مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

فهرست مطالب

فصل اول: آشنايي با روش حفر مكانيزه

1-1- دسته بندي فضاهاي زيرزميني

1-2- مطالعات و طراحي

1-2-1- عمليات پيوسته

1-3- ملاحظات طراحي

1-4- هزينه ها

1-5- تقسيم بندي دستگاههاي حفر مكانيزه تونيل

1-5-1- تقسيم بندي براساس روش حفر

1-5-2- تقسيم بندي براساس نگهداري پيشاني تونل

1-5-2-1- نگهداري طبيعي

1-5-2-2- نگهداري مكانيكي

1-5-2-3- نگهداري با هواي فشرده

1-5-2-4- نگهداري دوغابي

1-5-2-5- روش متعادل نمودن فشار زمين

1-5-3- تقسيم بندي براساس سيستم حمل مواد

1-5-3- نوار نقاله

1-5-3-2- نقاله زنجيري

1-5-3-3- نقاله مارپيچي

1-5-3-4- پمپاژ

1-6- معرفي چند دستگاه مهم

1-6-1- دستگاههاي تمام مقطع

1-6-2- دستگاههاي حفر سنگهاي سخت

1-6-3- سپرهاي متعادل با فشار زمين

1-6-4- سپرهاي تركيبي

1-7- دستگاههاي مقطعي

1-7-1- ماشينهاي حفار بازويي/ بيلهاي مكانيكي

1-8- حفاري كم قطر

1-8-1- دستگاه حفار AVN

1-8-2- دستگاههاي حفارAVT

1-9- تجهيزات لوله گذاري

فصل دوم: معيارهاي انتخاب دستگاه

2-1- شناسايي منطقه

2-2- نمونه برداري (گمانه زني)

2-3- رسم نقشه هاي زمين شناسي و تهيه گزارش

2-4- انجام آزمايشها و تهيه داده هاي مربوطه

2-5- انتخاب دستگاه

2-5-1- زمينهاي خاكي و محيطهاي رسوبي

2-6- سپرهاي آبي

2-7- سپرهاي دوغابي

2-8- سپرهاي متعادل با فشار زمين

2-9- ساختار صخره اي و سنگي

فصل سوم: نيروهاي وارد بر دستگاه

3-1- نيروي فشارنده پيشاني تونل

3-1-1- روش ديوارگيري

3-1-2- اتكا به قطعات پوشش

3-2- نيروي گشتاور دستگاه

3-3- محاسبه نيروهاي وارد بر دستگاه حفار

3-3-1- نيروهاي وارد بر دستگاه در زمينهاي خاكي

3-3-1-1- نيروي تحكيم پيشاني تونل

3-3-1-2- نيروي حاصل از وزن طبقات و آب موجود

3-3-1-3- نيروي اصطكاك بين سپر و زمين

3-3-1-4- نيروي اصطكاك بين سپر و قطعات پيش ساخته

3-3-1-5- نيروي مقاوم لبه برنده سپر

3-3-1-6- نيروي مقاوم برش دهنده ها

3-3-2- نيروهاي وارد بر دستگاه در زمينهاي سنگي و صخره اي

3-3-2-1- برش دهنده هاي قلمي

3-3-2-2- نيروهاي وارد بر برش دهنده ها

3-3-2-3- عوامل مؤثر در عملكرد برش دهنده هاي قلمي

3-3-2-4- عمق نفوذ

3-3-2-5- زاويه تمايل به جلو

3-3-2-6- سرعت برش

3-3-2-7- فاصله برش دهنده

3-3-2-8- محاسبه نيروها

3-3-3- برش دهنده هاي ديسكي

3-3-3-1- عوامل مؤثر در عملكرد برش دهنده هاي ديسكي

3-3-3-2- عمق نفوذ

3-3-3-3- زاويه لبه برش دهنده هاي ديسكي

3-3-3-4- قطر برش دهنده هاي ديسكي

3-3-4- سرعت

3-3-5- فاصله بين برش دهنده ها

3-3-6- محاسبه نيروها

فصل چهارم: آزمايشهاي خاك و سنگ

4-1- خاك

4-1-1- تعاريف كلي خاك

4-1-2- روش هاي معمول نمونه گيري خاك

4-1-3- آزمايشهاي خاك

4-2- سنگ

4-2-1- تعاريف كلي سنگ

4-2-2- مغزه گيري از سنگ

4-2-3- طبقه بندي سنگها

4-2-4- آزمايشهاي سنگ

فصل پنجم: مطالعه پروژه امامزاده هاشم

5-1- آتشباري

5-12- دستگاه حفار

5-1-3- روش اجراشده جهت بازگشايي تونل در دهانه ورودي

5-1-4- روش اجراي fore poling (پيش لوله گذاري)

5-2- روش اجرا

5-2-1- روش پلكاني

5-2-2- روش مستقيم

5-3- مشخصات كلي سيستم حفار و لوله ها

5-4- مشخصات عمومي مورد استفاده در روش forepoling

5-5- زمين شناسي تونل امامزاده هاشم

5-5-1- چينه شناسي

5-5-1-1- سازند شمشك

5-5-1-2- سازند اليكا

5-5-1-3- سازند مبارك

5-5-1-4- سازند جيرودلاون

5-5-2- زمين ساخت

5-5-2-1- گسله شمالي (قره داغ)

5-5-2-2- گسله جنوبي (مشاء)

5-6- توضيحاتي پيرامون پروژه

5-6-1- مشكلات زمين شناسي

5-6-2- ريزش هاي بوقوع پيوسته و تمهيدات

5-6-3- تمهيدات انجام شده جهت مهار ريزش

5-6-4- خلاصه اي از ريزش هاي بوقوع پيوسته در دهانه خروجي

5-6-5- تمهيدات انجام گرفته جهت مهار ريزش

5-6-6- راه اندازي مجدد اين عمليات

5-6-7- ريزش در ابتداي دهانه ورودي و تشكيل قيف

5-7- ايجاد دال بتني

5-8- احداث تونل دسترسي (Adit)

 

 

چكيده:

در سالهاي اخير فضاهاي زيرزميني مخصوصاً حفر تونل در كشورمان اهميت زيادي پيدا نموده چرا كه مسئله آب به صورت يك مشكل اساسي در كشورهاي خشك و كم آب مطرح مي باشد، به طوريكه بعضي از تحليل گران، جنگهاي آينده را جنگ بر سر آب مي دانند، به همين خاطر در كشور ما نيز، مهار آبهاي سطحي سر لوحه برنامه هاي سازندگي قرار گرفته است. لذا تونلهاي انحراف و انتقال آب بسياري در حال انجام گرفتن است و يا در برنامه هاي درازمدت دولت قرار دارند.

از طرف ديگر توسعه راههاي كشور (چه اتوبانهاي داخل شهري و چه جاده هاي خارج از شهر) باعث افزايش روزافزون تونلزني در سالهاي اخير گرديده و روش حفر مكانيزه تونيل بعنوان يكي از روشهاي سريع و رايج در دنيا حائز اهميت مي باشد.

اما انتخاب غلط دستگاهها در بعضي از پروژه هاي موجود، گواه اين مطلب است كه نه تنها هيچ پارامتر كمي و كيفي درباره مشخصات اين دستگاهها، اعم از نيروي لازم و توان موردنظر و ... وجود ندارد تا كارفرما بتواند براساس آن طرح موردنظر را ارزيابي كند، بلكه حتي شناخت كافي نيز از انواع دستگاهها و محدوده كاري و نحوه عملكرد آنها دردست نمي باشد.

در فصل اول به معرفي و جايگاه اين صنعت، مقايسه اين روش با ديگر روشها، تقسيم بندي دستگاهها از ديدگاههاي مختلف و معرفي دستگاههاي مهم روش حفر مكانيزه پرداخته شده است.

در فصل دوم نحوه انتخاب دستگاهها و محدوده كاري آنها و خلاصه اي راجع به چگونگي تهيه پارامترهاي با ارزش بحث گرديده است.

در فصل سوم علاوه بر آشنايي پارامترهاي مهم و اصلي دستگاه، نحوه بدست آوردن آنها بصورت بسيار ساده بيان شده است كه مشخص كردن اين پارامترها ديگر مشخصات و تجهيزات دستگاه را تعيين مي كند.

در فصل چهارم آزمايشهاي مختلفي كه در محل و يا در آزمايشگاه بايد انجام گيرد تا مشخصات و پارامترهاي مختلف زمين و دستگاه قابل محاسبه باشند از منابع مختلف جمع آوري شده اند.

و در فصل آخر يك پروژه در حال كار (تونل امامزاده هاشم) به عنوان طويل ترين تونل راه كشور ارائه گرديده است. كارفرماي اين طرح وزارت راه و ترابري، مشاور شركت ايران استن و پيمانكار موسسه حرا مي باشد و در پايان روش اجرايي تونل امامزاده هاشم و مشكلات ناشي از حفر تونل در زمين هاي سست و ريزش آن ارائه گرديده است.

چكيده:

1- اشاره به موضوع پروژه و اهميت و ضرورت بررسي آن

2- اشاره به روش تحقيق (از محتواي پرونده فوق روش جمع آوري مطالب و مطالعه ميداني بوده است)

3- اشاره به فصول پروژه كه در بخش چه موضوعي بررسي مي گردد

4- اشاره به نتايج و دستاوردهاي تحقيق

 

 

 

 

 

 

فصل اول

 

مقدمه:

در چندسال اخير ايجاد فضاهاي زيرزميني رشد فزاينده اي داشته است. اگر قبلاً اين فضاها فقط براي مقاصد خاصي مانند معدنكاري و يا حمل و نقل در محل هاي صعب العبور و كوهستاني استفاده مي گرديد، اما امروزه به علت زندگي شهري و توسعه شهرنشيني، مشكلات تراكم و كمبود فضاهاي سطحي، ايجاد سازه هاي زيرزميني از توجه خاصي برخوردار شده است و كاربرد اين سازه ها را در زمينه هاي مختلف گسترش داده است. تنوع كاربري و الزامات موجود، موجبات گسترش و رشد صنعت تونلسازي و احداث سازه هاي زيرزميني را فراهم آورده است.

1-1- دسته بندي فضاهاي زيرزميني:

امروزه فضاهاي زيرزميني جهت حل مشكل حمل و نقل جاده اي بيرون و درون شهري انتقال آب، خدمات آب رساني همگاني، ايجاد مراكز صنعتي مانند نيروگاهها، انبارها و پناهگاهها، سيستم فاضلاب، مترو، معدنكاري و موارد بيشمار ديگر، مورد استفاده قرار مي گيرند.

اين فضاها برحسب شيب، سطح مقطع و طول به سه دسته كلي تونلها[1]، چاهها[2] و مغارها[3] تقسيم مي شوند. در جدول شماره 1-1- دسته بندي صورت گرفته براي سه نوع فضاهاي ذكرشده بر مبناهاي مختلف آورده شده است.

 

جدول 1-1 دسته بندي فضاهاي زيرزميني برمبناهاي مختلف (3)

مبناي دسته بندي	تونلها	چاهها	مغارها
الف- عمق	كم عمق عميق	كم عمق عميق	كم عمق عميق
ب- نوع زمين	سخت نرم مختلط	سخت نرم مختلط	سخت نرم مختلط
ج- روشهاي احداث	1- چالزني و آتشباري 2- ماشينهاي حفر تونل  3- ماشين حفار بازويي 4- كندن و پوشاندن 5- لوله گذاري 6- حفر با جت آب	1- چالزني و آتشباري 2- حفر بصورت چاه كورپا از بالا به پايين 3- گشادكردن دريل 4- Downslashin 5- حفاري مكانيزه	1- چالزني و آتشباري 2- حفاري مكانيكي
د- پوشش	1- پوشش بتني 2- پوشش يا قطعات پيش ساخته چدني 3- بتن پاشيده 4- بدون پوشش 5- پوشش يا وسائل نگهداري فولادي	1- پوشش بتني 2- پوشش با قطعات پيش ساخته چدني 3- بتن پاشيده 4- بدون پوشش 5- پوشش يا وسائل نگهداري فولادي	1- پوشش بتني 2- پوشش پاشيده

 

1-2- مطالعات و طراحي:

تونل: يك گذرگاه زيرزميني باريك، دراز و افقي و يا نزديك به افقي است كه از ابتدا و انتهاي آن به هواي آزاد راه دارد و براي انتقال آب، فاضلاب، عبور قطار، رفت و آمد وسائل نقليه و تأسيسات زيرزميني مختلف و معدن بكار مي رود.

ايجاد يك تونل طي دو مرحله اصلي يعني طراحي و احداث صورت مي گيرد. طراحي به عمل تصوركردن و طرح ريزي تركيب اصلي و پارامترهاي ارزشمند يك سيستم، نقشه، عمليات و يا كار هنري گفته مي شود كه لازمه آن به ويژه در مورد تونل جمع آوري اطلاعات مربوط به زمين است. اين اطلاعات به سه دسته عمده تقسيم مي شوند:

1- اطلاعات فيزيكي و مكانيكي مانند: مقاومت فشاري سنگ، قابليت حفاري و غيره.

2- اطلاعات زمين شناسي مانند: جنس سنگها، ژنز آنها، گسلها و غيره

3- اطلاعات آب مانند: سطح ايستايي، ضريب نفوذناپذيري و غيره

مرحله بعد از طراحي كه به مدد اطلاعات مربوط به زمين صورت مي گيرد. احداث تونل مي باشد. براي آنكه تونلي احداث گردد ابتدا بايد حفر و سپس نگهداري شود كه نگهداري بطور دائم يا موقت ميباشد.

حفر: مجموعه عملياتي است كه منجر به ايجاد يك حفره در زمين مي شود. اين عمليات و يا به عبارت ديگر عمليات واحد شامل عمليات توليدي و عمليات جانبي يا كمكي مي باشد.

عمليات جانبي: آن عملياتهايي هستند كه خود مستقيماً در ايجاد تونل نقشي ندارند، اما براي تداوم كار لازمند و در حقيقت به عمليات توليدي، خدمات رساني مي كنند. مانند تهويه، آبكشي، روشنايي و حتي بعضي، نگهداري را نيز جزء اين بخش مي دانند.

عمليات توليدي: مستقيماً با حفر تونل در ارتباط هستند براي اين كار بايد ابتدا سنگ شكسته شود[4] و يا خاك كنده شود[5] و سپس مواد به محلي مناسب منتقل گردند.[6]

براي شكستن سنگ و يا كندن خاك احتياج است كه ابتدا در آنها نفوذ شود[7] و سپس خاك كنده و سنگ خرد گردد.[8] نفوذ در سنگ به طرق مختلف ميسر است به صورت مكانيكي مانند: حفاري و يا استفاده از ابزار برنده به صورت حرارتي، صوتي، جت آب و ... و براي خردكردن سنگها نيز از انواع مختلف انرژي استفاده مي شود، از جمله از انرژي شيميايي مانند انفجار، انرژي مكانيكي مانند باVس و گوه و يا سرمته ها.

كندن خاك نيز به شيوه هاي مختلف صورت مي گيرد، از جمله روشهاي هيدروليكي مانند استخراج محلولي[9] و يا روشهاي مكانيكي مانند سرمته هاي چنگكي يا ناخني[10].

گام بعدي انتقال مواد كنده شده است تا ادامه عمليات امكان پذير باشد، براي اين منظور مواد كنده شده بارگيري مي شوند[11] و سپس جابه جا مي گردند.[12]

1-2-1- عمليات پيوسته:

با پيشرفت و ترقي جامعه بشري و رشد روزافزون اين صنعت و با توجه به طولاني بودن چرخه عمليات در روشهاي غيرپيوسته مانند چالزني، آتشباري، بارگيري و باربري احتياج به شيوه هايي بود كه از سرعت بيشتري برخوردار باشند و در نتيجه روشهاي پيوسته حفر مورد توجه قرار گرفتند و به سرعت پيشرفت كرد تا جايي كه پيشرفت دستگاههاي تونلزني حفاظ دار امكان احداث تونل را در اعماق زمين، در سطوح نزديك به زمين در نقاط كم استحكام زمين و حتي در زير درياها به وجود آورده است. استفاده از اين دستگاهها در همه نقاط با كمترين استحكام و بيشترين فشارهاي سطح زمين از قبيل بسترهاي پست خاكي كه نرم و روان هستند نيز امكان پذير است.

البته تونلزني با دستگاههاي مكانيزه نبايد و نمي تواند به طور كامل جايگزين ساير روشهاي حفر تونل شود ولي از نظر فني و اقتصادي در جايگاههايي كه روشهاي ديگر كاربرد ندارند و يا مسافت حفاري شده زياد باشد. با سرعت پيشروي بالا مدنظر مي باشد و يا اگر محدوديتهاي سخت زيست محيطي در سطح زمين حاكم باشد، مي تواند مورد استفاده قرار گيرد.

مهمترين مزايا و معايب استفاده از اين گونه دستگاهها چنين است:

مزايا:

- سرعت پيشروي بالا و مكانيزه بودن روش حفاري

- اجراي دقيق حفر تونل به لحاظ يكنواختي سطح مقطع و عدم انحراف از مسير مشخص شده

- حداقل تأثيرات منفي بر روي زندگي در سطح زمين

- ايمني بالا در حين حفاري.

- روشهاي ساختماني هماهنگ با شرايط محيط.

- كيفيت بالا و امكان تحكيم اقتصادي تونل.

معايب:

- دوره نسبتاً طولاني طراحي، ساخت و نصب دستگاه

- اقتصادي نبودن براي حفر تونل هاي كوتاه

- خطر عملكرد نامناسب هنگام تغييرات ناگهاني و پيش بيني نشده ساختار تركيب زمين.

چنانچه قرار باشد از اين گونه دستگاهها بطور موفقيت آميز استفاده شود، طراحي دقيق دستگاه روش تحكيم مناسب و پشتيباني دقيق لازم است. تجربه و دانش فني از پيش نيازهاي اصلي يك طرح اقتصادي و منطقي از نظر فني مي باشد.

1-3- ملاحظات طراحي:

جدول 1-2 ملاحظات طراحي براي انتخاب روش احداث تونل براي روش چالزني و آتشباري، ها و ماشين حفار بازوئي را به طور مقايسه اي مطرح نموده است.

 

جدول 1-2 ملاحظات طراحي براي انتخاب روش (3)

	چالزني و آتشباري	TBM	ماشين حفار بازويي
انفجار هوا و صداهاي شديد	امكان آن وجود دارد ولي با به كارگيري آتشباري تأخي	وجود ندارد	وجود ندارد
نرخ متوسط پيشروي گرفتگي با اندازه متوسط	30 فوت در روز	100 فوت در روز	40 فوت در روز
شناسايي گماله اي	اهميتي ندارد	بسيار مهم	گاهي مواقع مهم
قلوه سنگ و رسوبات يخچالي	چالزني مشكل ولي مطمئن ترين روش است	براي قله سنگها مشكل ولي براي رسوبات يخچالي مناسب است	براي قله سنگها چندان مناسب نيست. ولي براي رسوبات يخچالي مناسب است
دانه ريز رسي	چندان مشكل نيست	از جنبه جابجايي و انتقال بسيار مشكل	مشكل
مقاومت فشاري سنگ	براي هر مقاومتي قابل استفاده است	براي سنگهايي با مقاومت فشاري بيش ازKSI40 كارايي ندارد	براي سنگهاي با مقاومت فشاري بيش ازKSI 14 كارايي ندارد
تلرانس در حين احداث	در زمينهاي بد با مشكل مواجه مي شود	رضايت بخش خواهد بود	گاهي با مشكل برخورد مي كند.
قوس با انحناي تونل	شعاع انحناي قوس نبايد كمتر از 100 فوت باشد (عامل كنترل كننده شعاع انحناء تجهيزات باربري و انتقال مواد كنده شده است)	شعاع انحنا نبايد كمتر از 575 فوت باشد	مي تواند به قوسهاي تندتر وارد شود (عامل كنترل كننده شعاع قوس تجهيزات انتقال مواد كنده شده است)
شرايط مختلف زمين	در هر شرايطي مي تواند تطبيق نمايد	بسيار مشكل با شرايط مختلف انطباق مي يابد	انطباق پذيري چندان مشكل نيست
چالزني	نسبت به شرايط زمين بسيار حساس است	نيازي نيست.	نيازي نيست
گرد و غبار	در حين چالزني و آتشباري گرد و غبار بسيار زياد است	بسيار زياد	مقداري گرد و غبار
حفاري اكتشافي	مشكلي ندارد	براي انجام حفاري اكتشافي در حين احداث ماشين بايد طراحي خاص وجود داشته باشد.	مشكلي ندارد
گسلها	در برخورد بايد احتياط كرد. از جنبه نگهداري مشكل ولي از جنبه حفر آسان است	از گسلهاي عريضتر از 30 فوت نمي تواند گذر كند. گسلهاي با عرض 3 تا 30 فوت براي گذركردن بينهايت مشكل است	نيمه مشكل
انعطاف پذيري	بسيار بالا	بسيار صلب (غيرقابل انعطاف)	متناوب
ميزان خردشدگي	با نوع مواد منفجره كاربردي، روش خرجگذاري و الگوي آتشباري، ميزان خردشدگي قابل كنترل است	با انتخاب برش دهنده فشار محوري پشت ماشين، فاصله برش دهنده ها از هم و آرايش آنها ميزان خردشدگي قابل كنترل است	با انتخاب نوع سرمته و فاصله بين آنها ميزان خردشدگي قابل كنترل است
تونلهاي گازدار	بسيار سخت	مشكل	نسبتاً سخت متوسط
شيب	هرشيبي ولي به بيش از 18 درجه	براي شيبهاي افقي تر خوب است براي زواياي شيب بيش از 5 درجه مناسب نيست ماشينهاي خاصي براي كار در زاويه بيش از 20 درجه طراحي شده اند	براي زواياي شيب بيش از 5 درجه مناسب نيست
مشكل آب زيرزميني	مي تواند بسهولت كنترل شود	كنترل آن بسيار سخت است	قابل كترل است
هزينه اوليه	چندان زياد نيست	بسيار بالا است. (نسبت هزينه كل به هزينه ماشين برابر 15 تا 20 است.)	متوسط
حفر به كمك جت (آب)	نيازي به جت (آب) نيست	براي سنگهاي بسيار سخت (s بزرگتر از  40) نياز به جت آب است.	براي سنگهاي با s بيشتر از 14 نياز به جت آب است
زمان موردنياز براي راه اندازي	حدود يك ماه	سه تا 18 ماه براي راه اندازي	يك ماه يا بيشتر
طول تونل	طولهاي كوتاهتر، بيش از 10000 فوت	براي طولهاي كوتاهتر از 10000 فوت به كار نمي رود (مگر اينكه ماشينهاي مورد استفاده در دسترس باشند)	بيش از 10000 فوت (در شرايط ايده آل، در طولهاي بزرگتر مي تواند به كار گرفته شود)
مكانيزاسيون	چندان بالا نيست	بسيار بالا	متوسط
حفر جنبه كار مختلط	چندان مشكل نيست (انعطاف پذيرترين روش)	بسيار مشكل (حداقل انعطاف پذيري)	چندان مشكل نيست
رفتارنگاري جهت حفر	چندان مهم نيست	بسيار مهم	گهگاه مهم
انتقال سنگ كنده شده	بسيار انعطاف پذير (قطار، كاميون و ...)	انتقال سنگ خردشده از جبهه كار به پشت ماشين توسط نوار نقاله و سپس توسط قطار يا كاميون انجام مي گيرد	حمل سنگ خردشده از جبهه كار به پشت ماشين نياز به بازوي جمع كننده و نوار نقاله و سپس قطار يا كاميون دارد.
حفر تونلهاي چندگانه	به كار گرفته مي شود	مورد استفاده قرار نمي گيرد	معمولاً مورد استفاده قرار نمي گيرد
فرسودگي (درزه دارشدن) جداره فضايي اطراف	براي چالهاي با خرجگذاري زياد، بسيار بالاست	زياد نيست (بر جداره تأثير نمي گذارد)	متوسط
سروصدا	بسيار زياد (در حين آتشباري)	نه چندان زياد	ميزان سروصدا متوسط
تعداد كارخانجات توليدكننده	متعدد	درآمريكا 3 يا 4 كارخانه	در آمريكا 3 يا 4 كارخانه
حفر چندمرحله اي يا مقطعي جبهه كار	هميشه امكان پذير است	غيرممكن است	امكانپذير است
قابليت دسترسي به دهانه يا مدخل ورودي	مهم نيست	بسيار مهم است مگر اين كه براي انتقال  نياز به حفر چاه باشد	برخي مواقع مهم است
پيش نگهداري و پايدارسازي زمين	اجراي پيش نگهداري زمين مشكل نيست.	بسيار مشكل است مگر اين كه ماشين براي اين منظور طراحي شده باشد	چندان مشكل نيست
پيوستگي يا عدم پيوستگي عمليات	چرخه اي، متناوب غيرپيوسته	پيوسته	پيوسته
ميزان پيشروي بستگي دارد به:	طول، آرايش و فاصله رديفي چالها و نوع ماده منفجره	سختي سنگ، ساييدگي سنگ، گشتاور و توان و سرعت دوران و وزن و نوع برش دهنده هاي ماشين	سختي سنگ، گشتاور، توان، سرعت دوران و نوع برش دهنده سنگ
زمان خودنگهداري موردنياز زمين براي عمل حفر (بدون اصلاح زمين)	حداقل 3 ساعت (بدون پيش نگهداري)	در صورتي كه زمان خودايستايي زمين صفر باشد براي كار با  از سپرهاي دوغابي يا سپرهاي تعادلي با فشار زمين استفاده مي شود	4 ساعت ارجح است
مراحلياروندهاي (rounds)	به ازاي حدود 12 فوت طول چال، روند يا مرحله پيشروي 10 فوت است.	پيشروي روندي يا مرحله اي نيست	پيشروي روندي يا مرحله اي نيست.
RQD	براي كليه مقاديرRQD مناسب است	در صورتي كهRQD برابر 25 تا 45 درصد باشد روش خوبي نيست	براي كليه مقاديرRQD خوب است.
زمينهاي رونده	مناسب نيست مگر اين كه زمين پيش تزريق و پايدار شده باشد	ماشينهايي كه به طور ويژه طراحي شده باشند مي توانند در اين زمينها عمل كنند	مناسب نيست
شكل	هرشكلي	فقط دايرهاي (باستثناي ماشينهاي خاص مانند دستگاه استخراج متحرك)	دايره اي، نعل اسبي ونعل اسبي اصلاح شده
زمينهاي رسي، ماسه اي و سيلتي	مناسب نيست	TAB هاي سپردار خوب هستد	استفاده نمي شود.
اندازه	با استفاده از حفر تونلهاي پيشروي پله اي هر اندازه اي تونل حفر كرد	در حال حاضر قطر 6 تا 40 فوت	با ابعاد باز و كنترل مي شود به طور كلي 5 تا 14 فوت ولي از طريق حفر پله اي هر اندازه اي مي توان حفر كرد
زمينهاي فشاري يا مچاله شونده	گاهي مشكل	احتمالاً گيرخواهد كرد مگر اين كه پايه هاي گام زن داشته باشد يا قادر به كاهش اندازه باشد	گاهي مشكل
مشكلات شروع كار	شديد نيست	شديد و مستلزم ملاحظات خاص است	شديد نيست
مشكلات راهبري و هدايت	وجود ندارد	به شرايط زمين بستگي دارد. شيب و جهت بايد به شدت كنترل شود.	وجود ندارد.
مشكلات نقشه برداري	زياد	كم	متوسط
يكنواختي و يكساني اندازه تونل	ضروري نيست مي توان انشعاب و تغيير سطح مقطع ايجاد نمود.	بينهايت مهم	چندان مهم نيست
بهره دهي تجهيزات	35درصد	40 درصد	60 درصد
رسهاي خيلي محكم	قابل استفاده	با استفاده از برش دهنده هاي مخصوص همراه با سپرها	استفاده نمي شود
لرزش	پمپ زياد(درجريان آتشباري)	متوسط	بالا
نيروي كار انساني	بسيار ماهر (ناظر آتشباري انتخابي)	بسيار ماهر و متخصص (اپراتورها و مكانيسين ها)	ماهر

1-4- هزينه ها

همانگونه كه در معايب حفر مكانيزه گفته شد و در جدول 1-2 نيز آورده شده است، زمان و هزينه هاي ساخت اين دستگاهها بسيار بالا مي باشد، لذا براي پروژه هاي كوچك به صرفه نخواهد بود.

بطور كلي هزينه ها را مي توان به دو دسته ثابت و متغير طبقه بندي كرد. منظور از هزينه هاي ثابت هزينه هايي است كه با تغيير شرايط زمين و راندمان اجرايي ماشين تغيير نمي كند. مانند هزينه ماشين، دستگاه تهويه، سيستمهاي بارگيري و ... و هزينه هاي متغير شامل هزينه هاي كارگر، انرژي، نگهداري، تعمير وسايل و ... كه مي تواند با ميزان پيشروي جنس زمين و عوامل مختلفي كه با آن در اجراي طرح مواج مي شويم تغييركند.

در روش ماشيني معمولاً هزينه هاي ثابت، بالاتر از هزينه هاي متغير است ولي در روش حفاري دستي هزينه هاي متغير بالاتر است. بعنوان مثال هنگامي كه از ماشين حفاري استفاده مي شود، تمام هزينه ها تقريباً خود دستگاه مي باشد و هنگامي كه از روش حفاري دستي و سنتي استفاده مي شود اكثر هزينه ها (در صورتيكه از ماشينهايي مثل دستگاههاي هيدروليكي حفار هم استفاده مي شود)، هزينه هاي نيروي انساني و كارگر است.

معمولاً از طول مشخصي به بعد روش ماشيني اقتصادي تر به نظر مي رسد در صورتيكه قبل آن از روش حفاري دستي اقتصادي تر به نظر مي رسد.

از عوامل مؤثر ديگر مي توان به شيب تونل اشاره كرد، واضح است كه با افزايش شيب، به بالا مسائلي مانند درگيرنشدن مناسب پيشاني برشي ماشين با جبهه كار تونل و نياز تقويت جكهاي هيدروليكي ماشين براي مقابله با مؤلفه وزن ماشين مطرح مي شود و شيب به سمت پايين نيز مشكل جمع شدگي آب در جبهه كار تونل و انتقال مواد حاصل از حفاري به خارج تونل را پديد مي آورد كه در ابتداي كار بايد به اين مسائل توجه كافي داشت ولي به هر حال هزينه بالا و راندمان پايين تر خواهد بود. البته ماشينهايي براي كار در شيب به طور خاص طراحي شده اند، مثلاً ماشين حفار تمام مقطعي وجود دارد كه تا زاويه 45 درجه بالاي افق و 18 درجه پايين آن را مي تواند حفر كند.

از عوامل بسيار مهم ديگر در هزينه هاي حفاري جنس و نوع سنگ است. اگر جنس سنگ سخت باشد نياز به تكيه گاههاي موقت كاهش مي يابد اما مشكلاتي مانند فرسوده شدن سرمته ها و نياز به تعويض آنها باعث افزايش هزينه مي شود و از سرعت پيشروي مي كاهد.

ماشينهاي حفار تمام مقطع، تونل را با يك مقطع ثابت حفر مي كنند و امكان بازگشت ماشين از طريق تونل احداث شده وجود ندارد، درحاليكه در روش حفاري انفجاري يا ماشينهاي حفاري مقطعي ابعاد تونل به دلخواه اجرا مي شود و محدوديت قبلي مطرح نيست. از مشكلات ديگر حفاري مي توان به تورم وفشردگي سنگها اشاره نمود كه موجب بادكردن و تغييرشكل تونل در مسير مي شود، بخصوص هنگام استفاده از ماشينهاي حفار تمام مقطع بايد به اين نكته توجه داشت، چرا كه تغييرشكلها ممكن است آنقدر زياد باشد كه حفر در تونل با مشكل روبرو شود. گاه اين تغييرمكانها را مي توان با حفاري موضعي برطرف نمود.

زماني كه يكي از ماشينهاي رابينز در يك تونل فاضلاب در تورنتو در سنگ آهك، ماسه سنگ و شيل با مقاومت فشاري حدود 600 تا 1900 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع حفاري نمود، به موفقيت و شناسايي قابل توجهي رسيد. اين ماشين اولين ماشيني بود كه كاملاً به برش دهنده هاي ديسكي چرخان[13] مجهز بود. سرعت پيشروي در اين تونل با قطر حدود 3 متر به 3 متر در ساعت رسيد.

از سال 1960 به بعد در كشور اتريش نيز ماشينهاي حفاري توسط شركت ولماير در وين طراحي و توسط شركت الپين ساخته شد. اين دستگاه در جهات قائم و افقي در طول خود به جداره فرزشده تونل، بوسيله جك تكيه داشت و فشار لازم براي پيشروي را تأمين مي نمود. اين دستگاه با موفقيت جهت حفر تونلي بقطر سه متر در سنگهاي آهكي دونين با سرعت پيشروي 8/1 متر در ساعت آزمايش شد.

در سالهاي بعد كارخانه ويرث آلمان غربي نيز ساخت ماشينهاي حفر تونل را كه داراي سپر مجهز به برش دهنده هاي غلطكي زگيل دار (براي سنگهاي سخت) و دندانه دار (براي سنگهاي با سختي متوسط) شروع نمايد. برش دهنده داراي استهلاك متوسطي بود تنها گرم شدن پايه هاي غلطكها ايجاد مشكل مي نمود، زيرا فشار فوق العاده زيادي جهت پيشروي در سنگ سخت لازم بود كه برش دهنده را سخت به پايه هاي خود مي فشرده و توليد گرما نمايد. بدين خاطر خنك كردن برش دهنده توسط آب لازم مي شد. اين عمل، مشكل استهلاك وسائل متحرك را در اثر خرده ريزه بلورهاي سنگ كه لابلاي دستگاه حفار پراكنده مي شد، تشديد مي كرد كه اين مشكل با ايجاد كانال كف تونل جهت جاري ساختن آب در آن و تخليه محيط تونل از آب تا حدودي برطرف گرديد.

حدود سال 1969 شركت ويرث تا بدانجا پيشرفت كرد كه تونلهاي با زاويه شيب تا 32 درجه را در سنگ گرانيت توسط ماشينهاي حفاري مكانيزه به انجام رسانيد. سرعت پيشرفت در اين تونل شيبدار با قطر 4/2 متر به 12 متر در روز رسيد.

از جمله ساير سازندگان ماشينهاي حفاري تونل جاروا[14]، اينكرسولرند[15]، هاگز[16]، درسر[17]، اطلس كوپكو[18]، دماگ[19]، زوكور[20] و كوماتسو[21] را مي توان نام برد.

1-5- تقسيم بندي دستگاههاي حفر مكانيزه تونل:

1-5-1- تقسيم بندي براساس روش حفر (14)

در روش مكانيزه حفاري به طور كلي از نظر روش حفر و شكل پيشاني برشي[22] چهار نوع ماشين وجود دارد:

دستگاههاي كه با روش دستي كار مي كنند[23]، دستگاههاي مقطعي[24]، دستگاههاي تمام مقطع[25] و ماشينهاي ويژه[26].

در روش حفاري با ماشينهاي مقطعي، حفاري به صورت قسمت قسمت انجام مي شود و تجهيزاتي از قبيل بيل مكانيكي و تيغه هاي برنده خاص و كلگي قابل تعويض استفاده مي شود. هدايت اين نوع ماشينها توسط انسان بطور اتوماتيك انجام مي گردد.

ماشينهاي تمام مقطع نيز انواع مختلفي دارند كه نوع آنها بستگي به ويژگيهاي زمين و شرايط آبهاي زيرزميني دارد. همچنين نوع برش دهنده ها بستگي به ساختار؛ زمين منطقه حفاري دارد. دسته بندي انواع متداول دستگاههاي حفاري از ديدگاه روش حفر به صورت زير است:

دستگاههاي ويژه به انواع بالا محدود نمي شوند و بسيار متنوعتر از حالتهاي بالا مي باشند و طرحهاي مختلفي در حال ساخت و يا به صورت ايده مطرح مي باشد.

1-5-2- تقسيم بندي براساس نگهداري پيشاني تونل

نگهداري پيشاني تونل و تحكيم ديواره هاي آن يكي از مهمترين عوامل مؤثر در انتخاب و طراحي دستگاه است. بدين جهت تقسيم بندي ديگري از ديدگاه نگهداري پيشاني تونل مطرح مي گردد.

پنج روش براي نگهداري پيشاني تونل وجود دارد كه هريك از اين روشها با توجه به شرايط زمين و آبهاي زيرزميني انتخاب و بكار گرفته مي شوند، اين روشها از قرار زيرند:

1- نگهداري طبيعي[27]

2- نگهداري مكانيكي[28]

3- نگهداري با هواي فشرده[29]

4- نگهداري دوغابي[30]

5- متعادل نمودن فشار زمين[31]

1-5-2-1- نگهداري طبيعي:

نگهداري طبيعي به اين معناست كه پيشاني تونل بدون هيچ تدبيري خود ايستا مي باشد. حال يا پيشاني تونل همانگونه كه مي باشد ايستايي خود را حفظ مي كند مانند حفر تونل در سنگهاي سخت كه از  ها استفاده مي شود و يا اينكه مواد پيشاني تونل با يك زاويه قرار و شيب خاص، تعادل خود را حفظ مي كند. اما در تونلهاي با مقطع بزرگ لازم است تا با صفحاتي افقي ارتفاع تل مواد، در پيشاني تونل را كم كرد تا مقدار پيشروي آن به داخل تونل و دستگاه كمتر گردد. اين مطلب در شكل شماره 1-2- كه دستگاهي كه با نگهداري طبيعي را نشان مي دهد مشخص است.

 

 

 

[1] - tunnel

[2] - shaft

[3] - Covern

[4] - Rock Breaking

[5] - Soil Digging

[6] - Material Handing

[7] - Rock or Soil Penetration

[8] - Rock Fragmentation

[9] - Solution Mining

[10] - Drag Bit

[11] - Loading

[12] - Howlage or Hoisting

[13] - Rotary Disc Cutter

[14] - Jarva

[15] - Ingersool Rand

[16] - Hughes

[17] - Dresser

[18] - Atlas copco

[19] - Demag

[20] - Zokor

[21] - Komatso

[22] - Cutter Head

[23] - Hand Shield

[24] - part- Face

[25] - Full-Face

[26] - Special Machine

[27] - Natural face support

[28] - Mechanical face support

[29] - Compressed air support

[30] - Slurry face support

[31] - Earth-pressure balance support