مقاله روش حفاری بدون ترانشه راهبرد ی اصولی برای حفظ محیط زیست

بخشی از مقاله

خلاصه

مشکلات ناشی ازحفاری های روباز و نیاز روزافزون جوامع بشری به احداث و تعمیر تأسیسات زیرزمینی سبب رونق گرفتن تکنولوژی حفاری بدون ترانشه به عنوان مجموعه ای از روشها و تجهیزات برای نصب، نوسازی و جایگزینی این تأسیسات بدون نیاز به ترانشه یا ترانشه به تعداد محدود شده است. علیرغم افزایش هزینه های مستقیم این روش نسبت به روش ترانشه باز، به علت عدم تخریب آسفالت خیابانها و حفظ اموال عمومی، جلوگیری ازایجاد ترافیک، وجود امنیت کامل ترافیکی و مردمی در محدوده طرح، جلوگیری از ایجاد آلودگی های زیست محیطی و گردوخاک، حفظ بافت طبیعی خاک و جلوگیری از نشستهای بعدی و کاهش هزینه های اجتماعی و تجاری درمجموع باعث کاهش هزینه ها و رفاه مردم خواهد شد.

تعمیر و تعویض لوله های زیرزمینی فرسوده همانند لوله های آب، فاضلاب، گاز و کابلهای ارتباط با حفاری روباز باعث تخریب محیط شده و ضایعات زیادی تولید میکند. همچنین این عملیات به تجهیزات سنگین نیاز داشته، پرهزینه و زمان بر است. در روش حفاری بدون ترانشه میتوان از روشهایی چون تونلینگ، ریز تونلینگ، جک زنی لوله، حفاری درامتدادافق، رانش لوله، مته زنی افقی،...برای بازسازی، نصب لوله ها و کابلها در زیر زمین با حداقل خاکبرداری استفاده کرد.

1.    مقدمه

خطوط لوله بهعنوان شریانهای حیاتی در جوامع ازجمله ایران از اهمیت بسزایی جهت حفظ آسایش و رضایتمندی ساکنین کشور برخوردار است. لزوم احداث، بازسازی و ترمیم خطوط لوله ازجمله لوله های نفت، گاز، آب، فاضلاب و رواناب در ایران با توجه به روند فزاینده توسعه در ایران جزء لاینفک عملیات اجرایی در ایران است. از طرفی ایران جزو کشورهایی است که بالاترین میزان خطوط لوله به خصوص خطوط نفت و گاز را در سطح منطقه و حتی جهان دارد که در بسیاری از موارد نیاز به بازسازی و ترمیم دارد.

از طرف دیگر هنوز بسیاری از شهر های ایران فاقد سیستم جمع آوری فاضلاب و رواناب هستند و یا سیستم های موجود به صورت کارآمد و گسترده توسعه نیافته اند. لذا نیل به توسعه این خطوط در ایران بیش از پیش به چشم می آید. از این رو با توجه به ضروری بودن احداث خطوط جدید به خصوص خطوط لوله فاضلاب و رواناب و همچنین نیاز به بازسازی و تعمیرات خطوط لوله موجود روشهای احداث، بازسازی و تعمیرات خطوط لوله امری اجتناب ناپذیر و حیاتی است. [1]

امروزه، از انواع روش های حفاری زیر زمینی بمنظور نصب انواع لوله ها - فلزی، بتنی، چدن داکتیل و سفالی - برای خطوط لوله آب، فاضلاب، گاز و نفت و... استفاده میشود. از جمله مشکلاتی که در هنگام حفاری رخ میدهد میتوان به مواردی چون برخورد با موانع و استفاده از جکهای میانی جهت عبور از آنها، ایجاد زاویه انحراف در خط لوله، نحوه کاهش نیروی جکها بوسیله استفاده از روان کنندهای متفاوت از جمله آب، بنتونیت، پلاستیزر و پولیمر و درصد اختلاط آنها جهت بهبود نیروی اصطکاک و کاهش در نیروی اعمالی به جک ها اشاره کرد. همچنین بررسی و مقایسه هزینه های حفاری باز - حفاری سنتی و معمول جهت نصب لوله - اختصاصاً با سیستم حفاری پایپ جکینگ و تحلیل عددی رفتار خاک و لوله و مقایسه نتایج بدست آمده حاکی از مقرون به صرفه بودن استفاده از روش های حفاری نوین است.[2,3]

در سالیان دور و در ایران باستان حفاری افقی به روش سنتی در حفر قنات ها و با تکنیک های بسیار هوشمندانه مورد استفاده شده است و قدمتی شش هزار ساله دارد. نکته قابل ذکر این است که این مهارت فوق العاده توسط افراد متخصص و با روش حفاری دستی انجام شده است. قبل از ابداع ماشین حفاری افقی جهت دار - اچ.دی.دی - عملیات حفاری در پروژه های خط لوله نفت ، گاز و آب به روش بورینگ و پایپ جکینگ انجام شده است و هم اکنون نیز در بسیاری از پروژه ها جهت عبور از زیر موانع همچون جاده، ریل آهن، کابل های فشار قوی روکش دار برق، رودخانه ها و … از تکنیکهای فوق الذکر استفاده میشود.

در حال حاضر در کشورهای پیشرفته و در حال توسعه توجه بسیار زیادی به روش های جدید همچون روش حفاری افقی جهت دار، تونلینگ و میکرو تونلینگ جهت عبور از زیر موانع، رودخانه ها، حفر کانال های عظیم عبور آب و فاضلاب، حفر تونل های عظیم جهت عبور خودرو و ایجاد جاده های دسترسی بین جزایر و مناطق اصلی از زیر دریاها و اقیانوس ها، انتقال فیبر نوری، انتقال برق و صد ها کاربرد دیگر، شده است.

اولین حفاری افقی جهت دار در سال 1971 میلادی جهت عبور یک رشته خط لوله گاز از زیر رودخانه ای به عرض 550 متر در امریکا و سپس در سال 1986 میلادی در آلمان عبور کانال برق و خط لوله شهری روش حفاری افقی جهت دار استفاده شد و در ادامه با پیشرفت روزافزون تکنیکهای عبور و کامل شدن تجهیزات جانبی جهت کمک به افزایش و ارتقای توان دستگاه حفاری این روش به اوج تکامل خود رسیده است بطوریکه هم اکنون در امریکا و اروپا درصد عمده ای از پروژه های عبور کابلهای زیرزمینی برق و فیبر نوری و انشعابات آب، گاز و نفت و مشتقات نفتی به دلیل مزایای غیر قابل انکار این روش از جمله دقت فوق العاده، سرعت انجام کار، صرفه اقتصادی، حذف پارامترهای مزاحم در محیط های شهری و مزیت های فوق العاده زیست محیطی به این روش انجام میشود و هر ساله تعداد پروژه های حفاری افقی جهت دار انجام شده در کشورهای پیشرفته رو به افزایش است.

2.    ضرورت حفاری بدون ترانشه

در حال حاضر در ایران از روشهای حفاری روباز جهت ساخت، بازسازی و تعمیر خطوط لوله زیر زمینی استفاده میشود و با توجه به توسعه زیر ساختها از جمله راههای ارتباطی درون شهری، هر گونه تغییر در مسیر و حفاری روباز که لازمه روشهای مرسوم است، باعث ایجاد خسارات هنگفت به جامعه میشود که متأسفانه در پروژهها در نظر گرفته نمیشود. از طرفی در این مناطق هر گونه خسارت به خطوط لوله موجود در حین اجرا از جمله خطوط آب، فاضلاب، گاز، خطوط برق زیرزمینی، مخابرات و خطوط دیتا نه تنها باعث ایجاد خسارت، بلکه باعث ایجاد معضلات اجتماعی متعددی نیز میشود. استفاده از این روشها باعث به وجود آمدن معضلات متعددی برای جامعه میشود که در ذیل به برخی از آنها اشاره شده است:

1.    کاهش ایمنی برای پرسنل اجرایی در زمان اجرا

2.    کاهش ایمنی برای کسانی که در مجاورت کار زندگی میکنند و یا از نزدیکی محل حفاری شده باید استفاده کنند.

3.    افزایش هزینههای اجرایی به دلیل حفاری بیش از میزان مورد نیاز، حمل و تهیه پرکننده مناسب

4.    تغییر در ترافیک مسیر و افزایش زمان سفر و افزایش کلیه هزینههای ناشی از زمان از دست رفته

5.    ایجاد آلودگیهای محیطی بر اثر استفاده از ماشینآلات مورد استفاده

6.    ایجاد خسارت به مناطق تجاری در مجاورت کارگاه به دلیل کاهش میزان مشتریان و خسارت به کالاها بر اثر گرد و خاک

7.    افزایش میزان خسارت به سایر خطوط مدفون دیگر

8.    بر هم زدن زیبایی منطقه اجرایی

9.    کاهش عمر مفید آسفالت در مناطق مجاور به دلیل انتقال بار ترافیکی به آنها

.10 کاهش عمر آسفالت در منطقه حفاری شده و افزایش هزینههای ترمیمی

.11 افزایش زمان اجرا به دلیل مشکلات قبل و در حین اجرا از جمله تهیه مجوزهای لازم برای حفاری باز

.12 افزایش چشمگیر هزینههای اجرایی در موارد با سطح آب بالا و خاک ریزشی

.13  عدم استفاده تکنیکی از روش حفاری روباز در موارد ویژه

در حفاری بدون ترانشه با توجه با اینکه اکثر عملیات اجرایی در زیر زمین و توسط ماشینهای ویژه انجام میشود لذا نیازی به حفاری روباز مگر در برخی قسمتها و آن هم به صورت بسیار محدود نیست. بنابراین کلیه موارد اشاره شده که ناشی از حفاری روباز است یا به طور کلی حذف میشوند و یا به حداقل میزان موجود میرسند. در حال حاضر در اکثر کشورهای توسعه یافته استفاده از روشهای حفاری روباز به دلیل مشکلات متعدد مترتب به آن تقریبا منسوخ شده است. [1]

.1,3 سیستم پایپ جکینگ - جک زنی لوله -

پایپ جکینگ یک تکنیک پیشرفته جهت نصب لوله های زیرزمینی ، کانالها و لوله های مخصوص برق و مخابرات است. همزمان با راندن لوله های مخصوص توسط جکهای هیدرولیکی بسیار قوی ، عملیات حفاری نیز درون سپر و در جلوی لوله پیشرو صورت می پذیرد . این روش یک خط لوله انعطاف پذیر ، مقاوم و آب بند همانند یک تونل ایجاد میکند. [2,5] عوامل زیادی بر نحوه اجرای حفاری سیستم پایپ جکینگ موثرند، ازجمله مهمترین این عوامل شرایط ژئوتکنیکی منطقه ای است که پایپ جکینگ در آنجا انجام میشود.

از نظر تئوری هیچگونه محدودیتی برای طول مسیر لوله رانی توسط پایپ جکینگ وجود ندارد، با این حال ملاحظات علمی، مهندسی و اقتصادی ممکن است در عمل محدودیت هایی را بوجود آورند. با این روش میتوان مسیرهایی به طول چندین متر، بصورت مسیر مستقیم یا مسیر منحنی ویا ترکیبی از این دو را اجرا کرد. [2,3] حالتهای مختلف سیستمهای حفاری شامل حفاری دستی و روش ماشینی است.

قطر لوله های قابل رانش جهت نصب توسط این سیستم از 150 میلیمتر تا 3000 میلیمتر بوده و در عین حال تلورانس سازه ای این سیستم با سایر روشهای تونل زنی قابل رقابت است، همچنین در مقایسه با تونلهای سگمنتال خاک برداری و حفاری کمتری داشته و در نتیجه تثبیت خاک را بهم نریخته و احتمال رانش زمین را به حداقل می رساند. روشهای حفاری مکانیکی شبیه روشهایی است که در سایر تونل زنی ها مورد استفاده است. غلافها، حفارها و محافظ جلویی لوله برای شرایط متنوعی از خاک قابل طراحی است.

تکنیک پایپ جکینگ

جهت نصب یک خط لوله با استفاده از این شیوه،شفت های ارسال و دریافت معمولاً ابتدا و انتهای مسیر ساخته میشود. ابعاد و نحوه ساخت شفت بر اساس نیازهای خاص هر مسیر تغییر میکند و در این میان مسائل اقتصادی عامل کلیدی بحساب میآید. شیوه های حفاری مکانیکی در مقایسه با حفاری دستی عمدتاً به شفت های بزرگتری نیاز دارند، در عین حال شرایط محیطی و ترافیکی مهمترین عوامل در تعیین ابعاد شفت ارسال است.

همچنین بکارگیری دستگاههایی با قابلیت تغییر طول شاسی اصلی، جهت رانش لوله با طول های مختلف نیاز است. جهت اولیه پایپ جکینگ با توجه به جهت خط لوله از شفت ارسال تنظیم میشود. برای دستیابی به یک جهت مناسب با دقت کافی در طول اجرای پایپ جکینگ، می بایست از یک مکان ثابت موقعیت و ارتفاع خط دائماً کنترل شود. برای طول های کوتاه و ساده در روش پایپ جکینگ، این کنترل ها با ابزار آلات متداول قابل اجرا است.

در حفاری با دست با توجه به شیب خط پروژه در جهت لوله رانی ، کارگران شروع به حفاری در جبهه کار میکنند و در هنگام لوله رانی اقدام به تصحیحات خاک مینمایند. لوله ها با بستر سازی به جلو رانده میشوند، بنابراین می بایست همیشه یک هدایتگر لیزری در تونل برای ایجاد یک مسیر مشخص با یک شیب مناسب وجود داشته باشد. از جمله روشهای دیگر جهت کنترل شیب و جلوگیری از انحراف، استفاده از پرتوهای لیزری است که در این روش نور از بیرون تونل به داخل می تابد. این یک روش ساده است، بصورتی که نور همیشه میبایست در مرکز دایره بتابد، بنابراین اپراتور حفار همیشه طوری حفاری میکند که نور در مرکز حفاری هدایت شود.