یکی از اهداف اصلی مطالعات زمین شناسی مهندسی و ژئوتکنیک شناسایی و پیش بینی مخاطرات زمین شناسی و بررسی اثر آنها بر پروژه است. مخاطرات زمین شناسی محتمل در مسیر تونل یکی از اصلی ترین اطلاعات مورد نیاز برای انتخای مسیر، طراحی روش اجرای تونل ها و انتخاب نوع و ویژگی های ماشین حفار مورد نیاز است. چنانچه در طی مطالعات زمین شناسی، مخاطرات ناشی از زمین به درستی شناسایی و پیش بینی نشود روش مناسبی نیز برای غلبه بر آثار آنها انتخاب و طراحی نخواهد شد.
پدیده های مخاطره آمیز زمین شناسی بسته به شرایط زمین، آب زیرزمینی، تنش های برجا، … در مسیر تونل ها می توانند بسیار متنوع بوده و مکانیسم های مختلفی داشته باشند.برای شناسایی مخاطرات زمین شناسی لازم است ویژگی های مختلف زمین شناسی و پارامترهای مهندسی توده های سنگی و خاکی مسیر تونل مورد بررسی و شناسایی قرار گیرد.
نشت و هجوم آب زیرزمینی به داخل تونل
وجود آب در تونل می تواند بر روند فعالیت های تونلسازی بسیار موثر باشد. در تونلسازی مکانیزه حضور آب هم بر نرخ نفوذ و هم بر ضریب بهره وری دستگاه تأثیرگذار است. مقاومت برخی سنگ ها به ویژه سنگ های رسوبی، به حضور آب حساس است. در حقیقت حضور آب زیرزمینی با افزایش درجه دگرسانی توده سنگ و کاهش مقاومت ماده سنگ و مواد پرکننده درزه های نقشی منفی در وقوع ریزش ها و ناپایداری دیواره های تونل دارد. از سوی دیگر حضور آب در سنگ هایی که طی فرایند خردایش ریزدانه زیادی تولید می کنند، می تواند باعث افزایش تولید گل و ایجاد مشکل در بارگیری مصالح کنده شده و تردد پرسنل شود که در مجموع کاهش ضریب بهره وری را به دنبال خواهد داشت.
همچنین در تونلسازی مکانیزه در چنین زمین هایی، حضور آب باعث گل گرفتگی بخش های مختلف کله حفاری و دیسک کاترها و در نتیجه کاهش نرخ نفوذ ماشین شود. در چنین حالتی صرف زمان های زیاد برای تمیزکاری دیسک کاترها و کله حفاری نیز در کاهش ضریب بهره وری ماشین موثر است.علاوه بر این هجوم آب قابل توجه به داخل تونل می تواند با ایجاد مزاحمت برای پرسنل و فعالیت های مختلف در داخل تونل و نیاز به پمپاژ آب به خارج از فضاهای حفاری، ضمن افزایش هزینه اجرای پروژه، کاهش بهره وری و نرخ پیشروی را از طریق افزایش صعوبت کار برای پرسنل داخل تونل به دنبال داشته باشد.
نشت گازهای سمی
نشت گازهای سمی و خطرناک مانند سولفید هیدروژن و متان به داخل تونل به دلیل کاهش توان پرسنل، کاهش شیفت های کاری، تعطیلی مکرر فعالیت در تونل، اثر خورندگی بر قطعات الکترونیک ماشین حفار و نیاز به تعویض مکرر آنها و سایر آثار جانبی می تواند نقش منفی در فعالیت های تونلسازی داشته باشد.در مجموع تجربه حفاری در محیط های گاز دار کم بوده و این نشانه نادر بودن شرایط فوق در پروژه های تکمیل شده است. خطرات ناشی از ورود گاز از سایر چالش ها بحرانی تر بوده و می تواند منجر به مرگ یا انفجار در تونل شود.
در مناطق نفت خیز مانند نواحی جنوبی و غربی ایران، به هنگام حفاری گمانه های اکتشافی در مطالعات مرحله مقدماتی و تفصیلی وجود گاز در گمانه ها باید مورد توجه قرار گیرد و در صورت مشاهده آثار آن هشدارهای لازم برای بررسی های بیشتر داده شود. در صورت احتمال وجود گازهای سمی و یا متان باید ایستگاه های مشاهده ای مناسب در چاه های حفاری نصب شود.
این مسئله در تونل هایی که بر روی مخازن نفتی یا در سازندها و ساختارهای مستعد تشکیل تله های نفتی و گازی، حفر می شوند، از اهمیت بیشتری برخوردار است.در زمان ساخت تونل هم لازم است تمهیدات لازم برای هشدار بر روی ماشین فراهم باشد. همچنین لازم است نقاط حساس با چالزنی پیشرو تحت نظر مشاهده و اندازه گیری قرار گیرند.مهم ترین راهکار اجرایی برای کاهش آثار زیانبار حفاری در محیط های گازدار استفاده از سیستم تهویه مناسب برای تونل است.
گسیختگی ساختاری در سینه کار تونل
یکی از مشکلاتی که دربرخی توده سنگ های درزه دار و بلوکی در صورت مناسب بودن وضعیت هندسی ناپیوستگی ها می تواند بر عملکرد ماشین های حفر تونل تأثیر منفی داشته باشد، جدا شدن بلوک های سنگی از سینه کار تونل و ایجاد مزاحمت برای کاترهد و دیسک کاترها است.در چنین زمین هایی به هنگام توقف نباید کاتر هد به عقب کشیه شود و لازم است با حفط تماس کاترهد با سینه کار تونل مانع از جدا شدن بلوک ها و افتادن آنها به فضای جلوی کاترهد شد. گاهش خرد کردن بلوک های سنگی جدا شده از سینه کار به صورت دستی تنها راهکار است که می تواند در کاهش ضریب بهره وری ماشین حفر تونل بسیار موثر باشد.
ناپایداری دیواره ها و سقف تونل
در اکثر تونل های سنگی احتمال وقوع دو نوع ناپایداری در جداره های تونل وجود دارد که شامل موارد زیر است.
معمولاً در سنگ های شدیداً متورق مانند شیل ها، اسلیت ها و انواع شیست ها و در زون های خرد شده گسلی به دلیل فاصله داری اندک ناپیوستگی ها و وجود سطوح تورق، همسانگردی سنگ های دورنگیر تونل بیشتر بوده و پدیده ریزش که از نوع ناپایداری های بدون کنترل ساختاری است، پتانسیل وقوع دارد.
پتانسیل مچاله شوندگی زمین
رفتار مچاله شوندگی یا لهیدگی مرتبط با خواص تغییر شکل پذیری و مقاومتی توده سنگ ضعیف است. ضعیف بودن مقاومت ژئومکانیکی سنگ ها و ضخامت زیاد روباره از شرایط لازم برای وقوع پدیده لهیدگی هستند. طبق تعریف ارائه شده توسط انجمن بین المللی مکانیک سنگ لهیدگی سنگ تغییر شکل های بزرگ مقیاس وابسته به زمان است که به خواص خزشی ایجاد شده توسط تنش های برشی، مرتبط می شود. وجود عواملی همانند تنش های بالا و خواص مقاومتی ضعیف توده سنگ موجب افزایش تنش های برشی در محدوده توده سنگ اطراف تونل می شود. این تنش های برشی در ایجاد رفتار خزشی توده سنگ نقش اساسی دارند.
تغییر شکل های مذکور ممکن است فقط به زمان اجرای تونل محدود شوند یا اینکه برای مدت زمان طولانی ادامه پیدا کنند. توده سنگ های ضعیف مانند اسلیت ها، شیست های گرافیتی، شیل ها، سنگ های رسی، آهک های رس دار از جمله سنگ هایی هستند که در صورت مهیا بودن شرایط تنش می توانند این رفتار را از خود بروز دهند.در تونل سازی مکاینزه با ماشین های سپردار راهکارهای زیر برای کاهش پتانسیل این پدیده مرسوم است.
تورم سنگ های رسی
پدیده تورم یا آماس ترکیبی از واکنش های فیزیکوشیمیایی سنگ با آب و رها شدن تنش است. واکنش فیزیکوشیمیایی با آب معمولاً سهم اصلی این پدیده را دارا است، ولی در بعضی مواقع این پدیده در نتیجه رها شدن تنش نیز رخ می دهد.دو مکانیزم عمده در پدیده آماس وجود دارد:
مکانیزم اول که در رس ها، رس های سیلتی و سیلت های رسی و سنگ های مرتبط با آنها رخ می دهد عکس پدیده تحکیم است و در نتیجه ایجاد فشار آب منفذی منفی رخ می دهد. مکانیزم فیزیکوشیمایی بین آب و کانی های موجود در سنگ و خاک می شود. این نوع آماس به وجود کانی های خاصی در زمین بستگی دارد.بر اثر آماس و برآمدگی معمولاً مشکلاتی بروز می نماید که می توان به موارد زیر اشاره نمود:
در تونل های دارای کف پلاستیک و ضعیف، فرورفتن وسائل نگهداری خساراتی در پی خواهد داشت. علاوه بر این چنین تونل هایی نسبت به تغییر تنش حساس هستند.آماس و تورم سنگ ها باعث هم آمدگی فضای حفر شده و ناکارآمدگی عملیات حفاری می شود.برآمدگی یا بالا آمدن سنگ های اطراف فاضی حفر شده، کج شدگی کلی سیستم نگهداری را موجب می شود و اغلب باعث وارد آمدن خسارت به سیستم نگهداری در نقاط خاصی از تونل می شود.
همچنین زمانی که لایه حساس به تنش و آب در بین لایه های دیگری که تونل در آنها حفر شده است، قرار می گیرد، جذب آب موجب همگرایی زیاد تونل و وارد آمدن خسارت موضعی به سیستم نگهداری می شود.
پدیده تورم در حالت بحرانی باعث افزایش خطر ریزش و اعمال بار اضافی بر سیستم نگهدارنده و سپرهای دستگاه می شود.
سایندگی سنگ و خاک
سایندگی معمولاً به عنوان یک ویژگی مهم سنگ و خاک که علت اصلی سایش و خوردگی ابزار برش و بخش های مختلف ماشین محسوب می شود، شناخته می شود. سایندگی زیاد سنگ ها و خاک ها و در نتیجه فرسودگی سریع و بیش از حد ابزار برش سبب کاهش قابل توجه در راندمان فرایند حفاری می شود. همچنین تاخیرات زمانی ناشی از توقف که برای تعویض ابزارها و قطعات ساییدخ شه صرف می شود، غیر قابل اجتناب است.
در مصالح خاکی عوامل مهمی که بر روی میزان سایش موثر هستند، عبارت است از نوع کانی های تشکیل دهنده دانه های خاک، توزیع دانه بندی و گرد شدگی ذرات خاک است. در مصالح سنگی مهم ترین عامل موثر در سایش ابزار برش ترکیب کانی شناسی سنگ و مقاومت ماده سنگ است.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
