بخشی از مقاله
خلاصه
در سالهای اخیر روش میکروتونلینگ رشد سریعی نسبت به روشهای حفاری روباز داشته است. میکروتونلینگ روشی است برای نصب خطوط لوله، کانالها و آبروهای زیرزمینی که درآن از جکهای هیدرولیکی بسیار قوی برای راندن لولههایی با طراحی مخصوص استفاده می شود. لولهها در پشت مته حفاری قرار گرفته و همزمان با حفر زمین، توسط مته حفاری به درون زمین رانده می شوند. حاصل این روش احداث یک خط لوله انعطاف پذیر، ناتروا و به لحاظ سازه ای مقاوم است.
روش میکروتونلینگ به شدت نیازبه حمل مصالح از محل فعالیت های اجرایی را کاهش می دهد و موجب کاهش تعداد دفعات تردد ماشین آلات و تجهیزات و در نتیجه حوادث ناشی از آن میگردد. با توجه به این که در این روش تقریبا تمام فعالیت ها در زیرزمین انجام می شوند، مداخله ناچیزی بامحیط زیست صورت میگیرد و در نتیجه میزان تخریب محیط بسیار ناچیز است.
در برخی از موارد درحین اجرای عملیات تأثیر منفی لرزش های حاصل از لوله رانی افزایش یافته و باعث بروز مشکلاتی مانند نشست و یا برآمدگی سطح زمین می شوند. بعضی از پارامترها تاثیر بیشتری نسبت به سایر پارامترها در نتیجه آنالیز دارند و برخی از پارامترها به دلیل اهمیت کم در مدل، میتوان از تاثیر آنها صرفه نظر نمود. بنابراین بررسی تاثیر مستقل پارامترهای مختلف درپروژه حائز اهمیت است که این عمل آنالیز حساسیت نامیده میشود. هدف از انجام این مطالعه مقایسه تغییرشکلهای واقعی روی داده در سطح زمین حاصل از رفتارسنجی با مقادیر تحلیل عددی و بررسی تاثیر پارامترهای مختلف در میزان نشست خاک میباشد.
1. مقدمه
جابجایی های ناشی از حفاری در عمق زمین به فاکتورهای زیادی از جمله وضعیت زمین شناسی، وضعیت آبهای زیرزمینی، هندسه وعمق حفاری، روش حفاری، کیفیت و مدیریت ساخت وابسته است .آگاهی از میزان تأثیر هر کدام از پارامترهای تأثیرگذار میتواند باعث انجام اقدامات پیشگیرانه به منظور جلوگیری از ایجاد صدمه به ساختارهای سطحی و یا کاهش آن شود.
تغییرشکل های زمین در سه دسته تقسیم بندی می شوند: تغییرشکل های بزرگ، تغییرشکل های سیستماتیک و برآمدگیها. نشستهای بزرگ بیشترین نگرانی را در پروژههای میکروتونلینگ ایجاد میکنند و تاکنون هیچ روشی جهت تخمین شدت و اندازه واقعی این تغییرشکلها بدست نیامدهاست. یک راهکار مناسب برای جلوگیری از بروز نشستهای بزرگ، کشف علت بوجودآمدن آنها و سپس دنبال کردن روشی جهت اجتناب از رخ دادن این گونه نشستها میباشد. در این صورت احتمال بروز نشستهای بزرگ بشدت کاهش مییابد. تغییرشکل های سیستماتیک بکمک توزیع احتمالی منحنی ها که توسط پیک [2] ارائه شده است، قابل تخمین است.
جهت تخمین نشستهای سیستماتیک آنالیز حساسیت برای سنجش نسبت اهمیت پارامترهای مستقل در میزان نشست های سیستماتیک روش مناسبی است. نشستهای اندازه گیری شده در محل در صورتی که کمتر از 1/2 یا 1/3 مقادیر محاسبه شده باشند فرض براین است که تغییرات حجم خاک ناچیز و قابل چشم پوشی است. نشستهای بیشتر از این مقدار و برای حالتی که نسبت عمق حفاری به قطر تونل بیشتر از 3 است، قابل قبول نمی باشد.
برآمدگیها ممکن است ناشی از فشار بیش از حد سیال بکاربرده در حفاری، ضخامت لایه خاکی ناکافی نسبت به قطر حفاری و یا بدلیل خاصیت تورم پذیری خاکهای رسی با پلاستیسیته بالا باشد. در عملیات میکروتونلینگ معمولا میزان بزرگی این برآمدگیها و ناحیهای که تحت تاثیر قرار میگیرد بحدی است که نیازی به نگرانی جهت وارد آمدن خسارت به سازههای مجاور نمیباشد.
2. مروری بر تحقیقات گذشته
بخشی از جابجایی زمین حین عملیات میکروتونلینگ نتیجه رویدادهای غیرقابل انتظار و نشستهای بزرگ و بخشی بصورت نشستهای سیستماتیک و قابل پیشبینی است. با پیشرفت تکنولوژی در زمینه کنترل فشار دستگاه جهت ایجاد تعادل میان فشار ناشی از سطح آب زیرزمینی و فشار خاک این مشکل بشدت کاهش یافته است. همچنین ضروری است باتوجه به نیازهای پروژه محدودیتهای لازم جهت اجرای صحیح در نظر گرفته شود.
همچنین آلن عطالاه به بررسی اثر اجرای میکروتونلینگ در خاک های ماسه ای و نرم چند لایه پرداخته و در آن استفاده از لوله های فولادی 700 میلیمتری با پوشش 400 pvc میلیمتری در خاک های نرم را مورد بررسی قرار داده است. در نهایت این مقاله راهکار اجرای مناسب لوله رانی در خاک های نرم را ارائه داده است
درتحقیقی وِن به مزایای روش میکروتونلینگ در کنترل شیب لوله رانی و نصب سیستم لوله های فاضلاب بدون پوشش اشاره کرده است. همچنین مقاله عوامل تاثیرگذار که ممکن است باعث شکست و گسیختگی در طی مراحل اجرای میکروتونلینگ شود را نیز مورد بررسی قرار داده و در نهایت با بررسی یک پروژه موردی به بررسی عوامل فوق پرداخته و راهکار مناسب را پیشنهاد کرده است
در مقاله ای دیگر اولسن روش میکروتونلینگ را برای اجرای لوله های فاضلاب با خطوط، شیب و فواصل دقیق معرفی کرده است. همچنین با تغییر در عمق پوشش ها ، طول فرو رفتن لوله، تغییر قطر لوله ها و تعیین محل مناسب لوله گذاری، نیروی بهینه در روش میکروتونلینگ را مورد ارزیابی قرار داده است.[5] همچنین لیو و همکاران مطالعاتی را بر روی تحلیل عددی سه بعدی رفتار خاک در روش لوله رانی انجام دادند.
هدف پروژه کارگذاری لوله بتنی مسلح به قطر 2,4 متر و طول 23,85 متر در زیر بزرگراه بوده است. در این پروژه برای جلوگیری از جابجایی ناشی از لوله رانی، دوغاب با فشاری بیشتر از 10 kgf/cm2 مورد نیاز بوده است. تاثیر پارامترهای خاک در نتایج نهایی مورد بررسی قرار نگرفته است و فقط به شرایط خاص پروژه محدود می شود.[6] در تحقیقی که به وسیله چاکری و همکارانش به انجام رسیده است تأثیر پارامترهایی مانند عمق، فشار روباره، ابعاد تونل و فشار سینه کار در حفاری مکانیزه با روش متعادل کننده فشار زمین بر روی کنترل نشست های سطحی بررسی شده است
چن و همکاران در بررسی نشست حاصل از حفاری تونلهای چندگانه در تایوان با استفاده از روش های تجربی و عددی متوجه کارایی بالاتر روش های عددی شده اند.
بنت در مطالعاتی که بر روی نشست های سیستماتیک ناشی از میکروتونلینگ انجام داده است، روابطی ارائه نموده است که نشست سیستماتیک را مانند منحنی توزیع نرمال وارونه در نظر می گیرد.[9] در این مقاله نشست های سیستماتیک از این روش محاسبه شده اند. جهت تخمین نشستهای سیستماتیک، آنالیز حساسیت برای سنجش نسبت اهمیت پارامترهای مستقل در میزان این نشست ها روش مناسبی است.
.3 معرفی روش میکروتونلینگ
در این روش از جکهای هیدرولیکی بسیار قوی برای راندن لولههایی با طراحی مخصوص در اعماق مختلف خاک استفاده می شود. لولهها در پشت جک قرار گرفته و همزمان با حفر زمین این لولهها توسط جک هیدرولیکی به درون زمین رانده می شوند. حاصل این روش احداث یک خط لوله انعطاف پذیر، ناتروا و به لحاظ سازه ای مقاوم است.
گر چه ممکن است ملاحظات مهندسی و اقتصادی محدودیتهایی را ایجاد کنند، ولی به لحاظ نظری هیچ گونه محدودیتی در مورد طول رانش وجود ندارد. رانشهایی به طول چند صد متر، چه در یک خط مستقیم، چه در شعاع های مختلف، قابل اجرا هستند و لوله هایی با اقطار 150 تا 3000 میلیمتر و حتی بیشتر را می توان با استفاده از سیستم مناسب نصب کرد.
تعریفی از میکروتونلینگ - MT - که در کشورهای اروپایی متداول است عبارت است از عملیات جک زنی برای مسیرهایی با قطر کمتر یا مساوی 36 اینچ که نیازی به کارگر در داخل مجرا را ندارد. در حالی که در آمریکای شمالی روش میکروتونلینگ حتی برای قطرهای بزرگتر و آدمروها نیز مورد استفاده قرار می گیرد. دستگاههای میکرو تونلینگ جدید که مجهز به لیزر و کنترل از راه دور هستند، قادرند خط لوله را هدایت کرده و با دقت کار گذاری کنند. در روش میکروتونلینگ حداکثر انحراف مجاز از مسیر لوله رانی در امتداد افقی و قایم 1 اینچ میباشد .[10] شکل - - 1 نحوه جک زنی لوله توسط دستگاه میکروتونلینگ را نشان می دهد.
کاربردهای اصلی میکروتونلینگ شامل احداث سازه های زهکشی و دفع فاضلاب، جایگزین کردن وتامین پوشش خطوط موجود فاضلاب، خطوط اصلی گاز و آب، خطوط نفت، گاز، برق، مخابرات و غیره میشود. از این تکنیک همچنین میتوان جهت عبور از موانعی مانند بزرگراهها، خطوط قطار، رودخانهها، کانالها، ساختمانها و فرودگاهها که در مسیر خط لوله قرار دارند با هدف به حداقل رساندن اختلال در عبور و مرور و سایر فعالیتهایی که در سطح زمین انجام می شود، استفاده کرد. میکروتونلینگبطور معمول به عنوان جایگزین برای روش های ترانشهباز و سایر روش های حفاری تونل استفاده می شود. با این روش می توان خطوط بسیار طولانی با قطرهای بالا اجرا کرد.
مهمترین مزیت های فنی روش میکروتونلینگ از قرار زیر است: استحکام ذاتی جداره داخلی یکدست و صاف و سیالی مناسب عدم نیاز به اجرای پوشش ثانوی اتصالات بسیار کمتر در مقایسه با تونل های سگمنتی جلوگیری از نفوذ آب های زیرزمینی از طریق استفاده از لولههایی با اتصالاتی نا تروا و آب بند خطر نشست بسیار کمتر از روش های سنتی ایجاد حداقل اختلال در سطح زمین به حداقل رساندن عملیات ترمیمی - برگردان به حالت اول - کاهش جابجایی و تغییر مسیر تاسیسات زیرزمینی در مناطق شهری
شکل : - 1 - نحوه جک زنی لوله توسط دستگاه میکروتونلینگ
