بخشی از مقاله
بررسی و مقایسه روشهاي حفاري و تأثیر آنها در تزریق پذیري پیهاي آبرفتی (مطالعه موردي سدچپرآباد)
چکیده
عملیات تزریق در فعالیتهاي عمرانی روشی است که در آن مخلوط دوغـاب بـا اعمـال فشـار بـه درون درز و شـکاف و ناپیوستگیهاي تشکیلات سنگی یا خاکی به منظور ایجاد پرده آببند، تحکیم و تقویت تشکیلات زمین، پر کردن فضـاهاي خالی سازه و سنگ و... وارد میشود.[2] هدف از تزریق درساختگاه سدها، عمدتاً آببندي و جلوگیري از نشـت آب و تثبیت پایداري سد میباشد. بخش عمدة هزینههاي مربوط به عملیات اجراي پردة آببند در پـروژههـاي سدسـازي، بـه حفاري گمانههاي تزریق مربوط میشود. انتخاب نوع روش حفاري گمانهها به طبیعت و ویژگیهاي زمین شناسـی سـنگ و یا خاك بستگی دارد. در این مقاله، اجراي دو روش حفاري بـا بنتونیـت و حفـاري بـا کیسـینگگـذاري و تـأثیر آن بـر تزریقپذیري پی آبرفتی سد چپرآباد مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. نتایج حاصـل از تزریـق آزمایشـی صـورت گرفته در محل اجراي پـردةآببنـد نشـان داده اسـت کـه روش حفـاري بـا بنتونیـت، در مقایسـه بـا روش حفـاري بـا کیسینگگذاري از لحاظ اقتصادي، سرعتکار و سهولت اجرا داراي اولویت بـوده و بنتونیـت مـورد اسـتفاده در حفـاري تأثیري در تزریقپذیري ساختگاه ندارد.
واژگان کلیدي: تزریق، تزریقپذیري، پردةآببند، حفاري با بنتونیت، پیآبرفتی، سد چپرآباد
-1 مقدمه
سد چپرآباد از نوع خاکی با هسته رسی با ارتفاع 45 متر از بستر رودخانه و به طول تاج 489 متراست. ساختگاه سد در جنوب استان آذربایجانغربی و در 10 کیلومتري شهرستان اشنویه واقع شده است. از نظر زمین شناسـی ایـن سـاختگاه در پهنه خوي - مهاباد قرار دارد. ضخامت نهشتههاي آبرفتی در ساختگاه بیش از شصتمتر است. سنگ بستر ساختگاه سـد از دو سازند باروت و سلطانیه تشکیل شده است.[6] تخلخل بالاي نهشتههاي آبرفتی و حساسیت کار تزریق در پرکردن فضاهاي خالی موجب میشود تا ارزش هر کدام از روشهاي حفاري در این نهشتهها متفاوت باشد.[3] در پروژه حفـاري و تزریق سد چپرآبـاد کـه عمـدتاً در زمـین آبرفتـی و یـا سـنگی سسـت و ریزشـی انجـام مـیشـود، اسـتفاده از روش کیسینگگذاري به منظور جلوگیري از ریزش دیواره گمانهها به هنگام حفاري، به دلیل وقتگیربـودن و هزینـه بـالاي آن روش مناسبی نیست. بنابراین بررسی روشهاي دیگر حفاري مورد توجه واقـع شـد. در ایـن میـان، حفـاري بااسـتفاده از بنتونیت به عنوان روش مناسب در نظر قرار گرفت. با این وجود چون کاهش نفوذپذیزي ناشی از چسـبیدن بنتونیـت بـه جدار گمانه احتمال کاهش شعاع نفوذ دوغاب را به همراه داشت، از اینرو میزان این تاثیر در ایـن مقالـه مـورد بررسـی قرار گرفت.
-2 انتخاب روش حفاري و تزریق
مسیر ماده تزریق در نهشتههاي آبرفتی، سیستم درهمی از مجراهاي نامنظم و با ابعاد مختلف است که کـاملاً بـا مجموعـه درز و شکاف در سنگها متفاوت می باشد. بنابراین، قابلیت تزریقپذیري رسوبات آبرفتی بسیار بدتر از سنگها در شـرایط نفوذپذیري مشابه است.[1] از اینرو براي رسیدن به نتیجه رضایتبش باید از روشهاي مختلف حفـاري و تزریـق اسـتفاده کرد. جدول((1 به مقایسه کوتاه چند روش حفاري و تزریق زمینهاي آبرفتی پرداخته شده است.
همانطور که در جدول((1 قابل ملاحظه است در روش حفاري و تزریق نزولی تکـرار حفـاري و برقـراري مجـدد عمـل تزریق علاوه بر طولانی کردن زمانبندي اجراي تزریق باعث بالا رفتن متراژ حفاري و به تبـع آن افـزایش قابـلملاحظـه هزینه کل عملیات را به دنبال خواهد داشت.
در صورتی که از روش بالا استفاده نگردد جهت جلوگیري از ریزش دیواره گمانه باید در حین حفاري کیسینگگـذاري گردد در این روش، تزریق را به دو طریق می توان انجام داد. راه اول مانشتگـذاري داخـل کیسـینگ و بیـرون کشـیدن کیسینگها و تزریق از درون لوله مانشت است. و راه دوم تزریق از داخل لوله کیسینگ است اثرتزریق با این روش بسیار نامنظم است ودر احجام محدود قابل استفاده بوده و همواره بدلیل امکان درزکردن دوغاب و نفوذ آن به قسمتهاي فوقانی پکر و خطر گیرکردن کیسینگ، اعمال فشار مطلوب جهت تزریق امکانپذیر نیست(شکل.(1 بنابراین در جایی کـه نتـایج دقیقی از عملیات تزریق انتظار داشته باشیم بایستی از روش تزریق با مانشت استفاده کنیم.
در روش سوم از بنتونیت به عنوان سیال حفاري استفاده میشود و پس از حفاري هر چاه در آن لوله هاي مانشت گذاشته میشود. این روش توسط Ischy(1962) پیشنهاد شده است.[8] استفاده از این سیال به جاي آب در نهشتههاي ناپایدار داراي مزایائی است که در جدول((1 به آنها اشاره شده است.
در این روش برخی از مسائلی که میبایست مورد توجه قرار گیرند عبارتند از:
الف: کنترل میزان نفوذ بنتونیت به فضاهاي خالی میان دانههاي آبرفت ب: جلوگیري از هدر رفتن بنتونیت مورد استفاده و بازیافت آن ج: کنترل و کاهش میزان ذرات حفاري مخلوط شده با سیال بنتونیت د: کاهش ضخامت بنتونیت چسبنده به دیواره تا حد امکان میزان نفوذ بنتونیت به درون فضاهاي اطراف به سه عامل غلظت بنتونیت، فشار و دانهبندي مصالح آبرفتی بستگی دارد.
براي استفاده بهینه از بنتونیت لازم است سیستمی جهت بازیافت و کنترل کیفیت بنتونیت طراحی شود.
غلظت بنتونیت مورد استفاده بسته به وضع زمین از B/W=1/15 الی B/W=1/8 قابل تغییر است و به طور میانگین براي حفاري هر گمانه 3 برابر حجم کلی گمانه سیال بنتونیت مورد نیاز است.[4] در این روش هزینه تهیه و نصب لوله مانشت اصلیترین مسئله است. تزریق با این روش مزایاي بیشماري دارد که عبارتند از: [5]
-1 امکان تکرار تزریق در زمانها و عمقهاي مختلف میسر است.
-2 امکان استفاده از دوغابهایی که ویسکوزیته آنها کاهش می یابد وجود دارد
-3 این روش شرایط لازم را جهت پر کردن منفذهاي ریز بعد از پرشدن درزهاي درشت کامًلا داراست
-4 در لایههاي خاکهاي پرنفوذ ممکن است از جنبه احتیاطی یا سطح حفاظ توسط تزریق جهت جلوگیري از ضایعات و اتلاف دوغابهاي کم ویسکوزیته و گران در هر عمق دلخواهی ایجاد شود که با استفاده از این روش این امر مقدور است
-5 عملیات تزریق کاملاً مستقل از عملیات حفاري انجام میشود.
از مسائل دیگر مطرح در به کارگیري این روش، احتمال تأثیر بنتونیت در تزریقپذیري آبرفت بر اثر چسبیدن بـه دیـوارة گمانه است. هر چند که دوغاب سیمان پشت مانشت نیز در برابر نفوذ دوغاب تزریق مقاومت خواهد نمود و با این حال در ابتداي تزریق و تحت فشار بالا شکسته شده و دوغاب مسیر خود را از میان غشاء پشت مانشت باز میکند. ضـخامت پوشش بنتونیتی ایجاد شده با تغییر غلظت بنتونیت قابل کنترل بوده و در هر حال از 1 میلیمتر تجـاوز نخواهـد نمـود در حالیکه ضخامت دوغاب پشت مانشت دست کم 2 سانتیمتر است(شکل.(2 نباید تصور نمـود کـه دوغـاب تزریـق پـس ازعبور از دیوار شکسته شده با سطح وسیعی از بنتونیت مواجه خواهد شد. علیرغم اینکه به هنگام تزریق دوغـاب پشـت مانشت، چون دوغاب مورد نظر از پائین گمانه تزریق شده و روبه بالا
