فایل مارکت

پایان نامه فرایند گزینش ماشین حفاری مناسب جهت تونل سازی

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 تونل 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)

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

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)

پایان نامه فرایند گزینش ماشین حفاری مناسب جهت تونل سازی