسخت

:يكنوع طبل سيستم حفاري يا برش نوع طبلكي به طـور گسـترده اي در دسـتگاههاي اسـتخراج پيوسـته شخم زدنمكانيزم برش

(continuous mining machine) شرايط سـنگي نسـبتاً ضـعيف همچـون جبهـه كارهـاي براي حفاري ،سنگي سسـت براي شرايطبطور كلي .سنگي يا انواع مختلفي از سنگهاي رسوبي پذيرفته شده استذغال

1390-91ترم اول 54صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

در صـد 30تـا 20دستگاههاي حفار طبلكـي . دهد سرعت حفاري خوبي به دست مي برشمكانيزم اين شرايط سنگي سخت يا محكم مسـتلزم . سبكتر از دستگاههاي حفار مخروطي با ظرفيت يكسان هستند

باشد و سيستم حفـاري نـوع مخروطـي نيروهاي برشي، بويژه در شروع حفاري جبهه كار تونل مي تمركز . باشد ي ميكدر اين گونه موارد موثرتر و كاراتر از سيستم حفاري نوع طبل

سـطح مقطعهـاي بـزرگ و حفـاري ي عبارت است از توانـائي كويژگيهاي اصلي سيستم حفاري نوع طبل

ا، كه اين ويژگيها اين دسـتگاه را در شـرايطي كـه محصـول يـا خروجـي انبـوه آنهحفاري ظرفيت باالي مطلوب باشد، به صورت بسيار جذاب در آورده است و باعث به كار گيري در عمليات متعـدد معـدنكاري

. شده است

1390-91ترم اول 55صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

آن گاوي با تاج حفار مخروطي و نحوه حفاري نمونه يك دستگاه كله - 22-5شكل

آن و نحوه حفاريطبلكي گاوي با تاج حفار نمونه يك دستگاه كله - 23-5شكل

1390-91ترم اول 56صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ابزار برش 5-4سـه گاوي كلههاي دستگاها پيشرفت بمنظور بر آوردن نيازها و همپائي به ابزار برش توسعه و پيشرفت با

:شدمطرح ابزار برشنوع (point attack picks)سر مته هاي مخروطي - (large radial picks) بزرگ سر مته هاي شعاعي - (forward attack picks) سر مته هاي جلو بر -

:سر مته هاي مخروطي

قابليت چرخش آن در درون پايه تا زمان سـائيده شـدن ،يكي از ويژگيهاي اصلي سر مته هاي مخروطيزمـان بـين تعـويض سـر ها و در نتيجـه افـزايش عمر و كارايي سرمتهافزايش باعثاين امر . باشد ميآن .شود ها مي مته

:ي بزرگعسر مته هاي شعا

كـاهش ميـزان گـرد و غبـار همراه باها دسترسي به راندمانهاي باالي برش مهمترين ويژگي اين سر مته. ازدسـ مطلوب مـي ،كاربرد آنها را در شرايط سنگي سست تا متوسط ،ها سرمتهباشد اندازه بزرگ اين مي

توانـد موجـب وارد آمـدن سـريع خسـارت بـه ي بزرگ در سنگهاي سخت، ميعهاي شعا كاربرد سر مته . سرمته و كاهش راندمان برش و بروز لرزشهاي شديد در دستگاه شود

:سر مته هاي جلوبر

ري هاي شعاعي، نيروي محوري بيشت در مقايسه با سر متهكه ن سر مته ها به گونه اي طراحي شده اند ايبراي اينكه تحمل نيروهاي برشـي (pickbox) ها پايه سرمته. كنند ميرا در جريان برش به سنگ منتقل

كمتـر از سـاق (pick shank) ساق سر مته ها. بيشتري را داشته باشند، بنحو مناسبتري تنظيم شده اندهـاي مخروطـي متـه بل انطباق بـا سـر اسرمته هاي شعاعي در معرض آسيب پذيري قرار دارند و بهتر ق

. آبفشانها با موفقيت همراه با سر مته هاي جلوبر بكار گرفته شده اند. هستند گاوي دستگاه كله حفاريتوانايي 5-5

گاوي قادر بـه حفـر سـنگها بادامنـة مقـاومتي متفـاوت دهد كه دستگاههاي كله تجارب حاصل نشان ميتوانند محدوديتهائي در بندي مي و صفحات اليه ليكن ضعفهاي ساختاري در سنگ نظير درزه ها هستند،

آورده 7-5 گـاوي در جـدول مطالب كلي در مورد توانائي حفاري دستگاه كله. جريان حفر به وجود آورند . شده است

1390-91ترم اول 57صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

اين نكته است كه با افزايش قـدرت حفـاري، هزينـه يك عامل محدود كننده در رابطه با قدرت حفاري،ختي اجزاي برشي و حفظ قـدرت مـؤثر حفـاري در دماهـاي بـاالي حاصـل از س. يابد سرمته افزايش مي

هـا و كاهش سرعت سرمته به منظور افـزايش عمـر سـرمته . باشند از ويژگيها و عوامل مهم مي اصطكاك،تري استفاده شـود، كـه ايـن امـر گاوي سنگين كند كه از دستگاههاي كله حفظ قدرت حفاري ايجاب مي

. يش هزينه ها و كـاهش انعطـاف پـذيري عمليـاتي و تعميراتـي را بـه همـراه دارد خود معايبي نظير افزاضـمن گاوي سنگين در سـالهاي اخيـر صـورت گرفتـه، پيشرفتهائي كه در زمينه توليد دستگاههاي كله

انواع سنگهاي سخت تر را نيـز ميسـر حفاريها، امكان افزايش قدرت حفظ ويژگيهاي برشي مؤثر سرمته . ساخته است

گاوي دستگاههاي كلهحفاري توانائي -7-5 جدول

توانائي يا قدرت حفاري گاوي كلهانواع اصلي طورمگاپاسكال ب 80قادر به حفاري سنگهائي با مقاومت-1 دستگاههاي سبك-1

. باشد موفقيت آميز مي تواند مي مگاپاسكال 80در سنگهائي با مقاومت بيش از -2 . بروز كند مشكالتي در حفاري

. مگاپاسگال 100حفر موفق سنگهائي با مقاومت تا-1 دستگاههاي سنگين-2 مگاپاسكال وباالتر 150در سنگهائي با مقاومت بيش از -2 . توان موفق بودن حفر را تضمين كرد نمي

گاوي هاي كله كنترل دستگاه 5-6

ن داده است كـه محـدوديت عمـده ناشـي از گاوي انگلستان نشا تجارب حاصل از كار با دستگاههاي كلهبعنوان مثال كنتـرل ميـزان نيـروي ( مشكل تطبيق قابليتهاي دستگاه با شرايط متغير اليه ها بوده است

بسـتگي عملكرد دستگاه در اين گونـه مـوارد، ). وارد بر سطح سينه كار با توجه به تغيير مقاومت اليه هاه نرخ باالي سايش سـرمت و برشهاي كم عمق همراه با نفوذ محدود . زيادي به مهارت اپراتور دستگاه دارد

برعكس نرخهاي باالي نفوذ يا سرعت پيشروي زياد در . ناشي از احتياط بيش از حد اپراتور باشدتواند مي . ها و تاج حفار و همچنين لرزش دستگاه شود تواند موجب وارد آمدن خسارت به سرمته سنگ سخت مي

گـاوي بـويژه از جنبـه طراحـي تـاج حفـار و بـراي كلـه كمك مهمي )CAD(امپيوتر طراحي به وسيله ك ي حاصـله پيشـرفتها . ها بوده است سرمته هبهين (positioning)قرارگيري نحوه فاصله داري و ،جانمائي

گسـترش وسـيعي روشهاي كنترلي جديد را به صـورت نيك محدودةودر زمينه هيدروليك و ميكروالكترهـاي سـرمته . به دستگاه افزايش يافته است اطمينانو در نتيجه سرعت پيشروي و قابليت بخشيده است

1390-91ترم اول 58صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

پتانسيل باالئي براي بهبود عملكرد جديد و سيستمهاي آبفشاني كه اخيراً طراحي شده اند، طراحي شدة . اند گاوي از خود ارائه داده و كنترل دستگاههاي كله

NATMدر روش ها گاوي كلهكاربرد 5-7

به دليل مقرون به صرفه تر بودن تونلسازي با اين روش تحت شرايط مختلف NATMتونلسازي به روش كيفيت فضاي حفر شـده بـا ايـن روش . شده است فراگير و عمومي يروش سنگ و ديگر عوامل محيطي،

متنـوع گاوي با توجه به قابليت كارشان تحت شـرايط گونـاگون و يك عامل مهم است و دستگاههاي كله . زمين شناسي بنحو موفق اين كيفيت را تأمين كرده اند

متـر مربـع بـه صـورت يـك راه 101بين اتريش و يوگسالوي با سطح مقطـع Karawankenحفر تونل

و بـا اسـتفاده از NATMدولوميت و ماسه سنگ باروش كيلومتر در سنگ آهك، 5/8دوبانده و به طول ل در يك وا .تونل در دو مقطع اصلي با شرايط مشكل زمين روبرو شد اين. صورت گرفته است گاوي كله

ابتـدا قسـمت . مقطع بشدت خرد شدة آبدار و دوم در يك مقطع داراي شيلهاي گرافيتي سـياه درزه دار براي حفر بقيـه سـطح مقطـع نيـز از همـين ومتر مربع حفر شد 53تونل با سطح مقطع باالئي و سقف

نگهـداري قسـمت بـاالئي اي استفاده گرديد و در زمان حفر قسمت پـائين، پلهدستگاه و به صورت حفر . گرفت انجام مي )و بتن پاشي راكبولت، قابهاي فوالدي،(تونل

گاوي كله دستگاهتأثير ويژگيهاي حفر سنگ بر عملكرد 8- 5

رد مطالعه قـرار دستگاههاي تونلسازي از جنبة قابليتهاي اجرائي حفر در شرايط زمين شناسي مختلف موكه داشتن ارزيابي در مورد آن ضروري است،عملكرد دسـتگاه در انـواع يكي از ويژگيهاي مهمي. اند گرفته

تحقيقات در اين زمينه بر تعيين شاخصها و ويژگيهاي سنگ و برقراري ارتبـاط . باشد مختلف سنگها مي . گاوي متمركز بوده است بين اين شاخصها پيشروي كله

:اي الزم براي تعيين ويژگيهاي حفر سنگآزمايشه

هـاي برتسـت مبتنـي آزمايشهاي الزم براي تعيين شاخصها و ويژگيهاي رفتاري سنگ در برابـر حفـاري قـرار بررسيمنفرد مورد بصورت پارامترها. ندگي هستنديآزمايشگاهي مختلف نظير مقاومت،سختي و سا

. شوند ي سنگ به صورت تجمعي مدنظر قرار داده ميگيرند و براي قضاوت كلي راجع به رفتار برش ميدر مطالعاتي كه براي اندازه گيري تـوان مصـرفي در حالتهـاي مختلـف حفـاري بـه وسـيلةيك دسـتگاه

حالتهـاي مختلـف براي هريـك از توان جذب شده توسط دستگاه و سرعت حفر گاوي صورت گرفت، كله

1390-91ترم اول 59صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

بـراي عوامل و پارامترهاي زير پـس از ايـن مطالعـات . ختلف سنگها اندازه گيري شدم برش و براي انواع :عملكرد حفاري ارائه گرديد ارزيابي

:(break index) شاخص شكست

) صفحات اليه بندي،تركها و غيره درزه ها،( اين شاخص تعيين كنندة تعداد متوسط صفحات ناپيوستگي . يا افقي قطع كرده استباشد كه آن را بطور عمودي اصلي سنگ مي در هر متر از هر اليةاين ضريب معيـاري جهـت ارزيـابي سـختي سـنگهاي :(deformation coefficient) ضريب تغيير شكل :شود باشد كه توسط آزمايش چكش اشميت نشان داده مي جبهه كار تونل مي

(Rc –Ri) /Rc =ضريب تغيير شكل

Rc = آزمايش 20مقدار ثابت جهش بعد از Ri= جهش در اولين آزمايش(يه مقدار جهش اول(

:(specific energy) انرژي ويژهبر موارد زير بـه عنـوان . گويندرا انرژي ويژه انرژي مصرفي توسط تاج حفار براي حفر واحد حجم سنگ

:نكات حاصل از نتايج و مشاهدات صورت گرفته در جريان مطالعات تاكيد شده استمشخصـات مـادة سـنگ، ت تاثير ويژگيهاي رفتـاري تـوده و بنحو زيادي تح حفاريعملكرد دستگاه -1

. مشخصات تونل و شرايط عملياتي قراردارد دستگاه،خـرد شـده و شـرايط مـواد در شرايطي انجام گيرد كه مشـكالت تخليـه حفاريدر صورتي كه عمل -2

فـاري دسـتگاه از ويژگيهاي ماده سنگ بيشترين تاثير را در عملكرد ح عملياتي مانع ايجاد نكرده باشند، . دهد خود نشان مي

تـاثير تركهاي باز يا ديگر ضعفهاي طبيعي در ساختار سنگ بـه ميـزان زيـادي بـر عملكـرد حفـاري -3 .گذارد مي . يابد ميهش كاانرژي ويژه ـ با افزايش نرخ حفر،4ان را انتظـار تـوان افـزايش رانـدم كه با برنامه ريزي درست حركات بازو مـي است مطالعات نشان داده -5

حركـت ،(sumping) فرو رويشامل تفاوتهاي راندمان حفاري در هر يك از حركات چهارگانه بازو . داشتدهد كه با برنامه ريـزي نشان مي (overcutting) روبري، (undercutting) زيربري، (traversing) عرضي

شرايط اليه . يافت دست حفاري عملكرد از خوبي بسيار وري توان به بهره و اجراي دقيق مراحل حفاري مي . اي بر عملكرد حفر تاثير گذار هستند بندي و نوع سنگها نيز در دامنة گسترده

1390-91ترم اول 60صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

براي سـنگ تعريـف شـده (specific destruction work)يك ويژگي جديد نيز به نام كار تخريبي ويژه نشان دهنده انرژي يـا كـار (stress-strain)تغييرشكل -از نقطه نظر فيزيكي، انتگرال منحني تنش. است

(strain energy)كار تخريبي ويژه بعضا انرژي تغييـر شـكل . باشد الزم براي گسيختگي نمونه سنگ مي . شود نيز ناميده مي

بـا (cutting performance)واتي، رابطه عملكرد حفـاري كيلو 130براي يك كله گاوي 24-5در شكل

رابطه عملكرد حفـاري بـا مقاومـت تـك محـوري نيز 25-5در شكل . است شدهكار تخريبي نشان داده شود كه عملكرد حفاري داراي ضريب همبستگي مالحظه مي. گاوي ارائه شده است سنگ براي همان كله

.باشد بهتري با كار تخريبي در مقايسه با مقاومت تك محوري مي

خريبي تغييرات عملكرد حفاري بر حسب كار ت - 24-5شكل

1390-91ترم اول 61صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

تغييرات عملكرد حفاري بر حسب مقاومت تك محوري سنگ - 25-5شكل

(twin boom roadheader)ي دو بازويگاوي كلهدستگاههاي 5-9

ناشي از تقاضاي زيـاد بـراي افـزايش سـرعت پيشـروي يدو بازوي گاوي كلهتوسعه و پيشرفت دستگاهها ايـن .باشـند ميمتر مكعب در ساعت 200تا حدود و بارگيري اريقادر به حف ها ن دستگاهاي. است بوده

سنگ را افزايش و در نتيجه زمان الزم براي حفر طـول ثـابتي از تونـل را كـاهش حفاريدستگاهها نرخ ارگوش اين نوع دستگاه براي حفر تونلهائي با سـطح چهـ . رود باال مي سرعت پيشروي ،و نتيجتا دهند، مي

سـطح مقطـع حـدود و متر 46/11قطر هبدر سويس، (Rosenberg)گ تونل روزنبر. باشد مي تر مناسببدون هيچ گونه خطر برخورد اين چهار بازو بـا هـم گاوي داراي چهار بازو يك كلهمتر مربع توسط 100 .است هشد يراحف حفر تونل با چكشهاي ضربه اي هيدروليك 5-10

واي فشرده بنحو گسترده اي در عمليات احداث تونل به كار گرفته شده اند وحتي در چكشهاي دستي هبكـارگيري چكشـهاي ضـربه اي . روش اصـلي حفـر را تشـكيل داده انـد ،با مقطع كوچـك حفر تونلهاي

ابداعي نسبتاً جديد بويژه در ايتاليا است كـه تعـدادي از ،مقطعتمام هيدروليك به هر حال در تونلسازي چكشـهاي ضـربه اي ه بـرد عمـد اولـين كـار . ها در آن كشور با استفاده از اين روش حفـر شـده انـد تونل

. گردد كه ايـن تكنيـك در تونلهـاي بـزرگ متعـددي بـه كـار گرفتـه شـد ميبر1960هيدروليك به دهة

1390-91ترم اول 62صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

اي هيدروليك ابتدا در راهسازي و خرد كردن بتن و سپس به عنـوان روش حفـر و خـرد چكشهاي ضربه . يافتند مينگ در معادن كاربرد عموكردن س

در حفـر زيـادي كاربرد ژول 6000با قدرت اعمال انرژي ضربه اي در حدود تني 3چكشهاي هيدروليكي

چكش بر روي يك بازوي هيدروليك مناسب و اين مجموعه بر .اند پيدا كردهتونلسازي از جمله در سنگ .شود ميروي يك شاسي متحرك معموالًريلي نصب

:مزاياي اصلي اين نوع روش حفر تونل عبارتند از

. در اين روش نيازي به چالزني و آتشباري جبهه كار تونل نيست-1بر اين كه سطح مقطع تونل به حد طمشرو همزمان با حفر بارگيري نمود،توان ميسنگ خرد شده را -2

. كافي بزرگ باشدكش ضربه زن خردتـر كـرد و بـه انـدازه مـورد نظـر توان با چ ميبزرگ سنگهاي خرد شده را تقطعا-3

سيستمهاي حمـل و نقـل و بـويژه هكلي و جابجائي موادخرد شده با تقريبادر نتيجه امكان انتقال ،رساند . ميسر استوار نقاله ن

متـر 30حفر تونل تمام رخ با اين روش در بسياري از شرايط زمين شناسي كه سطح مقطع تونـل از -4 . امكان پذير ميباشد است،مربع متجاوز

. شود ميري حفر امحيط تونل با حداقل اضافه حف -5

:نحوه حفاريمتـر 2تـا 5/1عمـق حـدود متري باالي كف شـروع و تـا 5/1تا 1در مركز جبهه كار از حدود يراحفشود كه مي يابد و در نتيجه شكافي ايجاد ميعمل حفر تا ديواره هاي جانبي و كف ادامه . شود مي اريحف

به سمت باال تا تكميل سـطح مقطـع رياحف. سنگهاي قسمت باالي جبهه كار روي آن قرار گرفته است . يابد ميتونل ادامه

:شرايط مناسب كاربرد

اي شـرايط تـوده . اسـت مناسـبي دار روش بندي خوب و تـرك هاي با اليه ينهاين روش حفر تونل براي چ يدن به يك سرعت پيشروي كه از جنبه اقتصادي مقرون به صـرفه نباشـد، تا رس،تواند از نرخ پيشروي مي

درسنگهاي محكم كه داراي درزه هاي زياد باشند و رفتاري شبيه اليه هاي داراي باندهاي ضعيف . بكاهدآميزي اقدام به توان با استفاده از چكشهاي ضربه اي بنحو موفقيت مي ها از خود نشان دهند، در بين اليه

. ونل نمودحفر ت

1390-91ترم اول 63صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

12( متـر در شـيفت 9تـا 2با استفاده از اين روش در پنج تونل در ايتاليا به نرخ پيشروي در محـدودة 900تـا 300اند و حجم سنگ حفر شده بـين ساعت دست يافته 12متر در 6و به طور متوسط )ساعته

. متر مكعب بوده است

متـر 80به سطح مقطع ه منظور ايجاد يك راه دو بانده كيلومتر ب1. 2رم به طول نزديكيدر Rietiتونل در هـر روز كـاري . بندي خوب حفر شـد در اليه هاي آهكي با اليه) متر 11،1عرض و 7,2 ارتفاع(مربع

متر تونل حفر و نگهداري شد و بار بـري مـواد خـرد شـده نيـز صـورت 7-8 ،سيكل 5طي )ساعت 24(و د متري از هم نصب شده بودن 5/1فلزي چهار تكه كه به فواصل قابهاي قوسي از براي نگهداري . گرفت

Liebherr 962براي بار گيري همزمان با حفر از لودر تخليه از جلو و براي حفر از چكش ضربه اي مـدل .ساعت بود 25/1متر در 5/1استفاده شد كه نرخ پيشروي آن

سـريع السـير و به منظور ايجاد راه آهـن كيلومتر طول داشت 7تونل ديگري كه با اين روش احداث شد

عمليات در . گسله حفر شدو شدت چين خورده همارلي و شيستهاي ارژيليتي ب در اليه هاي ماسه سنگي،عمليات حفر و بار گيري همزمان انجام . رفتساعت انجام گ 24متر در 10ر سيكل و با نرخ پيشروي اچه .شد مي ديگرمالحظات 5-11

شـكلهاي داراي انعطاف پذيري خوب در عمليـات و توانـائي بـرش تونلهـا بـا گاوي هكلهاي دستگاه - 1 . هستندها تونلها در حفر تقاطع در باال دهي مانور قابليت عالوه بر ،مختلف

در صورتي كه تونل در شرايط سنگي اليه اي كه داراي باندهاي عريض سست در جبهه كـار تونـل - 2در نتيجـه ايـن عمـل . ر ابتدا اقدام به حفر اين بانـدهاي سسـت نمـود توان د ميحفر شود هستند،

آورد كه ميكار را فراهم امكان آزاد شدن تنش و ضعيف شدن ساير اليه هاي تشكيل دهندة جبهه . توان آنها را بسرعت حفر كرد ميپس از آن

ي در نيروهـاي برشـي تواند كاهش عمـده ا مي بار 700استفاده از آبفشان يا جت آب با فشار باالي - 3 . سرمته ايجاد كند

سنگين در عـين حـالي كـه ويژگيهـاي اصـلي بـرش و گاوي كلههاي دستگاهـ توسعه و به بازار آمدن 4ت، توانـائي بـرش انـواع سـنگهاي عملكرد مؤثر سرمته را از طريق طراحي خوب تاج حفار حفظ كرده اس

. تر را افزايش داده است سخت . اي افزايش يافته است بنحو فزاينده ،هاي حفاري بازوئي در شرايط سنگي سختاهدستگـ دامنة كاربرد 5

هاي دسـتگاه ها و در نتيجه افزايش قابل مالحظة بكـارگيري چنـين دستگاهاين امر توسعة انواع سنگين . تونلسازي را موجب شده است

1390-91ترم اول 64صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

توانـائي : عمـده عبارتنـد از به طور گاوي كلههاي دستگاهدر تاج حفار CADحاصل از كاربرد مزايايـ 6 . لرزش ميزانهمراه با كاهش عمده ،ها سرمتهتوزيع بهتر بار بين ،طراحي براي عملكرد بهتر برش

ـ آبفشانهاي فشار باال سهم عمده اي در باال بردن نرخ حفر داشنه اند و در عين حال از انرژي ويژه حفر 7 . اند و ميزان گرد و غبار توليدي كاسته

ي برشي در زنجيـرة توسـعه از ها سرمتهسنگين بسرعت مشخص كرد كه گاوي كلههاي دستگاهظهور -8 . اند هاي حفار برخوردار نبودهدستگاهرشدي همپاي

بـا هـدايت . را افـزايش داده اسـت دسـتگاه حفـاري توانـائي گاوي كلههاي دستگاهـ هدايت اتوماتيك 9 . زم بدليل گرد و خاك ايجاد شده، ادامه دادتوان پيشروي را عليرغم فقدان ديد الياتوماتيك م

. توانند نياز به چالزني و آتشباري در جبهه كار تونـل حـذف كننـد يچكشهاي ضربه اي هيدروليك م-10دهد تونل سـطح مقطـع كـافي داشـته يم اين روش بارگيري همزمان با حفر است كه امكان مهمزيت م

. است مناسبيروش ،دار باشند رزهدگها راي شرايط زمين شناسي كه سناين روش ب. باشدسبك و متحرك بـراي حفـر و نگهـداري فضـاهائي بـا هـر شـكل ،ي ارزاندستگاهنياز به از مدتها پيش

ـ گاوي كلههاي دستگاه. شده است ياحساس م يمقطع هدر تركيب با سپرهاي تونلسازي تا حـد زيـادي ب . اند اين نياز پاسخ داده

هاي تاج حفار مخروطي و تاج حفار طبلكي گاوي مقايسه كله 12- 5

:سرمتهتحليل بردارهاي سرعت يكـي در جهـت . هـا دو بـردار سـرعت متصـور اسـت سـرمته هر يك از ايبر ،حفاردر حين چرخش تاج

و ديگري در جهت شود يگفته م (slewing speed) چرخشيكه به آن بردار سرعت حفاريتاج چرخش .شود مي ناميده) cutting speed( يكه آنرا بردار سرعت برش ،مته به داخل سنگسرفرو روي

بنابراين صفحه گذرنده از دو بـردار ،شود يانجام م دستگاهدر تاجهاي مخروطي دوران حول محور بازوي

تاجهاي طلبكي محور چرخش تاج عمود بر محور بازوي در. باشد يمذكور عمود بر محور بازوي دستگاه مزاويه اين . آورند يرا بوجود م اي بردار سرعت منتجه ،يو سرعت برش چرخشيدار سرعت دستگاه بوده و بر

. برشي دارد چرخشي وبردار نسبت به محور بازو بستگي به نسبت سرعتهاي

:در اثر نيروهاي عكس العمل دستگاهلغزش ي از نيـروي نيروهاي اصطكاك بين كف تونل و چرخ زنجيري يك عامل مـوثر در كنتـرل تكانهـاي ناشـ

بـه ،هايي كه توان حفـر بيشـتري دارنـد گاوي به همين دليل كله. باشد يگاوي م عكس العمل وارد به كله . منظور افزايش نيروي اصطكاك بايد از وزن باالتري نيز برخوردار باشند

1390-91ترم اول 65صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

د بـر ذكر شد در تاج هاي مخروطي گشتاور عكس العمل وارد به تاج در صفحه اي عمو همانگونه كه قبالشود اما در تاجهاي طلبكـي يهمين امر سبب ايجاد تكانهاي شديد م . شود يرد مامحور بازوي دستگاه و

وارد دسـتگاه در امتداد قائم و به موازات راستاي بازوي ريبابا توجه به اينكه جهت نيروي عكس العمل تق . تكانهاي حاصله نيز بسيار كمتر است ،شود يم

با استفاده از سيستم تـاج طبلكـي وزن دسـتگاه ،ركه مشابهمحبه و با يك موتور در شرايط عملياتي مشاو يا به عبـارت ديگـر در . كمتر خواهد بود ،شود ينسبت به حالتي كه از سيستم تاج مخروطي استفاده م

سيستم تاج طبلكي قابليـت اسـتفاده از موتورهـاي قـوي تـري را خواهـد ،گاوي با وزن مشخص يك كله . داشت

به دو عامـل ،توان منتقل نمود يها م سرمتهبطور كلي در فرايند حفر مقدار انرژي كه از طريق هر يك از

بدين معنـي كـه در حفـر يـك سـنگ . بستگي دارد دستگاه) stabillity( پايداريعمده سختي سنگ و در ايـن . يابد ينرخ استهالك آنها نيز به شدت افزايش م ،ها بيشتر شود سرمتهسخت هر چه انرژي پشت

در مواجهـه بـا نيروهـاي قـوي عكـس ،)مقاومت در برابر لرزش هاي شديد(حال عدم استحكام دستگاه انرژي كه به هـر (به هر ترتيب انرژي ويژه .شود يم گاوي كلهسبب تخريب قطعات مختلف ،العمل سنگ

هايي سرمتهچنين تعداد جرم تاج و هم ،به عواملي از قبيل سرعت چرخش )شود يها وارد م سرمتهيك از تـاج هـاي گـاوي كلـه شـد ذكـر همانگونه كه قـبال . بستگي دارد ،كه در هر لحظه با سينه درگير هستند

بنابراين با استفاده از . دهند يطبلكي نسبت به نيروهاي عكس العمل وارد به تاج تكانهاي كمتري نشان م . ا تا حد قابل مالحظه اي افزايش دادتوان انرژي ويژه حفر ر يافزايش سرعت چرخش و جرم تاج م

مقايسه مشخصات فني

بـا طبلكي گاوي تاج گاوي تاج مخروطي با يك دستگاه كله يك دستگاه كلهدر جدول زير مشخصات فني .است قدرت موتور يكسان مقايسه شده

1390-91ترم اول 66صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

تاج مخروطي و تاج طبلكي گاوي كلهمشخصات دو نوع -8-5جدول

تاج طبلكي گاوي كله تاج مخروطي گاوي كله صاتمشخ

قدرت موتور تاج حفار وزن

ها سرمتهتعداد )V(سرعت برشي متوسط

نيروي حفر در حركت افقي نيروي حفر در حركت رو به باال

نيروي حفر در حركت رو به پائين عرض دستگاه طول دستگاه

ارتفاع دستگاه فاصله مركز ثقل تا محور تاج

ه مركز ثقل جكهاي نگهدارنده فاصل

)kW(300 )ton(110

105 )m/s(5/1 )kN(200 )kN(200 )kN( 200

)m(6/3 )m( 5/13 )m( 7/2

)m (5 -

(kW) 300 )ton( 95

99x2 )m/s (8/2 )kN (85 )kN (300 )kN (225

)m (3 )m (12 )m( 85/1

)m(5/4 )m (6

مقايسه عملكرد كارگاهيكيلـو 230 ميگاوي تاج مخروطي بـا تـوان اسـ ررسي توانايي هاي اجرايي يك كلهاين مقايسه بر مبناي ب

در شرايط مشابه )Alpine Miner AM100(كيلو وات 250 ميگاوي طبلكي با توان اس و يك كله ،نيوتن .انجام گرفته است ،زمين ساختي

طبلكـي در مخروطـي و تـاج اوي تـاج گـ كلـه (cutting performance)عملكرد حفـاري 26-5در شكل

شـود عملكـرد حفـاري مشاهده مـي . است شده محوره مختلف نشان داده هاي با مقاومت فشاري تك سنگكـه بـا افـزايش ،باشـد يگاوي تاج مخروطـي مـ طور قابل مالحظه اي بيشتر از كلهطبلكي ب گاوي تاج كله

. شود ييادتر مزمقاومت فشاري سنگ اين اختالف گاوي تـاج طبلكـي توان حفر كله ،پاسكال مگا 80تك محوري فشارين به طور مثال براي مقاومت بنابراي

متر مكعب بر ساعت بدست خواهد آمـد 12گاوي تاج مخروطي متر مكعب بر ساعت و توان حفر كله 23 .اختالف دارند% 100كه نسبت به يكديگر حدود

1390-91ترم اول 67صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ومت فشاري مختلف هاي با مقا عملكرد حفاري در سنگ -26-5شكل

(specific pick consumption)سـرمته ويـژه ا مصـرف يـ سـرمته مقـدار اسـتهالك : سـرمته استهالك

نشـان 27-5هاي شكل منحنيدر ،مذكور دستگاهدر دو نوع يبرحسب تعداد سرمته بر مترمكعب حفار :كنند ها از روابط زير پيروي مي اين منحني. است شده داده

Cp = 0. 76. F 0. 39 تاج حفار طبلكي Cp= 0. 96. F 0. 56 تاج حفار مخروطي F= (Schimazek) مقدار سختي سايشي در مقياس شيمازك

بطوريكـه بـراي ،باشـد يتاج طبلكي از تاج مخروطي بيشتر م يهايگاوكلهدر سرمته ويژه مصرف مقدار F=0.4، روطي استخباالتر از تاج م% 50 طبلكي تاج سرمتهويژه مصرف مقدار .

همـانطور كـه از ايـن ). 28-5شـكل (بررسي شود حفاري مصرف سرمته اصوال بايد در ارتباط با عملكرد

گـاوي تـاج طبلكـي بـيش از دو برابـر شود، براي يك مصرف ويژه معين، عملكرد كلـه شكل مالحظه مي .باشد گاوي تاج مخروطي مي عملكرد كله

1390-91ترم اول 68صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

مصرف ويژه سرمته برحسب مقدار سختي سايشي - 27-5شكل

هاي داراي تاج طبلكي، جهت چرخش تاج به گونه اي است كه درصد عمده سـنگهاي خـرد گاوي در كله

هـاي تـاج گـاوي امـا در كلـه . شـوند يشده توسط پاروهاي جمع كننده دستگاه، به سهولت بـارگيري مـ تاج مقداري از سنگهاي خرد در خارج از محدوده سيني جمـع كننـده مخروطي، به علت جهت چرخش

. مواد ريخته، و اين امر لزوم بارگيري مجدد را اجتناب ناپذير خواهد كرد

1390-91ترم اول 69صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

عملكرد حفاري بر حسب مصرف ويژه سرمته - 28-5شكل

:شكل دهي مقطع طولي تونل

اصـوالً . باشـد ييـت و سـهولت نصـب وسـايل نگهـداري مـ در كيف مـي صاف بودن جداره تونل عامـل مه در ايجاد يك سطح صـاف در جـداره تونـل ،به علت شكل هندسي تاج حفار ،هاي تاج مخروطي گاوي كله

نسبت ارتفاع تونل به طول ،اي كه در اين مورد بايد به آن توجه شود قابليت بسيار بااليي دارند و اما نكتهاگر ارتفاع تونل نسبت به طول بازو از حد معيني بيشتر شـود سـطح . ي استگاوي تاج مخروط بازوي كله

رس ضـ گاوي هاي تاج طبلكي ايجاد يك سطح عـاري از ت در كله. رس خواهد شدضسقف تونل به شكل مرس در ضـ سـانتيمتر ت 5-10تورها نيـز حـداقل باشد و حتي با استفاده از ماهرترين اپرا يبسيار مشكل م

. خواهد آمدجداره تونل بوجود

:توليد گرد و غباربـه طـور كلـي . باشد يتوليد گرد و غبار در حين كار م گاوي كلهيكي از مشكالت مهم كار با دستگاههاي

:مقدار گرد و غبار حاصله به عوامل زيربستگي دارد دستگاهـ توان حفر

دستگاه ـ خصوصيات فيزيكي و مكانيكي بت و اليه بندي ـ شرايط زمين شناسي از قبيل رطو

ها سرمتهـ شكل و محل سائيدگي بر روي

1390-91ترم اول 70صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ـ كارآيي سيستم آب پاش

بنابراين مقدار گرد و غبار توليد شـده ،از آنجا كه تاج هاي طبلكي داراي سرعت چرخش باالتري هستند . نسبت به تاج هاي مخروطي نيز بيشتر خواهد بود

:حفاري در سينه كارهاي داراي اليه بندي

در چنـين سـاختارهايي اليـه مختلـف از نظـر .باشند يسنگهاي رسوبي م ،شاخص اين سينه كارها تيپچـين خـوردگي و ايـن اليـه هـا عمومـا . خصوصيات فيزيكي و مكانيكي و ضخامت تنوع زيادي هسـتند

از طرفي حتي در سينه كاري با يك سنگ مشخص نيز احتمال تغييرات قابل توجـه . گسلهايي نيز دارندو ،آفـرين هـا مشـكل گاوي تواند براي كله يدر هر صورت چنين شرايطي م. مقاومت سنگها وجود دارددر

. شود ،باعث كاهش سرعت حفر

هاي تاج مخروطي در همه قسمتهاي سينه كـار بـا انعطـاف گاوي بازوي كله ،به علت شكل مخروطي تاجهـاي سـطح اتكـاي اليـه ،تـر ش اليه هـاي نـرم بنابراين با استفاده از بر . كند يپذيري بسيار خوبي كار م

امـا قابليـت انعطـاف در . شـود ياوم مـ قـ و باعـث سـهولت در حفـر بخشـهاي م ،مقاومتر را از بين بـرده انتخابي سـينه كـار نيـز حفاريهاي تاج طبلكي به علت شكل تاج نسبتاً ضعيفتر و بنابراين در گاوي كله

هـاي تـاج گاوي نسبت به كله ،ام برخورد با اليه هاي مقاومكارايي كمتري دارد ولي در عين حال در هنگ . مخروطي قابليت باالتري دارند

ها گاوي نمونه آبفشان در كله - 29-5شكل

1390-91ترم اول 71صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ها گاوي در كلهابداع و توسعه تكنولوژي آبفشان 13- 5 يدهپاشـ . قش بسيار مـوثري دارد ن ها در سنگهاي سخت گاوي در افزايش توان حفر كلهبفشان استفاده از آ

افـزايش قـدرت حفـر ،و سـنگهاي درگيـر سـبب كـاهش گـرد و غبـار برش ابزاربر روي نوك شدن آب آبفشـانها را . شـود يو كـاهش خطـرات احتمـالي آتـش سـوزي مـ برش ابزاركاهش استهالك ،گاوي كله :توان به سه دسته كلي تقسيم كرد يم

: آبفشان كم فشار ،نسل اولهاي انگليسـي مـورد اسـتفاده گاوي راي مدت ده سال پس از ابداع آبفشان اين نوع از آبفشان ها در كلهب

گـرد و غبـار و كاهش رسيد و بطور عمده سبب يمبار 40فشار آب در اين نوع به حدود . گرفت يقرار م شد يافزايش عمر آنها مو در نتيجه برش ابزارخنك كردن

ايـن آبفشـانها آب را بـه . ها نداشت گاوي ر قابل توجهي در افزايش قدرت حفر كلهنسل اول آبفشانها تاثيو خطرات آتـش سـوزي برش ابزارپاشيدند و از اين جهت در كنترل جرقه هاي پشت يم برش ابزارجلوي

. نمود يناتوان م) داراي گازدر سنگهاي (

: آبفشان فشار متوسط ،نسل دومدر اتـريش و Voest-Alpineهـاي شـركت . باشـد يمـ بار 150-200آب بين در اين نوع آبفشانها فشار

Gmbh اند كه در آن آبفشان داراي يك شير قطع و وصل بر سـر مسـير را ابداع كرده ميسيست ،در آلمان كند اين شير باز يبا سنگها برخورد م برش ابزارو هر گاه نوك ،سوار برش ابزاربر روي پايه كهباشد يآب مبـا ابزار بـرش به اين ترتيب از خروج آب اضافي غير از زمان درگيري . شود يو عمل پاشش آغاز م ،شده

40-60حـدود بـرش ابـزار مقدار مصرف آب در اين سيستم به ازاء هـر . آيد يسنگ جلوگيري به عمل م . باشد يليتر بر دقيقه م

كارگـاهي ايـن سيسـتم انتظـارات اوليـه را اما عملكرد ،اگر چه نتايج آزمايشگاهي بسيار جالب توجه بود

اي قيمتـي شير ضـربه داراي برش ابزارهر . مهمترين مسئله قيمت تمام شده بسيار باال بود . برآورده نكردقطعـه 198با ) AM100 )Alpine Minerگاوي دالر داشت بنابراين قيمت تاج حفار يك كله 295معادل

بدون اينكـه افـزايش قابـل تـوجهي در قـدرت حفـر ،شد ير مدال 114000معادل ،آبفشان دار برش ابزار . گاوي بدست آمده باشد كله

: آبفشان فشار قوي ،نسل سوم

:اين نوع آبفشانها به منظور دسترسي به خصوصيات زير ابداع شد )در توده هاي داراي گاز متان(ـ كاهش گرد و غبار و خطرات آتش سوزي 1 برش ابزارـ كاهش استهالك 2

1390-91ترم اول 72صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ـ افزايش قدرت حفر و سرعت پيشروي بدون نياز به افزايش قدرت موتور تاج حفار 3 . دستگاهدر حفر سنگهاي سخت تر بدون نياز به افزايش وزن دستگاهـ افزايش توانايي 4 )m3/$(ـ كاهش هزينه استخراج هر متر مكعب سنگ 5

,Bruceton( آمريكــان طــرح دراولــي ،ارزيــابي قــرار گرفــتمــورد بــراي بررســي مــوارد فــوق دو طــرح

Pennsylvania( كيلووات انجـام شـد 33با قدرت موتور ،تن 10گاوي تاج طبلكي با استفاده از يك كله، تـامين بـار 700ليتـر بـر دقيقـه و فشـار 80كه در آن آب فشار قوي از يك پمپ سه مرحله اي با دبي

2يزان و به م% 70اده و باعث كاهش گرد و غبار تا برابر افزايش د 2اين آبفشان نرخ حفاري را تا . شد يم . گرم بر متر مكعب شد ميلي

تحقيقات آزمايشگاهي كه در آمريكا بر روي انواع سنگ و ذغال انجام شده حاكي از آنسـت كـه بهتـرين

همچنـين ايـن تحقيقـات . شـود يحاصـل مـ بار 700-2400نتايج استفاده از آبفشان در فشارهاي بين از نيـروي نرمـال % 60تـوان تـا حـدود يي مخروطي مبرش ابزاركه با استفاده از جت آب در دهد مي نشان . كاست برش ابزار

كيلـو 200با قـدرت موتـور تـاج (تن 70گاوي توان مقايسه اي بين يك كله يبر مبناي اين آزمايشات م

در ايـن . انجـام داد )يلو واتك 90و قدرت موتور تاج (تن با آبفشان فشار قوي 28گاوي و يك كله) واتداراي ) و بالطبع با صرف هزينه سرمايه اي كمتر(گاوي آبفشان دار با وزن و قدرت موتور كمتر حالت كله

تن با قيمتي در حـدود 70گاوي در حال حاضر يك كله . باشد يتن م 70گاوي قدرت حفري برابر با كلهدالر فروختـه 380,000تـن بـا قيمتـي در حـدود 28گـاوي در حاليكه يـك كلـه ،دالر دارد 800,000

كاسته % 40به هر حال با استفاده از اين نوع آبفشان به طور متوسط هزينه حفر هر متر تونل تا . شود يم . شود يم

در انگلـيس ) Middleton, Derbyshire(طرح ديگري كه مورد بررسي قرار گرفـت در سـنگهاي آهكـي 5/48با قـدرت موتـور ) هاي سبك گاوي در رده كله( Dosco MK2Aي گاوي تاج مخروط توسط يك كله

ليتـر 4آبفشان با دبي 9گاوي با تاج حفار اين كله . بود بار 700مجهز به يك آبفشان با فشار ،كيلو واتبـراي كـار در Dosco MK2Aگـاوي در شرايط معمـول كلـه . تجهيز شده بود ،بر دقيقه براي هر افشانه

گـاوي قـادر بـه اما با نصب اين آبفشان كله ،باشد يمگاپاسكال مناسب م 70اومت كمتر از سنگهايي با مقنيـز در حـد بـرش ابـزار ضمناً مقدار مصـرف . پاسكال شد مگا 108-137حفر سنگهاي آهكي با مقاومت

كـه تـاثير مسـتقيم بـر (تاثير مثبت نصب آبفشان مستقيماً در كاهش لرزش دستگاه . است متعارف بوده . شد ينيز مشاهده م) گذرد يم دستگاهخريب قسمتهاي مختلف ت

1390-91ترم اول 73صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

شـود يمشاهده م) بار 700تا فشار (گاوي هاي آبفشان دار با توجه به بررسي هاي انجام شده بر روي كلهو ميزان پيشروي در سنگهاي متوسط تا سـخت ،كاهش% 32كه انرژي ويژه حفر به طور متوسط حدود

بـه بـار 40تـا 20گرد و غبار حاصله در فشار آب بـين . افزايش داشته است% 50به طور متوسط حدود مقـدار . شـود ياز گرد و غبار كاسته مـ % 50تا حدود بار 90يابد به طوري كه در فشار يشدت كاهش م

.شود كمتر مينيز بسيار برش ابزارمصرف تشريح عملكرد آبفشان 14- 5

كـاربرد آبفشـان در حفـر تلف به منظور بررسي دقيق تاثيرات در چند دهه اخير موسسات تحقيقاتي مختســتهاي آزمايشــگاهي و بعضــاً كارگــاهي فراوانــي ترتيــب داده انــد در ايــن آزمايشــها تغييــرات ســنگ

و ميزان گرد و غبار توليد شـده و ،كاكيدرجه حرارت اصط ،برش ابزارپارامترهايي نظير نيروهاي وارده بر . گيرند يم عوامل ديگر مد نظر قرار

ي آبفشانها مـورد اسـتفاده قـرار در آزمايشگاههاي تحقيقاتي وسايل و تجهيزات مختلفي براي شبيه ساز

قادر به انـدازه گيـري پارامترهـاي مـوثر در ،اين تجهيزات ضمن شبيه سازي عمل حفر سنگ. يرندگ يم) بـرش (سبب حفر برش زارابدر اين دستگاه حركت خطي يك قطعه . حفر كه بدان اشاره شد نيز هستند

. شوند يشود و در همان حين پارامترهاي مورد نظر اندازه گيري و ثبت م يسنگ و ايجاد شيار بر آن م

:گيرد ياينگونه آزمايشات مورد بررسي قرار ماز نتايج حاصل ذيالولت بيشـتر شكسـت اول آنكه سبب سه. دو تاثير مهم به همراه دارد برش ابزاربا هبكار بردن آبفشان همرا

وارد شده و تـوان برش ابزارو در نتيجه براي حفر يك سنگ مشخص نيروي كمتري به پشت ،سنگ شدهدر جهـت كـاهش ميگا ابزار برشتوان با كم كردن سرعت خطي يبنابراين م ،يابد يمصرفي نيز كاهش م

ومين تاثير كاربرد آبفشان تاثير د. افزود برش ابزارحرارت اصطكاكي برداشته و به اين ترتيب به عمر مفيد بـرش ابـزار بنابراين با خنك نگـه داشـتن دمـاي . باشد يم برش ابزارخنك كنندگي سطح درگير سنگ و

. شود يم برش ابزاركمك موثري در تقليل استهالك

:برش ابزارتاثير آبفشان در تقليل نيروي پشت سخت نشانگر آنست كه با كاربرد آبفشان با فشار نتايج آزمايشهاي انجام شده بر روي سنگهاي متوسط تا

در تسـتهاي . يابـد يبه ميـزان قابـل تـوجهي تقليـل مـ برش ابزارنيروي وارد بر پشت ،پاسكال 70حدود انجام گرفته ميـزان نيروهـاي قـائم و كه يك سنگ آذرين است (norite)آزمايشگاهي كه بر روي نوريت

. به داخل سنگ اندازه گيري و ثبت شده است برش ابزاررو روي در مقابل عمق ف برش ابزارمماس نوك

1390-91ترم اول 74صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

الزم به ذكـر اسـت كـه عامـل . باشد يتاثير آبفشان در تقليل نيروي قائم بسيار بيشتر از نيروي مماسي ممشابه اين آزمايش آزمايشـهايي . نيز همان نيروهاي قائم هستند برش ابزاراصلي ايجاد ترك و شكست در

همگي اين آزمايشات نشان از آن دارند كه با كـاربرد آبفشـان . ان ديگر انجام شده استنيز توسط محققدر حقيقت قطعات خرد شده و نيمـه . تقليل يافته است% 40-% 50حدود برش ابزارنيروي وارد به پشت

. اشـند ب يمانع انتقال كامل نيرو به سنگ مـ ،قرار دارند برش ابزارشكسته سنگ كه در مقابل نوك الماسه شـود سـبب جابجـايي آنهـا و در نتيجـه سـهولت در يفشار آبي كه توسط آبفشان به اين قطعات وارد م

توان تاثير آبفشان در تقليل نيروهـاي وارد بـر يبا در نظر گرفتن مكانيزم شكست م. شود يفرآيند حفر م :و افزايش راندمان حفر را با داليل زير توصيف نمود برش ابزار

شود و به تـدريج بـا افـزايش فشـار يبا ايجاد تركهاي ريز اوليه آغاز م ،برش ابزارنگ توسط ـ شكست س1

اما حضور آبفشان . شود ياين تركها گسترش يافته و منجر به جدا شدن قطعات سنگها م برش ابزاروارد از آنهـا و نفوذ فشار آب درون تركهاي توليد شده سبب گسترش سريع اين تركها و همچنـين جـدا شـدن

. از نيروي الزم براي شكست توسط فشار آب تامين ميشود ميبه اين ترتيب سه . شود يم سـبب انتشـار بـرش ابـزار باقي ماندن قطعات خرد شده سنگ در مقابـل : ـ پاكسازي قطعات خرد شده2

ه بنابراين براي شكست سنگ در اين مرحلـ . شود يتنش هاي وارده در يك سطح بزرگتر و تعديل آنها ماما فشار آبي كه توسط آبفشان به اين قطعـات . وارد شود ابزار برشالزم است تا نيروي بيشتري از طريق

. شود يم اريشود سبب جابجايي آنها و در نتيجه سهولت در فرآيند حف يوارد م گاوي هاي سازنده كله شركت 15- 5

تـوان نـام هاي زير را مي دارند شركتگاوي فعاليت هاي كله هاي متعددي كه در ساخت دستگاه از شركت :برد

• Voest Alpine • Paurat • Dosco • Eickoff

ذكر 9-5به عنوان نمونه در جدول Eickoffمشخصات دستگاه هاي توليد شده توسط شركت

.است شده

-91ترم اول 1390-

Eic

ckoff شركت

75

وليدي توسط

صفحه

هاي تو گاوي ه

سي

مشخصات كله

پالس -ل سازي

م -9-5جدول

ي از درس تونل

ج

قسمتي

1390-91ترم اول 76صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ها تونلو تخليه آبكشي ،تهويه -6 ها تهويه تونل 6-1

:توان به دو مرحله تقسيم نمود ها را مي تهويه تونل تهويه در مرحله اجرا برداري تهويه در مرحله بهره كليـات تهويـه در مرحلـه . گيـرد ار مـي ها در مرحله اجرا مورد بررسي قر فقط تهويه تونل قسمتدر اين

هاي راه، هـدف اصـلي از تهويـه، كنتـرل ميـزان در تونل .باشد برداري نظير تهويه در مرحله اجرا مي بهرهر د مختلـف هاي خروجي از اگزوز وسايل نقليه هنگام بهره برداري عادي و كنترل دود و گازهـاي آالينده

بـرداري، آهن، هدف اصلي از تهويه در هنگام بهره هاي راه ونلدر مورد ت. سوزي است مواقع اظطراري آتش .باشد كاهش آلودگي و حرارت ناشي از احتراق موتورهاي ديزلي لوكوموتيو مي

از طريـق ) سيسـتم مكشـي (يا مكش هوا ) سيستم دهشي(يا از طريق دميدن هوا تواند ميها تهويه تونل

در سيستم دهشي، هواي تازه خارج تونل از طريق خط تهويه به نزديك سـينه . رديك داكت صورت پذيشود كه هواي آلوده، كل طول مسير تونل را طي كنـد تـا بـه اين امر باعث مي. شود كار تونل هدايت ميمزيت اين سيستم اين است كه هواي تازه بطور پيوسته به سينه كار كه اكثر كارهـا . خروجي تونل برسد

اما عيب اين روش آن است كه بقيه طول تونـل در معـرض هـواي . شود نجا متمركز است هدايت ميدر آ . گيرد ميآلوده كه در سينه كاري توليد شده است قرار

شود و هواي تازه در ورودي تونـل در سيستم مكشي، هواي آلوده از طريق خط تهويه مكيده و خارج مي

شـرايط اگرچـه ايـن سيسـتم . پيمايد تا به سينه كار برسد نل را مييا شافت وارد شده و طول تو) پرتال(شود كه هر گونه حرارت، رطوبت، گـرد و غبـار و دود كند ولي باعث مي بهتري را در طول تونل ايجاد مي

. موجود در طول تونل به نزديك سينه كار منتقل شودشود زيرا گرد و غبار توليـد شـده در سنگ ترجيح داده مي TBMمعموال براي حفاري با سيستم مكشي

است مجبور به طي كل طول مسير تونل براي خـارج گرفته نشده (dust collector)گير كه از طريق گردتوانـد بعـد از سيسـتم تهويـه مـي ،در صورت حفاري تونل به روش چالزني و انفجار. شدن نخواهد داشت

د تا قسمت عمده دود و گـرد و غبـار گرفتـه دقيقه بصورت مكشي انجام شو 30الي 15آتشباري بمدت .شود و سپس به سيستم دهشي تغيير وضعيت پيدا كند

1390-91ترم اول 77صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

هاي بهداشت و ايمني مربـوط بـه هـر پـروژه خـاص نامه ها معموال در آيين مقررات مربوط به تهويه تونل 7/5ونـل و حـداقل حجـم متـر در دقيقـه در ت 15بطور معمول يـك سـرعت حـداقل . شود مشخص مي

در صورت استفاده از . شود مترمكعب در دقيقه هواي تازه به ازاي هر كارگر داخل تونل در نظر گرفته ميمترمكعب در دقيقـه هـواي تـازه 8/2، (brake horse power)آالت ديزلي، به ازاي هر اسب بخار ماشين

كنند تمام آنها بطور همزمان از حداكثر تـوان ميمعموال وقتي چند دستگاه با هم كار . باشد مورد نياز ميبعضـي . توان اين موضوع را در برآورد هواي الزم بنحوي لحاظ كـرد بنابر اين مي ،كنند خود استفاده نمي

.كننـد ها بر اساس ميزان مواد آالينده موجـود در تونـل، هـواي تـازه مـورد نيـاز را تعيـين مـي نامه آيينذكـر 1-6تاثير فيزيولوژيكي آنها بر روي افراد شـاغل در تونـل در جـدول هاي مختلف و خصوصيات گاز

. است شده

. شود داشته و غبار در تونل بايد در سطح پاييني نگه دهاي اخير بهداشت و ايمني مقدار گر نامه طبق آيينباري الزامـي و پاشيدن آب به مواد حفاري شده پس از آتش (wet drilling)چالزني توام با استفاده از آب

به سـينه كـاري (dust shield)گرد و غبار تا حد زيادي توسط سپر گرد و غبار TBMدر مورد . باشد مي . گردد منتقل مي (dust collector)گير شود كه از آنجا به گرد محدود مي

1390-91ترم اول 78صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

خصوصيات بعضي گازهايي كه ممكن است در تونل موجود باشد - 1-6جدول

كاركنان يبر رو يكيولوژيزيآثار ف منبع بو رنگ*يچگال گاز

دارد O2% 20,93هوا معموال بو يب رنگ يب O2( 1,11(ژنياكس

درصد 20نرمال حداقل ينگه داشتن سالمت يبرادر صد برسد 15ژن به ياگر تراكم اكس .الزم است

افراد ممكن يبرخ. شوند يجه ميكاركنان دچار سرگدر گراناز كار ياريبس .رنديدرصد بم 12,5است در

درصد و 6مرگ در . شوند يدرصد دچار ضعف م 9 .دهد ير آن رخ ميز

يگرياثر د O2ق كردن و كاهش يتروژن جز رقين دارد N2% 78,10هوا معموال بو يب زرد N2( 0,97(تروژنين .ندارد

د كربن ياكس يد)CO2( 1,50 بو يب رنگ يب

CO2% 0,03هوا معموال ن گاز از فساد الوار، يا. دارد

از احتراق يناش يآتش و گازها .شود يجاد ميزل ايد

CO2 و ممكن ميشودحرك دستگاه تنفسي موجب تدر .ش دهديافزانيز ر آلوده كننده ها را ياست اثر سا

10تراكم . گردد يتنفس دشوار م CO2درصد 5 .استقه قابل تحمل يچند دق يآن تنها برا يدرصد

بو يب رنگ يب CO( 0,97(د كربنيمونوكساز احتراق يدر گاز خروج

ل و گازهاي حاصل از يگازوئ .شود يده ميانفجار د

CO شود يژن به خون جذب ميراحت تر از اكس . .گردد يت منجر ميز به مسموميز آن نيناچ ميزانتواند به سردرد و حالت يم% 0,01 حدودتراكم

مهلك خواهد % 0,2التر از تراكم با .تهوع منجر شود .بود

بو يب رنگ يب CH4( 0,55(متان كه يمشخص يدر سنگ ها

مواد كربناته هستند يدارا .شود يده ميد

آن به خطر. ندارد يگرياثر د O2ق كردن يبه جز رق 5,5در تراكم . باشد يآن م يت انفجاريل خاصيدل. باشد يم يت انفجاريخاص يمتان دارا% 14,8تا .ن انفجار ممكن را دارديشتريب% 9,5تراكم در

دروژن يد هيسولف)H2S( 1,19 تخم مرغ رنگ يب

دهيگند

يدر برخي تشكيالت سنگوجود دارد، بعضا در گازهاي حاصل از انفجار هم موجود

.است

اندك يقيدر دقا يحت% 0,06 -يبه شدت سم .كند يجاد ميا ياساس يمشكالت

گوگرد رنگ يب SO2( 2,26(د گوگرد ياكس سوخته

از احتراق يدر گاز خروجل و گازهاي حاصل از يگازوئ

شود يده ميانفجار د

يمخاط يد اعضايكم به سوزش شد يدر تراكم هاتوان با محدود كردن گوگرد يم .گردد يمنجر مر حد مشخص نگه يدر ز% 0,5به (fuel) تسوخ

. داشت

حدود تروژنين يدهاياكس را ينيب يا قهوه- زرد 1,5

سوزاند يم

از احتراق يدر گاز خروجحاصل از يل و گازهايگازوئ

شود يده ميانفجار د

NO يد هايتمام اكس. باشد يم يار سميبس يسوزش يتوانند به اثرها يتروژن در تراكم باال مين

حاد ياثرها. منجر شوند يد در دستگاه تنفسيشديب ممكن است در چند روز تا چند هفته بدليل آس

ها به مرگ منجر گردد ريه نسبت وزن واحد حجم گاز به وزن واحد حجم هوا*

1390-91ترم اول 79صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

در صورت . ها مد نظر باشد در حفاري تونلبايد امكان مواجه شدن با گازهاي سمي يا قابل انفجار همواره ي خاص اي را بايد بكار گرفت كه از جمله استفاده از وسايل برق اي تدابير ويژه مسئله چنينمحتمل بودن

هاي سمي گيري ميزان گاز همچنين در چنين شرايطي با استفاده از ابزار اندازه .باشد و يا تهويه بيشتر ميهـا نيـز بايد به خصوصيات فيزيكي انواع گـاز . شرايط تونل را دائما مورد پايش قرار دادبايد يا قابل انفجار

هاي فوقاني تونـل تجمـع ن و بعضي در قسمتهاي پايي توجه الزم بعمل آيد، زيرا بعضي گازها در قسمت .كنند پيدا مي

دهـد عبارتنـد از دو متغير مهم كه طراحي يك سيستم تهويه با ظرفيت مشخص را تحت تاثير قـرار مـي

لـيكن . هر قدر قطر لوله زيادتر باشد توان كمتري مورد نياز خواهد بـود . قطر لوله تهويه و توان مورد نيازمستلزم هزينه بيشتري بوده و همچنين در هر تونلي بـراي تعبيـه لولـه تهويـه مقـدار لوله با قطر بيشتر

اصوال بايد تركيبات مختلفي از قطر و تـوان را بررسـي و از ميـان . توان اختصاص داد ودي فضا را ميدمحيـر و هـاي تعم هاي اوليه و هم هزينـه آنها تركيب مناسب را انتخاب نمود كه در اين مورد هم بايد هزينه

.نگهداري را مد نظر قرار داد مراحل انتخاب سيستم تهويه 6-1-1

:كردبندي تقسيمتوان به شرح زير مراحل طراحي سيستم تهويه تونلها در مرحله حفاري را مي انتخاب روش تهويه

محاسبه مقدار هواي الزم محاسبه نشت هوا

محاسبه افت فشار در طول لوله فنانتخاب

سبه مقدار هواي الزم محا 6-1-2

:شود كار تونل بر اساس موارد زير به طور جداگانه محاسبه مي سينهشدت جريان هواي الزم براي تهويه حداكثر تعداد نفرات -الف .كنند هواي الزم براي برطرف كردن آلودگيهاي حاصل از ماشين آالتي كه در تونل كار مي -ب ي حاصل از آتشباري هواي الزم براي رقيق كردن گازها –ج هواي الزم براي برطرف كردن گرد و غبار –د هواي الزم بر اساس حداقل سرعت هوا –ه

كار انتخـاب سينهمختلف، بزرگترين آنها براي تهويه براي مواردپس از محاسبه شدت جريان هواي الزم

. ود ش اعمال مينيز ضريب اطمينان و ميزان نشت برايتصحيحات مختلف . شود مي

1390-91ترم اول 80صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

انتخاب لوله تهويه 6-1-3 براي تهويه جبهه كار تونل، لوله تهويه تا حوالي جبهه كار نصب شده و بسته به سيستم تهويـه، هـوا بـه

قدر قطر لوله بيشتر باشـد، قيمـت بديهي است هر. شود محل مكيده مي طرف جبهه كار دميده و يا از آنقدر قطـر لولـه بيشـتر باشـد، افـت از سوي ديگر، هر . كند اشغال مي اآن زيادتر است و فضاي بيشتري ر

ميزان نشت هوا نيز تابع . كمتر است فشار در طول لوله و بنابراين فشار الزم براي به جريان انداختن هوا،بدين ترتيب، در هر مورد بايد لوله هـاي مختلـف را از نظـر هزينـه خريـد و . جنس لوله و اتصاالت است

.مقايسه كرد و مناسب ترين را برگزيد فننرژي و نوع مصرف ا محاسبه نشت هوا 6-1-4

قدر هـم كـه در سـاخت ايـن شود و هر لوله تهويه معموالً از ورقهاي فلزي و يا قطعات پارچه ساخته ميمحـل اتصـال قطعـات . ها دقت شود، مقداري هوا از ميان درزهاي لوله به خارج نشـت خواهـد كـرد لوله

در حالت .دهد مقدار قابل توجهي هوا را هدر ميبه لوله تهويه نيز از جمله نقاط ضعف آن است و مختلف كلي ميزان نشت هوا به عواملي نظير نوع اتصاالت، قطر و يا به عبارت ديگر محيط لوله، طـول هريـك از

.قطعات لوله و اختالف فشار هوا بين داخل و خارج لوله بستگي دارد

كنند و از الب ياد شده، ابتدا ميزان نشت هوا در لوله را با توجه به مشخصات آن حساب ميبا توجه به مطجمع آن با شدت جريان الزم براي تهويه جبهه كار، شدت جرياني را كه بايستي از ابتداي لوله عبور كند

.آورند به دست مي) توليد شود فنيا به وسيله ( محاسبه افت در لوله هاي تهويه 6-1-5

پس از انتخاب نوع لوله تهويه و تعيين شدت جريان هوايي كه بايد از آن عبور كند، افـت فشـار بـين دو ع افت اصطكاك و وافت كلي از مجم. مناسب انتخاب شود فنكنند تا به كمك آن، سر آن را محاسبه مي

.محاسبه كردجداگانه بايد بطور شود كه در هر مورد آنها را تشكيل مي تافت در نقاط اتصاال فنانتخاب 6-1-6

تامين شود، با توجه به ضرايب اطمينـان الزم، فنپس از تعيين شدت جريان و فشاري كه بايد به وسيله مقادير نهايي شدت جريان و فشار باشد، با مراجعه به منحني مشخصه Pو Qاگر . كنند آنها را تعديل مي

.در منحني مشخصه آن واقع باشد Qو Pا مختصات شود كه نقطه ب انتخاب مي فنيهاي مختلف، نف

مناسـب را فنتوان ، نمودارهايي را تهيه كرده اند كه به كمك آنها، به آساني ميفنكارخانه هاي سازنده .شود مناسب انتخاب مي فننوع مورد نظر، مدل و Qو P داشتنها، با در اين نمودار. انتخاب كرد

1390-91ترم اول 81صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

محاسبه توان الزم 6-1-7 .شود از رابطه زير محاسبه مي فنتوان شدت جريان آن باشد، Qو فنفشار كلي Pگر ا

21ηηPQN =

بر حسب پاسـكال و Pاگر . و راندمان موتور الكتريكي آن است فنبه ترتيب راندمان 2ηو 1ηكه در آن Q ه بيان شود، برحسب متر مكعب در ثانيN آيد برحسب وات به دست مي. لوله هاي تهويه 6-1-8

لوله تهويه بايد به گونه اي ساخته شود كه افت فشار در آن حداقل باشـد و در ضـمن از مـوادي سـاخته بـه شـرح مهمترين انواع لوله هاي تهويه . شود كه غير قابل سوختن باشد و يا الاقل شعله را منتقل نكند

:زير است :لوله هاي تخته اي

بع بود ولـي امـروزه بـا مقطـع مقطع لوله ها ابتدا مر. شود اين لوله ها معموالً با تخته سه اليي ساخته ميشـوند از اين لوله ها معموالً در مواردي كـه لولـه هـاي فلـزي زود خـورده مـي . شوند اي ساخته مي دايره

هـا منتقـل نشـود، در فاصـله تش به وسيله اين لولهآ براي اينكه در مواقع آتش سوزي، .كنند استفاده ميبرنـد تـا در هاي معيني يك تك لوله را كه با مواد مخصوص ساخته شده است، در لوله كشي به كار مـي

ارتباط لوله ها با قسمتي كـه درز طرفين لوله مزبور ذوب شده و با افتادن اين قطعه، مواقع آتش سوزي،قطعات لوله هاي تخته اي را با استفاده از واشر و پيچ ومهـره بـه . ع شوددر آن حريق واقع شده است قط

.كنند يكديگر وصل مي :لوله هاي فلزي

انتخاب ضـخامت ورق بـه .سازند ميليمتر مي 3تا 1هاي آهن سفيد به ضخامت لوله هاي فلزي را از ورقكنند و سـپس ورد نظر را انتخاب ميبراي تهيه لوله هاي فلزي، ابتدا ورق م. قطر لوله تهويه بستگي دارد

درز لولـه بـه وسـيله . آورند با استفاده از نوردهاي دستي و يا به كمك چكش، آنها را به شكل لوله در مي .شوند سانتيمتر ساخته مي 80تا 20لوله هاي فلزي به قطر . شود جوش و يا به كمك پرچ محكم مي

:لوله هاي پارچه اي. دوزند پارچه هاي مختلف مثل پارچه هاي پنبه اي، برزنت و الياف مصنوعي مي لوله هاي پارچه اي را از

اين لوله ها در مقايسه با . كند سانتيمتر تغيير مي 60تا 30متر و قطرشان از 30تا 10طول اين لوله ها تـوان يدر مقابـل ايـن امتيـازات، مـ . گيرد انواع فلزي به مراتب سبكترند و نصب آنها به سادگي انجام مي

عالوه بر اين، از اين لوله ها تنهـا در تهويـه دهشـي . مقاومت مكانيكي كم آنها را به عنوان عيب ذكر كردتوان از آنها در تهويه مكشـي البته اگر لوله ها بوسيله مفتول فلزي تقويت شوند، مي. ميتوان استفاده كرد

براي وصل قطعـات . كنند ي اين منظور استفاده ميدر ايران غالباً از لوله هاي برزنتي برا. نيز استفاده كرد

1390-91ترم اول 82صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

كنند كه حالت فنري دارد و به سـهولت اي، در انتهاي هر قطعه يك حلقه فلزي نصب مي پارچههاي لوله .گيرد داخل حلقه لوله ديگر قرار مي

:پالستيكيلوله هاي سـي كلريتـي شـده و در خـارج بـه وسـيله پـي وي P.V.Cلوله هاي پارچه اي كه در داخل به وسـيله

(Chlorinated PVC) قطعـه هـاي ايـن . ه جبهـه كارنـد ندود شده اند، وسيله مناسب ديگري براي تهويايكديگر قرار گيرند و بدين ترتيـب اتصـال آنهـا سـاده سازند كه به سهولت داخل ها را به طريقي مي لوله .است

نصب لوله هاي تهويه 6-1-9

ه هاي تهويه، نصب آنها در محلهاي مناسب باعث صـرفه جـويي در فضـاي زياد لول با توجه به قطر نسبتالوله هاي فلزي را معموال به وسيله مفتولهاي فلزي يا وسايل ديگـر نگهـداري نصـب .شود مفيد تونل مي

به فاصله هر چند متر حلقه هاي مخصوصي دارند كه به كمـك آنهـا لوله هاي پارچه اي معموال. يكنندماز آنجا كه ضمن حركت هوا . شود آويزان كرد ت لوله را به ميخهايي كه در تونل نصب ميميتوان به سهول

شود كه ممكـن در لوله هاي تهويه، به خصوص لوله هاي پارچه اي، مقداري الكتريسيته ساكن توليد ميموجـود است جرقه توليد كند، لذا در فواصل مناسب بايستي اين لوله ها را به ريل يا وسايل فلزي ديگـر

.در تونل وصل كرد تا الكتريسيته آنها به زمين تخليه شود ها فن 6-1-10

روند از نقطـه نظـر نيـروي محركـه بـه دو دسـته ها به كار مي هايي را كه براي تهويه جبهه كار تونل فنهريـك از ايـن دو دسـته خـود . كننـد هاي با موتور برقي تقسيم مـي فنهاي با موتور هواي فشرده و فن

.ممكن است از نوع محوري يا شعاعي باشد هاي با موتور هواي فشرده فن

گـر چـه موتـور هـواي فشـرده . هستندسنگ ها در تونلهاي معادن زغال فنها از جمله متداولترين فناين سروصداي زيادي دارد و راندمان آن چندان باالنيست ولي به خاطر ايمني بيشتر، از نوع برقـي متـداولتر

. سازند ا موتور هواي فشرده را معموالً از نوع محوري ميب فن. است

هاي با موتور برقي فنشـود كـه برقي نيز در دو نوع شعاعي و محوري ساخته مي فن .ها راندمان بهتري دارد فناستفاده از اين

ت شعاعي را كه داراي ابعاد بـزرگ و وزن زيـاد اسـ فننوع محوري آن مناسب تر است و به تدريج جاي در پوشـش واحـدي قـرار سازند كه موتور و چرخ گردنده آن مشتركاً ميهاي برقي را طوري فن .گيرد مي . شود گيرد و اين امر باعث سهولت حمل و نقل آنها مي مي

-1390

هـوا در هـاي ونلهـاي ـن

مكشـي

1-6كل

BMII5-240

670

6/0

4/20

247

-91ترم اول

جريان. باشد براي تو. نمود

فـفاري تونـل تو هم بصور

در شـك .سـت

ان BMII

2-200 I 0

530

6/0 6

6/7

190 7

(reversible)

عكس ن حتي برا پيشرفت حفورت دهشي و

ن درج شـده اس .ست

متداول در اير BM-300

600

5/0

24

315

SMJكت

83

(يد دو طرفه

س كننده، براحد كه همراه با

تواند هم بصو ي

داول در ايران داده شده اس

برقي روسي مBM-200

550

4/0

3/6

200

ي ساخت شرك

صفحه

ستم تهويه بايعكس سويچ بر

شود ستفاده مين سيستم مي

(B.

متدروسي قي مربوط به آن

هاي بفنضي از

K Ka-600

600

65/0

30

470

محوري فنك

سي

سيس OSHAتتوان با نصب سان محوري اس

اين. شود ب ميBickel et al.,

هاي برقفني ازابعاد 3-6ول

مشخصات بعضK Ka-500

500

65/0

11

265

نمونه يك -6-1

پالس -ل سازي

طبق مقرراتت حوري را مي

هاي با جريا نتهويه نصب وله

(1996 گيرد

خصات بعضيري و در جدو

م - 2-6جدولKa-400فن

400 ه

65/0

8/3

140

6 شكل

ي از درس تونل

برخي شرايطا جريان محي بفنمعموال از ،

نيز در خط لواستفاده قرار گ

مشخ 2-6ل ودمحور فنمونه

جنوع

صات فني ستوانه گردنده

(m ثر راندمان

ت موتور

( (kg)

قسمتي

براي ب

هاي فن،طويلديگر نمورد ا

در جديك نم

مشخصقطر اسmm)حداكث

(%)قدرتkW)( وزن

1390-91ترم اول 84صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

محوري هاي فنابعاد مربوط به وشماره - 3-6جدول

1-6نشان داده شده در شكل

FAN SIZE A B D HP RPM

56 22"

(56cm)

44"

(112cm)

27.5"

(70cm) 25 - 40 3500

63 25"

(63cm)

47"

(119cm)

30.5"

(77cm) 25 - 40 3500

71 28"

(71cm)

50"

(127cm)

33.5"

(85cm) 40 - 75 3500

75 30"

(75cm)

50"

(127cm)

35.5"

(90cm) 50 - 100 3500

80 31.5"

(80cm)

50"

(127cm)

37"

(94cm) 50 - 100 3500

ها فنمنحني مشخصه 6-1-11

بايسـتي مقـدار هـواي الزم را در فـن ست كه اين اها يكي از مهمترين خصوصيات تهويه جبهه كار تونلها بايد به گونه اي ساخته شوند كه اين فناين . لوله اي كه طول آن در حال تغيير است، به جريان اندازد

هـاي ينـ است نقطه عملكـرد، محـل تالقـي منح بديهي . امر در راندمان آنها چندان تاثيري نداشته باشدحالت قائم نزديكتر باشـد، هقدر شاخه منحني مشخصه ببدين ترتيب هر . است و لوله تهويه فنمشخصه . مناسبتر است فنوضعيت

بـه عنـوان نمونـه نشـان داده 1-6هاي نشان داده شده در شكل فنهاي مشخصه منحني 2-6در شكل .شده است

-1390

ثابـت ن

:بردار

در باشـد ه تهويـه . ـد كـرد

ش، قابـل

ت نصـب ـن روش

-91ترم اول

6-1

فـنمشخصـات

توان به كا مي

ل كار نيز قـادكه طول لوله ر

و غبار خواهـ

ـدت جريـانش .ست

تهاي متفـاوتاط ضـعف ايـ

6 ده در شكل

مش اگـر صـورت .

راذيل يشها

آخرين مراحلدر ابتداي كار و توليد گرد

در نتيجـه شـاسگران كمي

ي بـا قـدرتئهاتوان از نقـا مي

85

نشان داده شد

صدر اين ،يابد يشود شكل مي

ريان افتد، روش

طوري كه در آآن است كه دهوا زياد است

هـاي آن، و دظيم با قدرتهاي

ه فنل مختلف كه م ستف ا

صفحه

هاي فنخصه

ميافزايش لو هوارساني مش

به جر فنيله

به ط فته شودب اين روش آان و سرعت ه

.شود تلف مي

ه تمايل پـرهقابل تنظ فن

س در مراحلدرتهاي مختلف

سي

هاي مشخ حني

فندياد طول تونل به مرور كم وي كافي به وسي

ري در نظر گعيب. ان اندازد

ت، شدت جريا روش بيهوده

برند كه زاويه است كه نوع

كوچك و سپسهايي با قد فن

پالس -ل سازي

منح -2-6كل

فن از چندينبا ازدله تهويه

ن ناشي از آن مراحل هواي

قوي فنر، يكهوا را به جريات آن كم استنرژي در اين

ي را به كارفناين روش آن

ك فنبتدا يكستلزم داشتن

ي از درس تونل

شك

استفاده 12-ا كه طول لول شدت جريان

كه در تمامين

از ابتداي كار – مورد نظر از هنتيجه مقاومتنين مقداري ان

فممكن است عيب ا. م باشد

در اين روش ااين امر مس .د .ت

قسمتي

6-1-

از آنجابماند،براي ا

–الف

حجمو در نتهمچني

م –ب

تنظيم

د –ج ميكننددانست

1390-91ترم اول 86صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

اسـتفاده كـرده و در مراحـل بعـد تـوام بـا فنطريقه، كه متداولترين روشهاست، ابتدا از يك در اين -دبراي باال بـردن فشـار هـوا .كنند به حالت سري يا موازي استفاده مي فنافزايش طول لوله، از دو يا چند

را بصورت موازي ها فنرا بطور سري بهم متصل نمود و براي افزايش دبي هوا بايد فنتوان دو يا چند مي . بهم متصل كرد

ها آبكشي تونل 6-2

. مقدار مشخصي از آب ورودي به تونل، در صورت حفاري در جهت سربااليي بطور ثقلي قابل تخليه استدر مـورد . شـود به بيرون هدايت مي شود احداث ميدر يك طرف تونل معموال اين آب از طزيق نهري كه

توانـد بـه تونـل مـي (invert)شود آب از قسمت گـودي كـف فاري ميح TBMهايي كه با دستگاه تونل . بيرون هدايت شود

در صورتي كه مقدار آب ورودي به تونل زياد باشد يا در صورتي كه تونل در جهت سـرازيري حفـر شـود بمناسكه در فواصل (sumps)هايي در اين موارد آب در گودال. نياز به پمپاژ براي تخليه آب خواهد بود

. شـود كش به بيرون از تونـل پمـپ مـي هاي كف آوري شده و بوسيله پمپ اند جمع از همديگر قرار گرفته .شود لوله تخليه آب معموال از ديواره تونل آويزان مي

بيني دقيق نبوده و نظر به اينكه مقدار آب در طـي زمـان از آنجائيكه مقدار آب نشتي به تونل قابل پيش

هاي اصلي بايـد مجهـز پمپ. پذيري باشد سيستم آبكشي بايد داراي حداكثر انعطافشود، معموال كم ميهاي مورد استفاده بايد با محدوده وسيعي از فشـارها مشخصات پمپ. هاي اتوماتيك شناور باشند به كليد . ها قابل انطباق باشد و دبي

در . محيطـي دفـع شـود ت زيسـت شود بايد طبـق مقـررا آبي كه از داخل تونل به بيرون از آن تخليه مي

.نشيني يا ساير اشكال تصفيه آب باشد هاي ته بعضي موارد ممكن است نياز به استفاده از حوضچه تجهيزات اجراييمواد و ييجابه جا 6-3

پرسنل و مـواد بـه داخـل وخـارج بجايي جا يبرا يستم حمل و نقل اصليك سيبه يهر پروژه تونل سازسينه كار به بيرون از تونل نيز مـورد از شده يستم معموال جهت حمل مواد حفارين سيا. از دارديتونل ن

.گيرد استفاده قرار مي

يگريدها و و انواع واگناستفاده از خط آهن يكي. وجود دارد يساز تونل يبرااصلي دو نوع حمل و نقل .چرخ الستيكي ه يل نقليوساو (roadbed)استفاده از راه

1390-91ترم اول 87صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

خط آهن 1- 6-3

.كند ين ميوه حمل مواد را درتونل تامين شي، خط آهن كار آمدترياز نقطه نظر مصرف انرژ :ايمزا

سهولت تعمير و نگهداري - 1 نياز به تهويهحداقل - 2 يريبارگحفاري و يها با اكثر روش يسازگار - 3 ها با ابعاد مختلف تمام تونل بايبا تقر يت هماهنگيقابل - 4 ين منبع انرژيچندايي استفاده ازتوان - 5 سازد پذير مي كوچكتري را امكان (clearance)هدايت ثابت استفاده از حد آزاد ستميس - 6 .در ارتباط با طول تونل وجود ندارد يتيچ محدوديه - 7

:بيمعا

.مداوم در نزديكي سينه كار دارداز به توسعه ين - 1 .باشد مي (semimovable)محل عبور ثابت بوده و يا فقط نيمه متحرك - 2 .افتد از كار ميستم ي، تمام سحوادثگر يدها يا واگندر صورت از خط خارج شدن - 3 .ثابت هستندكمابيش ه بار يمراكز تخل - 4 .كند يمحدود مرا تونل كف ت در يامكان فعالاين سيستم - 5

:ها تيمحدود

ر هـم د %6 تـا شـيب شود، هـر چنـد يمحسوب معملي براي ريل ت يك محدوي %3شيب - 1زات يـ از بـه اسـتفاده از تجه يـ تنـدتر ن هـاي شيب. اند ط خاص مورد استفاده قرار گرفتهيشرااز يريجهـت جلـوگ تمهيدات ايمني . دارد (hoists)و باالبرها (cables)ها مثل كابل يخاص

.د در نظر گرفته شونديبا %1ش از يبهاي حوادث براي شيببـا اعمـال . شود يمحدود م 24km/hت به حدود، سرعينگهدارفعلي اجرا و يبا استانداردها - 2

.پذير است امكانز يباالتر ن يها سرعت ،يرسازيو زدر ساخت ريل ط بهتر يشرا

1390-91ترم اول 88صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

سيستم ريلي مورد استفاده در تونل گاوشان -3-6شكل

تونل گاوشان – Tipping Rampبه TBMتخليه مواد حفاري شده توسط -4-6شكل

1390-91ترم اول 89صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

محركه يروين يا موتورهـا يـ و از نوع احتراق داخلـي يموتورها دارايكه ييوهايله لوكوموتيبه وساي روي ريل ه واگنبـه . سبك و فواصل كوتـاه مناسـب اسـت يكارها يفشرده تنها برا يهوا. كنند يحركت م هستند برقيـ يتنهـا سـوخت د يطـ يمحزيست و ايمنيل يدال . باشـد يمـ ينـ يرزميزكارهـاي قابـل اسـتفاده در يزل

تواننـد محـدوده قـدرت زيـادي از اين نظر كه ميرا دارند يرين انعطاف پذيشتريب يزليد يوهايلوكوموت يسـم يهـا گازهـا سـتم ين سيـ اعيـب ن يتر بزرگ. نداشته باشند يخارج يبه منابع انرژداشته و نيازي تواند به عنوان يبزرگ م ياه كند و در تونل يه را طلب ميت باالتر تهوين امر ظرفيا. باشد يمنتشر شده م

.مطرح گردد يك مشكل اساسي

يقبل از ورود بـه فضـا يزليد ياز موتورها يخروج يشدن گازهاوري بر لزوم فرآ يطيست محين زيقوانتـروژن و رسـاندن آنهـا بـه ينهـاي ديد كربن و اكسيزان مونوكسيكاهش م يهدف اصل .د دارنديتونل تاك

(scrubber)فيلترهـاي ن منظور از يبد. ه تونل باشنديستم تهويسط سق شدن توياست كه قابل رق يحدو يك بـه نگهـدار يتيمدل كاتال. شود ياستفاده م (wsaher)واشر از نوع ا ي (catalytic) كيتيكاتالاز نوع

در برابـر آتـش و كمتر تمقاومداراي ن مدل را ياي ايمني ها آژانس ياما برخ از داردين يرات كمتريتعم . كنند يم يتلقكمتري نان ياطمداراي

overhead trolley) باالسـري بـرق بـا ا يـ قابـل شـارژ يهـا يتواننـد بـا بـاتر يمـ برقـي يوهايلوكوموت

conductor) ـ يد يوهايمشابه لوكوموت يهائ تيكنند قابل يكار م يكه با باتر ييوهايلوكوموت. كار كنند يزلت آنها محـدود بـه مقـدار يفعال هر چند محدوده. كنند يمتصاعد نم يسم يت كه گازهاين مزيدارند با ا

جهـت يزاتـ يز تجهيو ن يدكي هاي يو ها به باترين لوكوموتيا. شود يم يره شدن در باتريقابل ذخ يانرژ . اج دارندير آنها احتيتعم و شارژ

انحنا به ميـزان درجه 5/2هر يمعموالً به ازا فاصلهن يا. شتر شوديد بيها در محل انحنا با فاصله بين ريل

.يابد ش ميينج افزايا 16/1 يكيالستچرخ ه يل نقليوسا 6-3-2

آنهـا محـدود بـه ييدارد چرا كـه كـارا ييباال يريانعطاف پذ چرخ الستيكيه يل نقليحمل و نقل با وساهـا متفـاوت كـه ه بـا انـدازه يـ ل نقلياز وسـا يعيف وسيط. شود يزات ثابت مانند خط آهن نميوجود تجه

.نصب شده، وجود دارند (scrubber) فيلتراگزوز آنها يبوده و رو يزليال دمعمو

1390-91ترم اول 90صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

محـل ا چنـد يـ ك يـ ما بـه يمستقتوان را با استفاده از وسايل نقليه چرخ الستيكي ميشده يمواد حفاربسـته د نتوان يمالستيكي ه چرخ يل نقليوساصورت وجود چند سينه كار، در. دپوي مورد نظر حمل كرد

.هاي مختلف كار از يك سينه كار به سينه كار ديگر منتقل شوند ن حفاري در سينهبه ميزا

:مزايا .توانند از كنار هم عبور كنند وسايل نقليه به سهولت مي، عريضك تونل يدر - 1 .رسد امكان توقف كل كار بعلت بروز مشكل براي يك وسيله نقليه به حداقل مي - 2 .اردرا د اتيدر عمل يريحداكثر انعطاف پذ - 3 .امكان استفاده از سيستم تركيبي بارگيري و حمل وجود دارد - 4 .كف تونل به آساني قابل انجام استكار در - 5

:بيمعا

صورتي كه جنس زمين نـرم و در امشكل است مخصوص) كف تونل(راه رساخت يز ينگهدار - 1 .خيس باشد

.از داردين يترقويه يستم تهويبه س - 2 .اري و بارگيريهاي حف سيستم برخيبا يعدم سازگار - 3 .وسايل نقليه از كنار هم محل مشخصي دارندك ، نقاط عبور يبار يدر تونل ها - 4 . ستنديكوچك قابل استفاده ن يها در تونل معمول يها ه با اندازهيل نقليوسا - 5 .موتور ديزل تنها منبع تامين انرژي الزم است - 6 .معموال مشكل است (clearance)تامين حد آزاد بزرگ، يليخ يها تونل يبه استثنا - 7

:ها محدوديت .پذير است نيز امكان% 25هاي تا شيب. هيچ مشكلي ندارند% 10يب هايش - 1 يرعملـ يغ) كيلومتر بـر سـاعت 40(مايل بر ساعت 25 يخوب، سرعت ها يرسازيك زيبا - 2

براي وضـعيت راه بسـيار عـالي ) كيلومتر بر ساعت 80(مايل بر ساعت 50سرعت تا .ستين .ير استپذ نيز امكان

ـ طـول بـا يهـا ون در تونلي، حمل و نقل با كاميرسازيه و زيبه علت مشكالت تهو - 3 ش ازيب .ستين ياقتصاد) كيلومتر 2/3(مايل 2حدود

1390-91ترم اول 91صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

قالهن نوار 3- 6-3با ميزان توليد زياد مواد حفاري شـده، اسـتفاده از نـوار نقالـه در TBMهاي دستگاهساخت شرفت در يپ

كوتـاه يانتخاب شـودكه حـداكثر خروجـ يا تواند در اندازه ينقاله منوار . است دهسازي را متداول كر تونل .حمل كندمدت تونل را

:ايمزا

د يبا هر سرعت تولشده يمواد حفار ييجا ت جابهيظرف - 1 از تونل يا با هر اندازهيتقر قابل انطباق با - 2 نسبتا كم (clearance)نياز به حد آزاد - 3 ينگهدارياز كم به تعمير و نو ينان عاليت اطميقابل - 4 حمل مواد بصورت پيوسته - 5 به درون تونل (bulk material)اي فله حمل مواد قابل انطباق براي - 6 اديز يها بيش يمناسب برا - 7

:بيمعا

باال سرمايه گذاري اوليه نه يهز - 1 .شود يستم ميتوقف كل س بك قسمت موجيخراب شدن - 2قابـل رفـع ن مشـكل يـ امـواد ت اما با خرد كردنحداكثر اندازه مواد قابل حمل محدود اس - 3

.است .گاه نياز دارد اي به عنوان تكيه گستردهاي سازهستم يبه س - 4 .جهت توسعه دارد يا دهيچيستم پياز به سين نزديك سينه كاردر - 5 .داردخاص ياز به طراحين ،در تونل ي زياددر صورت وجود انحنا - 6

:ها تيمحدود

درجـه محـدود 20تـا 18يي و چـه بصـورت سـرپاييني بـه مسير چه بصورت سرباال بيش - 1 .شود مي

45تـا 20(ايـنچ 18تـا 8مـواد قابـل حمـل حـدود انـدازه ، حـداكثر نـوار يپهناسته به ب - 2 .باشد يم )متر سانتي

1390-91ترم اول 92صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ها سازي تونل پايدار -7

مقدمه 7-1

همراه با شاتكريت مسلح شده بـا تـوري (dowel)و ميل مهار (rockbolt)نواع راكبولت ا ،در اغلب مواردموارد ممكن است نياز برخيدر . دنه د ميتشكيل ها تونلبندي حائلاصلي پايدارسازي و ، سيستم سيمي

مهمتـرين . نيز باشـد در جا پوشش بتني هاي بتني و نيز ، سگمنتهاي فوالدي قابحائل هاي چدني، به .گيرد مي مورد بررسي قراردر اينجا ها حائلهاي استفاده از جنبه

هاي چدني حائل 7-2

براي سـاخت تونـل 1896 در Peter Barlowبه نظر مي رسد تكنيك استفاده از چدن براي اولين بار به Tower Subway اگرچه يك طراحي مشابه توسط . در لندن برگرددMarc Brunel براي تونل 1818در

Thames درRotherhithe قبـل از . انگليس همراه با سپر پيشنهاد شده بود ولي طرح او سرانجام رد شدبراي شد ولي اين مصالح ها از مصالح بنايي استفاده مي استفاده از سپر تونلزني، براي حفاظت دائمي تونل

استفاده در تونلزني با سپر مناسب نيستند زيرا اين مصالح براي كسب مقاومت الزم نياز به زمان داشـتند هـاي تا هم در مقابل بار اعمال شده توسط زمين مقاومت كنند و هم نيرويي اعمـال شـده توسـط جـك

داول شد كـه هـم بـه مت (grey cast iron)لذا استفاده از پوشش چدن خاكستري . رانشي را تحمل كنندو طولي (radial)سهولت قابل نصب هستند و هم بالفاصله پس از نصب توانايي مقابله با نيروهاي شعاعي

(longitudinal) گيرنـد سال است كه مـورد اسـتفاده قـرار مـي 100اين نوع پوشش ها بيش از . را دارند .اگرچه برخي جزئيات تغيير كرده است

(Grey iron)چدن خاكستري 1- 7-2چدن خاكستري نوع سنتي چدن براي استفاده در پوشـش تونلهـا از زمـان اولـين اسـتفاده آن در تونـل

Tower Subway كلمه خاكستري بدليل ظاهر خاكستري ناشي از وجـود گرافيـت . بوده است 1869در(graphite) چدن خاكستري بدليل ويرگيهايي كـه داشـت و نيـز بـدليل . آزاد مورد استفاده قرار ميگيرد

ويژگيهاي خـاص چـدن . شد به عنوان يك حائل استاندارد متوسط استفاده مي 1800وفور آن در اواسط و كرد شامل مقاومـت فشـاري بـاال خاكستري كه آن را براي استفاده به عنوان حائل در تونلها توجيه مي

هر چند مقاومـت كششـي چـدن خاكسـتري در مقايسـه بـا مقاومـت . مقاومت آن در برابر خوردگي بود .فشاري اش كم است و اين مي تواند به عنوان يك فاكتور مهم در طراحي پوشش باشد

1390-91ترم اول 93صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

(nodular iron)چدن نودوالر 2- 7-2مشخصـات . توسـعه يافـت 1947ي در سـال ژتكنيك ساخت چدن نـودوالر در نتيجـه تحقيقـات متـالو

مقاومـت فشـاري چـدن نـودوالر كمـي بيشـتر از چـدن . مكانيكي چدن نودوالر شبيه فوالد مـي باشـد خاكستري است اما مزيت اصلي آن نسبت به چدن خاكستري مقاومت كششي باالست كه برابر مقاومـت

ي و مـدول اين افزايش مقاومت كششـي و همچنـين ضـربه اي عـالوه بـر شـكل پـذير . فشاري آن استاين اجازه را مي دهد كه بتواند تحت بارهـاي سـنگين قـرار گرفتـه و االستيسيته باال به پوشش نودوالرگري، قابليت تـراش و مقاومـت در همچنين چدن نودوالر قابليت ريخت. تغيير شكل كمتري داشته باشد

نه چدن نودوالر تقريبا دو برابر با توجه به اينكه هزي. برابر خوردگي بااليي نسبت به چدن خاكستري داردچدن خاكستري است اصوال بايد در مواردي از آن اسـتفاده شـود كـه بهبـود مشخصـات كششـي و دوام

.كند كاربرد آن را توجيه مي

هـاي كاربرد پوشش ،قبل از جنگ جهاني دوم در نتيجه كمبود چدن با رواج پوشش هاي بتني سگمنتيهـا از انواع تونـل هاي چدني بطور وسيعي در پوشش ،قبل از آن .توجهي كمتر شده است چدني بطور قابل

. شدند بكار گرفته ميآهن هاي راه و راه جمله تونل

اند و بطور كلي مشخص شـده توسعه يافتهساخته براي تونل ها محدوه وسيعي از پوشش هاي بتني پيشاين روند با افزايش نسبي قيمت چـدن و . هاي چدني هستند تر از پوشش ها اقتصادي ست كه اين پوششا

4قيمت چدن 1970 دهه تا اواسط 1960بتن سرعت گرفت به اين ترتيب كه در دوره زماني اوايل دهه . برابر شد 3يا 2برابر افزايش يافت در حاليكه قيمت بتن 5تا حائل هاي فوالدي 7-3

بطور معمول ، ايـن . حفر شده در سنگ دارند هاي در تونلزيادي مقاطع فوالدي نورد شده مورد استفاده قبيل حائل ها در وضعيت هايي بكار برده مي شوند كه توده سنگ خرد شده است يـا تـا حـدي ضـعيف

. ود دارددر اثـر حفـاري وجـ وسـيع است كه راكبولت غير قابل استفاده مي باشد يا احتمال گسـيختگي مناسـب از قبيـل بندي هاي حائل روشنيز مستلزم باال نسبت به مقاومت سنگ يهاي درجا تنششرايط

.باشد فوالدي مي هاي حائلاستفاده از

شـكل اسـت كـه شـكل توسـعه يافتـه Hمعمول ترين مقطع مورد استفاده در حائل هاي فوالدي مقطع شـكل Hو Iتيرهاي بـا مقـاطع . صنعت ساختمان است شكل تيرهاي فوالدي مورد استفاده در Iمقطع

براساس ايده سازه اي قراردادن جرم مقطع دور از تـار خنثـي جهـت افـزايش مقاومـت خمشـي مقطـع

1390-91ترم اول 94صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

Yچندين برابر مقاومت حـول محـور Xشكل مقاومت حول محور Hبراي يك شاهتير با مقطع . ميباشد . است

ايـن مشـكل را . مقاومت نسبتاً كم آنها در برابر خـوردگي مـي باشـد مشكل اصلي پوشش هاي فوالدي

توان تاحدي با گالوانيزه كردن يا رنگ كردن پوشش برطـرف كـرد امـا اينكـار باعـث افـزايش هزينـه ميشود پوشـش فـوالدي عمـال داخـل شود در مواردي كه از بتن درجا بعنوان پوشش نهايي استفاده مي مي

.آيد دين ترتيب از خوردگي فوالد جلوگيري بعمل ميگيرد كه ب بتن قرار مي (lattice girder)تير مشبك 7-4

هاي فوالدي عمل كنند ولي وزن كمتـري توانند مانند قاب تيرهاي مشبك از نظر تحمل لنگر خمشي مي

. نسبت قاب هاي فوالدي دارند

نمايي از نصـب ايـن 2-5نمونه اي از قطعات تير مشبك نشان داده شده است و در شكل 1-5در شكل . تيرها ارائه شده است

شود كه شاتكريت براحتي داخـل آن جـاي گرفتـه و بنـابراين يـك سـازه شبكه باز اين تيرها موجب مي

.تشكيل شود (composite structure)مركب

تير مشبكاي از قطعات نمونه -1-5شكل

1390-91ترم اول 95صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

تونل گاوشان –نصب تير مشبك -2-5شكل

1390-91ترم اول 96صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ميل مهار و كاربرد آنهاو لتوراكبانواع 7-5

هـاي كه براي كنترل خرابيهـاي مختلـف در تـوده يهايميل مهارها و لتوراكب مولمع كاربرد 3-5شكل .دهد ند را نشان ميوش ب ميصن ها تونلسنگ در اطراف

بنـدي زيـر را در مـورد توان تقسـيم مهار وجود دارد و بطور كلي مي راكبولت و ميلانواع مختلف سيستم

:آنها بعمل آورد

:انواع راكبولت (mechanically anchored rockbolts)هاي گيردار شده بصورت مكانيكي راكبولت (resin grouted rockbolts)هاي گيردار شده با رزين راكبولت

:انواع ميل مهار

(grouted dowels)هارهاي تزريق شده ميل م (split set)مهارهاي اصطكاكي يا مجموعه شكافدار ميل

Swellexميل مهارهاي از نوع

ميـل . ايجـاد نمـود )كشـش ( تنيـدگي توان در راكبولت پيش مهار آن است كه مي تفاوت راكبولت با ميلصرفا وقتي كشيده مهارها ميل. روند كه نصب خيلي سريع آنها امكانپذير باشد مي در مواردي بكارها مهار

تغيير شكل داده و نتيجتا راكبولت بـه كشـش بتواند گيرند كه سنگ اطراف آنها مي شده و تحت بار قرارخيلي دور از سينه كار نصب شوند، بيشتر تغيير شكل هاي آني و كوتاه مـدت ها اين ميل مهاراگر . بيفتد

در صورتي كه پيمانكـاري مـاهر مسـئول اجـرا و .وثر نخواهدبودمهار م ميلاتفاق افتاده و عمال قبال سنگ توانند ابزار خيلـي مـوثري مي مهارها ميلنصب اين راكبولت ها بوده و زمان نصب آنها حساب شده باشد،

خـوب هـدر دادن ولي در صورت عدم نصب مناسب، حاصـل آن در شـرايط . در پايدار سازي تونل باشند .خواهد بودباعث ناپايداري و ريزش تونل سرمايه و در بدترين حالت

1390-91ترم اول 97صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

نييسطح تنش پا سطح تنش باال

زيادي قرار يتوده سنگ سالم كه در معرض تنشها

مهار همراه با توري ا ميلياستفاده از راك بولت .داردت مانع شكست سنگها و سقوط يسيمي يا شاتكر

. شود يآنها م

كمي قرار يتوده سنگ سالم كه در معرض تنشها

شتر يب يمنيمختصر موجب ا يمهار بند. دارد . گردد يم

المگ س

سن

يكم در معرض تنشها يتوده سنگ با درز وتركها

مهارهاي قوي كه يا ميل با بكاربردن راكبولت. زياددوزند همراه با توري يگر ميكديها را بيوستگيناپ

دار در سقف و ت يا شاتكريت اليافيسيمي و شاتكر . جاد كرد يتوان مهار مناسب را ا ها مي ديواره

يكم در معرض تنشها يتوده سنگ با درز وتركها

از يريجلوگ يبرا ينصب راكبولت بطور موضع. كمد يبولتها با. رود يمنفرد بكار م يزش سنگهاير

. ده شوند يكش

كها تره و

درز با گ

سن ي

كم

يزياد در معرض تنشها يسنگ با درز وتركهاتوده مهارهاي قوي ن موارد راكبولت يا ميليدر ا. زياد

ت يا شاتكريت يهمراه با توري سيمي و شاتكردر شرايط . دار بايد مورد استفاده قرار گيرد الياف

هاي فوالدي با خيلي بد ممكن است نياز به قابكف تونل . باشد (sliding joints)مفاصل لغزنده

(heave)هم ممكن است براي جلوگيري از تورم .نياز به تير كف يا تاوه بتني داشته باشد

زياد كه در معرض يتوده سنگ با درز و تركها

مختصر يراك بولت گذار. كم قرار دارد يتنشهاتواند مانع افتادن تكه يت ميا شاتكريبهمراه مش

. ها شود سقف و ديواره يسنگها

سكها

تره و

درز با گ

ن ي

يادز

در شرايط يختگيكنترل گس يمهار برا از كاربرد راكبولت و ميل ينمونه ا -3-5شكل

سنگ مختلف توده

1390-91ترم اول 98صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

گيردار شده بصورت مكانيكي راكبولتهاي 1- 7-5 expansion)، راكبولت با پوسته منبسط شـونده گيردار شده بصورت مكانيكي راكبولتهاي مهمترين نوع

shell rockbolt) تـوان راكبولـت را تـا حـد تـنش تسـليم مي در توده هاي سنگي با كيفيت خوب .استمحلي سنگ در نقاطي كه راكبولت گيردار شده است منجر به لغـزش راكبولـت خرد شدن ليكن . كشيد

نيـز از (slotted bolt and wedge)گـوه كافدار و پيچ هاي شـ .گردد مي در سنگ هاي با كيفيت ضعيف .شود هستند كه امروزه از آنها استفاده چنداني نميگيردار شده بصورت مكانيكي راكبولتهايانواع ديگر

بطـور وسـيعي در . شـود مي مشاهده 4-5مهاري هاي مكانيكي، نظير پوسته منبسط شونده كه در شكل

هـاي تعـداد زيـادي از انـواع گونـاگون پوسـته . استفاده قرار گرفته اسـت كارهاي عمراني و معدني مورد اند اساسا كليه گيردار كننده هاي پوسته اي منبسط شونده به شـيوه منبسط شونده طراحي و توليد شده

كنند و انتخاب نوع گيردار كننده براي كارهاي خاص معموال بيشتر بستگي به قيمـت و مي يكساني عمل .ي به آن در بازار داردقابليت دسترس

در سنگ هاي سخت و باكيفيت خوب، مهاري هـاي مكـانيكي كـارايي زيـادي دارنـد و سـريع و راحـت

تر تـاثير گيـردار كننـده مكـانيكي بعلـت خـرد تر و نرم در سنگ هاي ضعيف. توان آنها را نصب نمود ميهاي خيلي ضـعيف، گـل يلدر ش. يابد مي شدگي محلي و موضعي سنگ در طول غالف راكبولت، كاهش

.شود هاي مكانيكي توصيه نمي ضعيف، استفاده از گيردار كننده ها وماسه سنگ هاي سنگگـوه اي كـه بـه انتهـاي ميلـه . كننـد مي از اصول مشابهي پيرويراكبولت با پوسته منبسط شونده انواع

و در نتيجـه بدنـه شود به داخل غالف گيردار كننده مخروطـي شـكل كشـيده شـده مي راكبولت متصل .سازد مي راكبولت را با فشار بطرف ديواره هاي چال منبسط

براي قرار دادن راكبولت در امتداد محور چال و بـراي (rubber grout seal)بند الستيكي درپوش دوغاب

طريـق ديگـر آب بنـدي اسـتفاده از . شـود مي نشت دوغاب استفادهدر مقابل بندي كردن دهانه چال آبطـرق مختلـف نصـب 4-5در شكل . گيرد گيري است كه در دهانه چال مورد استفاده قرار مي زودخمير

تزريـق از )بـاال هـاي سـر بجز چـال (هاي ورود و خروج دوغاب نشان داده شده است كه در همه آنها لولهشـود مـي تزريق هنگامي متوقف. يابد ميگيرد و لوله برگشت تا انتهاي چال امتداد دهانه چال صورت مي

.كه هواي داخل چال كامال خارج شده و دوغاب از لوله برگشت بيرون بزند

اولين اقدام مهم در اين امر دقت . يكي از بحراني ترين مراحل تزريق راكبولتها آب بندي دهانه چال استعدم دقت در قـرار دادن صـحيح راكبولـت و فقـدان . در آماده سازي سطح سنگ و قرار دادن واشر است

.سازد مي آماده سازي سطح سنگ، تقريبا آب بندي دهانه چال را غير ممكن

1390-91ترم اول 99صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

اي كه سطح اطراف دهانه به انـدازه كـافي همـوار وقتي كه امكان جاگذاري راكبولت در محل خود بگونهتوان با استفاده از مالت سطح صاف و مناسبي زير واشر ايجاد نمود تا سطح تمـاس مي باشد وجود ندارد،

واردكردن آب تحت فشار به داخل چال قبل . هم گردد و امكان آب بندي دهانه چال بوجود آيدخوب فراچگـونگي آب بنـدي بـه ايـن طريـق توان سته و تميز شدن چال شده و نيز ميازشروع تزريق موجب ش

.دهانه چال را آزمايش نمود

دهدكه براي استفاده در چال هايي كـه بصـورت مي اي از لوله و وسايل تزريق را نمايش نمونه 4-5شكل ميليمتـر و قطـر خـارجي 8به قطر داخلـي حـدود (يك لوله پالستيكي كوتاه . سرباال هستند مفيد است

برگشت دوغاب توسط لوله پالستيكي ديگري به قطر . رود مي براي تزريق دوغاب بكار) ميليمتر11حدود قطـر . شـود مـي انجـام ،به سراسر راكبولت بسته شده استميليمتركه 8ميليمتر و قطرخارجي 6داخلي

در مواردي كه تزريـق . اتصاالت دستگاه تزريق بايد چنان باشد كه فقط به لوله تزريق بزرگتر متصل شودشود، تزريق بايد از پايين و ته چال شـروع شـود و مي در چال هايي كه بصورت سر پاييني هستند انجام

.تدا و سرچال متصل گرددلوله برگشت كوتاهي به اب

شود درطول جابجايي و نصـب راكبولـت بـه مي لوله برگشتي كه درقسمت خارجي بدنه راكبولت پيچيده. شود و بايد دقت خاص از اين نظر بكار برد تا آسيبي بـه لولـه وارد نشـود مي آساني صدمه ديده و خراب

چنانچـه ميلـه . ارج شـده و تعـويض گـردد چنانچه اين لوله آسيب ببيند بايد ميله راكبولـت از چـال خـ توان به داخل چال توسط مفتول محكـم و سـفتي مي راكبولت را نتوان خارج نمود، لوله تزريق ديگري را

.هدايت كرد و سپس مفتول را بيرون كشيد تا لوله در محل خود باقي بماند

.عرض آسيب كمتري قرار گيردشود، براي اينكه لوله برگشت در م مي مالحظه 4-5همانطور كه در شكل توان آن را در شكافي كه روي ميله راكبولت تعبيه شده جاسازي كرد يا از راكبولت توخالي براي ايـن مي

عليرغم گران تر بودن آن نسبت به سيستمي كه در باال توصيف شد، اين روش براي . منظور استفاده كرد kPaزيـر فشـار تزريـق دوغـاب بايـد .نمايـد مـي لوله برگشت دوغاب درجـه اطمينـان بـااليي را فـراهم

172lb/in2) 25 ( حفظ شود تا از آسيب رساندن(jacking) تزريـق بايـد . به توده سـنگ اجتنـاب شـود .آنقدر ادامه يابد تا جريان پيوسته اي از دوغاب در داخل لوله برگشت برقرار شود

بالفاصله پس از نصب كشيد و در مرحله بعدي پـس از توان مي از مزاياي اين راكبولت آن است كه آن را

گيرداري خيلي مطمئن در سـنگ هـاي خـوب ايجـاد . متوقف شدن تغيير مكان كوتاه مدت تزريق نمود .توان تامين نمود مي كند و توان باربري زيادي را مي

-1390

و نظارت ز تزريـق

-91ترم اول

گران ماهر وارب تميز قبل از

آن نياز به كاآببا پمپاژ ها

ونده

100

نصب صحيحآنهتست و لذا

ته منبسط شو

صفحه

گران بوده وشود و مي وارد

كبولت با پوست

سي

ست كه نسبتاغلب آسيب و

راك -4-5كل

پالس -ل سازي

راكبولت آن اس هاي تزريق اغ

شك

ي از درس تونل

يب اين نوع ربه لوله. دارد

.ي است

قسمتي

از معايدقيق

ضروري

1390-91ترم اول 101صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

منبسط شونده ياز پوسته ها يينمونه ها -5-5شكل

1390-91ترم اول 102صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

هاي گيردار شده با رزين راكبولت 2- 7-5انفجار عمليات لتهاي نصب شده به طريقة مكانيكي هنگاميكه در معرض ارتعاش يا لرزش ناشي از وراك ب

شوند، عملكرد مناسبي ندارند، در نتيجـه در ايـن مـوارد گيرند يا در سنگهاي ضعيف استفاده مي قرار مي .شود لتهاي رزين دار استفاده واز راك ببهتر است

ين دو قسمتياز كپسول رز ينمونه ا -6-5 شكل

ة فظـ انـد از دو مح نشان داده شده است، رزينها بطـور معمـول تشـكيل شـده 6-5همانطور كه در شكل اري حفـ هـا در داخـل چـال ابتدا رزين. باشد جداگانه كه يكي شامل رزين و ديگري شامل كاتاليست مي

يكيسـت شـش پال پوبدين ترتيـب . شود لت به داخل رزين فروبرده ميوو سپس ب شوند قرار داده ميشده دار فقـط هـاي رزيـن لتونصب راكب .گردند و رزين و كاتاليست با يكديگر مخلوط ميپاره شده ها محفظه

.ندكن بسيار مقاومي را ايجاد مي مهارو) ردبستگي به مشخصات رزين دا(كشد چند دقيقه طول مي

ه بـراي آنهـا كـ سـنگهايي گـل و هاي ضعيف شيل مانند كند اين نوع مهار در اكثر سنگها خوب عمل ميهاي بـا تزريـق كامـل لتوبراي مصارف دائمي بايد از راكب. باشد هاي منبسط شونده مناسب نمي لتوراكب

شـامل رزيـن يكپسـولها گير در كنار دكن رزينهاي ز كپسولي اتعداددر اين موارد، . رزين استفاده كردن يرش رزيشود و سپس گ يده مير، بولت كشين تند گيرش رزيپس از گ .شوند جا داده مي كننده گير زود

.شود ير آغاز ميكندگ

1390-91ترم اول 103صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ده رويـة شـرح دا . شـود آي از هزينة باالي رزينها توسط سرعت باالي نصب آنها جبران مـي ت عمدهقسمشـود كـه توسـط سيسـتمهاي كشيده و تزريق شده در يك مرحله مي لتي پسوب راكبصشده منجر به ن

.آيد ت نميسديگر بد

توان در انبار نگهداري كـرد، ايـن مـدت بسـتگي بـه درجـة مدت محدودي ميرا اكثر سيستمهاي رزينهنگام خريـد آنهـا بايـد دقـت دليل در به همين. ماه باشد 6ممكن است حتي كمتر از . حرارت انبار دارد

بايد دقـت شـود كـه همچنين. كرد تا در طول مدت مجاز مقدار مورد نياز براي نگهداري خريداري شودبهتـر حسـاس در كارهـاي . كارخانة سازنده پيشنهاد كرده نگهداري شوند كه ها در همان شرايطي جعبه

تـوا ن به اين صورت كـه مـي . نه امتحان شوداز هر جعبه يك نمو تونلاست قبل از استفاده از رزينها در پس از مخلوط كردن آنها، زمان الزم براي گرفتن آنها پاره كرد و رزين و كاتاليست را با دست جداكننده

.گرفت و آن را با زمان داده شده توسط كارخانه مقايسه كرد ندازهرا ا

ط كردن مناسب آنها نيـز يـك مسـئله و كاتاليست و مخلو رزينهاي پوشش پالستيكي بستهپاره كردن تعداد چرخش بولت به منظـور .كند اي مناسب به اين مسأله كمك مي زاويه بالتها واست، بريدن انتهاي ب

. شود هاي سازنده رزين مشخص مي مخلوط كردن رزين و كاتاليست توسط كارخانه

ز يـ لشود كـه موجـب ه ميپوشيد ساري توسط رحفتر، سطح سوراخ در هنگام در برخي سنگهاي سستشود و موجب مخلوط شدن ناقص و پيونـد لت در آنها ميوهاي رزين در هنگام چرخش ب كپسول خوردن

الي در البـه يـرش كن است رزيـن قبـل از گ ممو شكاف فراوان درزسنگهاي با هدر تود. گردد ضعيف مياين حاالت، بهتر است از ور هر دلت شود دوراتي در رزين اطراف راك بحفسبب ايجاد و كند درزها نفوذ

.ان به جاي رزين استفاده گرددميسغاب وتزريق د

ت زرين در مقابل خوردگي و همچنين واكنش برخي از رزينها در برابـر آبهـاي مددر مورد مقاومت دراز امـا ، ندان مهـم نيسـت نـد ت اين مشكالت چموقالبته براي مصارف . يي وجود داردهاخورنده عدم اطمينانغـاب سـيمان وبلند مدت مد نظر اسـت، بـدليل مشـكالت اشـاره شـده اسـتفاده از د هنگاميكه استفادة

.شود پيشنهاد مي

:هاي گيردار شده با رزين ي راكبولتمزاياتوان در عرض چند دقيقه نصب و پـس لتها را ميوب. سازد را ممكن مي لتهاونصب سريع ب: سرعت باال - 1

.فراهم نمود حائلها تونليب به سرعت براي اين ترتكشيده كرد و به محافظت قيقدر برابر آب، نمك و اسيدها و بازهاي ر يخوردگلتها را در مقابل واين نوع رزين ب: دوام - 2

.كند مي

-1390

كشـيدن

.د

"اصـوال نـد ولـذا

حـل را مسيسـتم

مهارهـا ل .دنشـان 8

-91ترم اول

و بـه پـس ك

بوجود آوردف

. هـواي گـرم كننـ مـي وليـد

رات تنش درسي ايـن دو س

ميـلحاليكـه دارند )ل تونل

8-5 در شكل

گيرنـد ر نمـي

كيفيت ضعيف

ت بـويژه دررا تو ـود آنهـا

انتظار تغييريا تفاوت اساس. د

كنند، در ح ميتغيير شكل( گ

مان است كه

104

ر لرزش قـرار

سنگ هاي با

ي كوتـاه اسـتي است كه خـ

. ندارد

ن

وجود دارد يركاربرد ها به لت

سنگ اعمال مه حركت سنگبا تزريق سيم

صفحه

تها تحت تأثير

وسط آن در س

ر انبـار خيلـيدر كشورهاييدر انبار وجود

ار شده با رزين

سينه كاركيلوجاي راكب به

وي مثبت به سنياز بهن دنشامهار ميلرود

سي

لتو نوع راك ب .رندتوان تو مي دي

گهداري آن دحتوي رزين دكل نگهداري د

گيردااكبولت

ق شدهمهار در نزديك لبه توان را ميا

س كشيده نيرو موثر واقع شد زه به كار مي

پالس -ل سازي

اين: بر لرزشاحتياج ندارر زياد نسبتاري

بوده و عمر نگپسول هاي محس بوده و مشك

ر -7-5شكل

رهاي تزريقميلب صكان نمهارها ميلودلتهاي پسبوك

نيرو در آنها وكه امروزمهار ل

ي از درس تونل

قاومت در براب پس از انفجارقاومت گيردار

:برزين گران ب

رين مصرف كپت در دسترس

ش

ميل مهار 3- رايطي كه امكرو حفاري مي

ن است كه راكبوجود آمدن ن

ميلرين نوع . شده است

قسمتي

مق - 3مجدد

مق - 4

معايبقيمتبيشتر

بسرعت

7-5-در شر

يبعددر اينببراي تر ساده

داده ش

-1390

و بـا راخسـتفاده و كـردن

مهار در لرا مهـره

در برابر ـار دارد،

د كـه در كپسـول انجمـن

ولتهـا را خ بدهـد

-91ترم اول

سوردر انتهاي غـاب مـورد ا و قبل از فـرو

غاب، ميلون دم داده شده و وري باشد كه

مهـ كنار ميـل

شـود يده مـ خورد شـدن ك

توسـط 197 .ه است

ايـن راكبوكـه ظه و زيادي رخ

لولة تزريق دغوسـكوزيتة د

رود مي وخ فرگرفتن هنگام

حل خود قرارمهار طو ر ميلشدن از ك شيده

در آنها اسـتفادله باعث خين م0ان دهـه يـ ا

آن كمتر شدهسـت ك ايـن ا

ل قابل مالحظ

105

با گذاشتن) 0چنانچه ويس. د

ر داخل سوراخشود تا در مي

در مح پيشانيليل اينكه اگر

يل به كش تما

مان ديپودر سب و چرخاندن

پا يدر سـالها ر استفاده از آز معايـب آن

گ تغيير شكل

صفحه

/35يا 3/0نگير انجام مي

در مهني هار تام سبب مخن

صفحه پغاب،وري است بدل مجاور سوراخ

.ده باشدش

پو يحاو يلهاات نصبيعمل.دستم دين سيا

رياخ ير سالهااز. ن آنهاسـت

راي توده سنگ

ر تزريق شده

سي

آب به سيمانت بيرونسممه ميل. ريزد ي

اين. شود ه ميغو از گرفتن د

ضرو ه پيشاني دهد، سنگ

نگه داشته ش

د كه از كپسولب وجود دارد

.شود يجاد مدر يضه شد ول

و ارزان بـودنبل از اينكه بر

مها ميل -8- 5

پالس -ل سازي

آ موال با نسبتشاندن آن به

فره بيرون نميآن داد كي به

پس. ته شودصفحهذاشتن

واكنش نشانصفحه پيشاني

عرضه شده اندآ يچكتر حاوجير ايب زودگ

كا عرضيه آمرمهارها، سادهنابراين بايد قب

5شكل

ي از درس تونل

معم( وغاب دوي تزريق، كشب باشد از حف

م كوچكخآن، خود نگه داشت

گذ .نمايند مي مكان سنگ و

صينكه توسط

عهم ييتم هاكوچ يپسولها

ك دوغايده و االت متحدي ا

م ياي اين ميلوان كشيد وبنا

. شود

قسمتي

تزريقپيشرومناسبتمام آجاي خسفتتغييرمگر اي

ستميس

آنها كپها شدمعدناز مزايتو نمينصب

-1390

شـركت يـك ت از

سـتم بـا ه توسـط ب سـاده

همـراه ا سيسـتم

ت عمـده ي بـراي قـال بـار

ان تـا مي

-91ترم اول

اضـر توسـطه شـده اسـت

ايـن سيس. ـت بوجـود آمـده

به دليل نصب هـاايـن مهار

جـاز بـر ايـن س

ي از مشـكالتنـوان راه حلـين قابليـت انتق

يسـ ب غاوق د

و در حال حا نشان داده 9-

كيل شده اسـاعي بعشـ يو

.شود مي وراختيـپ از انواع

ش از حـد مجـ

ـوردگي يكـيد ولـي بـه عن

بـاال بـردن يتزريق. پر كرد

شكافدار

106

ر(Scott, 197

-5ه در شكل تشكه پيشاني

شود و نيـرو يتاسر طول سو

ليستي. استظرفيتي بـيش

ي نيسـت، خـكنـد را كم مي

يبـرا .آيـد مـيغاب سيمانو

شمجموعه ي يا

صفحه

وعه شكافدار(6ابداع شد

م همانطور كهيك صفحهال و

چكتر نصب ميكاكي در سرته عمل آمده ا

اگر ظ .ده است .د بود

عملـيشـكافدارآن خوردگي رة به حساب نم

وآن با د هاولي

اصطكاكيهار

سي

كي يا مجمو1976ر سال

اين سيستم .ودبا مقاومت باالخي با قطر كوچ

اصطك يمهارهااز آن به يعيسرآورده شد 5-1

ر خوب خواهد

لولـه شـرجيآ هه كردن لول

هاي خورندة طپس از نصب ا

.هد

مه ميل -5-9

پالس -ل سازي

رهاي اصطكاكدر Scottسط

شو ساخته مياز فوالد بشكلSp در سوراخ

باعث ايجاد مو س خوبال

5ها در جدولبسيار هايي آن

ت از سطح خارگالوانيزه .ست

در محيط آنها پشكافدار را ة د افزايش مي

شكل

ي از درس تونل

مهار ميل 4- توس مهارها يل

Ingersoll-R سمتشكدار شكافplit Setدادن

شكل Cلوله سيستم، استقبا و ظرفيت آنهل نگردد، كارا

ا كه محافظتاس شكافدار عه

دة بلند مدتاطراف لولةن را انتقال بار%

قسمتي

7-5-اين ميRand

لوله شفشار دفشار لاين ساندازه

تحميل

از آنجامجموع

فاداستتوا مي

200%

1390-91ترم اول 107صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

مشخصات انواع مجموعه شكافدار -1-5جدول SS 39-SS 46-SS-33 مدل مجموعه شكافدار

سرمته يشنهاديقطر پ ت شكستيمتوسط ظرف ت شكستيحداقل ظرف

يشنهاديه پيمهار اول طول لوله لوله يقطر خارج

ابعاد ورق پيشاني زهيستم گالوانيس ستم ضد زنگيس

mm31 33تا تن 10/9 تن 7/3 تن 5/4تا 2/7 متر 2/4تا 0/9mm 33 mm 150x150 mm 125 x125

موجود است ستيموجود ن

mm35 38تا تن 12/7 تن 9/1 تن 5/4تا 2/7 متر 3/0تا 0/9mm 39 mm 150x150 mm 125 x125

موجود است موجود است

mm41 45تا تن 16/3 تن 13/6 تن 8/2تا 4/5 متر 3/6تا 0/9mm 46 mm 150x150

- موجود است

ستيموجود ن

راكبولتهاي تزريقـي بـا شود و از مي نصب آن ساده و سريع انجاممهارآن است كه از مزاياي اين نوع ميلقطـر چـال حسـاس و بحرانـي اسـت و مهارآن اسـت كـه از معايب اين ميل .تر است ظرفيت مشابه ارزاندر .آيد بعلت بزرگ بودن يا كوچك بودن قطر چـال اسـت مي كه هنگام نصب پيشي بسياري از مشكالت

زدگي وقتـي كـه راكبولـت افتد وثابت شده است كه اين زنگ مي مواردي زنگ زدگي خيلي سريع اتفاق .شود مشكل آفرين است مي بعنوان حائل و تقويت كننده در دراز مدت استفاده

Swellexميل مهارهاي از نوع 5- 7-5سـاخته و Atlas Copcoنشان داده شده اسـت، توسـط شـركت 10-5كه در شكل Swellexسيستم

سـاخته mm 42برسـد و از يـك لولـه بـا قطـر m 12ممكـن اسـت بـه مهارطول . بازار شده استوارد واند داخل سوراخهايي ت برسد و مي 28تا mm 25شود تا به قطر است كه در هنگام ساخت مچاله مي شده

در هنگام داخل كردن آن به داخل سوراخ نيـروي فشـاري مـورد نيـاز . نصب شود 39تا mm 32با قطركننـد تـا لولة مچاله شده را باز مـي ) psi 4300يا MPa30 دحدو(باشد و پس از آن با فشار زياد آب نمي

. در تماس با جدار سوراخ قرار گيرد

-1390

لي است قـاوم در

ك يـ ـت

kN100

-91ترم اول

Swelle مشكلوششـهايي مق

گر راكبولـيد

Nرد، ظرفيـت

:رتنداز

.كوچك

ex لولهدگي

ـن مشـكل، پويستم هاي س

Swe اسـتاندار .ت

گسترده عبار

.د

حي باريك و ك

108

Swellexم

رار دارد، خوردي مقابله با ايـن

سه بايدر مقا

ellex. ي كرد

حي شده است

ل اين استفادة

را دارا هستند

احنوز آنها در

صفحه

سيستم - 10-

يم با سنگ قرAtlas C براي

Swellexب

را طبقه بنديkN 190 طراح

شود، داليل ي

زرگ زمين ب .فجار

كان استفاده از

سي

-5شكل

اس مستقيم ت Copcoشركت

بصسرعت ن.ت . ديآ ي

Swellex اهوپر، براي بار

استفاده ميياد .قطر متفاوت

يق با حركاتي ناشي از انف

و امك) ي بزرگ . خوردگي

.آور يان

پالس -ل سازي

درلوله رونيش . قرار گيرد

حي كرده استيآن بشمار م

توان ربري مي Swellex سو

ها زي تونلدر خهاي با قطارسوS قابليت تطبي

برابر لرزشهاي .ع و آسان

هايولبا ط(ها آنها در برابر

شيميايي زيد

ي از درس تونل

ا كه سطح بيرد مورد توجهخوردگي طراح

يبرا ي اساس

س ظرفيت باردر حاليكه. د

Swellexاز ه

استفاده از سSwellexهاي

حساسيت درب سريعصت ن

.ت باال بسيار زياد آنهن محافظت ازحتياج به مواد

قسمتي

از آنجاكه بايدبرابر خ

تيمز

براساسرا دارد

مروزها

امكانمهاره عدم قابليت

ظرفيتانواع امكان

عدم اح

1390-91ترم اول 109صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ولي تغيير شـكل مقاومت باالبا كه با فوالد اوليه شد Swellexجانشين Swellex EXL ،1993در سال را بدون كـاهش مقاومـت داشـته يادير شكل زييتواند تغ ين فوالد ميا. ساخته شده بود (ductile) ريپذ

. باشد مهارها ها و ميل تغيير شكل انواع راكبولت- مشخصات بار 7-6

Stillborg(1994) نصب شده در جهت عمـود بـر يـك درزه يبولتها و داولها يش بر رويآزما يك سري) MPa60داراي مقاومـت فشـاري (مسلح با مقاومت بـاال يشده كه با استفاده از دو بلوك بتن يساز مدل

ايجـاد (pull-out test)آزمايش كشـش تري را نسبت به واقعيشرايط اين نوع آزمايش .ساخته شده بود .كند مي

با همان روشـهايي كـه در اي و چالهاي حفر شده با چكش ضربهآزمايش در ردهاي مو لتها و داولوراك ببلـوك بتنـي وكشيدن دحائل با سپس اين سيستمهاي . ندشوند، نصب شد كارگذاشته ميواقعي شرايط

آزمايش مورد گيري تغيير اندازة شكاف اندازه با سرعتي ثابت و) ف يكديگرخالدر جهت م(به سمت خارج هـاي بـار تغييـر خالصه شده است كه منحني 11-5شكل در Stillborg هاي نتايج آزمايش.قرار گرفتند

.دهد هاي مورد آزمايش ارايه مي لت ها و داولوشكل را براي انواع ب توري سيمي 7-7

توري سيمي براي نگهداري قطعات كوچك سنگ يا بعنوان مسلح كننده شـاتكريت مـورد اسـتفاده قـرار : متداول استها تونلاستفاده از دو نوع توري سيمي در . گيرد مي

. (chainlink mesh)توري بافته يا توري سرندي -الف . (weld mesh)توري جوش شده –ب

سرندي توري بافته يا توري 1- 7-7مفتـول را . رود مركب از سيم يـا مفتـول بافتـه اسـت بكار ميهم معموال براي حصاركشي كه اين توري

محكـم نسـبتا حالت انعطاف پذير داشـته و اين توري . توان براي جلوگيري از خوردگي، گالوانيزه كرد ميتوسـط تونـل شود كه توري سرندي بـه سـقف مشاهده مي 12-5يك مورد از كاربرد آن در شكل . است

توسـط تـوري نگهـداري شـوند قطعات كوچك سنگ كـه از سـقف جـدا مـي . است شدهراكبولت متصل .تواند بار قابل مالحظه اي از سنگها را تحمل نمايد شوند، كه بسته به فاصله نقاط تكيه گاهي مي مي

-1390

ي عبـور استفاده

-91ترم اول

براحتـي تـوري در اين موارد

مهار ل

ايـن تاز ريت شود و ه نمي

ميلراكبولت و

110

شـاتكرت زيـرا دن بتن توصيه

ر روي انواع ر

صفحه

نيسـتناسبدر مسلح كرد

بر Stillborgت

سي

ن شاتكريت منن نوع توري

. رد

شاتيج آزمايا

پالس -ل سازي

مسلح كردناستفاده از اين

ه ارجحيت دار

نتا - 11-5كل

ي از درس تونل

سرندي براي,بنابر اين. ند

ي جوش شده

شكل

قسمتي

توريكن نمي

از توري

1390-91ترم اول 111صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

توري سرندينمونه - 12-5شكل

توري جوش شده 2- 7-7اي گيـرد و مركـب از شـبكه توري جوش شده عموما براي مسلح كردن شاتكريت مورد استفاده قرار مـي

براي اسـتفاده در نمونه اي از اين توري . است مربعي از سيم فوالدي است، كه در نقاط تقاطع جوش شده 100كه بصورت شطرنجي به فواصـل .ميليمتري است 2/4كارهاي زيرزميني، شامل مفتول هاي به قطر

شود و در انـدازه هـاي مشخص مي 100× 100× 2/4ميليمتر از يكديگر قرار گرفته و تحت عنوان توري .كان پذير باشدشود بطوريكه حمل و نصب آن توسط يك يا دو نفر ام محدود و كوچك تهيه مي

دهند به بدنه سنگ متصـل مهره اضافي كه روي راكبولتها قرار مي توري جوش شده معموال توسط واشرو

در فواصل بين راكبولتها نيز بر حسب لزوم توري توسط ميله هاي كوتـاه كـه بـه ديـواره تونـل . گردد ميشند كه توري را هر چه بيشتر نزديـك اين ميله ها بايد به تعدادي با .شوند ، نگهداري ميشود متصل مي

متري سانتي 20تواند توري را كه تا فاصله با آنكه مسئول بتن پاش ماهر مي. به سطح سنگ متصل نمايدگردد، زيرا بايـد از سينه كار قرار گرفته بتن پاشي كند، فاصله زياد موجب هدر رفتن بتن مي) اينچي 8(

.بپوشاند "ا كامالآنقدر بتن پاشي ادامه يابد تا توري ربيننـد، از توري ها در مقابل پرتاب قطعه سنگ هاي ناشي از آتشكاري هاي مجاور به آساني آسـيب مـي

اينرو نصب آن را بايد تا زماني كه آتشكاري تا فاصله كافي از كار دور نشده به تاخير انداخت، يا اينكه بـا قسمت هايي از . رسيدن به توري جلوگيري نمود استفاده از پوشش هاي مقاوم در مقابل انفجار از آسيب

بيند بايد از شبكه جدا شده و با توري سالم جايگزين شود، تا بطور كافي قسمت هاي توري كه آسيب ميتوري هـاي جـوش شـده نسـبت بـه تـوري هـاي .مجاور را بپوشاند وپيوستگي توري در بتن تامين شود

1390-91ترم اول 112صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

نمونـه اي از تـوري جـوش .شوند آسيب ديدگي از هم باز نمي سرندي از اين امتياز برخوردارند كه در اثر .نشان داده شده است 13-5شده در شكل

در تونل گاوشان اي از توري جوش شده و نصب آن نمونه - 13-5شكل

مشكل بوده و لذا توري بايد به اندازه كافي در داخل بتن ) زنگ ضد(تهيه توري هاي جوش شده گالوانيزه

هـا يـا هاي هوا در پشت مفتول بايد دقت كافي مبذول گرددتا حباب. از خوردگي مصون بماندقرارگيردتا زيرا به .پاش امكانپذير است اين كار با حركت مداوم سربتن. نشودهاي شبكه تشكيل در نقاط تقاطع سيم

.شود اين ترتيب با تغيير زاويه برخورد بتن با توري كليه حباب ها پر مي ) (shotcreteشاتكريت 7-8

انواع شاتكريت 1- 7-8در امروزه بطور وسيعي شود كه شاتكريت ناميده مي شود پاشيده ميمالت يا بتني كه با كمك فشارهوا

: اساسا دو نوع شاتكريت وجود دارد. دگير مورد استفاده قرار ميها تونلبندي حائل (dry-mix shotcrete)شاتكريت خشك

(wet-mix shotcrete)تر شاتكريت

بصورت خشك با هم مخلوط شده و در هنگام پاشـيدن روي سـطح كـار توسـط شاتكريت خشك اجزاي شـود و بصورت بتني با اسالمپ پايين تهيه مـي شاتكريت تر . شود اضافه مين آبه آب (nozzle) شيپوره

از مـاده . ددر صورتيكه از شاتكريت خشـك اسـتفاده شـو . گردد پمپ شده و پخش مي شيپورهسپس به

-1390

ود مـاده اجـزاي

ش با هـم

-91ترم اول

اسـتفاده شـو15-5و 14-

ب اين دو روش

شـاتكريت تـر5هـاي شكل

مزايا و معايب

شك

تر

113

چنانچـه از شدر ش. ضافه شود

نيز 2-5دول

ه شاتكريت خش

گاه شاتكريت

صفحه

كـرد، لـيكن چاض شيپورهلجددر .است ه

جزاي دستگاه

اجزاي دستگ -

سي

ان اسـتفاده كن بتن در محلشان داده شده

اج - 14-5كل

-15-5شكل

پالس -ل سازي

تـوا خلوط ميهنگام پاشيدنخشك و تر نش

شك

ي از درس تونل

در مخ كننده يربايد ه كننده ير

اه شاتكريت خ .است سه شده

قسمتي

گي زودگي زود

دستگامقايسه

1390-91ترم اول 114صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

طرح اختالط 7-8-2لـيكن تفـاوت هـاي مهمـي در . روش كلي در طرح اختالط براي هر دو نوع خشك و تـر يكسـان اسـت

هر دو روش طرح اختالط بايد معيارهاي زير . جزئيات با هم دارند كه بستگي به روش مورد استفاده دارد :را تامين نمايد

گونه اي باشد كه با حداقل ريخت و پاش بهطرح اختالط بايد -(shootability)پاشش خوب قابليت - 1

.همراه باشدبايد به اندازه كافي مقاوم باشد تا نگهـداري و حائـل -(early strength)وتاه مدت مقاومت اوليه و ك – 2

.ساعت ايجاد نمايد 8تا 4در مقابل زمين در طول كمتر از با در نظر گرفتن مقدار ماده تند گير الزم براي حصـول -(long-term strength)مقاومت دراز مدت – 3

.بدست آيدمشخصي روزه 28يد مقاومت و مقاومت اوليه، باپاشش خوب قابليت .شرايط محيطي بايد حاصل شودمقاومت دراز مدت نسبت به -(durability)دوام – 4 و به حداقل رساندن ريخت و پاش كاهش هزينه مصالح و -economy)(اقتصاد – 5

مقايسه شاتكريت خشك و تر -2-5جدول مخلوط خشك مخلوط تر

.هنگام پخش ريخت و پاش كمتر است .كند گرد و غبار كمتر توليد مي

.كنترل نسبت آب به سيمان عملي استاپراتور نحوه اجراي شاتكريت تر چندان به مهارت

.باشد حساسيت ندارد زيرا تنظيم آب بعهده وي نميذرات و دانه ها را سرعت برخورد مستقيمااپراتور

ب تراكم مخلوط با تنظيم كنترل ميكند و به اين ترتي .شود جريان هوا در دهانه پخش عملي مي

.شود دستگاه به آساني تميز مي .هزينه هاي نگهداري كمتر است

بويژه . انطباق بيشتر با شرايط متغير زمين دارد .شود وقتي كه با آب مواجه مي

وسايل و دستگاههاي مورد نياز در مخلوط مجموعه بيشتري تر بوده و ارزان معموالخشك

.از وسايل در اختيار است و كوچكتر هستندماشين هاي مخلوط خشك

به اين ترتيب قابليت انطباق بيشتر در تونل .هايي كه با محدوديت فضا روبرو هستند دارند

نسبت اختالط باشد مخلوط شاتكريت بطور معمول شامل نسبت هاي زير از مصالح بصورت خشك مي

(Hoek & Brown, 1994):

1390-91ترم اول 115صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

% 20 – 15 سيمان - % 40 – 30 هاي درشت سنگدانه - % 50 – 40 ريز يا ماسه هاي سنگدانه -

در صد قراردارد كه با توجه به شرايط 5/0تا 3/0نسبت آب به سيمان در شاتكريت به روش خشك بين در 6/0تا 4/0يت تر نسبت آب به سيمان بين در شاتكر. گردد شاتكريت تنظيم مي اپراتورمحلي، توسط

.صد است

انتخاب مصالح 3- 7-8 سيمان

كه اين به علـت فراوانـي گيرد ميبطور گسترده در شاتكريت مورد استفاده قرار - Iسيمان پرتلند تيپ .كند آن بوده و عمده مشخصات مورد نياز شاتكريت معمولي را تامين مي

وقتي كه سنگ، آب زيرزمينـي يـا -)شديدا ضد سولفات( Vو تيپ ) نسبتا ضد سولفات( IIسيمان تيپ

سرعت گيـرش و حصـول مقاومـت ايـن دو . اختالط سولفاته باشد مورد نياز استمورد استفاده براي آب .نوع سيمان نسبتا ماليم است

بعلت تركيبات اين سيمان و ريز دانـه بـودن آن مقاومـت فـوري و اوليـه زيـاد ايجـاد – IIIسيمان تيپ

شود كه اين بعلت فراواني اين سيمان و همراه با مواد تند گير استفاده مي Iسيمان تيپ معموال .كند ميبايد توجه كـرد كـه بـين سـيمان و . انعطاف پذيري آن نسبت به تغييرات كوچك در طرح اختالط است

سازگاري وجودداشته باشد، زيرارفتار اوليه و نهايي شاتكريت توسـط مصـالح تشـكيل كننده گير زودماده .گيرد دهنده مخلوط وقتي كه با يكديگر سازگار نباشند تحت تاثير قرار مي

ها سنگدانه

زيـرا ايـن مصـالح بعلـت گردگوشـه بـودن ارجـح اسـت، شكسـته هـاي سنگدانهشن و ماسه طبيعي به مـورد نيـاز بـراي شـاتكريت هـاي سنگدانهاز جهات ديگر، كيفيت . صيات پمپ پذيري بهتري دارندخصو

.مشابه بتن معمولي با كيفيت مرغوب است

. باشد (durable) و بادوام (strong) محكم، (tough) ، سفت(hard) ، سخت(clean)تميز بايد ها سنگدانهبايد عـاري از ها سنگدانه. عبور نمايد) mm075/0( 200از مصالح سنگي از الك شماره % 2نبايد بيش از

مواد سيلتي و دانه هاي نرم يا پوشيده شده از مواد بوده و نيز ميكا و مواد مضر قليايي و آلي نبايـد درآن .تناب كردبايد اج قلياييبا واكنش هاي هاي سنگدانهاز مصرف . يافت شود

-1390

. ز نمايـد كن روال

انتقـال، ي بـودن ح ريـز و

ـه آب و ين حال ا هنگـام

بعنوان 1

-91ترم اول

ت هـا تجـاوزجود دارند، ليك

.ست

هاي خل لولهص و اقتصـاديركيـب مصـالح

يشـتر، نيـاز بـدر عي. هد شد

ـت و پـاش را16-5ز شكل

ريت

كترين قسـمتدر بازار وجشد

متر يا كمتر اس

ن يافتن در داوزن مخصـوصهادي براي تر

مخصـوص بير حاصل خواهمـوده و ريخـ

شود از هاد مي

هاي شاتكر انه

116

نتقال در باريكتواند بپاش ميميليم 19اده

شدن، جريان مـورد نظـر، و

شنهه بندي پي

م بهتـر، وزن خمشي بيشتررا مشكل تر نمرگزيد و پيشنه

سنگدي براي

صفحه

وم قطر لوله اميليمتر را 3

اي مورد استف

قابليت پمپ ن بـه سـطح

حدود دانه 16 .دهد مي

ده شود تـراكمي و مقاومتن شاتكريت ربينابيني را بر

.فاده شود

دي پيشنهادي

سي

بايد از يك سو2هاي تا قطر

گترين دانه هاي

،طرح اختالطچسبيدن بـتن

6-5شكل . رديت را نشان م

نه افزايش دادمت چسبندگينه، پمپ كردن بايد راه حل ب مناسب استف

حدود دانه بند

پالس -ل سازي

دازه دانه ها نبيت كه دانه هه اندازه بزرگ

شاتكريت در طهانه پخش، چش اساسي دارده در شاتكري

لح درشت دان كمتر و مقاوملح درشت دان

بنابراين. دهدتن دانه بندي

ح -16-5شكل

ي از درس تونل

بزرگترين انداههاي شاتكريل اين است كه

ندي مصالح شط با آب در د

نقش ،ول نهاييت جهت استفا

چه درصد مصان كمتر، افت

مصا ش نسبتد افزايش ميشروع در يافت

ش

قسمتي

اصوالدستگامعمول

دانه بناختالطمحصودرشت

چنانچسيمانافزايشپخشنقطه

1390-91ترم اول 117صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

آب

و آب بايـد تميـز . آب مورد استفاده در شاتكريت بايد معيارها و استانداردهاي بتن معمـولي را دارا باشـد بطور كلي آبـي كـه . عاري از مواد غير مجاز و مضر نفتي، چربي ها، نمك ها، مواد قليايي ومواد آلي باشد

.براي نوشيدن مناسب و عاري از بو و طعم خاصي باشد براي مصرف در شاتكريت نيز مناسب است

(accelerators) كننده گير زودمواد وقتي دستيابي سريع به مقاومت اوليه شاتكريت براي ايجاد حائل فوري در مقابل سنگ مورد نياز اسـت،

به منظور بهبود شـرايط پخـش شـاتكريت، كننده گير زوداز مواد . شوند تند گير به مخلوط اضافه مي موادگـردد نيـز جلوگيري از ريخت و پاش و خصوصا وقتي شاتكريت در قسمتهاي فوقاني و در سقف اجرا مي

.شود استفاده مي

گردد، لـيكن معمول در بتن است، گاهي در شاتكريت هم مصرف مي كننده گير زودكلرور كلسيم كه مواد اضـافه كـردن آن بـا . كنـد به اندازه كافي بيشتر مواقع در شرايط سازه هاي زيرزميني سريع عمـل نمـي

كند، ليكن اين عمل به قيمت كـاهش مقاومـت نهـايي و دوام سرعت گيرش زيادي ايجاد مي% 5نسبت .شود استفاده از كلرور كلسيم توصيه نميشود بنابراين بتن تمام مي

بـه است و ايـن مـواد مخصوص براي استفاده در شاتكريت به بازار عرضه شده كننده گير زودتعدادي مواد

كننـده گير زوداين مواد . كنند مورد استفاده در بتن عمل مي كننده گير زودمراتب سريع تر از مواد معمول كربنات سديم، آلومينـات سـديم و هيدروكسيدكلسـيم . شاملالل در آب قابل انحنمكهاي حاوي معموال

از يك توليد كننده بـه توليـد كننـده ديگـر كننده گير زودنسبت اختالط اين مواد و ساير مواد .باشند ميمتفاوت است و براي ساختن مخلوط آزمايشي بعنوان شروع كـار بايـد از مقـررات و دسـتور العملـي كـه

هم بصورت مايع و هم بصورت پودر به بـازار عرضـه كننده گير زودمواد . دهد استفاده كرد يسازنده ارائه م .استفاده از آنها بعمل آوردآنها، بايد دقت كافي در جابجايي و اشتعالشوند، و بخاطر خطر مي

براي بتن پاشي قسمت هاي باال دست و در سقف هـا و ديـواره هـا يعنـي قسـمت هـايي كـه ضـخامت دربتن ريزي كف تونلهـا و .شود استفاده ميكننده گير زوديت قابل مالحظه است بطورمعمول ازمواد شاتكر

در قسمت هايي كه ضخامت شاتكريت يا بتن كم است و بتن ريـزي روي سـنگ خشـك و تميـز انجـام است، نيازي بـه اسـتفاده از مـواد بتن ريزي شده يت روي سطحي انجام ميشود كه قبالشود يا شاتكر ميدر پاره اي موارد كه مقاومت دراز مدت شاتكريت در محيطي نامساعد مطرح بوده و .نيست كننده گير زود

كه اليه هاي نهـايي شـاتكريت بـدون اسـتفاده از مـواد الزم باشد از اهميت برخوردار است، ممكن است .اجرا شوند كننده گير زود

1390-91ترم اول 118صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

مشخصات فني شاتكريت 4- 8- 7از مشخصات فني ومهندسي بر رفتار شاتكريت در مواردي كه بعنوان حائل در سازه هاي برخي

اين مشخصات عبارتند از مقاومت فشاري، مقاومت . گذارند شود تاثير مي زيرزميني استفاده ميوقتي از شاتكريت بعنوان حائل در . چسبندگي، مقاومت خمشي، مقاومت كششي و مدول االستيسيته

. شود، دستيابي به مقاومت سريع فشاري در طول زمان ضروري است ف استفاده ميضعيهاي سنگ .آمده است 3-5جدول با زمان درمقاومت فشاري شاتكريت اي از تغييرات نمونه

(Hoek & Brown, 1994) با زمانمقاومت فشاري شاتكريت اي از تغييرات نمونه -3-5جدول

روزه 28 روزه 1 ساعت 8-3 ساعت 1-3 شاتكريت بدون مواد

MPa 2/0 MPa 2/5 MPa 4/41 صفر كننده گير زود

%3شاتكريت با MPa 69/0 MPa 2/5 MPa 3/10 MPa 5/34 كننده گير زودمواد

مدول االستيسيته شاتكريت به ميزان خيلي زياد وابسته به مقاومت فشاري است و با گذشت زمان

.مقاومت فشاري داردهماهنگ با تقريبا روندي افزايشي

پاشيدن شاتكريتسازي سطح و آماده 5- 7-8و نيز نحوه بستگي به مصالح استفاده شده در شاتكريت و به طرح اختالط پاشيده شده كيفيت شاتكريت

در آماده سازي سـطح كـار، كنتـرل سـرعت بـتن اپراتور شاتكريتبويژه مهارت . دارد شاتكريتپاشيدن نسبت آب به سـيمان تـاثير مهـم و صورت استفاده از شاتكريت خشك كنترل پاشي و ضخامت آن، و در

.اساسي در كيفيت نهايي كار دارد

سـطح (scaling)گيـري لق. آماده سازي سطحي كه بايد شاتكريت شود از قسمت هاي اساسي كار استم سازي ايمني مجريان شاتكريت ونيز كاهش احتمال طبله كردن بتن بعلت پاشـيدن آن كار از نظر فراه

. روشن است كه اگر سنگ خيلـي ضـعيف باشـد . در قسمت هاي سست، از اهميت زيادي برخوردار استموجبـات اجـرا شـود تـا بالفاصله بعد از حفـاري بتن پاشي بايد ممكن است امكانپذير نباشد وگيري لق

در اينگونه موارد اليه ديگري از شاتكريت كه بـا تـوري جـوش شـده مسـلح .نل را فراهم آوردپايداري تو .باعث تكميل عمل پايدارسازي بشودگردد ممكن است مورد نياز باشد تا مي

1390-91ترم اول 119صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

سطح كاري كه قرار است شاتكريت شود بايد عاري از هر گونه مواد خارجي يا مواد لق چسبيده به سطح گردو غبـار حاصـل از آتشـكاري و خـاك و مـواد نـرم . و چسبندگي كامل بدست آيدباشد تا يكپارچگي

حاصل از درزها بايد بوسيله آب از سطح شسته شود و اين امر به راحتي با استفاده از شـلينگ آب تحـت توان با دستگاه بتن پاش كه با فشـار معمـول بـراي بـتن پاشـي آب پاشي سطح را مي. فشار عملي است

)MPa 4/0 – 3/0 (آب را بايد به اندازه كافي در دستگاه وارد نمود تـا كليـه . تنظيم شده باشد، انجام داد .فاصله يك تا دو متري از سينه كار قرار گيرد دربايد حدودا شيپوره . مواد زائد ولق جدا شوند

يسـت و به آساني از طريق جت آب عملـي ن (slickensided)آماده سازي سطوح خيلي صاف و آيينه اي

بـراي . براي زبر كردن و بهبود سطح كار الزم خواهـد بـود (sandblasting)گاهي استفاده از ماسه پاشي بتن پاشـي بـا شيپورهبا اين تفاوت كه . شود ماسه پاشي از دستگاه معمول شاتكريت خشك استفاده مي

صـرف وقـت و تـامين از آنجائيكـه ايـن عمليـات از لحـاظ . گردد مناسب ماسه پاشي تعويض مي شيپورهشود، صرفا بايد در شرايط خاص و پس از اينكـه جـت آب مـوثر واقـع نشـد مـورد مصالح گران تمام مي

.استفاده قرار گيرد

آب يزهكشـ يرا برا يداتيد تمهيداشته باشد، با يآبدار مشخص يها كه سطح مورد اجرا درزه يدر مواردت يدر شـاتكر يكيلوله پالسـت ين منظور، معموالً تعداديبد. ت اجراشده به كار بستيه شاتكرياز درون ال

). 17-5ل شك. ( ق آنها خارج شوديگذارند تا آب از طر يكار م

-1390

ت يـاتكر ن اجـرا،

تـوان مي و پـاش و پـاش

(H

ظر

-91ترم اول

آب يش

شـ ي از اجـرا در ضـمن. مود

.شود ت مي

تن پاشي را مريخـت قـدار ريخـت يـزان .ي دارد

Hoek & Bro

طح كار در نظ

زهكش يت براي

نباشـد، قبـلنصب نمد اجرا

ه بيرون هدايت

شد، عمليات بتمق. متر اسـت مي .صله است

ق نيز بستگي

(own, 1994ت

عمود بر سط ره

120

يدر شاتكر يك

نب يط مشخصبه سطح موردر كنار تونل به

شو آماده ميزر حدودا يكت تاثير اين فا

نسبت به افق ه

اش شاتكريت

شيپورآيد كه .است ه شده

صفحه

كيپالست ي ها

محدود به نقاط(p ب توان مي رااز طريق نهرو

تم شود كامالو سطح كار ره

د، شديدا تحتشيپورهه زاويه

بر ريخت وپا ه

آ ي بدست مينيز نشان داد

سي

گذاشتن لوله

م ،ح مورد اجراporous fibr

شده و يهكش

ست شاتكريترشيپوب بين

شود شاهده ميشود به ده مي

شيپوره زاويه

اتكريت موقعي18-5 شكل

پالس -ل سازي

كار گ - 5-17

ج آب از سطح(re mat يخل

ر زهين حصي ا

ي كه قرار اسبهينه و مناسب

مش 18-5 كلديد 19-5 كل

و ثر فاصلها -

خت و پاش شاين مطلب در

ي از درس تونل

شكل

كه خروج ورتيمتخلخ يافير ال

افيق الي طر

يينكه سطحز افاصله ب. كرد

طور كه در شكونه كه در شك

-18-5شكل

ين ميزان ريخاي. شده باشد

قسمتي

در صو

ريحصآب از

پس ازشروعهمانطهمانگو

كمتريگرفته

-1390

ت انجـام بـتن كـه

انجـام 2. شـود ـي

سـيم هـا . ميباشد

ت آميـز تشـكيل

-91ترم اول

عمـل درسـتاسـت ك شـده

20-5ق شـكل ظـر گرفتـه مـ

(Hoek &

ه در پشـت سبه سطح كار شود، موفقيـت

از ت سـيم هـا

ريت

اگر ايـن. يدتوصـيه. شـد

شانند مطـابقمتر در نظ نتي

& Brown,

قت كـرد كـهشيپورهكردن

ي استفاده ميتن به پشـت

121

پاشيدن شاتكر

ص بحركت درآجام نخواهد ش

پوش ويهم را ميسان 20ض آنها

(1994 ريت

شود، بايد دق ير نزديك تر كراي بتن پاشي

بت نراند اب كار

صفحه

حوه صحيح پ

مسير مشخصمت يكسان انج شكلي كه رو

متر و عرض تي .د

اجراي شاتكرر

شده انجام ميلبه بر اين كار

بر )ربات(كاركاين . ر است

سي

نح - 19-5كل

تن پاش در مخت و با ضخامه اي يا بيضي

سانت 50عموالشود تخاب مي

در شيپورهت

هاي جوش ش روش براي غل دستگاه خودكت به سطح كا

پالس -ل سازي

شك

بت شيپورهبايدصورت يكنواخلقه هاي دايرههاي بيضي معم

متر انت سانتي

حركتصحيح

ي روي تورييك. ل نگردد

وقتي از صوصانسبت شيپوره

.كند ي

ي از درس تونل

بتن پاشي، ب بتن پاشي بص

در امتداد حلق ه طول حلقه .

10 دو حلقه

نحوه - 5-20

ميكه بتن پاشي خالي تشكيل ديگر كه خص

شتغيير زاويه جلوگيري مي

قسمتي

هنگامنشود،يپاش

.پذيردفاصله

شكل

هنگاميحفرهروش،استحباب

1390-91ترم اول 122صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

ضخامت اليه شاتكريت عموما توسط حجم مصالح مصرف شده و با اضافه كردن ضريب مربوط به ريخـت

شود، تقريبا غيـر ممكـن وقتي كه بتن پاشي روي سطوح خيلي نامنظم انجام مي. ددگر و پاش تعيين مياست كه به يك ضخامت يكنواخت دست يافت و ممكن است الزم باشد شاتكريت بيشتري از آنچه طـرح

وقتـي كـه تـور . اسـت و محاسبه شده مصرف كرد تا مطمئن گرديد كه تمام سطح سنگ پوشـيده شـده توان از آن بعنوان شـاخص و وسـيله انـدازه گيـري مي شود سنگ اضافه مي جوش شده به سطح سيمي

.ضخامت شاتكريت استفاده كرد

توان انتهاي ميله هـاي راكبولـت را است مي از راكبولت در سيستم حائل سازه استفاده شده همچنين اگر .شاتكريت استفاده كردروي سطح كارباقي گذاشت تا از آنها به عنوان شاخص اندازه گيري ضخامت

كنند كه بايد ميخ هاي كوتاه فوالدي با طول مورد نياز در فواصـل مختلـف مي پيشنهاداز طراحان برخيايـن كـار در عمـل، بعلـت . به سطح سنگ متصل گردد تا توسط آنها ضخامت شاتكريت را اندازه گرفـت

.شود ، بندرت انجام ميگراني اجراي آن و نيز خطرات نصب ميخ ها قبل از اجراي شاتكريت (fibre reinforced shotcrete)الياف شاتكريت مسلح شده با 6- 7-8

هاي زيـاد و متعـدد يكي از معايب شاتكريت معمولي مقاومت كششي پايين آن است و لذا مشاهده تركقـرار . در شاتكريت در اثر حركت توده سنگ پس از گرفتن شاتكريت غير معمول و دور از انتظـار نيسـت

تواند براين مسئله غلبـه نمايـد، بحث شد، ميقبال كه دادن تور سيمي جوش شده در شاتكريت همانطور فكر استفاده از رشـته هـاي فـوالدي . شود ليكن نصب تور سيمي وقت گير است و بنابراين گران تمام مي

كه مستقيما با شاتكريت مخلوط شده و اجرا شود، توجه زيادي را به خود جلب نموده و تحقيقات زيادي .است شده گذشته انجامسالهاي در اين زمينه طي

ميليمتر و 25/0ميليمتر و قطر 25فوالدي بطول الياف در بيشتر تحقيقات و كارهاي آزمايشگاهي اخير،

دهـد كـه بررسي ها نشـان مـي . اضافه گرديده استها سنگدانهدرصد وزني به سيمان و 6تا 3با نسبت بيش از اين درصد، آميختن آن با شـاتكريت و پاشـيدن شـاتكريت را بـا مشـكل روبـرو الياف استفاده از

. است گزارش شده% 60و ريخت و پاش بتن تا اليافاشكاالت ناشي از در هم پيچيده شدن . سازد مي

% 15، اتـالف آنهـا را تـا حـدود شـيپوره با بتن در دهانه كردن اليافدهد كه مخلوط تحقيقات نشان ميمقاومـت در يك تحقيـق . كند را نيز كم مي اليافداده و مشكالت مربوط به در هم پيچيده شدن كاهش

در مقايسه با شاتكريت غير مسـلح بـا بدست آمد كه Mpa 8فوالدي الياف روزه شاتكريت مسلح با 28 .(Sandell, 1978) قابل مالحظه است MPa 5-2مقاومت

-1390

د تغييـر و تابيده ل نمونـه

شده و يـا ره مـورد در فشار

91ترم اول

ن يـا بـا ايجـادپيچ، موج دار

عنـوان مثـال :ر است

كنده كاري ش حلقه و گيـر

(toughn بتن

دن سـطح آنف، آجدار، مارپاي مهاري بهمل موارد زير

وچك، سطح كل بسته نظير

(nessت ق طا . ت

123

را با زبر نمـودفرم هاي صافا ديگر شكلها

كه شا ه است

اس بسيار كووالدي با اشكالش قابل توجهتر نرفته است

صفحه

توان الياف ر يتواند به ف مي

ي، دكمه اي ياشان داده شده

ندگي در مقياي از الياف فو

نجر به افزايشه تحقيق جلو

سي

مالت مياف وبنابراين الياف

اي هر شكل، پنش 21-5شكل

)ل ديگر

)ديگر

افزايش چسبنن انواع ديگري

كه من) 5-22اخير از مرحله

پالس -ل سازي

ندگي بين الياب. صالح نمود

انتهاي قالب فوالدي در ش

تخت يا اشكال و كنده شده

ي اي مه

ب دارت يا اشكال د

)جديد(شده

ف، به منظور اهمچنين. شود

شكل( استكاربرد الياف ا

ي از درس تونل

فزايش چسبناي مكانيكي اباشد همراه با

تداول اليافم

گرد، ت( صاف ح زبر، آجدار واي با انتهاي پرهبا انتهاي دكمبا انتهاي قالب

گرد، تخت( دار ضلعي تابيده ش

خي انواع اليافمي سما اندود

ده قرار گرفتهست اگر چه ك

قسمتي

براي اشكلهاشده بهاي م

سطح

سطح گرد ب گرد ب گرد ب موج

ض چند

در برخبا پالساستفادشده اس

1390-91ترم اول 124صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

(Naaman, 2003) انواع الياف فوالدي متداول در بتن و شاتكريت - 21-5شكل

الياف با شكل حلقه بسته - 22-5شكل

23-5در شـكل . اسـت نمونه طرح اختالط شاتكريت مسـلح شـده بـا اليـاف آورده شـده 4-5در جدول

شاتكريت مسلح شده با تـوري فلـزي و شـاتكريت مسـلح ، )غير مسلح( ظرفيت انتقال بار شاتكريت ساده .اند شده با الياف فوالدي با هم مقايسه شده

(Hoek et al., 1995)نمونه طرح اختالط شاتكريت مسلح شده با الياف -4-5جدول مخلوط تر مخلوط خشك kg/m3 درصد وزني kg/m3 درصد وزني

18,1 420 19,0 420 سيمان 1,7 40 2,2 50 دوده سيليس

68,9 1600 75,5 1670 سنگدانه 2,6 60 2,7 60 الياف فوالدي

0,6 13 0,6 13 كننده گير زود 0,3 ليتر 6 - - روان كننده 0,1 ليتر 2 - - كاهنده آب در صورت لزوم - - مواد هوازا

7,7 180 شود در شيپوره كنترل مي آب 100 2321 100 2213 مجموع

-1390

91ترم اول

ا توري فلزي

مسلح شده با

125

شاتكريتده،(Vand

صفحه

شاتكريت سادdewalle, 19

سي

تقال بار بين ش(96 فوالدي

پالس -ل سازي

سه ظرفيت انت شده با الياف

ي از درس تونل

مقايس - 5-23 تكريت مسلح

قسمتي

شكل

و شات

1390-91ترم اول 126صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

بتني هتونل با قطعات پيش ساختنگهداري 7-9

كليات و تاريخچه 7-9-1سـطح تونـل را آمـده و يك حلقة كامـل بوجـود بتني قطعات پيش ساختهاتصال با در پوشش قطعاتي،

گيـرد و پـس از قـرار مـي خـود در محل مخصوصي بازوي مكانيكي هبوسيلبتني قطعات .كند پوشش ميشود تـا فضـاي بـين سـطح خـارجي تكميل يك حلقه در پشت آنها مالت شل سيمان و ماسه تزريق مي

اين تزريق عالوه بر افـزايش اسـتحكام سيسـتم نگهـداري و . قطعات و ديواره هاي تونل به خوبي پر شود . ايدنم آنرا در برابر آب نفوذ ناپذير مينيز يكپارچه كردن آن تا حدودي

در اين سال روش مزبور توسط يك پيمانكار انگليسـي . گردد مي بر 1903 استفاده از قطعات بتني به سال

ايـن قطعـات بـرخالف قطعـات .بكـار بـرده شـد واقع در اسكاتلند Glasgowدر تونلي در ابداع گرديد و .شوند داراي ميلگرد در داخل قطعات نبود امروزي كه معموال از بتن مسلح ساخته مي

متر بـا 9/2چندين تونل به قطر تا 1911سال گسترش بيشتري يافت و در ااستفاده از قطعات بتني بعدكمبود مواد اوليه براي تهية قطعات انگيزه اصلي گسترش كاربرد قطعات بتني، .استفاده از آن ساخته شد

براي گسترش خط مركزي متروي لنـدن بـه سـمت 1937در سال .چدني قبل از جنگ دوم جهاني بوداين قطعـات بطـور مسـلح توليـد . شد بكار رفت قطعات بتني كه مشابه با قطعات چدني ساخته مي رقش

:مزايا و معايبي داشت از جملهعات مشابه چدني شد و نسبت به قط مي

.هزينه پوشش مشابه چدني بود% 60هزينه ساخت پوشش قطعاتي بتني حدود .تن بود 6/1تن و كمتر از وزن پوشش چدني بوزن 4/1وزن قطعات بتني

.شد دقيقه وقت صرف مي 20براي نصب يك رينگ پوشش قطعاتي بتني همانند پوشش چدني حدود .ت بتني در مقايسه با قطعات چدني مقاومت كمتري در مقابل بارهاي ناشي از حمل و نقل دارندقطعا

سبب شد كه در اكثر موارد قطعات پيش ساخته بتني بعنـوان جـايگزين مناسـبي قطعات بتني امتيازات

. چدني شناخته شودبراي قطعات

1390-91ترم اول 127صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

مشخصات پوشش 7-9-2تعداد قطعات و اندازه آنهـا بايـد بسـته بـه . شود از پنج تا هفت قطعه تشكيل مي معموال يك حلقة كامل

:از جمله عواملي كه در تعداد قطعات موثرند عبارتند از. هاي خاص هر پروژه انتخاب شود ويژگي

قطر تونل نقلحداكثر ابعاد مجاز قطعات براي حمل و

توانايي دستگاه نصب قطعات .هاي رانش و نحوه توزيع آنها در محدوده حلقه تعداد جك

اتصاالت قطعات بتني 7-9-3. گيـرد پنج نوع اصلي اتصال وجود دارد كه در ساخت پوشش قطعاتي بين قطعات مورد استفاده قرار مـي

.(Whittaker and Firth, 1990)نشان داده شده است 24-5انواع اين اتصاالت در شكل

گيرند اگـر در مجـاورت در مواردي كه قطعات بتني بعنوان سيستم نگهداري اوليه مورد استفاده قرار ميهرگاه تونـل در زمينهـاي . اي از طرف زمين به آن وارد خواهد شد نصب شوند بار قابل مالحظهسينه كار

در داخـل الفاصله در پشـت سـپر و يـا بنرم و به كمك سپر حفر شود در اين صورت نصب قطعات بتني در چنـين . شـود واقـع مـي بـار زيـادي گيرد و بنا بر اين تحت تـاثير انجام ميدر نزديكي سينه كار سپر

خمـش در اثر لنگر خمشي ناشي از بتني مقابله با تنشهاي كششي پوشش مواردي مشكل اصلي طراحي زيرا وقتي كـه . استپيچ نشده راه حل مناسبي با قطعاتپوشش در اين موارد استفاده از .باشدميپوشش

اين نوع پوشش تحت خمش قرار گيرد در اثـر چـرخش قطعـات در محـل اتصـاالت لنگرهـاي خمشـي امكان چرخش آنها در محل اتصـال ايجاد نصب صحيح قطعات و بعالوه، .شود بر قطعات وارد ميكمتري

ايجاد اگر امكان چرخش قطعات نباشد امكان . يرداست كه بايد مد نظر قرار گ يقطعات بهم از جمله نكات .ممكن است باعث ايجاد ترك شودنها وجود دارد كه آتنشهاي خمشي ثانويه در

.است دو تصوير مربط به سگمنت بتني نشان داده شده 26-5و 25-5در شكل

91ترم اول 1390-

ش قطعاتي

128

تفاده در پوشش

صفحه

الت مورد است

سي

انواع اتصا - 24

پالس -ل سازي

4-5شكل

قسمتيي از درس تونل

1390-91ترم اول 129صفحه پالسي -قسمتي از درس تونل سازي

)مربوط به مترو اصفهان(نمونه قالب و آرماتوربندي سگمنت بتني - 25-5شكل

جابجايي سگمنت بتني در كارخانه -26-5شكل