پایان نامه حفاری

نگاهی اجمالی به سیر تحول تونل‌سازی

اگر حفر قنوات بخشی از عرضه تونلسازی محسوب شود آنگاه قدمت این فن به 2800 سال قبل از میلاد بر می‌گردد. زیرا باستان‌شناسان معتقدند که حفر قنوات در مصرو ایران از آن زمانها معمول بوده است. تذکر این نکته در اینجا در خور توجه است که در سال 1962 طول کل قنوات در ایران را 000/160 کیلومتر تخمین زده‌اند. اگر از این مورد که ذکر شد صرفنظر شود اولین تونل زیرآبی در 2170 سال قبل از میلاد در زمان بابلیها در زیر رودخانه فرات و بطول یک کیلومتر ساخته شد که هر چند بصورت حفاری تونل اجرا نشده است ولی همین، کار حداقل تجربه و تبجر معماران آن عصر را نشان می‌دهد. از این نوع کار دیگر اجرا نشده است تا 4000 سال بعد که در 1825 تونل تیمز زیر رودخانه تیمز ندن ساخته شد. تونل‌زنی درون سنگها به علت شکل حفاری و عدم امکانات و عدم نیاز ـ به جز موارد بسیار محدود ـ فقط در دو قرن اخیر توسعه یافته اس. هر چند اختراع باروت به قرنها قبل بر می‌گردد و بعضی آنرا حتی به قرن دوم میلادی نسبت می‌دهند ولی کاربرد آن در شکستن سنگها احتمالاً در قرن 16 بوده است و اختراع دینامیت در قرن 19 موجب تحولات تدریجی ولی اساسی در سهولت ایجاد تونل در سنگها شد گرچه ایجاد تونل در سنگها به علت سختی سنگ نیاز به مواد منفجره و یا وسایل بسیار سخت و برنده دارد ولی در سنگهای خیلی نرم و در رسوبات سخت نشده، مشکل تونل‌زنی به لحاظ نگهداری تونل است. بطوری که تا قبل از اختراع شیلد توسط در سال 1812، ایجاد تونلهای بزرگ مقطع در رسوبات سست فوق‌العاده مشکل می‌نمود. اولین کاربرد شیلد در 1825 در حفر تونل زیر رودخانه تیمز بود. هر چند حفر این تونل 5/1 کیلومتری حدود 18 سال طول کشید روش شیلد بعداً توسط تکمیل گردید و بعلاوه نامبرده کاربرد هوای فشرده را نیز در شیلد عملی ساخت (1886) با گسترش شهرها، اختراع ترنها، افزایش جمعیت، پیشرفت صنایع و نیاز مبرم به معادن گسترش شبکه‌های زیرزمینی، هم به منظور عبور و مرور و هم بمنظور انتقال آب و فاضلاب و نیز در پیشروی معادن و غیره ضرورت یافت و با سرعت روز افزون از اواخر قرن 19 تاکنون پیشرفتهای چشمگیری حاصل گردیده است. بگونه‌ای که در سالهای اخیر استفاده از ماشینهای حفر تمام مقطع تونل رشد سریعی داشته است. ایده استفاده از این ماشینها از زمانهای دور است. اولین ثبت شده در امریکا توسط جان ویلسون در سال 1856 برای تونل هوساک در ماساچوست بوده است ولی تنها توانسته 3 متر از تونل 7600 متری را حفر نماید در دهه‌های اخیر توسعه بسیار زیادی پیدا کرده بطوری که در بسیاری از موارد بعنوان اولین گزینه برای حفر تونل می‌باشد.

مقدمه

در جمع‌اوری و تهیه اطلاعات موردنیاز برای طراحی هر نوع حفاری زیرزمینی پس از انجام مطالعات اقتصادی و فنی (امکان‌پذیری مقدماتی طرح) پی‌جوئیهای لازم و مقایسه‌گرینه‌های مختلف و انتخاب راه‌حل مطلوب مقدماتی که برای دسترسی به هدف موردنظر ممکن می‌باشد، مطالعات مقدماتی و تفصیلی زمین‌شناسی و اقلیم‌شناسی منطقه اجرای طرح بایستی توسط مهندسین مشاور ذیصلاح پذیرد.

مـراحـل اکتشـافی زمین‌شناسی از دیدگاه حفر و احداث حفریات زیرزمینی

اقدامات اکتشافی از دیدگاه احداث حفریات زیرزمینی شامل سه مرحله زیر است:

الف ـ تحقیقات و اکتشافات مربوط به مشخصات عمومی طرح قبل از شروع طراحی

1ـ الف ـ بررسی کلی منطقه از دیدگاه تاریخی و آمارهای موجود، سنگ‌شناسی چینه‌شناسی و محیط زیست

2ـ الف ـ بررسی عکس‌های هوائی، وضعیت گیاهان منطقه، مشخصات بارز شیمیائی سنگها و کشف شرایط اولیه تشکیل آنها (آذرین یا رسوبی)، مطالعه گسل‌ها و چین‌خوردگی‌ها

3ـ الف ـ مطالعات آب‌شناسی، وضعیت رودخانه‌ها، سیل‌ها، تعیین PH آب، تعیین مشخصات حرارتی و شیمیائی و املاح موجود در آبهای سطحی برای تشخیص طبیعت سنگها و جنس زمین

تنش‌های مرزی یا جداره‌ای (Boundary stresses)

معمولاً بحرانی‌ترین تمرکز تنش در جداره تونل (یا فضایی دیگر) به وجود می‌آید. در هر نقطه از جداره تونل مولفه‌های مختلفی از تنش را می‌توان در نظر گرفت. به عنوان مثال در شکل 4ـ2 تنش‌های شعاعی ، مماسی  و برشی (Tro) را می‌توان به هر جزء از جداره مؤثر دانست. در بین مولفه‌ها معمولاً تنش مماسی دارای تأثیر بیشتری در پایداری بوده و لذا در بررسی وضعیت تمرکز تنش در جداره این مولفه را در نظر قرار می‌دهند.

برش دقیق با ماده منفجره

برای برش با مواد منفجره به نحوی که سنگهای اطراف حفره احداثی کمترین لرزش وارد شود دو روش بکار برده می‌شود.

1ـ انفجار نرم

2ـ پیش برش

اصل بر این است که آتشکاری همزمان چالهای تنظیم نیم‌رخ طاق و پایه‌ها باید در شرایطی صورت گیرد که تنها ترکی که این چالها را به هم اتصال دهد بتواند بوجود آمده و توسعه یابد برای این منظور چالها باید کاملاً موازی و نزدیک به هم بوده و کم‌خرج گذاری شوند.

از طریق پیش برش ما چالهای تنظیمی را بعد از آتشکاری یک سوراخ وسیع و قبل از آتشکاری اصلی منفجر می‌کنند. این روش که معمولاً در هوای آزاد نتیجه خوب می‌دهد، در تونل ایجاب می‌کند که چالها را به قطر بزرگ و نزدیک  بدهم بزنند، تا بتوان با حالت تنش داخلی سنگ مقابله کرد، تا ترک ایجاد شود و توسعه پیدا کند. پیش برش بطور حتم در پیشروی کار اشکال ایجاد می‌کند. معمولاً هزینه اضافی ناشی از آن فقط در مورد بناهای ویژه مثلاً تقاطع دو تونل پذیرفتنی است.

فهرست فصول

فصل اول

مطالعات مقدماتی و اصول عمومی طراحی فضاهای زیرزمینی
فصل دوم

طـراحی چنـدفضـای زیـرزمینی مجـاور هم
فصل سوم

روش طراحی سازه‌های زیرزمینی
فصل چهارم

تفاوتها و ویژگیهای تونلهای معدنی و راه

فصل پنجم

حـفـاری تـونـلهـای مـعـدنـی و راه

فصل ششم

روشهای نـگهـداری تـونلهای معـدنی و راه