مقدمه:   

اين سمينار فقط براي سيستم Q و QTBM كه توسط آقاي بـارتن و همكـارانش تهيـه شـده نيسـت و تمـامتحقيقات و نتايجي را كه دانشمندان ديگر بر مبناي Q به دست آورده اند را در نظر مي گيرد. اينجانـب سيسـتم Q  را مانند يك ماشين حساب براي طراحان تونل هاي سنگي ميدانم كه مي تواند بسياري از پارامترهاي مهم همگرايي تونل، ضريب ايمني، سيستم نگهداري و … به راحتي پيش بيني نمايـد و تخمـين زد. مهنـدس طـراحتونل مي تواند با به كارگيري اين روش با تونل هاي مشابهي را، كه از لحـاظ سـنگ شـرايطي نزديـك بـه هـمداشته اند، ملاك كار خود قرار دهد. و نهايتاً رده بندي به توصيه هايي در مورد حايل بندي تونل منتهي مي شـودكه البته مانند ديگر روش هاي طبقه بندي، بايد با دقت و احتياط كامل به كار گرفتـه شـود. نكتـه ي مهـم ديگـراين است كه اين نكات را    ميتوان به عنوان يك آيتم براي اطلاعات ورودي براي روش هاي عددي به منظور تحليل پايداري استفاده نمود. به طور كلي اگر از اين روش قبل ازحفاري براي تونـل هـاي گونـاگون اسـتفادهكنيم يك روش تقريبي است اما اگر از آن هنگام حفاري استفاده شـود بـه ويـژه همـراه و روش تونـل سـازينروژي يك روش بسيار دقيق است.

نكاتي در مورد اين سمينار:  

امروزه  در  كشور ما  پروژه هاي  حفاري  به  ويژه  تونل  سازي  مدت  زمان  زيادي  حتي  بيش از  آنچه كه  پيش  بيني شده  است  را به  خود  مي گيرد  و مهم ترين  علت آن  عدم  انجام  حفاري هاي  اكتشافي يا  فعاليت هاي  شناسايي  ديگر  و عدم  تحليل  پايداري  كامل  مي باشد .

 امروزه ازسيستم Q بمنظورشناسايي مناطق جلوتر از سينه  كار  حفاري  استفاده شده  است  بويژه  با  استفاده از  سرعت  لرزه اي  كه  اين امر باعث  كاهش  وقفه  در  حفاري  و افزايش  نرخ  پيشروي   خواهد شد .     از نكات ديگري كه  در  اينجا  جمع  آوري شده  است  اين است كه  در  هيچ يك  كتاب هاي  فارسي  تعريف  كامل  و طرز  پيدا كردن  پارامتر هاي  سيستم  Q  نيامده  است .  در  اينجا از  دستورالعمل هاي NGI  براي  تعيين  پارامتر هاي  Q  استفاده  شده  است .

 و  مقادير  آورده شده  در جداول و  نمودار هاي نگهداري  براي  سقف  مي باشد كه  در اين تحقيق  چگونگي  استفاده  از آن ها براي  ديواره ها كه  نگهداري  كمتري  لازم  دارند آورده  شده  است .

 همچنين  بايد  يادآور شد كه  هر كدام از روش هاي  تحليل  پايداري  براي نگهداري  تونل ها  داراي  ويژگي هايي  هستند كه  ديگر  روش ها آن را  پيش بيني نمي كنند .  مانند مدت  زمان  پابرجايي  سنگ كه  فقط  بوسيله  روش هاي تجربي پيش  بيني و تخمين  زده  مي شود  پس لازم است  حتما  يكي از  روش هاي  تجربي كه  براي  تونل ها  روش Q  پيشنهاد  مي شود را  دا نست .

سيستم طبقه بندي Q و كاربردهاي آن

سيستم طبقه بندي Q و كاربردهاي آن

 فهرست مطالب

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

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

فصل اول : كليات 

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

 1- 2)پيشينه تحقيق…………………………………………………………………………………………………16

 1- 3)روش كار و تحقيق…………………………………………………………………………………………….17

فصل دوم : سيستم Q

 2- 1 ) كليات…………………………………………………………………………………………………………20

 2- 2) تعيين پارمترهاي Q………………………ا…………………………………………………………………..21

فصل سوم : جمعآوري اطلاعات صحرايي 

3- 1) كليات …………………………………………………………………………………………………………….54

2) نقشه برداري تونل………………………………………………………………………………………………….57    

فصل چهارم : Q برحسب سرعت موج لرزه اي   

1) كليات………………………………………………………………………………………………………………….. 73

 

فصل پنجم : پيش بيني شرايط زمين در تونل سازي 

1) معيار سينگ و همكارانش……………………………………………………………………………………………… 76

5- 2) معيار گول و همكارانش …………………………………………………………………………………………… 77    

فصل ششم : مقاومت برشي ناپيوستگي ها 

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

6-2) ضريب زبري ديواره درزه ……………………………………………………………………………………………..133

 فصل هفتم : QTBM

7-1) كاربرد  Q.در  تونل هاي  TBM .ا…………………………………………………………………………………..172

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

فصل هشتم : نتيجه گيري و پيشنهادات 

  نتيجه گيري ……………………………………………………………………………………………………….. 210   

فهرست منابع فارسي…………………………………………………………………………………………………..211

فهرست منابع لاتين………………………………………………………………………………………………………211

سايت هاي اطلاع رساني  …………………………………………………………………………………………… 211

  فهرست جدول ها

2-1 : طبقه بندي 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 شكل ها

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

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

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

4-4: نقشه زمين شناسي از تونل  ………………………………………………………………………………55

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

 

 

فصل اول : كليات 

1-1) هدف

. طبقه بندي هاي توده سنگ، روش تجربي استواري را بـراي طراحـي ايجـاد مـي كنـد و بـه طـور گسـترده درجهت مهندسي سنگ قرار گرفته اند. اخيراً طبقه بندي هاي توده سنگ بسيار متداول شده اند و به منظور طراحي در مرحله امكان پذيري  از آن ها استفاده مي شود. تجربه به دفعات نشان داده كه استفاده درست از طبقـه بنـديتوده سنگ مي تواند ابزار قدرتمندي در طراحي ها باشد. در بسياري از پـروژه هـاي          طبقـهبنـدي بـه عنـوان تنهـاروش مفيد و علمي براي طراحي مجموعه از از سازه هاي زيرزمينـي اسـتفاده  مـي شـود . بـا توسـعه سيسـتم هـايطبقه بندي در 50 سال گذشته، پيشرفت هاي چشمگيري در تكنولوژي نگهداري سنگ ايجاد شـده كـه شـروعآن از قابهاي فولادي بوده و بعد از آن تكنيك هاي نگهداري نظير  پيچ سنگ ها و شاتكريت تقويـت شـده بـافايبرهاي فولادي توسعه يافته اند.

تجربه نشان داده كه در يك محل، تغييرات زيادي در طبقه بندي هاي كمي وجود دارد. بنا بـه تجربيـات ناشـياز طراحي، مشخص شده كه از متوسط امتيازهاي توده سـنگ (مثـل RMR  و GSI و …) بايـد در طراحـيسيستم هاي نگهداري استفاده شود. در مـورد كي فيـت تـوده سـنگQ ، از متوسـط هندسـي مقـادير حـداقل وحداكثر در  طراحيها استفاده مي شود.

اطلاعاتي كه از تحليل برگشتي داده هاي سايت هاي پروژه هاي مختلف به دست آمده اند، نشان مي دهد كه مقاومت توده سنگ در اطراف تونل ها به مقدار قابل توجهي افزايش پيدا مي كند.

توده سنگ هاي اطراف تونل، نسبت به محاسبات تئوري عملكرد بهتري دارند، به جز در مناطق برشي نـازكو پلاستيك، گسلها، راندگيها، روراندگيها و در توده هاي سنگي كه داراي ذخيره ي آب هستند.

توده هاي سنگ در اطراف تونل، اتساع محـدودي دارنـد. بنـابر ايـن بـه علـت قفـل شـدگي درزه هـاي زبـر، شكست در اين درزه ها اتفاق نمي افتد. علاوه بر اين بلوك هاي سنگي برخلاف دانه هاي خاك كـاملا قفـلشده اند و نمي توانند به سادگي بچرخند. بنابراين مقاومت يك توده سنگي در اطراف تونل، به مقاومت مـادهسنگ نزديك مي شود. (پاند،1997).

ديده شد كه معيار هاي شكست تجربي توده سنگ نسبت به معيـار هـاي تئـوري قابـل اطمينـان ترنـد.  بـا ايـنوجود، طراحان در مسائل عملي از تقريبهاي خطي استفاده مي كنند.

 1- 2)پيشينه تحقيق

سيستم Q در حقيقت توسط بارتن و همكارانش لـين  ولانـده و ان سـ تيتو ژئوتكنيـك نـروژ(NGI)  بـه وجـودآورده شده است. البته با استفاده از شاخص Q روابط و تحقيقـات ديگـري توسـط دانشـمندان ديگـر بدسـتآورده شده كه در اين مجموعه به آن ها اشاره خواهد شد.

نيك بارتن، در سال 1999 در انگلستان متولد شد. و حال در كشور نروژ زندگي مي كند، همچنين يـك سـالاز عمر خود را در كشور برزيل سپري نمود. وي در سال 1966 در رشته ي مهندسي عمـران از دانشـگاه كـالچپادشاهي انگلستان فارغ التحصيل شد و مدرك دكتراي تخصصي خود را در       رشتهي پايـداري شـيب در سـال1971 كسب كرد. او در 2 دوره در NGI از سال 1971 تا 1980 و از سال 1982 تا سال 2000 مشغول به كار بود. همچنين در سال هاي 1989 تا 2000 به عنوان معاون بخش فني NGI مشغول به كار بـود . او سيسـتمQ  و مدل ساختماني (اساسي) Barton – Bandis را ارائه نموده است و او بـه عنـوان پروفسـور از دانشـگاهاييوتا، لوالدوسائو پائولو شناخته مي شود. و نيز بيش از 200 مقاله در مـورد مكانيـك سـنگ و مهندسـي سـنگبراي تونل ها ارئه نموده است و همچنـين كتـا  بهـايي در مـودر تونـل سـازي بـا TBM ، كيفيـت سـنگ وخواص لرزه اي و … منتشر كرده است. و نيز در 28 كشور در ملي 35 سال و اغلب در ارتباط با نوسازي بـرايقوه ي محركه مبدل برق، انتقال آب، راه و راه آهن در درون سنگ و همچنين  مغارههاي سنگي و پـروژه هـايباطله ي هسته اي در چندين كشور به عنوان مشاور حضور داشته است.

1- 3)روش كار و تحقيق

  كاربرد هاي  سيستم Q :                                                           

  • يك روش  ساده  براي  تشريح  توده  سنگ
  • تخمين شرايط زمين  در  تونل  سازي  ( آيا  زمين  فشارنده  است )
  • بدست آوردن  زاويه  اصطكاك  داخلي  سنگ  ها
  • پيش بيني  پايداري  تونل
  • تخمين فشار  نگهداري
  • تخمين دهانه  بدون  نگهداري
  • تخمين زمان  خود  ايستايي
  • انتخاب وسايل  نگهداري  حفريات  زير زميني  بويژه  تونل هاي
  • تخمين مقدار  همگرايي  تونل و  تونل هاي  حفر شده  بوسيله  TBM  
  • تخمين مدول  تغيير شكل  با  استفاده  از  سرعت  لرزه اي
  • تخمين مدول  تغيير شكل با  استفاده  از Q  ( و بر عكس  )
  • تخمين جابجايي شعاعي  سقف  و ديواره  تونل ها
  • تخمين مقاومت  فشاري و كششي تك محوره  توده  سنگ  در  اطراف  تونل ها

19)  تخمين  مقاومت  كششي  درزه هاي  غير  ممتد  ( ناپيوسته  )

  • تخمين مقاومت  برشي  ناپيوستگي ها  ( درزه ها )
  • تخمين پهناي  نيمه  تونل ها
  • تخمين بيش  شكستگي  و خرج ويژه  متوسط  در  آتشباري
  • پيش بيني  وسايل  نگهداري  در  روش  تونل  سازي  نروژي NMT
  • تخمين سرعت  نفوذ  ،  نرخ  پيشروي  ،  زمان  حفر تونل  در  تونل هاي    TBM
  • تخمين سرعت  نفوذ  TBM  با  استفاده  از  سرعت  موج  لرزه اي
سيستم طبقه بندي Q و كاربردهاي آن

سيستم طبقه بندي Q و كاربردهاي آن

فصل دوم 

 سيستم Q

اين شاخص را به دو روش مي توان تعيين كرد:

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

كه روش اول كار برد عمومي و دقيق تر داشته اما روش دوم و كارايي آن توضيح داده خواهد شد.

شاخص Q با رابطه رياضي زير تعريف مي شود و انـدازهعـددي آن كـه بـه صـورت مقيـاس لگـاريتمي تغييـرمي كند، بين 001/0 تا 1000 در تغيير است [6]:

( رابط ي شماره ي 1):

                                                                  RQD                Jr                 Jw

                                     Q =               ×           Jn      ×     Ja                     SRE

كه  در آن  :  

RQD = شاخص RQD   سنگ   

Jn = ضريب مربوط به تعداد درزه ها

Jr = ضريب مربوط به زبري درزه ها

Ja = ضريب مربوط به دگر ساني درزه ها

Jw = ضريب مربوط به كاهش آب درزه ها    SRF = ضريب مربوط به كاهش تنش

استفاده از سيستم Q به ويژه براي تونل ها و مغازه ها با سقف قوسي، توصيه شـده اسـت. بـر اسـاس مقـدارQ ، توده سنگ ها به دو دسته طبقه بندي مي گردند. (جدول شماره 1) [1].

 تعيين پارامترهاي Q

براي تعيين شاخص Q در مورد هر سنگ، ابتدا بايد مقادير عددي هريك از پارامترهاي Q را ازجداولشان به دست آورد و در رابطه (1) قرار داد تا شاخص Q سنگ به دست آيد.

در طي نقشه برداري زمين شناسي لازم است منطقه به چندين منطقـه كـوچكتر تقسـيم شـود و مقـدارQ  بـرايهركدام از مناطق باتوجه به شرايط آن ها تعيين گردد. و براي هر حالت تغييرات براي هـر پـارامتر بايـد مشـصشود. پس محاسبه ي مقدار حداقل و حداكثر در يك    منطقه امكـان پـذير خواهـد بـود. ايـن تغييـرات در يـكمنطقه كوچكتر نبايد از يك كلاس نگهداري تجاوز كند در اينجا بايد يادآور شد  كه پايداري توده سنگ از چندين پارامتر متأثر شده است اما 3 فاكتور زير بسيار مؤثرتر مي باشند. [2] كه عبارتند از:

1 تنش

2- اصطكاك درزه

3 اندازه ي بلوك

در كاربرد جداول تعيين پارامترهاي Q بايد به نكات زير توجه كرد [6]:

الف عبارت RQD \Jn   در  رابطه 1   بيانگر  ساختار  توده  سنگ و تخمين  اوليه اي از  ابعاد  قطعـه هـا و يا  ذرات  سنگ  است  و در  محدوده   5/0 / 100  تا  20/10   تغيير  مي كند  كه  اين  دو  حد  400 برابـراختلاف  دارند .   اگر  حاصل  تقسيم  عبارت   RQD \Jn    بر  حسب  سانتي متر بيان  شود ،  نشـانگر  آن است كه  محدوده  بالا و  پايين  ابعاد  ذرات سنگ بين 5/0   تا 200 سانتي  متر  تغيير  مي كند .  گرچـه  ايـن يك  تخمين  كلي است  اما در عين  حال  واقع  بينانه  نيز  هست.  احتمالا  بزرگترين  قطعه هاي  سنگ  بايـد چندين  برابر 200 سانتني متر  و كوچكترين  آنها  نصف  5/0   سانتي متـر باشـد.   البتـه  در ايـن  رده  بنـدي ذرات  رسي ، به  حساب  نيامده اند .  

عبارت Jr/Ja    نشانگر  ويژگي هاي  زبري و  اصطكاكي  ديواره  درزه ها  و  مواد  پر كننده  آنها  است .  اين  مشخصه  در  مورد  درزه هاي  زبر و  دگر سان  نشده  اي كه  دو طرف  آنها  در  تماس  مستقيم با  يكديگر قرار  دارند ،  اهميت  بيشتري  مي يابد .   مقاومت  چنين سطوحي   در  حد  مقاومت  نهايي  پيش  بيني  مي شود  و اگر  در  معرض  برش  قرار  گيرند  به  شدت  اتساع  پيدا  مي كنند  و نهايت  اينكه  اين  درزه ها از  نقطه  نظر  پايداري  تونل  مساعد هستند .   در مواردي كه  درزه ها  از  مواد  رسي  پر شده  باشند  مقاومت  آنها  در  حا  قابل  توجهي  كاهش  مي يابد اما  اگر پس از  حركات برشي  دو  ديواره  درزه  در  تماس  مستقيم  با  يكديگر  قرار گيرند  ممكن  است  عامل  مهمي  در  جلوگيري  از  شكست  نهايي  تونل  باشند .   

 در  مواردي كه  ديواره هاي  درزه  در  تماس  مستقيم با  يكديگر  قرار  نگيرند ،  پايداري  تونل نامساعد  خواهد بود .   زواياي  اصطكاكي كه در  جداول  درج  شده  ،  كمي  كمتر از  مقاومت  بر جاي  اكثر  رسهاست  و احتمالا  در  رده  پايين  تري  تقسيم  بندي  شده  اند .  علت  آن است كه  مواد  رسي  يا  مواد  پر كننده ديگر ، در  اثر حركات  برشي  تحكيم  مي يابند  . فشار  ناشي از  تورم  مونت  موريلونيت  را  نيز بعنوان  عامل  ديگري  در  اين  مورد  مي توان  در  نظر  گرفت .

عبارت خود   مركب  از  دو  پارامتر  تنش  است .   مشخصه SRF به  عوامل  زير  بستگي  دارد  

ر سست كننده  در  مواردي كه  تونل  در  زون هاي  برشي و  سنگ  هاي  حاوي  رس  حفر مي شوند

تنش موثر  بر سنگ  در  مورد  سنگهاي  محكم و مقاوم

بار ناشي از لهيدگي  در  مورد  سنگهاي  خميري و  نامقاوم

در  مجموع  مشخصه  SRF  را  مي توان  بعنوان پارامتر كلي  تنش  در  نظر  گرفت .

 مشخصه  ، به فشار  آبّ  موثر در  درزه ها  وابسته  است   كه  بعلت  كاستن  از  تنش  عمودي  موثر  ،  در مقاومت  برشي  درزه ها  اثر  منفي دارد  .

در  مواردي كه  درزه  با  مواد  رسي  پر شده  باشد  ،  وجود آب ممكن  است  موجب  آب  شستگي آنها  شود .

به هر حال  عبارت  ضريب  تجربي  پيچيده اي است .كه  بيانگر  تنش  فعال است  با  توجه  به  آنچه كه  گفتيم  به  نظر  مي رسد كه  شاخص  Q را ميتوان  تنها  بعنوان  تابعي از  سه  پارامتر  زير  در  نظر گرفت :

 ابعاد بلوكها كه در شاخصJn مندرج است در حقيقت اندازه سنگ بكر بين 2 دسته درزه مي باشد.

مقاومت برشي بين بلوك ها كه در شاخص Jar            مندرج است همان اصـطكاك درزه هـا اسـت كـه بـرايسنگ هاي مقاوم اهميت بيشتري نسبت به سنگ هاي نرم دارد.

تنش فعال كه در شاخصSREw  مندرج است.

در بخش هاي  بعدي چگونگي تعيين هريك از پارامترها توضيح داده خواهد شد.

ضريب كيفيت سنگ ((RQd:

RQD  درصد اصلاح شده بازيافت مغزه مي باشد كه براي به دست آوردن آن فقط از قطعات سالمي از مغزه كه در امتداد محور مغزه طول برابر mm 100 (4 اينچ) يا بزرگتر دارند استفاده مي شود.

اين ضريب توسط روش هاي زير به دست مي آيد [1]:

ش مستقيم:

كه با استفاده از رابطه زير به دست مي آيد:  

( رابط ي شماره ي 2):

مجموع قطات بزرگتر از 10

% 100 ×                                                = RQd`   سانتيمتر

 من بين المللي مكانيك سنگ (ISRM) بـراي تعيـينRQD  توصـيه مـي كنـد كـه حـداقل انـدازهNX  (اندازه mm7/54) باشد كه با لوله مغزه گير دو جداره با استفاده از مته الماسه حفاري شود. مي توان بـا كنـارهم قرار دادن مغزه ها و سطوح تميز، شكستگي هاي مصنوعي را تشخيص داد. بايد هنگام محاسبه طول مغـزهبراي تعيين RQD، از تمام شكستگي هاي مصنوعي چشم پوشي شود. همچنين اگر سرعت حفاري كم باشد RQD دقيق تر تعيين مي شود.

روش برداشت لرزه اي از تغيير خصوصيات الاستيك لايه ها استفاده مي كند كه بر سرعت امواج لرزه اي كه از اين لايه ها مي گذرند تاثير مي گذارد، بنابراين اطلاعات مفيدي درباره ي لايه هاي زير سطحي فراهم مـيكند. از مزاياي اين روش، كمك به مطالعه حجم بزرگي از توده سنگ، ارزاني و سريع بودن مي باشد. از اين آزمايش ها اطلاعات زير در رابطه با توده سنگ ها به دست مي آيد:

الف- موقعيت و شكل سنگ بستر و ساختار هاي زمين شناسي زير سطحي

ب- تاثير نا پيوستگي ها بر توده سنگ را مي توان با مقايسه سرعت موج فشاري بر جـا بـا سـرعت صـوت درمغزه بكر به دست آمده از همان توده سنگ در آزمايشگاه، تعيين كرد.

كه  V F سرعت موج فشاري بر جا و V L سرعت موج فشاري در مغزه سنگي يكپارچه مي باشد.

 ب) مقدار درزه حجمي:

وقتي كه مغزه ها در دسترس نباشند، RQD از تعداد درزه هاي ( ناپيوستگي هـاي ) موجـود در  واحـد حجـمJV سنگ تخمين زده مي شود. در زير يك رابطه ساده كه به منظور تبـديلJ بـهRQD  در تـوده سـنگهاي بدون رس استفاده مي 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﴾