مقدمه

براي حفر تونل هاي مختلف، روش هاي حفاري متعـددي وجـود دارد. يكـي از ايـن روشهاي حفاري تونل، روش حفاري مكانيزه است. ماشين هاي حفر تمام مقطع تونـل (TBM) جزء ماشين هاي حفاري مكانيزه محسوب مـي شـوند. اسـتفاده ازTBM هـا مزيـت هـايزيادي از جمله سـرعت بـالاي حفـاري را بـه دنبـال دارد. دسـتگاه هـايTBM  در انـواعمختلف ساخته مي شوند كه هر يـك از آنهـا بـراي حفـاري در شـرايط خاصـي از زمـينمناسب هستند. همچنين با توجه به تنوع زمين هايي كه حفاري مي شوند، دستگاه بايد بـهسيستم هاي مختلفي از جمله ابزار برشي مناسـب و سيسـتم تخليـه خـرده هـاي حفـاريشده، مجهز شود.

بعد از اينكه از بين روشهاي مختلف تونل زني، استفاده از TBM مورد تاييد قرار گرفـت،براي تعيين نوع TBM بايد يكسري كارهاي اكتشافي در محدوده عبور تونل انجـام شـودو اطلاعات كاملي از نوع سنگ و يا خاك، مقاومت فشاري سـازنده هـا، محتـواي سـيليس،نفوذ پذيري سازند، امكان هجوم آب، وجود يا عدم وجود آب هاي اسيدي و… بدست آيـد .

هر گونه نقصي در جمع آوري اطلاعات مي تواند منجر به انتخاب TBM نامناسـب شـود.

در صورت انتخاب TBM نامناسب علاوه بر وارد شدن خسارات مالي فراوان به پـروژه،شاهد سرعت پيشروي كم و تعطيل شدن مكرر عمليات حفاري به علت مواجـه بـا عوامـلپيش بيني نشده، خواهيم بود.

با توجه به مطالب گفته شده مي توان با قاطعيت گفت كه رسيدن به سرعت هاي پيشـرويبالا، فقط در صورتي امكان پذير است كه ما اطلاعات دقيقي از وضـعيت پـيش روي تونـلدر عمليات حفاري داشته باشيم.

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

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

 فهرست مطالب

 چكيده……………………………………………………………………………………………………………1

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

فصل اول:كليات

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

1-2-  پيشينه تحقيق ……………………………………………………………………………………..  6

1-3- روش كار وتحقيق………………………………………………………………………………………..7

 فصل دوم:اجزاي TBM ها 

 2-اجزاي اصلي انواعTBM ها …………………………………………………………………………………  9 

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

2-2-  صفحه حفاري  ………………………………………………………………………………………. 10

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

2-4- ديوار گير ها يا كفشكها …………………………………………………………………………….  14

2-5- جك هاي رانش صفحه حفار  ……………………………………………………………………..  15

2-6- سيستم بارگيري و تخليه مواد حفر شده  ……………………………………………………..  15

2-7-  سيستم نگهداري وجلوگيري از ريزش …………………………………………………………..18

فصل سوم:انواعTBMها 

 تقسيم بندي انواع TBMها …………………………………………………………………………………. 20 

تقسيم بندي بر اساس نوع سپر ………………………………………………………………………….. 21

3-1- 1- ماشين هاي حفر تونل از نوع باز  ………………………………………………………………… 21

3-1- 2- ماشين هاي حفر تونل تك سپره  ………………………………………………………………… 23

3- ماشين هاي حفر تونل دو سپره يا تلسكوپي …………………………………………………………… 25

تقسيم بندي بر اساس نحوه نگهداري سينه كار ………………………………………………………….. 27

1- سپرهاي هواي فشرده…………………………………………………………………………………… 27

الف- معرفي كلي سپرهاي هواي فشرده  ………………………………………………………………. 28

3-2- 2- سپر هاي دوغابي ………………………………………………………………………………… 31

الف- نحوه نگهداري سينه كار توسط سپرهاي دوغابي  ………………………………………………. 31

ب- دامنه كاربرد سپرهاي دوغابي با توجه به نوع سازند  …………………………………………….. 31

3-2- 3- سپرهاي فشار تعادلي زمين(EPB)……………………ا……………………………………… 35

الف- نحوه عملكرد سپرهاي EPB …………..ا……………………………………………………………. 35

ب- آماده سازي زمين ودامنه كاربرد سپرEPB باتوجه به نوع سازند ………………………………….  37

3-2- 4- سپرهاي سينه كار باز  ………………………………………………………………………… 42

3-2- 3- سپرهاي فشار تعادلي زمين(EPB) ……………………..ا…………………………………….. 35

الف- نحوه عملكرد سپرهاي EPB ……………ا……………………………………………………………. 35

ب- آماده سازي زمين ودامنه كاربرد سپرEPB باتوجه به نوع سازند ………………………………..  37

3-2- 4- سپرهاي سينه كار باز  …………………………………………………………………………… 42

3-3-  سپرهاي تركيبي  …………………………………………………………………………………….. 43

 فصل چهارم:رابطه بين مطالعات اكتشافي و بهره وري TBM 

 شرايط وويژگي هاي ژئومكانيكي سازند ها وارتباط آن با نرخ پيشروي و بهره وريTBM …………..ا..  46

پيشروي ………………………………………………………………………………………………………… 46

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

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

4-4- اثر افزايش نيروي تيغه برروي نرخ نفوذ وپيشروي  …………………………………………….. 54

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

   فصل پنجم:مراحل انتخاب TBMمناسب              

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

5- 1- انواع حفريات زيرزميني  ………………………………………………………………………….. 62

5- 2- طراحي تونل  ………………………………………………………………………………………. 64

3- فعاليت هاي اكتشافي لازم براي انتخاب واستفاده از TBM ………………………ا……………….. 67

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

.5-.3- 2- نمونه برداري وگمانه زني ……………………………………………………………………. 70

. 5-3- 3- رسم نقشه هاي زمين شناسي وتهيه گزارش  ………………………………………… 71

5-3- 4- انجام آزمون وتهيه داده هاي مربوطه  ……………………………………………………….. 71

5-3- 5- توصيف شرايط ژئوتكنيكي ساختگاه ………………………………………………………….72

با توجه به تونل سازي مكانيزه  ………………………………………………………………………… 73

5-3- 6- توصيف ويزگي هاي ماشين حفار مكانيزه  ………………………………………………….. 74

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

 فصل ششم:معرفيTBMمناسب جهت حفر تونل در يك سازند مشخص 

 6-  تقسيم بندي سازند ها از نظر مقاومت فشاري وروش هاي خاص تونل زني   در هر يك از سازند ها ومعرفي TBM مناسب  ……………………………………………………………………………………………………………….. 77

6- 1- حفر تونل در لايه هاي نرم  ……………………………………………………………………….. 78

2- حفر تونل در لايه هاي نيمه سخت …………………………………………………………………. 83

6-2- 1- معرفي رودهدر   ………………………………………………………………………………… 84

3- حفر تونل در لايه هاي سخت ……………………………………………………………………….. 85

6-3- 1- مقايسه كاربرد وبازدهي حفاري به كمكTBM وحفاري به روش آتشكاري ………………..87.

6-3- 2- نكات ضروري در انتخاب TBMبراي حفر تونل در لايه هاي سخت …………………………89

 فصل هفتم:مطالعه موردي 

مطالعه موردي TBM خط يك متروي تبريز ………………………………………………………… 93

آزمايش هاي ژئوتكنيكي ………………………………………………………………………….. 94

 

نتايج بدست آمده از بررسي تمامي گمانه ها ……………………………………………….. 95

مشخصات ماشين TBM انتخابي براي خط 1 متروي تبريز ………………………………….. 99

روند پيشروي TBM خط يك متروي تبريز و مشكلات پيش رو ……………………………… 100

7-4- 1- تأثير بولدرها بر روي ساخت تونل  ………………………………………………… 101

تجربيات تونلسازي در مواجهه با زمين هاي بولدردار …………………………………….. 102

انتخاب ماشين حفاري براي زمين هاي بولدردار …………………………………………… 105

خصوصيات يك دستگاه EPB مناسب  براي كار در زمين هاي بولدردار  ……………………. 106

الف- ابزارهاي برش  …………………………………………………………………………… 107

ب-  پيكربندي كاترهد و نحوة چيدمان ابزارهاي برش بر روي آن………………………….. 110

ج- سيستم تخلية مواد حفر شده از داخل محفظة كاترهد  …………………………… 111

د- سيستم طراحي شده جهت دسترسي به محفظة كاترهد و سينه كار تونل………. ..113

7-4-5- راهكارهاي كاهش مشكلات دستگاه EPB در مواجهه با بولدرها…………………116

 

فصل هشتم:نتيجه گيري وپيشنهادات

 

نتيجه گيري  ……………………………………………………………………………………. 120

پيشنهادات  ……………………………………………………………………………………. 121

پيوست  ………………………………………………………………………………………… 123

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

فهرست منابع فارسي  ………………………………………………………………………… 145

فهرست منابع لاتين  …………………………………………………………………………… 146

سايت هاي اطلاع رساني  …………………………………………………………………….. 147

چكيده انگليسي  ……………………………………………………………………………….. 148

 

 

فهرست جدول ها  

جدول (2-1) رده بندي انواع سازندها برحسب مقاومت فشاري تك محوره (Mpa) و انواع ابزار برش پيشنهادي  …..  12

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

جدول (4-2) روابط پيشنهاد شده براي نرخ نفوذ ……………………………………………………………………  48

جدول (4-3) ) سرعت پيش روي (AR) و سرعت نفوذ (PR) مربوط به سنگهايي با مقاومت مختلف  ……………….  49 

جدول (44) مقادير CLI پيشنهاد شده براي برخي از سنگ ها  ………………………………………………..  56   

جدول (5-1) ليست انواع آزمايش ها و كاربرد نتايج آنها …………………………………………………………..  72

جدول (5-2) پارامترهاي ژئوتكنيكي موثر در تونل سازي مكانيزه  ………………………………………………..  73

جدول (5-3) نيازمندي هاي تكنيكي روش هاي تونل سازي  ………………………………………………………  74

جدول (6-1) حدود تغييرات ضريب نفوذ پذيري  در برخي از رسوبات و سنگها  ……………..  82

جدول (71) رده بندي سولفاتها در  خاك و تدابير 

توصيه شده براي بتن (آيين نامه بتن ايران)  …………………………………………………………………..82

جدول (7-2) مشخصات سپر مورد استفاده قرار گرفته در خط يك متروي تبريز ……………………………82

 فهرست نمودار ها

نمودار (2-1) روش هاي انتقال مواد حفاري شده از سينه كار به خارج تونل …………………………….  18

نمودار (3-1) مقايسه دامنه كاربرد سپرهاي دوغابي و فشار تعادلي زمين  ……………………………..  41

نمودار (4-1) محدوده شاخص CLI براي برخي از سنگها …………………………………………………….  56

نمودار (5-1) كاربردو انواع ماشين آلات حفاري دوراني  …………………………………………………….  62

نمودار (5-2) عوامل موثر در عمليات حفاري توسط ماشين حفار ……………………………………………..  63

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

نمودار (6-1) تقسيم بندي سازندها از نقطه نظر مقاومت فشاري …………………………………………..  77

نمودار (6-2) روش هاي تونل زني در لايه هاي نرم (0-25 Mpa)  …ا………………………………………….  78

نمودار (6-3) روش هاي تونل زني در سازندهاي نيمه سخت (25-100Mpa)  …ا……………………………  83

نمودار (6-4) روش هاي تونل زني در لايه هاي سخت (100 < Mpa)  ………ا……………………………….  85

 

 

فهرست شكل ها

 

شكل (2-1)قسمتهاي مختلف ماشين تمام مقطع  ……………………………………………………………  10

شكل (2-2) صفحه حفاري  ……………………………………………………………………………………….  11

شكل (2-3) انواع برش دهنده ها الف) ناخن حفاري  ب) برش دهنده ديسكي ج) برش دهنده هاي دكمه اي ………………  13 

شكل (2-4) جك هاي ديوارگير …………………………………………………………………………………………  14 

شكل (2-5) تصوير مربوط به جك هاي جلو برنده  …………………………………………………………………..  15 

شكل (2-6) انتقال مواد حفاري شده از سينه كار (الف) توسط سيال بنتونيت (ب) توسط اوگر ونوار نقاله ……………….  16

 

شكل (3-1) تصوير دستگاه TBM باز  ………………………………………………………………………………..  21

شكل (3-2) مراحل مختلف يك سيكل حفاري توسط TBM هاي باز ……………………………………………….  22

شكل (3-3) تصوير دستگاه TBM تك سپره  …………………………………………………………………………..  23

شكل (3-4) تصوير TBM دو سپره  ……………………………………………………………………………………..  25

شكل (3-5) سپر هواي فشرده با اتاقك فشار در پيشاني سپر  ………………………………………………..  29

شكل (3-6) نگهداري سينه كار با هواي فشرده …………………………………………………………………….  29

شكل (3-7) عوامل موثر برافت هوادر سينه كار تونل،  دنباله سپر و پوشش تونل  ……………………………….  30 

شكل (3-8) سپر دوغابي ………………………………………………………………………………………………..  32 

شكل (3-9) قسمت هاي مختلف سپرهاي دوغابي ………………………………………………………………….  32 

شكل (3-10) نگهداري دوغابي سينه كار  ……………………………………………………………………………….  32 

شكل (3-11) دامنه كاربرد سپر دوغابي با توجه به نوع سازند  ……………………………………………………….  34 

شكل (3-12) نمايي از يك سپر EPB به همراه مهم ترين اجزاء آن  …………………………………………………..  36 

شكل (3-13) انتقال مواد حفاري شده توسط نقاله مارپيچي اوگري  …………………………………………………  37 

شكل (3-14) مواد حفاري شده سپر  EPB ……………..ا……………………………………………………………….  39 

شكل (3-15) دامنه كاربرد سپر EPB با توجه  به توزيع دانه بندي سازند  …………………………………………….  40

 

شكل (3-16) تركيب هاي ممكن سپرها ………………………………………………………………………………….  44

شكل (3-17)       سپر تركيبي ……………………………………………………………………………………………  44

شكل (4-1) تصوير آزمون تردي (20S)  …………ا………………………………………………………………………….  50

شكل (4-2) تصوير آزمون چال خوري (SJ)  …ا……………………………………………………………………………..  51

شكل (4-3) تصوير آزمايش سايش (AV)  ..ا………………………………………………………………………………..  52

شكل (4-4) زاويه بين سطح ناپيوستگي و جبهه كار  ……………………………………………………….و…………..  54

شكل (6-1) شيلد هاي خراش دهنده مجهز به بيل مكانيكي …………………………………………………………….  79

شكل (6-2) الف-  شيلد مجهز به بوم ب- رودهدر  …………………………………………………………………………..  79

شكل (6-3) رابطه بين دانه بندي- تراورايي- نوع .TBM  ……ا……………………………………………………………..  81

 

 

شكل (7-1) نماي كلي سپر مورد استفاده قرار گرفته در  خط يك متروي تبريز …………………………………………… 82

فصل   اول كليات

1 -1 هدف :

با شروع هزاره جديد، تونل هاي بزرگتر و طولاني تـر بـا روش هـاي سـاخت پيچيـده تـربراي برآوردكردن تقاضاهاي اكولوژيكي و اقتصادي نياز است. روش هاي تونـل سـازيمكانيزه از جمله استفاده از ماشين هاي حفر تمام مقطع TBM، يكي از روش هاي ساخت است كه امكان برآورده كردن نيازهاي جديد را دارد.

از سوي ديگر با توجه به شرايط خاص كشـور ايـران و بـه منظـور دسترسـي آسـان بـهاقصي نقاط كشور و نيز گسترش و توسعه شهرها، احداث تونل براي كاربردهاي حمـل ونقل داخل و خارج از شهر، انتقال آب و فاضل آب، لوله گذاري بدون حفاري سطحي بـرايانتقال انرژي از قبيل نفت و گاز فضاهاي زير زميني براي توليد بـرق، خطـوط  و ايسـتگاههاي مترو و پاركينگ هاي زيرزميني، دسترسي و بهـره بـرداري از معـادن لـزوم احـداثفضاهاي زير زميني را نشان مي دهد.[١

با توجه به مطالب گفته شده در بالا و گسترش سريع عملياتهاي عمراني از جملـه سـاختتونل در كشور و اقبال قابل توجه به استفاده از TBM، هدف تهيه اين سمينار را مي توان در معرفي فعاليتهاي اكتشافي لازم براي مشخص كردن ويژگـي هـاي سـازنده هـايي كـهتونل از آنها مي گذرد، براي انتخاب TBM مناسب دانست.

البته براي رسيدن به هدف مطرح شده، در ابتدا بايد به معرفي قسمت هاي مختلـفTBM  ها و انواع آنها اشاره كرد و ضمنا به مزايا و معايب استفاده از T BM ها نسبت به ساير روش هاي تونل زني نيز اشاره كرد

 12 پيشينه تحقيق

در سال 1806 مهندس مبتكـري بـه نـام آقـاي مـارك ايسـامبارد برونـل اصـول تـونلزنيسپري1 را در لندن پايه گذاري كرد و بعدها آن را به ثبت رسانيد. اين سـپر شـامل سـلولهاي مختلفي بود كه در هر يك از اين سلول ها يك كارگر به طور مستقل مي توانسـت درمحيطي كاملاً ايمن كار كند. بعد از حفر يك مقطع، تمامي پوسته سپر به وسيله جـك هـايهيدروليكي به جلو هل داده مي شد. به همين ترتيب حفاري ادامه پيدا مي كرد.

مشكل وجود آب هاي زيرزميني در طول سـاخت تونلهـاي زيـر آبـي در خاكهـاي سسـتتوسط آدميرال سر كوچدان حل شد. او سيستم هواي فشرده را به  دنبال پيشـنهاد ارائـهشده توسط كالودن به برونل در سال 1828 مـورد اسـتفاده قـرار داد. او در سـال 1830

محفظه هوا را اختراع كرد كه دسترسي به اتاق كار تحت فشـار را امكانپـذير مـي سـاخت.

گريت هد در سال 1886 موفق به تركيب تونلزني سپري با روش هواي فشـرده بـه هنگـامساخت يك سازه زير زميني در لندن شد.

به دنبال اختراع برونل، گام بعدي جايگزيني روش دستي با حفـاري مكـانيكي بـود. اولـينسپر مكانيزه ثبت شده به سال 1876 بر مي گردد كه توسط مـردان انگليسـي يعنـي جـانديكينسون برانتن و جرج برانتن بكار گرفته شد. اين سپر يك كله حفاري چرخشي نيمكره اي شكل متشكل از چند صفحه فولادي داشت. مواد حفر شده به داخل جـام هـايي كـه بـهصورت شعاعي بر روي كلر حفار نصب بود ريخته مي شد و جـام هـا مـواد را بـه نـوارنقاله انتقال داده و سپس مواد به قسمت پشت سپر منتقل مـي شـد. كلـه حفـار بـه وسـيلهشش جك هيدروليكي كه دندانه هاي رينگ ضامن دار نصب شده بر روي كله حفار راهـلمي داد به چرخش در مي آمد.[1]

 13روش كار وتحقيق

براي رسيدن به هدف مطرح شده، در ابتدا بايد به معرفي قسمت هاي مختلف TBM هـا وانواع آنها اشاره كرد و ضمنا به مزايا و معايـب اسـتفاده ازT BM  هـا نسـبت بـه سـايرروش هاي تونل زنـي اشـاره مـي شـود. نهايتـا بـا تقسـيم بنـدي سـازندها ، بـه معرفـيTBMمناسب پرداخته مي شود.

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

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

 فصل دوم

اجزايTBM ها

 2- اجزاي اصلي انواع TBM

ماشين حفاري مكانيزه تمام مقطع، با توجـه بـه قابليتهـا و سـرعت بـالاي حفـاري در هـرپروژه اي به عنوان يك گزينه مطرح مي باشند. در ابتدا تنها قابليت ابزار حفـاري مكـانيزه،حفاري بوده است. با گذشت زمان و احساس نياز به سرعت عمل در حفـاري و پيشـرويقابليتهاي جانبي چون انتقال مواد حاصل از حفاري به بيـرون، نگهـداري موقـت و دائمـيفضاي حفر شده و… افزوده شده است در اين قسمت TBM و اجزاي تشكيل دهنـده آنهـامعرفي خواهد شد.

صرف نظر از مدل و سيستم ماشين، در شكل (2-1) بخشهاي تشكيل دهنده ماشين تمـام  مقطع نشان داده شده است. البته سازندگان اين ماشـين آلات بـا توجـه بـه تكنولـوژي دراختيار و نوع كاربرد ماشين، تغييراتي در جزئيات اين ابزار ايجاد مي نمايند.

2-1- بدنه

بدنه ماشين، محور اصلي دستگاه را تشكيل مي دهد كه تمام قسمتها مثل صفحه حفـاري،الكتروموتورها، سيستم هيدروليك و نظاير آنها بر روي آن نصب شده اند. بسته بـه نـوعماشين، اجزاي بدنه متفاوت است ولي در حالت كلي، مجموعـه اي از اجـزاي فـولادي مـيباشد. موتورهاي محركه دستگاه، انرژي لازم براي چرخش صفحه حفـاري را تـامين مـيكنند. البته بين الكترو موتور اصلي و صفحه حفاري، سيستم جعبه  دنده وجود دارد كه به كمك آن مي توان سرعتها و گشتاورهاي مختلفي را براي صفحه حفاري تامين كرد

2-2- صفحه حفاري2

مهم ترين قسـمت دسـتگاه، صـفحه حفـاري آن اسـت كـه در جلـوي دسـتگاه قـرار دارد.

(شكل 2-2) اين صفحه كه دايره اي شكل بوده و حول محور خود كـه منطبـق بـر محـوردستگاه و محور تونل مي باشد، مي چرخد. ابزارهاي حفاري بر روي ايـن صـفحه نصـب

مي شوند.[2] ابزارهاي برش دهنده و يا خراش دهنده بر روي اين قسمت نصب مي شوند و در واقع اين قسمت پيشاني دستگاه بوده كه وظيفه حفاري و پيشروي را بر عهده دارد.

 ر برش بر روي صفحه حفار نصب مي شوند و حفار سنگ و خاك با اين ابـزار انجـاممي شود بسته به نوع زميني كه بايد حفاري شـود، ابـزار بـرش متفـاوت اسـت و در ايـنزمينه هيچ تقسيم بندي كلي جهاني وجود ندارد. بايد در نظر داشت كه مقاومت يـك سـنگخاص بسته به ويژگي هايي همچون ساختار بلـورين، شـكل ذرات تشـكيل دهنـده، درجـهسيمان شدگي، ميزان هوازدگي، وجود شكستگي است.[2]

براساس مقاومت فشاري تك محوره سازنده ها (سنگ و ها و خاك هـا ) مـي تـوان انـواع ابزار برش و پيشنهاد شده را استفاده كرد.(جدول 2-1)

جدول (2-1) رده بندي انواع سازندها برحسب مقاومت فشاري تـك محـوره (Mpa) و انواع ابزار برش پيشنهادي [3]

برش دهنده هاي دكمه اي معمولا وظيفه حفاري در سنگ هاي بسـيار سـخت را دارنـد دراين سنگ ها برش دهنده هاي ديسكي نمي تواند با برش دهنده هاي دكمه اي رقابت كننـد .

برش دهنده هاي دكمه اي از نيروي تراسـت و گشـتاور بـالايي اسـتفاده مـي كننـد. البتـهنيروي تراست بايد در سطح بزرگتري از توده سنگ اثر كند كه اين كار  نيز توسط سـطحزياد برش دهنده به سنگ اعمال مي شود در ضمن برش دهنده هاي دكمه اي نرمه زيادي توليد مي كنند. لازم به ذكر است كه نـاخن هـاي حفـاري بيشـتر در سـپرهاي دوغـابي وسپرهاي EPB و سپرهاي تركيبي كاربرد دارند. در زير اشكال مختلف انواع ابـزار بـرشنشان داده شده است.( شكل 2-3)

2-4- ديوارگيرها يا كفشكها[3]

براي حركت رو به جلوي دستگاه بواسطه جكهاي جلو برنده، بايسـتي دسـتگاه بـه جـاييتكيه كند. اگر پوشش اصلي تونل[4] در پشت دستگاه استحكام كافي داشته باشد، مـي تـوانجكهاي طولي را به اين پوششها تكيه داد و به كمك آنها دستگاه را جلو برد. اين جكهـا درپيرامون دستگاه و به موازات محور آن تعبيه مي شوند. تعداد و توزيع آنهـا بـه گونـه اياست كه فشار يكنواختي را به سيستم آن بخش از تونل كه پشت دستگاه قرار دارد منتقـلمي كند. درحالت كلي، سيستم نگهداري موقت تونل در پشت دستگاه امكان چنين فراينـديرا  ندارد و بنابراين در پيرامون ماشين و به حالت عمود بر محور آن تعدادي جـك تعبيـرمي كنند كه دو به دو در امتداد هم قرار دارنـد و بـه نـام كفشـك يـا ديـوار گيـر معـروفاند.(شكل 2-4)

2-5- جكهاي رانش صفحه حفاري9 (جك هاي جلو برنده)

جكهاي رانش از يك سو به ديوار گيرها و از سوي ديگر به صفحه حفار متكـي هسـتند (و يا اينكه از يك سوبه پوشش تونل و از يك سو به صفحه حفاري متصل هستند) و وظيفـهرانش رو به جلوي كاتر هد را به عهده دارند (شكل 2-5) تعداد اين جكها در دستگاه هـايمختلف متفاوت است. [2]

لازم به ذكر است كه ميزان طولي حفاري در هر كورس حفاري بستگي به ميزان باز شدن اين جكها دارد به طور معمول هر كورس حفاري با دستگاه TBM برابر 5/1 متر است.

2-6- سيستم بارگيري و تخليه مواد حفر شده

قطعات سنگ ها و موادي كه به وسيله صفحه حفاري از جبهه كار كنده مي شـوند بايـد ازمحل جبهه كار به پشت ماشين منتقل شود تا دستگاه بتواند به حفاري خود ادامه دهد. اگر سيستم دفع مواد متناسب با ماشين نباشد، آهنگ پيشروي ماشين، علي رغم ظرفيت بالاي آن محدود به توانايي ماشين در دفـع مـواد خواهـد شـد. بنـابراين مـواد حفـر شـده بايـد

بلافاصله به پشت دستگاه منتقل شده ودر آنجا به داخل نوار نقاله يا واگنهايي كه مـواد ر ا به بيرون تونل حمل مي كنند، تخليه شود.(شكل 2-6)

  انتقال مواد حفاري شده از سينه كار(الف) توسط سيال بنتونيت (ب) توسط اوگر ونوار نقاله [2]

در نمودار (2-1) روش هاي مختلف انتقال مواد حفاري شده از سينه كار بـه خـارج تونـلبيان شده اند در روش انتقال مواد توسط نوار نقاله، مـواد حفـاري شـده توسـط كاترهـدمستقيماً به روي نوار نقاله ريخته مي شود و به خارج تونل منتقل مي شود ولي در روش انتقال توسط نوار نقاله و واگن هاي ريلي ابتد مواد حفاري شده بر روي نوار نقاله ريختـهمي شود و بعد از طي مسافتي نوار نقاله مواد حفاري شده را به داخل واگن ها بار گيـريكرده و نهايتا اين واگن ها مواد را به خارج تونل مي برند. در حالت سـوم كـه مخصـوصسپرهاي EPB است ابتد مواد حفاري شده ي مخلوط با فوم از پائين محفظه متعادل كننده فشار، توسط اوگر بارگيري مي شوند و بعد توسط نوار نقاله و واگن ها بـه خـارج تونـلمنتقل مي شوند.

در حالت آخر ويژگي خاص مواد حفاري شده (حالت دوغابي) باعث شده كـه هـيچ يـك ازوسايل انتقال مواد كه در بالا ذكر شد، كارايي لازم را براي انتقال مواد نداشـته باشـند دراين وضعيت در خارج از تونل دوغابي از آب و بنتونيت توليد مـي شـود كـه ايـن دوغـابتوسط لوله اي به داخل محفظه فشار (پشت كاترهد) پمپ مي شود. در اين محفظـه بعـد ازمتعادل شدن فشار، دريچه هاي خروجي انتقال مواد حفاري شـده و دوغـاب بـاز شـده ومواد حفاري شده توسط لوله خروجي به بيرون از تونل منتقل مي شود. در بيـرون تونـلمواد حفاري شده از دوغاب جدا شده و دوباره دوغاب به پشـت كاترهـد پمـپ مـي شـودلازم به ذكر است كه نقش بنتونيت در انتقال مواد حفاري، بالا بـردن گرانـروي دوغـاب وجلوگيري از رسوب خرده هاي حفاري در لوله خروجي است.


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 35 هزار تومان

فایل pdf و فایل word