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 كه حفر قنوات در مصرو ایران از آن زمانها معمول بوده است. تذكر این نكته در اینجا در خور توجه است كه در سال 1962 طول كل قنوات در ایران را 000/160 كیلومتر تخمین زده‌اند. اگر از این مورد كه ذكر شد صرفنظر شود اولین تونل زیرآبی در 2170 سال قبل از میلاد در زمان بابلیها در زیر رودخانه فرات و بطول یك كیلومتر ساخته شد كه هر چند بصورت حفاری تونل اجرا نشده است ولی همین، كار حداقل تجربه و تبجر معماران آن عصر را نشان می‌دهد. از این نوع كار دیگر اجرا نشده است تا 4000 سال بعد كه در 1825 تونل تیمز زیر رودخانه تیمز ندن ساخته شد. تونل‌زنی درون سنگها به علت شكل حفاری و عدم امكانات 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 كاربرد آن در شكستن 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، مشكل تونل‌زنی به لحاظ نگهداری تونل است. بطوری كه تا قبل از اختراع شیلد توسط در سال 1812، ایجاد تونلهای بزرگ مقطع در رسوبات سست فوق‌العاده مشكل می‌نمود. اولین كاربرد شیلد در 1825 در حفر تونل زیر رودخانه تیمز بود. هر چند حفر این تونل 5/1 كیلومتری حدود 18 سال طول كشید روش شیلد بعداً توسط تكمیل گردید و بعلاوه نامبرده كاربرد هوای فشرده را نیز در شیلد عملی ساخت (1886) با گسترش شهرها، اختراع ترنها، افزایش جمعیت، پیشرفت صنایع و نیاز مبرم به معادن گسترش شبكه‌های 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 تاكنون پیشرفتهای چشمگیری حاصل گردیده است. بگونه‌ای كه 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 امریكا توسط جان ویلسون در سال 1856 برای تونل هوساك در ماساچوست بوده است ولی تنها توانسته 3 متر از تونل 7600 متری را حفر نماید در دهه‌های اخیر توسعه بسیار زیادی پیدا كرده بطوری كه 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 (امكان‌پذیری مقدماتی طرح) پی‌جوئیهای لازم و مقایسه‌گرینه‌های مختلف و انتخاب راه‌حل مطلوب مقدماتی كه برای دسترسی به هدف موردنظر ممكن می‌باشد، مطالعات مقدماتی و تفصیلی زمین‌شناسی و اقلیم‌شناسی منطقه اجرای طرح بایستی توسط مهندسین مشاور ذیصلاح پذیرد.

مـراحـل اكتشـافی زمین‌شناسی از دیدگاه حفر و احداث حفریات زیرزمینی

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

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

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

2ـ الف ـ بررسی عكس‌های هوائی، وضعیت گیاهان منطقه، مشخصات بارز شیمیائی سنگها و كشف شرایط اولیه تشكیل 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 تمركز 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 شكل 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 تمركز تنش در جداره این مولفه را در نظر قرار می‌دهند.

برش دقیق با ماده منفجره

برای برش با مواد منفجره به نحوی كه سنگهای اطراف حفره احداثی كمترین لرزش وارد شود دو روش بكار برده می‌شود.

1ـ انفجار نرم

2ـ پیش برش

اصل بر این است كه آتشكاری همزمان چالهای تنظیم نیم‌رخ طاق و پایه‌ها باید در شرایطی صورت گیرد كه تنها تركی كه این چالها را به هم اتصال دهد بتواند بوجود آمده و توسعه یابد برای این منظور چالها باید كاملاً موازی و نزدیك به هم بوده و كم‌خرج گذاری شوند.

از طریق پیش برش ما چالهای تنظیمی را بعد از آتشكاری یك سوراخ وسیع و قبل از آتشكاری اصلی منفجر می‌كنند. این روش كه معمولاً در هوای آزاد نتیجه خوب می‌دهد، در تونل ایجاب می‌كند كه چالها را به قطر بزرگ و نزدیك  بدهم بزنند، تا بتوان با حالت تنش داخلی سنگ مقابله كرد، تا ترك ایجاد شود و توسعه پیدا كند. پیش برش بطور حتم در پیشروی كار اشكال ایجاد می‌كند. 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