مقدمه:   

این سمینار فقط برای سیستم Q و QTBM که توسط آقای بـارتن و همکـارانش تهیـه شـده نیسـت و تمـامتحقیقات و نتایجی را که دانشمندان دیگر بر مبنای Q به دست آورده اند را در نظر می گیرد. اینجانـب سیسـتم Q  را مانند یک ماشین حساب برای طراحان تونل های سنگی میدانم که می تواند بسیاری از پارامترهای مهم همگرایی تونل، ضریب ایمنی، سیستم نگهداری و … به راحتی پیش بینی نمایـد و تخمـین زد. مهنـدس طـراحتونل می تواند با به کارگیری این روش با تونل های مشابهی را، که از لحـاظ سـنگ شـرایطی نزدیـک بـه هـمداشته اند، ملاک کار خود قرار دهد. و نهایتاً رده بندی به توصیه هایی در مورد حایل بندی تونل منتهی می شـودکه البته مانند دیگر روش های طبقه بندی، باید با دقت و احتیاط کامل به کار گرفتـه شـود. نکتـه ی مهـم دیگـراین است که این نکات را    میتوان به عنوان یک آیتم برای اطلاعات ورودی برای روش های عددی به منظور تحلیل پایداری استفاده نمود. به طور کلی اگر از این روش قبل ازحفاری برای تونـل هـای گونـاگون اسـتفادهکنیم یک روش تقریبی است اما اگر از آن هنگام حفاری استفاده شـود بـه ویـژه همـراه و روش تونـل سـازینروژی یک روش بسیار دقیق است.

نکاتی در مورد این سمینار:  

امروزه  در  کشور ما  پروژه های  حفاری  به  ویژه  تونل  سازی  مدت  زمان  زیادی  حتی  بیش از  آنچه که  پیش  بینی شده  است  را به  خود  می گیرد  و مهم ترین  علت آن  عدم  انجام  حفاری های  اکتشافی یا  فعالیت های  شناسایی  دیگر  و عدم  تحلیل  پایداری  کامل  می باشد .

 امروزه ازسیستم Q بمنظورشناسایی مناطق جلوتر از سینه  کار  حفاری  استفاده شده  است  بویژه  با  استفاده از  سرعت  لرزه ای  که  این امر باعث  کاهش  وقفه  در  حفاری  و افزایش  نرخ  پیشروی   خواهد شد .     از نکات دیگری که  در  اینجا  جمع  آوری شده  است  این است که  در  هیچ یک  کتاب های  فارسی  تعریف  کامل  و طرز  پیدا کردن  پارامتر های  سیستم  Q  نیامده  است .  در  اینجا از  دستورالعمل های NGI  برای  تعیین  پارامتر های  Q  استفاده  شده  است .

 و  مقادیر  آورده شده  در جداول و  نمودار های نگهداری  برای  سقف  می باشد که  در این تحقیق  چگونگی  استفاده  از آن ها برای  دیواره ها که  نگهداری  کمتری  لازم  دارند آورده  شده  است .

 همچنین  باید  یادآور شد که  هر کدام از روش های  تحلیل  پایداری  برای نگهداری  تونل ها  دارای  ویژگی هایی  هستند که  دیگر  روش ها آن را  پیش بینی نمی کنند .  مانند مدت  زمان  پابرجایی  سنگ که  فقط  بوسیله  روش های تجربی پیش  بینی و تخمین  زده  می شود  پس لازم است  حتما  یکی از  روش های  تجربی که  برای  تونل ها  روش Q  پیشنهاد  می شود را  دا نست .

سیستم طبقه بندی Q و کاربردهای آن

سیستم طبقه بندی Q و کاربردهای آن

 فهرست مطالب

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

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

فصل اول : کلیات 

 1- 1) هدف ………………………………………………………………………………………………………….  5

 1- 2)پیشینه تحقیق…………………………………………………………………………………………………16

 1- 3)روش کار و تحقیق…………………………………………………………………………………………….17

فصل دوم : سیستم Q

 2- 1 ) کلیات…………………………………………………………………………………………………………20

 2- 2) تعیین پارمترهای Q………………………ا…………………………………………………………………..21

فصل سوم : جمعآوری اطلاعات صحرایی 

3- 1) کلیات …………………………………………………………………………………………………………….54

2) نقشه برداری تونل………………………………………………………………………………………………….57    

فصل چهارم : Q برحسب سرعت موج لرزه ای   

1) کلیات………………………………………………………………………………………………………………….. 73

 

فصل پنجم : پیش بینی شرایط زمین در تونل سازی 

1) معیار سینگ و همکارانش……………………………………………………………………………………………… 76

5- 2) معیار گول و همکارانش …………………………………………………………………………………………… 77    

فصل ششم : مقاومت برشی ناپیوستگی ها 

6-1) مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………….13

6-2) ضریب زبری دیواره درزه ……………………………………………………………………………………………..133

 فصل هفتم : QTBM

7-1) کاربرد  Q.در  تونل های  TBM .ا…………………………………………………………………………………..172

72) QTBM  ا………………………………………………………………………………………………………………..183        

فصل هشتم : نتیجه گیری و پیشنهادات 

  نتیجه گیری ……………………………………………………………………………………………………….. 210   

فهرست منابع فارسی…………………………………………………………………………………………………..211

فهرست منابع لاتین………………………………………………………………………………………………………211

سایت های اطلاع رسانی  …………………………………………………………………………………………… 211

  فهرست جدول ها

2-1 : طبقه بندی سنگ با Q   ا…………………………………………………………………………………….. 20

RQD  : 2-2…………………………….ا………………………………………………………………………………23

Jn : 3-2ا…………………………………………………………………………………………………………………29

Ja : 5-2…………………………………………………………ا………………………………………………………32

Jw : 1-4………………………………………………………ا…………………………………………………………40

SRF : 2-4ا………………………………………………………………………………………………………………44

4-3 : عدد توده سنگ  ……………………………………………………………………………………………….72

فهرست شکل ها

1 : تعداد درزها  ……………………………………………………………………………………………………..28

4-2 : زبری درزه  …………………………………………………………………………………………………..33

SRF : 3-4………………………………………………………………ا…………………………………………….43

4-4: نقشه زمین شناسی از تونل  ………………………………………………………………………………55

4-5: گوه …………………………………………………………………………………………………………….63

 

 

فصل اول : کلیات 

1-1) هدف

. طبقه بندی های توده سنگ، روش تجربی استواری را بـرای طراحـی ایجـاد مـی کنـد و بـه طـور گسـترده درجهت مهندسی سنگ قرار گرفته اند. اخیراً طبقه بندی های توده سنگ بسیار متداول شده اند و به منظور طراحی در مرحله امکان پذیری  از آن ها استفاده می شود. تجربه به دفعات نشان داده که استفاده درست از طبقـه بنـدیتوده سنگ می تواند ابزار قدرتمندی در طراحی ها باشد. در بسیاری از پـروژه هـای          طبقـهبنـدی بـه عنـوان تنهـاروش مفید و علمی برای طراحی مجموعه از از سازه های زیرزمینـی اسـتفاده  مـی شـود . بـا توسـعه سیسـتم هـایطبقه بندی در 50 سال گذشته، پیشرفت های چشمگیری در تکنولوژی نگهداری سنگ ایجاد شـده کـه شـروعآن از قابهای فولادی بوده و بعد از آن تکنیک های نگهداری نظیر  پیچ سنگ ها و شاتکریت تقویـت شـده بـافایبرهای فولادی توسعه یافته اند.

تجربه نشان داده که در یک محل، تغییرات زیادی در طبقه بندی های کمی وجود دارد. بنا بـه تجربیـات ناشـیاز طراحی، مشخص شده که از متوسط امتیازهای توده سـنگ (مثـل RMR  و GSI و …) بایـد در طراحـیسیستم های نگهداری استفاده شود. در مـورد کی فیـت تـوده سـنگQ ، از متوسـط هندسـی مقـادیر حـداقل وحداکثر در  طراحیها استفاده می شود.

اطلاعاتی که از تحلیل برگشتی داده های سایت های پروژه های مختلف به دست آمده اند، نشان می دهد که مقاومت توده سنگ در اطراف تونل ها به مقدار قابل توجهی افزایش پیدا می کند.

توده سنگ های اطراف تونل، نسبت به محاسبات تئوری عملکرد بهتری دارند، به جز در مناطق برشی نـازکو پلاستیک، گسلها، راندگیها، روراندگیها و در توده های سنگی که دارای ذخیره ی آب هستند.

توده های سنگ در اطراف تونل، اتساع محـدودی دارنـد. بنـابر ایـن بـه علـت قفـل شـدگی درزه هـای زبـر، شکست در این درزه ها اتفاق نمی افتد. علاوه بر این بلوک های سنگی برخلاف دانه های خاک کـاملا قفـلشده اند و نمی توانند به سادگی بچرخند. بنابراین مقاومت یک توده سنگی در اطراف تونل، به مقاومت مـادهسنگ نزدیک می شود. (پاند،1997).

دیده شد که معیار های شکست تجربی توده سنگ نسبت به معیـار هـای تئـوری قابـل اطمینـان ترنـد.  بـا ایـنوجود، طراحان در مسائل عملی از تقریبهای خطی استفاده می کنند.

 1- 2)پیشینه تحقیق

سیستم Q در حقیقت توسط بارتن و همکارانش لـین  ولانـده و ان سـ تیتو ژئوتکنیـک نـروژ(NGI)  بـه وجـودآورده شده است. البته با استفاده از شاخص Q روابط و تحقیقـات دیگـری توسـط دانشـمندان دیگـر بدسـتآورده شده که در این مجموعه به آن ها اشاره خواهد شد.

نیک بارتن، در سال 1999 در انگلستان متولد شد. و حال در کشور نروژ زندگی می کند، همچنین یـک سـالاز عمر خود را در کشور برزیل سپری نمود. وی در سال 1966 در رشته ی مهندسی عمـران از دانشـگاه کـالچپادشاهی انگلستان فارغ التحصیل شد و مدرک دکترای تخصصی خود را در       رشتهی پایـداری شـیب در سـال1971 کسب کرد. او در 2 دوره در NGI از سال 1971 تا 1980 و از سال 1982 تا سال 2000 مشغول به کار بود. همچنین در سال های 1989 تا 2000 به عنوان معاون بخش فنی NGI مشغول به کار بـود . او سیسـتمQ  و مدل ساختمانی (اساسی) Barton – Bandis را ارائه نموده است و او بـه عنـوان پروفسـور از دانشـگاهاییوتا، لوالدوسائو پائولو شناخته می شود. و نیز بیش از 200 مقاله در مـورد مکانیـک سـنگ و مهندسـی سـنگبرای تونل ها ارئه نموده است و همچنـین کتـا  بهـایی در مـودر تونـل سـازی بـا TBM ، کیفیـت سـنگ وخواص لرزه ای و … منتشر کرده است. و نیز در 28 کشور در ملی 35 سال و اغلب در ارتباط با نوسازی بـرایقوه ی محرکه مبدل برق، انتقال آب، راه و راه آهن در درون سنگ و همچنین  مغارههای سنگی و پـروژه هـایباطله ی هسته ای در چندین کشور به عنوان مشاور حضور داشته است.

1- 3)روش کار و تحقیق

  کاربرد های  سیستم Q :                                                           

  • یک روش  ساده  برای  تشریح  توده  سنگ
  • تخمین شرایط زمین  در  تونل  سازی  ( آیا  زمین  فشارنده  است )
  • بدست آوردن  زاویه  اصطکاک  داخلی  سنگ  ها
  • پیش بینی  پایداری  تونل
  • تخمین فشار  نگهداری
  • تخمین دهانه  بدون  نگهداری
  • تخمین زمان  خود  ایستایی
  • انتخاب وسایل  نگهداری  حفریات  زیر زمینی  بویژه  تونل های
  • تخمین مقدار  همگرایی  تونل و  تونل های  حفر شده  بوسیله  TBM  
  • تخمین مدول  تغییر شکل  با  استفاده  از  سرعت  لرزه ای
  • تخمین مدول  تغییر شکل با  استفاده  از Q  ( و بر عکس  )
  • تخمین جابجایی شعاعی  سقف  و دیواره  تونل ها
  • تخمین مقاومت  فشاری و کششی تک محوره  توده  سنگ  در  اطراف  تونل ها

19)  تخمین  مقاومت  کششی  درزه های  غیر  ممتد  ( ناپیوسته  )

  • تخمین مقاومت  برشی  ناپیوستگی ها  ( درزه ها )
  • تخمین پهنای  نیمه  تونل ها
  • تخمین بیش  شکستگی  و خرج ویژه  متوسط  در  آتشباری
  • پیش بینی  وسایل  نگهداری  در  روش  تونل  سازی  نروژی NMT
  • تخمین سرعت  نفوذ  ،  نرخ  پیشروی  ،  زمان  حفر تونل  در  تونل های    TBM
  • تخمین سرعت  نفوذ  TBM  با  استفاده  از  سرعت  موج  لرزه ای
سیستم طبقه بندی Q و کاربردهای آن

سیستم طبقه بندی Q و کاربردهای آن

فصل دوم 

 سیستم Q

این شاخص را به دو روش می توان تعیین کرد:

  • با بدست آوردن پارامترهای Q
  • بدست آوردن Q برحسب سرعت موج

که روش اول کار برد عمومی و دقیق تر داشته اما روش دوم و کارایی آن توضیح داده خواهد شد.

شاخص Q با رابطه ریاضی زیر تعریف می شود و انـدازهعـددی آن کـه بـه صـورت مقیـاس لگـاریتمی تغییـرمی کند، بین 001/0 تا 1000 در تغییر است [6]:

( رابط ی شماره ی 1):

                                                                  RQD                Jr                 Jw

                                     Q =               ×           Jn      ×     Ja                     SRE

که  در آن  :  

RQD = شاخص RQD   سنگ   

Jn = ضریب مربوط به تعداد درزه ها

Jr = ضریب مربوط به زبری درزه ها

Ja = ضریب مربوط به دگر سانی درزه ها

Jw = ضریب مربوط به کاهش آب درزه ها    SRF = ضریب مربوط به کاهش تنش

استفاده از سیستم Q به ویژه برای تونل ها و مغازه ها با سقف قوسی، توصیه شـده اسـت. بـر اسـاس مقـدارQ ، توده سنگ ها به دو دسته طبقه بندی می گردند. (جدول شماره 1) [1].

 تعیین پارامترهای Q

برای تعیین شاخص Q در مورد هر سنگ، ابتدا باید مقادیر عددی هریک از پارامترهای Q را ازجداولشان به دست آورد و در رابطه (1) قرار داد تا شاخص Q سنگ به دست آید.

در طی نقشه برداری زمین شناسی لازم است منطقه به چندین منطقـه کـوچکتر تقسـیم شـود و مقـدارQ  بـرایهرکدام از مناطق باتوجه به شرایط آن ها تعیین گردد. و برای هر حالت تغییرات برای هـر پـارامتر بایـد مشـصشود. پس محاسبه ی مقدار حداقل و حداکثر در یک    منطقه امکـان پـذیر خواهـد بـود. ایـن تغییـرات در یـکمنطقه کوچکتر نباید از یک کلاس نگهداری تجاوز کند در اینجا باید یادآور شد  که پایداری توده سنگ از چندین پارامتر متأثر شده است اما 3 فاکتور زیر بسیار مؤثرتر می باشند. [2] که عبارتند از:

1 تنش

2- اصطکاک درزه

3 اندازه ی بلوک

در کاربرد جداول تعیین پارامترهای Q باید به نکات زیر توجه کرد [6]:

الف عبارت RQD \Jn   در  رابطه 1   بیانگر  ساختار  توده  سنگ و تخمین  اولیه ای از  ابعاد  قطعـه هـا و یا  ذرات  سنگ  است  و در  محدوده   5/0 / 100  تا  20/10   تغییر  می کند  که  این  دو  حد  400 برابـراختلاف  دارند .   اگر  حاصل  تقسیم  عبارت   RQD \Jn    بر  حسب  سانتی متر بیان  شود ،  نشـانگر  آن است که  محدوده  بالا و  پایین  ابعاد  ذرات سنگ بین 5/0   تا 200 سانتی  متر  تغییر  می کند .  گرچـه  ایـن یک  تخمین  کلی است  اما در عین  حال  واقع  بینانه  نیز  هست.  احتمالا  بزرگترین  قطعه های  سنگ  بایـد چندین  برابر 200 سانتنی متر  و کوچکترین  آنها  نصف  5/0   سانتی متـر باشـد.   البتـه  در ایـن  رده  بنـدی ذرات  رسی ، به  حساب  نیامده اند .  

عبارت Jr/Ja    نشانگر  ویژگی های  زبری و  اصطکاکی  دیواره  درزه ها  و  مواد  پر کننده  آنها  است .  این  مشخصه  در  مورد  درزه های  زبر و  دگر سان  نشده  ای که  دو طرف  آنها  در  تماس  مستقیم با  یکدیگر قرار  دارند ،  اهمیت  بیشتری  می یابد .   مقاومت  چنین سطوحی   در  حد  مقاومت  نهایی  پیش  بینی  می شود  و اگر  در  معرض  برش  قرار  گیرند  به  شدت  اتساع  پیدا  می کنند  و نهایت  اینکه  این  درزه ها از  نقطه  نظر  پایداری  تونل  مساعد هستند .   در مواردی که  درزه ها  از  مواد  رسی  پر شده  باشند  مقاومت  آنها  در  حا  قابل  توجهی  کاهش  می یابد اما  اگر پس از  حرکات برشی  دو  دیواره  درزه  در  تماس  مستقیم  با  یکدیگر  قرار گیرند  ممکن  است  عامل  مهمی  در  جلوگیری  از  شکست  نهایی  تونل  باشند .   

 در  مواردی که  دیواره های  درزه  در  تماس  مستقیم با  یکدیگر  قرار  نگیرند ،  پایداری  تونل نامساعد  خواهد بود .   زوایای  اصطکاکی که در  جداول  درج  شده  ،  کمی  کمتر از  مقاومت  بر جای  اکثر  رسهاست  و احتمالا  در  رده  پایین  تری  تقسیم  بندی  شده  اند .  علت  آن است که  مواد  رسی  یا  مواد  پر کننده دیگر ، در  اثر حرکات  برشی  تحکیم  می یابند  . فشار  ناشی از  تورم  مونت  موریلونیت  را  نیز بعنوان  عامل  دیگری  در  این  مورد  می توان  در  نظر  گرفت .

عبارت خود   مرکب  از  دو  پارامتر  تنش  است .   مشخصه SRF به  عوامل  زیر  بستگی  دارد  

ر سست کننده  در  مواردی که  تونل  در  زون های  برشی و  سنگ  های  حاوی  رس  حفر می شوند

تنش موثر  بر سنگ  در  مورد  سنگهای  محکم و مقاوم

بار ناشی از لهیدگی  در  مورد  سنگهای  خمیری و  نامقاوم

در  مجموع  مشخصه  SRF  را  می توان  بعنوان پارامتر کلی  تنش  در  نظر  گرفت .

 مشخصه  ، به فشار  آبّ  موثر در  درزه ها  وابسته  است   که  بعلت  کاستن  از  تنش  عمودی  موثر  ،  در مقاومت  برشی  درزه ها  اثر  منفی دارد  .

در  مواردی که  درزه  با  مواد  رسی  پر شده  باشد  ،  وجود آب ممکن  است  موجب  آب  شستگی آنها  شود .

به هر حال  عبارت  ضریب  تجربی  پیچیده ای است .که  بیانگر  تنش  فعال است  با  توجه  به  آنچه که  گفتیم  به  نظر  می رسد که  شاخص  Q را میتوان  تنها  بعنوان  تابعی از  سه  پارامتر  زیر  در  نظر گرفت :

 ابعاد بلوکها که در شاخصJn مندرج است در حقیقت اندازه سنگ بکر بین 2 دسته درزه می باشد.

مقاومت برشی بین بلوک ها که در شاخص Jar            مندرج است همان اصـطکاک درزه هـا اسـت کـه بـرایسنگ های مقاوم اهمیت بیشتری نسبت به سنگ های نرم دارد.

تنش فعال که در شاخصSREw  مندرج است.

در بخش های  بعدی چگونگی تعیین هریک از پارامترها توضیح داده خواهد شد.

ضریب کیفیت سنگ ((RQd:

RQD  درصد اصلاح شده بازیافت مغزه می باشد که برای به دست آوردن آن فقط از قطعات سالمی از مغزه که در امتداد محور مغزه طول برابر mm 100 (4 اینچ) یا بزرگتر دارند استفاده می شود.

این ضریب توسط روش های زیر به دست می آید [1]:

ش مستقیم:

که با استفاده از رابطه زیر به دست می آید:  

( رابط ی شماره ی 2):

مجموع قطات بزرگتر از 10

% 100 ×                                                = RQd`   سانتیمتر

 من بین المللی مکانیک سنگ (ISRM) بـرای تعیـینRQD  توصـیه مـی کنـد کـه حـداقل انـدازهNX  (اندازه mm7/54) باشد که با لوله مغزه گیر دو جداره با استفاده از مته الماسه حفاری شود. می توان بـا کنـارهم قرار دادن مغزه ها و سطوح تمیز، شکستگی های مصنوعی را تشخیص داد. باید هنگام محاسبه طول مغـزهبرای تعیین RQD، از تمام شکستگی های مصنوعی چشم پوشی شود. همچنین اگر سرعت حفاری کم باشد RQD دقیق تر تعیین می شود.

روش برداشت لرزه ای از تغییر خصوصیات الاستیک لایه ها استفاده می کند که بر سرعت امواج لرزه ای که از این لایه ها می گذرند تاثیر می گذارد، بنابراین اطلاعات مفیدی درباره ی لایه های زیر سطحی فراهم مـیکند. از مزایای این روش، کمک به مطالعه حجم بزرگی از توده سنگ، ارزانی و سریع بودن می باشد. از این آزمایش ها اطلاعات زیر در رابطه با توده سنگ ها به دست می آید:

الف- موقعیت و شکل سنگ بستر و ساختار های زمین شناسی زیر سطحی

ب- تاثیر نا پیوستگی ها بر توده سنگ را می توان با مقایسه سرعت موج فشاری بر جـا بـا سـرعت صـوت درمغزه بکر به دست آمده از همان توده سنگ در آزمایشگاه، تعیین کرد.

که  V F سرعت موج فشاری بر جا و V L سرعت موج فشاری در مغزه سنگی یکپارچه می باشد.

 ب) مقدار درزه حجمی:

وقتی که مغزه ها در دسترس نباشند، RQD از تعداد درزه های ( ناپیوستگی هـای ) موجـود در  واحـد حجـمJV سنگ تخمین زده می شود. در زیر یک رابطه ساده که به منظور تبـدیلJ بـهRQD  در تـوده سـنگهای بدون رس استفاده می شود، آورده شده است.


مقطع : کارشناسی ارشد

دانلود بخشی از روشهای افزايش عمر ساختمانهای عمومی و تاثير آن در صرفه جويی اقتصاد ملی ﴿ با طراحی نمونه موردی در تهران﴾