مقالات
در حال خواندن
روش های حفر تونل
2

روش های حفر تونل

توسط میلاد سکاکی۲۲ شهریور, ۱۳۹۶

تونل‌ها برای دسترسی راه و یا راه آهن به صورت یک طرفه و یا دو طرفه و گاهی اوقات به صورت دو طبقه طراحی می‌شوند. تونل‌ها بر اساس مشخصات هندسی در انواع مختلفی ساخته می‌شوند.تونل یک راهروی لوله مانند زیرزمینی یا دور پوشیده برای گذر از موانعی چون کوه، دریا، رودخانه یا جاده است. تونل گاه برای حفاظت در برابر ریزش کوه یا آلودگی صوتی نیز ساخته میشود.

تاریخچه

پیشینه حفر تونل در کشور به احداث قنوات برای دستیابی به آبهای زیرزمینی و به بیش از ۳۰۰۰ سال پیش میرسد.  حفر قنات هایی به طول ده ها کیلومتر در عمق تا چند صد متر، نشان از توانایی و تبحر ایرانیان قدیم در تونل سازی دارد.  در حال حاضر نیز با پیشرفت فناوری و افزایش نیروهای متخصص و مجرب، انواع تونلهای شبکه حمل و نقلی، صنعتی، معدنی و. . .  به روشهای گوناگون در کشور ساخته میشوند.

از آنجاکه احداث تونلها معمولاً بر عناصر طبیعی پیرامون مانند خاک و سنگ تاثیرمی گذارد، توجهی ویژه درمورد کاهش اثرات مخرب آن ضروری است، چراکه این امر سبب ازبین رفتن تعادل طبیعی این عناصر می شود.  به همین علت است که هدف اصلی در انواع روش های حفاری به حداقل رساندن تغییرات زمین در زمان حفاری است.

تونل‌ها بر اساس مشخصات هندسی در انواع مختلفی ساخته می‌شوند:

بر اساس شکل مقطع تونل: که می‌تواند به شکل‌های مختلفی طراحی شود مثل نعل اسبی، طاقی، مستطیلی و یا دایره ای که با استفاده ازدال‌های بتنی مسیر عبور تسطیح می‌شود.

اندازه مقطع تونل: عرض تونل معمولا هم عرض مسیر طرح است که در دو طرف آن شانه راه نیز در نظر گرفته می‌شود، شانه‌ها یک پله بالاتر ازشانه‌های راه طرح اختلاف ارتفاع دارند، ولی تردد عابرین پیاده در تونل‌های بین شهری ممنوع می‌باشد، و این شانه‌ها برای شرایط ویژه طراحی می‌شوند، حد اقل ارتفاع مجاز ذکر شده برای ارتفاع تونل در آیین نامه هم ۵.۲ متر می‌باشد.

شیب تونل: طبق پیشنهاد آیین نامه راه، شیب کمی برای تونل‌ها پیشنهاد می‌شود. برای مسیر‌های بیشتر از ۵۰۰ متر شیب ۱.۵ و برای مسیر‌های کوتاه تر از ۵۰۰ تا شیب ۴ درصد مجاز است.

سربالایی تونل باعث پایین آمدن سرعت ماشین‌های سنگین و ایجاد ترافیک سنگین و افزایش آلودگی هوا و مسائل مربوط به تهویه می‌شود.

از طرفی سرازیری تونل باعث افزایش سرعت وسایل نقلیه و افزایش امکان حوادث رانندگی می‌شود. به همین دلیل همیشه سعی می‌شود تونل‌هایی با شیب کم طراحی شوند.

برای شیب تونل‌های راه آهن طبق آیین نامه، شیب تونل نباید از ۷۵ درصد شیب حداکثر خارج از تونل زیادتر باشد، و این شیب‌ها باید حدود ۹۰۰ متر قبل از تونل و ۳۰۰ متر بعد از آن ادامه یابد.

طبق آیین نامه راه برای تعیین و طراحی فاصله دید در نظر داشتن چند نکته لازم است:

  1. دود وسایل نقلیه باعث کاهش دید می‌شود.
  2. کاهش قدرت ترمز به علت چرب تر بودن مسیر.
  3. شعاع طرح باید بیشتر از ۵۰۰ متر باشد و علت آن دشوار بودن اجرای شعاع کم تر با تکنیک‌های استفاده شده در دستگاه‌های حفاری است.

و لذا طبق آیین نامه راه حد اقل فاصله دید توقف در تونل برای بزرگراه‌ها ۱۲۰ متر و برای راه‌های اصلی ۸۰ متر می‌باشد.

روش های حفر تونل

  • روش نوین اتریشی
  • روش انفجار در حفر تونل
  • حفاری کل مقطع تونل توسط دستگاه TBM
  • حفاری‌های موضعی با استفاده از دستگاه کله گاوی
  • استفاده از چکش‌های هیدرولیکی قوی

روش انفجار

امروزه بواسطه خرج گذاری مکانیکی و مقدار دقیق خرج که داخل لوله‌های پلاستیکی قرار می‌گیرد می‌توان انفجار با دقت بالا انجام داد، در این روش رعایت دو مسئله حائز اهمیت است:

  • باید توجه داشت که حفاری باندازه نیاز باشد چون هزینه خارج کردن سنگ زیاد است و بعدا باید محل برداشت اضافی را با سیمان پر کرد.
  • باید دقت کرد که توده سنگ حین انفجار آسیب نبیند چون سبب وارد شدن بار اضافی به پوشش تونل می‌شود، البته ریزش و آسیب دیدن سنگ‌های مجاور تا حدی به بافت سنگ‌ها نیز ارتباط دارد.

سرعت پیشروی در این روش اگر مدیریت خوبی صورت پذیرد تا ۷۰ متر در هفته تخمین می‌شود، اما به دلیل فعالیت تعداد زیاد نیروی انسانی و نتیجتا بالا رفتن هزینه‌ها و همچنین آسیب رساندن به توده‌ها سنگی اطراف تونل روش‌های مکانیزه به روش انفجار ترجیح داده می‌شوند.

روش‌های مکانیزه در حفر تونل

حفاری کل مقطع تونل توسط دستگاه TBM

این دستگاه‌های فوق العاده مزیت های بی شماری دارند از جمله سرعت پیشروی بالا و غیر منقطعکه نیاز بسیار کمی به پایدار سازی دارد و این امر امنیت بیشتری برای کارگران فراهم می‌آورد، و آسیب کمتری به سنگ‌های پیرامونی وارد می‌کند، مخصوصا در تونل‌های طویل بسیار اقتصادی بوده، اما در کنار این موارد معایبی هم دارد مثل حفاری فقط بصورت مقطع دایره ای شکل و انعطاف پذیری بسیار محدود و اینکه دستگاه در جبهه کار استقرار می‌گیرد، و هزینه سرمایه گذاری آن نیز بالا می‌باشد.

حفاری‌های موضعی با استفاده از دستگاه کله گاوی

این دستگاه پر کاربردترین دستگاه حفاری بعد از TBM می‌باشد، انعطاف پذیری عملیاتی بالا و قابلیت حفر مقاطع مختلف تونل با انعطاف پذیری زیاد از مزایای این دستگاه می‌باشد، باید این نکته را یاد کرد که با افزایش قدرت برش هزینه‌های مترتب بر استهلاک سر مته ناشی از اصطکاک و دمای بالا افزایش می‌یابد، و برای افزایش عمر سرمتها و حفظ قدرت برش باید از دستگاه‌های سنگین تر کله گاوی استفاده کرد که موجب کاهش انعطاف پذیری و در نتیجه افزایش هزینه‌ها می‌شود.

ستفاده از چکش‌های هیدرولیکی قوی

ابتدا این چکش‌ها دستی با هوای فشرده در راهسازی برای خرد کردن بتن و بعدا برای خرد کردن سنگ در معدن بکار گرفته می‌شد، اما امروز کاربرد وسیعی در تونل سازی دارند. این روش حفاری تونل مزایی زیادی دارد از جمله این که سنگ‌های خورد شده را همزمان با حفاری به وسیله نوار نقاله می‌توان خارج کرد، زیرا قطعات سنگ بزرگ خرد شده را دوباره می‌توان خردتر کرد. در این روش دیگر خبری از آتشباری جبهه تونل روش انفجاری نیز نیست و آسیب کمتری متوجه سنگ‌های محیط تونل می‌باشد. این روش حفاری در سنگ‌های لایه بندی شده یا سنگ‌ها محکم درز دار با سرعت بالای پیشروی که به ۶ متر در شیفت ۱۲ ساعته حفاری می‌رسد بسیار مقرون به صرفه می‌باشد.

روش نوین اتریشی

روش نوین تونلسازی اتریشی به عبارتی NATM از روشهای بسیار متداول در احداث تونل است که بین سال های ۱۹۵۷ و ۱۹۶۵ در اتریش پایه گذاری شد.  اساس این روش استفاده بهینه از تنش های ژئوتکنیکی خاک یا سنگ های پیرامونی برای پایداری تونل است.  درواقع اساس این روش بر اتصال پوسته محافظ به بخشی از خاک است که دیگر تغییر شکل ندارد.  به عبارت دیگر استفاده از مقاومت خود خاک برای پایدارسازی تونل.  درحال حاضر برای ساخت تونلهای مترو از این روش به شکل زیر استفاده میشود:

  1. حفاری مقطع فوقانی تونل
  2. حفاظت موقت مقطع فوقانی با نصب فریم و شاتکریت
  3. حفاری مقاطع تحتانی تونل
  4. حفاظت موقت مقطع تحتانی، با نصب فریم و شاتکریت
  5.  (اجرای رادیه کف) بتن ریزی فونداسیون
  6. (اجرای دیواره و تاج تونل) نصب قالب و بتن ریزی سازه اصلی دیواره و تاج

 

واکنش شما چیست؟
I like it
78%
interested
22%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
میلاد سکاکی

دانشجوی مهندسی مکانیک

  • محمدمهدی
    ۱۰ مهر, ۱۳۹۶ در ۲۰:۵۳

    خیلی مطلب عالیبود.فقط یک سوال واون اینکه سرعت پیش روی دستگاهTBMچقدر است؟

    ۰

    ۰
    • میلاد سکاکی
      ۱۳ مهر, ۱۳۹۶ در ۱۹:۰۳

      محاسبات انجام گرفته سرعت نفوذ متوسط ۴.۷ متر بر ساعت و سرعت پیشروی متوسط ۲۰ متر در روز را برای دستگاه نشان داده است.بیشترین سرعت نفوذ ۵.۰۴ متر بر ساعت در لایه های متورق ژوراسیک و کمترین سرعت نفوذ ۳.۷۲ متر بر ساعت مربوط به نواحی کوارتزیتی پیش بینی شده است. همچنین بیشترین سرعت پیشروی روزانه حدود ۲۲.۷ متر در روز مربوط به واحدهای متورق ژوراسیک و کمترین سرعت پیشروی، حدود ۱۱.۵ متر در روز در نواحی خرد شده اطراف گسل ها پیش بینی شده است.

      ۱

      ۰

پاسخ بدهید