مقدمه

برای حفر تونل های مختلف، روش های حفاری متعـددی وجـود دارد. یکـی از ایـن روشهای حفاری تونل، روش حفاری مکانیزه است. ماشین های حفر تمام مقطع تونـل (TBM) جزء ماشین های حفاری مکانیزه محسوب مـی شـوند. اسـتفاده ازTBM هـا مزیـت هـایزیادی از جمله سـرعت بـالای حفـاری را بـه دنبـال دارد. دسـتگاه هـایTBM  در انـواعمختلف ساخته می شوند که هر یـک از آنهـا بـرای حفـاری در شـرایط خاصـی از زمـینمناسب هستند. همچنین با توجه به تنوع زمین هایی که حفاری می شوند، دستگاه باید بـهسیستم های مختلفی از جمله ابزار برشی مناسـب و سیسـتم تخلیـه خـرده هـای حفـاریشده، مجهز شود.

بعد از اینکه از بین روشهای مختلف تونل زنی، استفاده از TBM مورد تایید قرار گرفـت،برای تعیین نوع TBM باید یکسری کارهای اکتشافی در محدوده عبور تونل انجـام شـودو اطلاعات کاملی از نوع سنگ و یا خاک، مقاومت فشاری سـازنده هـا، محتـوای سـیلیس،نفوذ پذیری سازند، امکان هجوم آب، وجود یا عدم وجود آب های اسیدی و… بدست آیـد .

هر گونه نقصی در جمع آوری اطلاعات می تواند منجر به انتخاب TBM نامناسـب شـود.

در صورت انتخاب TBM نامناسب علاوه بر وارد شدن خسارات مالی فراوان به پـروژه،شاهد سرعت پیشروی کم و تعطیل شدن مکرر عملیات حفاری به علت مواجـه بـا عوامـلپیش بینی نشده، خواهیم بود.

با توجه به مطالب گفته شده می توان با قاطعیت گفت که رسیدن به سرعت های پیشـرویبالا، فقط در صورتی امکان پذیر است که ما اطلاعات دقیقی از وضـعیت پـیش روی تونـلدر عملیات حفاری داشته باشیم.

اجزا، انواع ، مراحل انتخاب و رابطه بین مطالعات اکتشافی و بهروری TBM و معرفیTBMمناسب جهت حفر تونل در یک سازند مشخص (همراه مطالعه موردی)

اجزا، انواع ، مراحل انتخاب و رابطه بین مطالعات اکتشافی و بهروری TBM و معرفیTBMمناسب جهت حفر تونل در یک سازند مشخص (همراه مطالعه موردی)

 فهرست مطالب

 چکیده……………………………………………………………………………………………………………1

مقدمه  ………………………………………………………………………………………………………..  2

فصل اول:کلیات

1-1-  هدف  …………………………………………………………………………………………………  5

1-2-  پیشینه تحقیق ……………………………………………………………………………………..  6

1-3- روش کار وتحقیق………………………………………………………………………………………..7

 فصل دوم:اجزای TBM ها 

 2-اجزای اصلی انواعTBM ها …………………………………………………………………………………  9 

2-1-  بدنه ……………………………………………………………………………………………………  9

2-2-  صفحه حفاری  ………………………………………………………………………………………. 10

2-3-  ابزار برش …………………………………………………………………………………………….. 11

2-4- دیوار گیر ها یا کفشکها …………………………………………………………………………….  14

2-5- جک های رانش صفحه حفار  ……………………………………………………………………..  15

2-6- سیستم بارگیری و تخلیه مواد حفر شده  ……………………………………………………..  15

2-7-  سیستم نگهداری وجلوگیری از ریزش …………………………………………………………..18

فصل سوم:انواعTBMها 

 تقسیم بندی انواع TBMها …………………………………………………………………………………. 20 

تقسیم بندی بر اساس نوع سپر ………………………………………………………………………….. 21

3-1- 1- ماشین های حفر تونل از نوع باز  ………………………………………………………………… 21

3-1- 2- ماشین های حفر تونل تک سپره  ………………………………………………………………… 23

3- ماشین های حفر تونل دو سپره یا تلسکوپی …………………………………………………………… 25

تقسیم بندی بر اساس نحوه نگهداری سینه کار ………………………………………………………….. 27

1- سپرهای هوای فشرده…………………………………………………………………………………… 27

الف- معرفی کلی سپرهای هوای فشرده  ………………………………………………………………. 28

3-2- 2- سپر های دوغابی ………………………………………………………………………………… 31

الف- نحوه نگهداری سینه کار توسط سپرهای دوغابی  ………………………………………………. 31

ب- دامنه کاربرد سپرهای دوغابی با توجه به نوع سازند  …………………………………………….. 31

3-2- 3- سپرهای فشار تعادلی زمین(EPB)……………………ا……………………………………… 35

الف- نحوه عملکرد سپرهای EPB …………..ا……………………………………………………………. 35

ب- آماده سازی زمین ودامنه کاربرد سپرEPB باتوجه به نوع سازند ………………………………….  37

3-2- 4- سپرهای سینه کار باز  ………………………………………………………………………… 42

3-2- 3- سپرهای فشار تعادلی زمین(EPB) ……………………..ا…………………………………….. 35

الف- نحوه عملکرد سپرهای EPB ……………ا……………………………………………………………. 35

ب- آماده سازی زمین ودامنه کاربرد سپرEPB باتوجه به نوع سازند ………………………………..  37

3-2- 4- سپرهای سینه کار باز  …………………………………………………………………………… 42

3-3-  سپرهای ترکیبی  …………………………………………………………………………………….. 43

 فصل چهارم:رابطه بین مطالعات اکتشافی و بهره وری TBM 

 شرایط وویژگی های ژئومکانیکی سازند ها وارتباط آن با نرخ پیشروی و بهره وریTBM …………..ا..  46

پیشروی ………………………………………………………………………………………………………… 46

نرخ نفوذ ………………………………………………………………………………………………………. 47

QTBM مدل -3-4  ……………………………………………………………………………ا……………… 52

4-4- اثر افزایش نیروی تیغه برروی نرخ نفوذ وپیشروی  …………………………………………….. 54

4-5- بهره وری وراندمان TBM ………..ا…………………………………………………………………. 58

   فصل پنجم:مراحل انتخاب TBMمناسب              

 5-  مراحل طراحی تونل وانتخاب TBMمناسب  ………………………………………………………… 62 

5- 1- انواع حفریات زیرزمینی  ………………………………………………………………………….. 62

5- 2- طراحی تونل  ………………………………………………………………………………………. 64

3- فعالیت های اکتشافی لازم برای انتخاب واستفاده از TBM ………………………ا……………….. 67

. 5-3- 1- شناسایی منطقه  …………………………………………………………………………….. 70

.5-.3- 2- نمونه برداری وگمانه زنی ……………………………………………………………………. 70

. 5-3- 3- رسم نقشه های زمین شناسی وتهیه گزارش  ………………………………………… 71

5-3- 4- انجام آزمون وتهیه داده های مربوطه  ……………………………………………………….. 71

5-3- 5- توصیف شرایط ژئوتکنیکی ساختگاه ………………………………………………………….72

با توجه به تونل سازی مکانیزه  ………………………………………………………………………… 73

5-3- 6- توصیف ویزگی های ماشین حفار مکانیزه  ………………………………………………….. 74

5-3- 7- انتخاب دستگاه TBM  ………………..ا……………………………………………………….. 75

 فصل ششم:معرفیTBMمناسب جهت حفر تونل در یک سازند مشخص 

 6-  تقسیم بندی سازند ها از نظر مقاومت فشاری وروش های خاص تونل زنی   در هر یک از سازند ها ومعرفی TBM مناسب  ……………………………………………………………………………………………………………….. 77

6- 1- حفر تونل در لایه های نرم  ……………………………………………………………………….. 78

2- حفر تونل در لایه های نیمه سخت …………………………………………………………………. 83

6-2- 1- معرفی رودهدر   ………………………………………………………………………………… 84

3- حفر تونل در لایه های سخت ……………………………………………………………………….. 85

6-3- 1- مقایسه کاربرد وبازدهی حفاری به کمکTBM وحفاری به روش آتشکاری ………………..87.

6-3- 2- نکات ضروری در انتخاب TBMبرای حفر تونل در لایه های سخت …………………………89

 فصل هفتم:مطالعه موردی 

مطالعه موردی TBM خط یک متروی تبریز ………………………………………………………… 93

آزمایش های ژئوتکنیکی ………………………………………………………………………….. 94

 

نتایج بدست آمده از بررسی تمامی گمانه ها ……………………………………………….. 95

مشخصات ماشین TBM انتخابی برای خط 1 متروی تبریز ………………………………….. 99

روند پیشروی TBM خط یک متروی تبریز و مشکلات پیش رو ……………………………… 100

7-4- 1- تأثیر بولدرها بر روی ساخت تونل  ………………………………………………… 101

تجربیات تونلسازی در مواجهه با زمین های بولدردار …………………………………….. 102

انتخاب ماشین حفاری برای زمین های بولدردار …………………………………………… 105

خصوصیات یک دستگاه EPB مناسب  برای کار در زمین های بولدردار  ……………………. 106

الف- ابزارهای برش  …………………………………………………………………………… 107

ب-  پیکربندی کاترهد و نحوه چیدمان ابزارهای برش بر روی آن………………………….. 110

ج- سیستم تخلیه مواد حفر شده از داخل محفظه کاترهد  …………………………… 111

د- سیستم طراحی شده جهت دسترسی به محفظه کاترهد و سینه کار تونل………. ..113

7-4-5- راهکارهای کاهش مشکلات دستگاه EPB در مواجهه با بولدرها…………………116

 

فصل هشتم:نتیجه گیری وپیشنهادات

 

نتیجه گیری  ……………………………………………………………………………………. 120

پیشنهادات  ……………………………………………………………………………………. 121

پیوست  ………………………………………………………………………………………… 123

منابع و ماخذ …………………………………………………………………………………… 143

فهرست منابع فارسی  ………………………………………………………………………… 145

فهرست منابع لاتین  …………………………………………………………………………… 146

سایت های اطلاع رسانی  …………………………………………………………………….. 147

چکیده انگلیسی  ……………………………………………………………………………….. 148

 

 

فهرست جدول ها  

جدول (2-1) رده بندی انواع سازندها برحسب مقاومت فشاری تک محوره (Mpa) و انواع ابزار برش پیشنهادی  …..  12

جدول (4-1) عوامل موثر در پیشروی TBM  ……………………………………………………………..ا…………  46

جدول (4-2) روابط پیشنهاد شده برای نرخ نفوذ ……………………………………………………………………  48

جدول (4-3) ) سرعت پیش روی (AR) و سرعت نفوذ (PR) مربوط به سنگهایی با مقاومت مختلف  ……………….  49 

جدول (44) مقادیر CLI پیشنهاد شده برای برخی از سنگ ها  ………………………………………………..  56   

جدول (5-1) لیست انواع آزمایش ها و کاربرد نتایج آنها …………………………………………………………..  72

جدول (5-2) پارامترهای ژئوتکنیکی موثر در تونل سازی مکانیزه  ………………………………………………..  73

جدول (5-3) نیازمندی های تکنیکی روش های تونل سازی  ………………………………………………………  74

جدول (6-1) حدود تغییرات ضریب نفوذ پذیری  در برخی از رسوبات و سنگها  ……………..  82

جدول (71) رده بندی سولفاتها در  خاک و تدابیر 

توصیه شده برای بتن (آیین نامه بتن ایران)  …………………………………………………………………..82

جدول (7-2) مشخصات سپر مورد استفاده قرار گرفته در خط یک متروی تبریز ……………………………82

 فهرست نمودار ها

نمودار (2-1) روش های انتقال مواد حفاری شده از سینه کار به خارج تونل …………………………….  18

نمودار (3-1) مقایسه دامنه کاربرد سپرهای دوغابی و فشار تعادلی زمین  ……………………………..  41

نمودار (4-1) محدوده شاخص CLI برای برخی از سنگها …………………………………………………….  56

نمودار (5-1) کاربردو انواع ماشین آلات حفاری دورانی  …………………………………………………….  62

نمودار (5-2) عوامل موثر در عملیات حفاری توسط ماشین حفار ……………………………………………..  63

نمودار (5-3) طبقه بندی انواع تونل ها  ………………………………………………………………………….  64

نمودار (6-1) تقسیم بندی سازندها از نقطه نظر مقاومت فشاری …………………………………………..  77

نمودار (6-2) روش های تونل زنی در لایه های نرم (0-25 Mpa)  …ا………………………………………….  78

نمودار (6-3) روش های تونل زنی در سازندهای نیمه سخت (25-100Mpa)  …ا……………………………  83

نمودار (6-4) روش های تونل زنی در لایه های سخت (100 < Mpa)  ………ا……………………………….  85

 

 

فهرست شکل ها

 

شکل (2-1)قسمتهای مختلف ماشین تمام مقطع  ……………………………………………………………  10

شکل (2-2) صفحه حفاری  ……………………………………………………………………………………….  11

شکل (2-3) انواع برش دهنده ها الف) ناخن حفاری  ب) برش دهنده دیسکی ج) برش دهنده های دکمه ای ………………  13 

شکل (2-4) جک های دیوارگیر …………………………………………………………………………………………  14 

شکل (2-5) تصویر مربوط به جک های جلو برنده  …………………………………………………………………..  15 

شکل (2-6) انتقال مواد حفاری شده از سینه کار (الف) توسط سیال بنتونیت (ب) توسط اوگر ونوار نقاله ……………….  16

 

شکل (3-1) تصویر دستگاه TBM باز  ………………………………………………………………………………..  21

شکل (3-2) مراحل مختلف یک سیکل حفاری توسط TBM های باز ……………………………………………….  22

شکل (3-3) تصویر دستگاه TBM تک سپره  …………………………………………………………………………..  23

شکل (3-4) تصویر TBM دو سپره  ……………………………………………………………………………………..  25

شکل (3-5) سپر هوای فشرده با اتاقک فشار در پیشانی سپر  ………………………………………………..  29

شکل (3-6) نگهداری سینه کار با هوای فشرده …………………………………………………………………….  29

شکل (3-7) عوامل موثر برافت هوادر سینه کار تونل،  دنباله سپر و پوشش تونل  ……………………………….  30 

شکل (3-8) سپر دوغابی ………………………………………………………………………………………………..  32 

شکل (3-9) قسمت های مختلف سپرهای دوغابی ………………………………………………………………….  32 

شکل (3-10) نگهداری دوغابی سینه کار  ……………………………………………………………………………….  32 

شکل (3-11) دامنه کاربرد سپر دوغابی با توجه به نوع سازند  ……………………………………………………….  34 

شکل (3-12) نمایی از یک سپر EPB به همراه مهم ترین اجزاء آن  …………………………………………………..  36 

شکل (3-13) انتقال مواد حفاری شده توسط نقاله مارپیچی اوگری  …………………………………………………  37 

شکل (3-14) مواد حفاری شده سپر  EPB ……………..ا……………………………………………………………….  39 

شکل (3-15) دامنه کاربرد سپر EPB با توجه  به توزیع دانه بندی سازند  …………………………………………….  40

 

شکل (3-16) ترکیب های ممکن سپرها ………………………………………………………………………………….  44

شکل (3-17)       سپر ترکیبی ……………………………………………………………………………………………  44

شکل (4-1) تصویر آزمون تردی (20S)  …………ا………………………………………………………………………….  50

شکل (4-2) تصویر آزمون چال خوری (SJ)  …ا……………………………………………………………………………..  51

شکل (4-3) تصویر آزمایش سایش (AV)  ..ا………………………………………………………………………………..  52

شکل (4-4) زاویه بین سطح ناپیوستگی و جبهه کار  ……………………………………………………….و…………..  54

شکل (6-1) شیلد های خراش دهنده مجهز به بیل مکانیکی …………………………………………………………….  79

شکل (6-2) الف-  شیلد مجهز به بوم ب- رودهدر  …………………………………………………………………………..  79

شکل (6-3) رابطه بین دانه بندی- تراورایی- نوع .TBM  ……ا……………………………………………………………..  81

 

 

شکل (7-1) نمای کلی سپر مورد استفاده قرار گرفته در  خط یک متروی تبریز …………………………………………… 82

فصل   اول کلیات

1 -1 هدف :

با شروع هزاره جدید، تونل های بزرگتر و طولانی تـر بـا روش هـای سـاخت پیچیـده تـربرای برآوردکردن تقاضاهای اکولوژیکی و اقتصادی نیاز است. روش های تونـل سـازیمکانیزه از جمله استفاده از ماشین های حفر تمام مقطع TBM، یکی از روش های ساخت است که امکان برآورده کردن نیازهای جدید را دارد.

از سوی دیگر با توجه به شرایط خاص کشـور ایـران و بـه منظـور دسترسـی آسـان بـهاقصی نقاط کشور و نیز گسترش و توسعه شهرها، احداث تونل برای کاربردهای حمـل ونقل داخل و خارج از شهر، انتقال آب و فاضل آب، لوله گذاری بدون حفاری سطحی بـرایانتقال انرژی از قبیل نفت و گاز فضاهای زیر زمینی برای تولید بـرق، خطـوط  و ایسـتگاههای مترو و پارکینگ های زیرزمینی، دسترسی و بهـره بـرداری از معـادن لـزوم احـداثفضاهای زیر زمینی را نشان می دهد.[١

با توجه به مطالب گفته شده در بالا و گسترش سریع عملیاتهای عمرانی از جملـه سـاختتونل در کشور و اقبال قابل توجه به استفاده از TBM، هدف تهیه این سمینار را می توان در معرفی فعالیتهای اکتشافی لازم برای مشخص کردن ویژگـی هـای سـازنده هـایی کـهتونل از آنها می گذرد، برای انتخاب TBM مناسب دانست.

البته برای رسیدن به هدف مطرح شده، در ابتدا باید به معرفی قسمت های مختلـفTBM  ها و انواع آنها اشاره کرد و ضمنا به مزایا و معایب استفاده از T BM ها نسبت به سایر روش های تونل زنی نیز اشاره کرد

 12 پیشینه تحقیق

در سال 1806 مهندس مبتکـری بـه نـام آقـای مـارک ایسـامبارد برونـل اصـول تـونلزنیسپری1 را در لندن پایه گذاری کرد و بعدها آن را به ثبت رسانید. این سـپر شـامل سـلولهای مختلفی بود که در هر یک از این سلول ها یک کارگر به طور مستقل می توانسـت درمحیطی کاملاً ایمن کار کند. بعد از حفر یک مقطع، تمامی پوسته سپر به وسیله جـک هـایهیدرولیکی به جلو هل داده می شد. به همین ترتیب حفاری ادامه پیدا می کرد.

مشکل وجود آب های زیرزمینی در طول سـاخت تونلهـای زیـر آبـی در خاکهـای سسـتتوسط آدمیرال سر کوچدان حل شد. او سیستم هوای فشرده را به  دنبال پیشـنهاد ارائـهشده توسط کالودن به برونل در سال 1828 مـورد اسـتفاده قـرار داد. او در سـال 1830

محفظه هوا را اختراع کرد که دسترسی به اتاق کار تحت فشـار را امکانپـذیر مـی سـاخت.

گریت هد در سال 1886 موفق به ترکیب تونلزنی سپری با روش هوای فشـرده بـه هنگـامساخت یک سازه زیر زمینی در لندن شد.

به دنبال اختراع برونل، گام بعدی جایگزینی روش دستی با حفـاری مکـانیکی بـود. اولـینسپر مکانیزه ثبت شده به سال 1876 بر می گردد که توسط مـردان انگلیسـی یعنـی جـاندیکینسون برانتن و جرج برانتن بکار گرفته شد. این سپر یک کله حفاری چرخشی نیمکره ای شکل متشکل از چند صفحه فولادی داشت. مواد حفر شده به داخل جـام هـایی کـه بـهصورت شعاعی بر روی کلر حفار نصب بود ریخته می شد و جـام هـا مـواد را بـه نـوارنقاله انتقال داده و سپس مواد به قسمت پشت سپر منتقل مـی شـد. کلـه حفـار بـه وسـیلهشش جک هیدرولیکی که دندانه های رینگ ضامن دار نصب شده بر روی کله حفار راهـلمی داد به چرخش در می آمد.[1]

 13روش کار وتحقیق

برای رسیدن به هدف مطرح شده، در ابتدا باید به معرفی قسمت های مختلف TBM هـا وانواع آنها اشاره کرد و ضمنا به مزایا و معایـب اسـتفاده ازT BM  هـا نسـبت بـه سـایرروش های تونل زنـی اشـاره مـی شـود. نهایتـا بـا تقسـیم بنـدی سـازندها ، بـه معرفـیTBMمناسب پرداخته می شود.

اجزا، انواع ، مراحل انتخاب و رابطه بین مطالعات اکتشافی و بهروری TBM و معرفیTBMمناسب جهت حفر تونل در یک سازند مشخص (همراه مطالعه موردی)

اجزا، انواع ، مراحل انتخاب و رابطه بین مطالعات اکتشافی و بهروری TBM و معرفیTBMمناسب جهت حفر تونل در یک سازند مشخص (همراه مطالعه موردی)

 فصل دوم

اجزایTBM ها

 2- اجزای اصلی انواع TBM

ماشین حفاری مکانیزه تمام مقطع، با توجـه بـه قابلیتهـا و سـرعت بـالای حفـاری در هـرپروژه ای به عنوان یک گزینه مطرح می باشند. در ابتدا تنها قابلیت ابزار حفـاری مکـانیزه،حفاری بوده است. با گذشت زمان و احساس نیاز به سرعت عمل در حفـاری و پیشـرویقابلیتهای جانبی چون انتقال مواد حاصل از حفاری به بیـرون، نگهـداری موقـت و دائمـیفضای حفر شده و… افزوده شده است در این قسمت TBM و اجزای تشکیل دهنـده آنهـامعرفی خواهد شد.

صرف نظر از مدل و سیستم ماشین، در شکل (2-1) بخشهای تشکیل دهنده ماشین تمـام  مقطع نشان داده شده است. البته سازندگان این ماشـین آلات بـا توجـه بـه تکنولـوژی دراختیار و نوع کاربرد ماشین، تغییراتی در جزئیات این ابزار ایجاد می نمایند.

2-1- بدنه

بدنه ماشین، محور اصلی دستگاه را تشکیل می دهد که تمام قسمتها مثل صفحه حفـاری،الکتروموتورها، سیستم هیدرولیک و نظایر آنها بر روی آن نصب شده اند. بسته بـه نـوعماشین، اجزای بدنه متفاوت است ولی در حالت کلی، مجموعـه ای از اجـزای فـولادی مـیباشد. موتورهای محرکه دستگاه، انرژی لازم برای چرخش صفحه حفـاری را تـامین مـیکنند. البته بین الکترو موتور اصلی و صفحه حفاری، سیستم جعبه  دنده وجود دارد که به کمک آن می توان سرعتها و گشتاورهای مختلفی را برای صفحه حفاری تامین کرد

2-2- صفحه حفاری2

مهم ترین قسـمت دسـتگاه، صـفحه حفـاری آن اسـت کـه در جلـوی دسـتگاه قـرار دارد.

(شکل 2-2) این صفحه که دایره ای شکل بوده و حول محور خود کـه منطبـق بـر محـوردستگاه و محور تونل می باشد، می چرخد. ابزارهای حفاری بر روی ایـن صـفحه نصـب

می شوند.[2] ابزارهای برش دهنده و یا خراش دهنده بر روی این قسمت نصب می شوند و در واقع این قسمت پیشانی دستگاه بوده که وظیفه حفاری و پیشروی را بر عهده دارد.

 ر برش بر روی صفحه حفار نصب می شوند و حفار سنگ و خاک با این ابـزار انجـاممی شود بسته به نوع زمینی که باید حفاری شـود، ابـزار بـرش متفـاوت اسـت و در ایـنزمینه هیچ تقسیم بندی کلی جهانی وجود ندارد. باید در نظر داشت که مقاومت یـک سـنگخاص بسته به ویژگی هایی همچون ساختار بلـورین، شـکل ذرات تشـکیل دهنـده، درجـهسیمان شدگی، میزان هوازدگی، وجود شکستگی است.[2]

براساس مقاومت فشاری تک محوره سازنده ها (سنگ و ها و خاک هـا ) مـی تـوان انـواع ابزار برش و پیشنهاد شده را استفاده کرد.(جدول 2-1)

جدول (2-1) رده بندی انواع سازندها برحسب مقاومت فشاری تـک محـوره (Mpa) و انواع ابزار برش پیشنهادی [3]

برش دهنده های دکمه ای معمولا وظیفه حفاری در سنگ های بسـیار سـخت را دارنـد دراین سنگ ها برش دهنده های دیسکی نمی تواند با برش دهنده های دکمه ای رقابت کننـد .

برش دهنده های دکمه ای از نیروی تراسـت و گشـتاور بـالایی اسـتفاده مـی کننـد. البتـهنیروی تراست باید در سطح بزرگتری از توده سنگ اثر کند که این کار  نیز توسط سـطحزیاد برش دهنده به سنگ اعمال می شود در ضمن برش دهنده های دکمه ای نرمه زیادی تولید می کنند. لازم به ذکر است که نـاخن هـای حفـاری بیشـتر در سـپرهای دوغـابی وسپرهای EPB و سپرهای ترکیبی کاربرد دارند. در زیر اشکال مختلف انواع ابـزار بـرشنشان داده شده است.( شکل 2-3)

2-4- دیوارگیرها یا کفشکها[3]

برای حرکت رو به جلوی دستگاه بواسطه جکهای جلو برنده، بایسـتی دسـتگاه بـه جـاییتکیه کند. اگر پوشش اصلی تونل[4] در پشت دستگاه استحکام کافی داشته باشد، مـی تـوانجکهای طولی را به این پوششها تکیه داد و به کمک آنها دستگاه را جلو برد. این جکهـا درپیرامون دستگاه و به موازات محور آن تعبیه می شوند. تعداد و توزیع آنهـا بـه گونـه ایاست که فشار یکنواختی را به سیستم آن بخش از تونل که پشت دستگاه قرار دارد منتقـلمی کند. درحالت کلی، سیستم نگهداری موقت تونل در پشت دستگاه امکان چنین فراینـدیرا  ندارد و بنابراین در پیرامون ماشین و به حالت عمود بر محور آن تعدادی جـک تعبیـرمی کنند که دو به دو در امتداد هم قرار دارنـد و بـه نـام کفشـک یـا دیـوار گیـر معـروفاند.(شکل 2-4)

2-5- جکهای رانش صفحه حفاری9 (جک های جلو برنده)

جکهای رانش از یک سو به دیوار گیرها و از سوی دیگر به صفحه حفار متکـی هسـتند (و یا اینکه از یک سوبه پوشش تونل و از یک سو به صفحه حفاری متصل هستند) و وظیفـهرانش رو به جلوی کاتر هد را به عهده دارند (شکل 2-5) تعداد این جکها در دستگاه هـایمختلف متفاوت است. [2]

لازم به ذکر است که میزان طولی حفاری در هر کورس حفاری بستگی به میزان باز شدن این جکها دارد به طور معمول هر کورس حفاری با دستگاه TBM برابر 5/1 متر است.

2-6- سیستم بارگیری و تخلیه مواد حفر شده

قطعات سنگ ها و موادی که به وسیله صفحه حفاری از جبهه کار کنده می شـوند بایـد ازمحل جبهه کار به پشت ماشین منتقل شود تا دستگاه بتواند به حفاری خود ادامه دهد. اگر سیستم دفع مواد متناسب با ماشین نباشد، آهنگ پیشروی ماشین، علی رغم ظرفیت بالای آن محدود به توانایی ماشین در دفـع مـواد خواهـد شـد. بنـابراین مـواد حفـر شـده بایـد

بلافاصله به پشت دستگاه منتقل شده ودر آنجا به داخل نوار نقاله یا واگنهایی که مـواد ر ا به بیرون تونل حمل می کنند، تخلیه شود.(شکل 2-6)

  انتقال مواد حفاری شده از سینه کار(الف) توسط سیال بنتونیت (ب) توسط اوگر ونوار نقاله [2]

در نمودار (2-1) روش های مختلف انتقال مواد حفاری شده از سینه کار بـه خـارج تونـلبیان شده اند در روش انتقال مواد توسط نوار نقاله، مـواد حفـاری شـده توسـط کاترهـدمستقیماً به روی نوار نقاله ریخته می شود و به خارج تونل منتقل می شود ولی در روش انتقال توسط نوار نقاله و واگن های ریلی ابتد مواد حفاری شده بر روی نوار نقاله ریختـهمی شود و بعد از طی مسافتی نوار نقاله مواد حفاری شده را به داخل واگن ها بار گیـریکرده و نهایتا این واگن ها مواد را به خارج تونل می برند. در حالت سـوم کـه مخصـوصسپرهای EPB است ابتد مواد حفاری شده ی مخلوط با فوم از پائین محفظه متعادل کننده فشار، توسط اوگر بارگیری می شوند و بعد توسط نوار نقاله و واگن ها بـه خـارج تونـلمنتقل می شوند.

در حالت آخر ویژگی خاص مواد حفاری شده (حالت دوغابی) باعث شده کـه هـیچ یـک ازوسایل انتقال مواد که در بالا ذکر شد، کارایی لازم را برای انتقال مواد نداشـته باشـند دراین وضعیت در خارج از تونل دوغابی از آب و بنتونیت تولید مـی شـود کـه ایـن دوغـابتوسط لوله ای به داخل محفظه فشار (پشت کاترهد) پمپ می شود. در این محفظـه بعـد ازمتعادل شدن فشار، دریچه های خروجی انتقال مواد حفاری شـده و دوغـاب بـاز شـده ومواد حفاری شده توسط لوله خروجی به بیرون از تونل منتقل می شود. در بیـرون تونـلمواد حفاری شده از دوغاب جدا شده و دوباره دوغاب به پشـت کاترهـد پمـپ مـی شـودلازم به ذکر است که نقش بنتونیت در انتقال مواد حفاری، بالا بـردن گرانـروی دوغـاب وجلوگیری از رسوب خرده های حفاری در لوله خروجی است.


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 35 هزار تومان

فایل pdf و فایل word