آشنایی با روش های حفاری تونل

مقدمه

تونل ها سازه های مهندسی عمران هستند که یک گذرگاه زیرزمینی ایجاد می کنند که ممکن است از یک تپه، زیر ساختمان ها یا جاده ها، زیر آب یا حتی زیر کل شهرها عبور کند. ممکن است از آنها خواسته شود که از یک مانع عبور کنند، یک سیستم حمل و نقل انبوه ایجاد کنند، اتصالات زیر دریا را فراهم کنند، خطوط لوله را در خود جای دهند، سیستم های فاضلاب و غیره را فراهم کنند.

بسته به مقیاس تونل مورد نیاز، شرایط خاص زمین و آب زیرزمینی، عمق، در دسترس بودن فضا و غیره طیف وسیعی از روش‌ها برای طراحی و ساخت تونل‌ها وجود دارد. سپاهان برش کوه بزرگترین تولید کننده انواع دستگاه حفاری ، لوازم جانبی و دستگاه سیم برش ارائه دهنده مقالات

هدف از حفر تونل  : این امر بر اندازه و سطح مقطع تونل تأثیر می گذارد.

نوع زمین: این امر بر انتخاب مسیر برای تونل و مقرون به صرفه بودن یا امکان ساخت آن در جایی که ممکن است شرایط نامناسب یا نقص در طبقات وجود داشته باشد، تأثیر می گذارد.

روش ساخت: این روش بسته به نوع تونل، شرایط زمین، طول تونل مورد نیاز و فشارهای زمانی پروژه تغییر می کند.

حذف آوار: اندازه و طول تونل تجهیزات مورد نیاز برای “خارج کردن” زباله ها را تعیین می کند.

کنترل آب: پمپاژ رایج ترین تکنیک برای مقابله با وجود آب در حین تونل زدن است.

روش های حفر تونل

مته و انفجار

این عمدتا برای سنگ های سخت که در آن حفاری امکان پذیر نیست استفاده می شود و قبل از توسعه ماشین های حفاری تونل (TBM) بسیار رایج بود. این فرآیند نسبت به استفاده از TBM هزینه سرمایه کمتری دارد، اما کندتر است.

جاده سر

اینها ماشین های حفاری روی مسیر هستند که دارای بوم های برش قوی هستند و معمولاً در معادن زغال سنگ یا کارهای مهندسی عمران که به طیف وسیعی از قطر تونل نیاز دارند استفاده می شوند. آنها نسبتاً انعطاف پذیر هستند و می توان آنها را با تجهیزات اضافی مانند بازوهای جمع آوری زباله، جت های آب برای کاهش گرد و غبار و نوار نقاله برای از بین بردن زباله ها نصب کرد.

روش برش باز

گاهی اوقات به عنوان “برش و پوشش” نامیده می شود، این برای تونل های کم عمق مناسب است. این شامل ساخت یک ترانشه باز است که در آن تونل ساخته می شود. سپس سنگر پر می شود. بسته به شرایط زمین، دیوارهای جانبی ممکن است قبل از ایجاد ترانشه یا بعد از آن ساخته شوند.

روش لوله غوطه ور

این روش برای تونل هایی که از آب های عمیق عبور می کنند مناسب است. بخش های پیش ساخته تونل بتنی یا فولادی در یک ترانشه آماده شده در سطح دریا یا بستر رودخانه فرو می روند. سپس ترانشه پر شده و هر گونه حفاظت لازم در بالا ساخته می شود.

لوله جک

لوله‌کشی یک فناوری بدون ترانشه است که در آن یک گودال محرک ساخته می‌شود و سپس بخش‌هایی از لوله فولادی یا بتنی به صورت هیدرولیکی از گودال به جلو جک می‌شوند تا پوشش تونل را تشکیل دهند. این به ویژه برای نصب خدمات در زیر کانال ها، خاکریزهای راه آهن و جاده ها که در آن مهم است که اختلال کمی وجود داشته باشد، مناسب است. جک لوله از زمان اولین استفاده ثبت شده آن در سال 1892 در ایالات متحده توسط شرکت راه آهن اقیانوس آرام شمالی به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. اغلب به دلیل سادگی و جلوگیری از نشست زمین ترجیح داده می شود.

جک کردن جعبه

این فرآیند مشابه لوله جک کردن است، اما یک بخش جعبه ای شکل به جای لوله به جلو جک می شود و این می تواند به ایجاد یک تونل بزرگتر منجر شود.

مارپیچ خسته کننده

این از یک سر برش چرخان غیر قابل هدایت استفاده می کند و عمدتاً برای نصب لوله استفاده می شود. ماشینی که روی ریل نصب می شود، در حالی که یک لوله را به داخل زمین فشار می دهد، خاک را تحریک می کند. مارپیچ در حین چرخش، سطح گمانه را بریده و ضایعات حفاری شده را به سمت پایین لوله به داخل شفت منتقل می کند. یک سمت لوله توسط دستگاه وارد می شود که سپس خارج می شود تا طول دیگری از لوله جوش داده شود و پرواز مارپیچ گسترش یابد. سپس این روند تکرار می شود.

میکروتونل زنی

ماشین‌های میکروتونل زنی عمدتاً برای حفر تونل‌هایی استفاده می‌شوند که برای ورود عوامل بسیار کوچک هستند، مانند خطوط لوله، و برای استفاده در تقریباً هر نوع شرایط زمینی توسعه یافته‌اند. ماشین های میکروتونل زنی را می توان از سطح زمین با استفاده از تجهیزات لیزری کنترل کرد و در حین نصب، خرابی از سطح برش توسط مارپیچ که از طریق خط لوله عبور می کند، حذف می شود. این معمولاً در مواردی استفاده می شود که آشفتگی سطح باید به حداقل برسد، مانند ساخت سیستم های زهکشی شهری.

ماشین‌های حفاری کل صورت یا حفاری «تمام چهره»

این تکنیک از ماشین های حفاری تونل (TBM) برای حفاری کامل مقطع مورد نیاز استفاده می کند. هزینه های زیادی برای خرید و نگهداری چنین ماشینی وجود دارد، اگرچه نیاز به عوامل کمتری دارد و می تواند در زمان بسیار کارآمد باشد. سوراخ‌های تمام صورت کنار تونل را می‌گیرند تا نیروی رانش را به جلو منتقل کنند و می‌توانند سنگ‌های سخت را برش دهند و زباله‌ها توسط نوار نقاله جدا شوند، اما می‌توانند از نظر تغییر جهت یا مقطع غیر قابل انعطاف باشند.

روش جدید تونل زنی اتریش (NATM)

همچنین به عنوان روش حفاری متوالی شناخته می شود، NATM برای اولین بار در دهه 1960 مورد توجه قرار گرفت و به انقلابی در صنعت تونل سازی کمک کرد.

NATM که با سایر روش های تونل زنی متفاوت است این است که از استحکام زمین شناسی ذاتی موجود در توده سنگ اطراف برای تثبیت تونل استفاده می کند و بنابراین می تواند هزینه کمتری داشته باشد. روش بهینه پشتیبانی بر اساس شرایط واقعی زمین مشاهده شده تعیین می شود، که به آن نام رویکرد “طراحی در حین حرکت” را می دهد. تکیه گاه اولیه زمین توسط شاتکریت در ترکیب با الیاف یا آرماتور پارچه ای سیم جوشی، تیرهای مشبک و آرماتور زمین تامین می شود.