تونلسازی با استفاده از ماشین آلات حفاری

استفاده از ماشین آلات حفاری، یکی دیگر از متداول ترین روش های ساخت تونل با ابعاد مختلف و طول های متفاوت است.

تونلسازی به این روش معمولا با استفاده از ماشین آلات حفاری بازویی مانند رودهدر یا ماشین آلات حفاری تمام مقطع نظیر TBM انجام می گیرد.

رودهدر چیست؟
«رودهدر» (Roadheader)، یکی از پرکاربردترین ماشین آلات حفاری مورد استفاده برای ساخت تونل های معدنی و شهری با مقطع کوچک تا بزرگ است.

این دستگاه با عنوان ماشین حفاری گله گاوی نیز شناخته می شود و اغلب در محیط های خاکی کاربرد دارد.

رودهدرها دارای ابعاد بسیار متنوع با مکانیزم حفاری عمودی یا افقی هستند.

بخش جلویی این دستگاه ها شامل یک بازوی متحرک با سری دارای تیغه های چرخشی است. هنگام حفاری، مواد استخراج شده بر روی نوار نقاله رودهدر ریخته شده و به پشت دستگاه منتقل می شوند.

رودهدر برای حفاری در سنگ هایی با مقاومت ضعیف تا متوسط نیز کاربرد دارد.

البته مساله اصلی در این محیط ها، ظرفیت استخراج و هزینه تیغه های مورد نیاز یا تعویض تیغه ها است.

به طور کلی، انعطاف پذیری این دستگاه، آن را به یک گزینه مناسب برای ساخت تونل های نسبتا کوچک در محیط های تبدیل نرم می کند.

چکش هیدرولیکی چیست؟
«چکش هیدرولیکی» (Hydraulic Hammer)، یکی دیگر از ماشین های بازویی قابل استفاده برای تونلسازی است.

این دستگاه مانند رودهدر از انعطاف پذیری بالایی بهره می برد. با این تفاوت که می توان از آن برای حفر تونل در محیط های سنگی متوسط تا قوی نیز استفاده کرد.

در سال های اخیر، توجه ویژه ای به کاربردهای چکش هیدرولیکی در ساخت تونل های مختلف شده است.

روش حفاری تمام مقطع یا حفاری با TBM چیست؟
«دستگاه حفاری تونل» (Tunnel Boring Machine) یا به اختصار «تی بی ام» (TBM)، یکی از شناخته شده ترین و پرکاربردترین تجهیزات مورد استفاده برای ساخت تونل های بزرگ به روش مکانیزه است.

TBM از بخش های مختلفی نظیر سری حفار، نوار نقاله پیچشی، نوار نقاله خروج مواد و واحد نصب سگمنت (نگهداری دائم) تشکیل می شود.

این دستگاه از فرآیند پیوسته حفاری و نصب نگهداری بهره می برد. این ویژگی، استفاده از TBM را به یکی از روش های سریع و ایمن ساخت تونل در نواحی شهری و غیرشهری تبدیل می کند.

چرخش تیغه ها و سری حفار، مواد را خرد کرده و آن ها را با فشار آب به سمت بیرون تونل (با پمپ یا نوار نقاله) هدایت می کند.

با پیشروی به اندازه های مشخص، واحد نگهداری، سگمنت های بتنی را به طور خودکار بر روی دیواره تونل نصب می کند.

TBM دارای انواع مختلف است که هر یک برای حفاری در شرایط مخصوص مورد استفاده قرار می گیرد.

این دستگاه حفاری تونل بر اساس ویژگی ها و قابلیت ها به انواع زیر تقسیم می شود:

• TBM باز (Main Beam).
• مناسب برای حفاری در سنگ سخت، قطر کاترهد برابر با قطر تونل.
• TBM تک سپره (Single Shield).
• مناسب برای حفر تونل هایی با سطح مقطع بزرگ در زمین خرد شده.
• TBM دو سپره (Double Shield).
• مناسب برای حفاری در سنگ خرد شده.
• TBM ترکیبی (Cross Over).
• مناسب برای حفر تونل در محیط هایی با ویژگی های زمین شناسی متفاوت (دارای سنگ سخت، خاک نرم، تخته سنگ و غیره).
• TBM متعادل کننده فشار زمین یا EPB.
• مناسب ربای حفر تونل در خاک نرم تحت فشار آب زیرزمینی.

به دلیل کاربردهای فراوان TBM در حفر فضاهای زیرزمینی، آشنایی با مکانیزم انواع این دستگاه، به یکی از اصول مهندسی تونل تبدیل شده است.

روش کند و پوش چیست و چگونه انجام می شود؟
«کند و پوش» (Cut and Cover)، یکی از روش های ساده برای ساخت تونل های کم عمق با استفاده از ماشین آلات گودبرداری است.

در این روش، ترانشه ای با ابعاد مورد نظر حفر شده و سقف آن توسط سیستم نگهداری مناسب پوشانده می شود.

سیستم نگهداری در روش کند و پوش باید قادر به تحمل بارهای پیش بینی شده پس از ساخت سازه بر روی تونل در آینده را داشته باشد.

اجرای کند و پوش معمولا به دو روش بالارو یا پایین رو صورت می گیرد:

• کند و پوش بالارو: تونل با اجرای سیستم نگهداری در زیر سطح زمین ساخته می شود.
• کند و پوش پایین رو: پس از نصب سیستم نگهداری جانبی (دیوار تزریقی) و سقف تونل بر روی زمین، اجرای حفاری از سطح به سمت پایین انجام می گیرد.

مراحل کلی روش کند و پوش برای ساخت تونل طبقاتی بالا عبارت هستند از:

• اجرای دیوار حائل بتنی.
• گودبرداری تا رسیدن به عمق مشخص (سقف تونل).
• نصب تیر نگهدارنده برای تحمل فشار جانبی بین دو دیوار.
• نصب عرشه در تراز زمین و دال بتنی زیر تیر نگهدارنده.
• ادامه گودبرداری، نصب تیر نگهدارنده، دال کف طبقه بالا و تیر نگهدارنده بعدی و دال کف تونل.
• نصب دال دیواره تونل.
• پر کردن سقف تونل تا سطح زمین.