بخشی از مقاله
چکیده
اگرچه تاکنون روشها و مدلهاي متعددي براي پیش بینی عملکرد ماشینهاي حفر تونل در سنگ سخت معرفی شده اند، اما اغلب آنها داراي نقاط ضعف و کمبودهایی هستند که استفاده از آنها را در پروژه هاي تونلسازي مکانیزه با محدودیت رو به رو می سازد. بنابراین ابداع روشهایی براي طبقه بندي زمین از نظر حفرپذیري و همچنین توسعه مدلهاي جدید بومی براي کاربرد آسانتر و دقیق تر در شرایط خاص زمین شناسی ایران و شرایط اجرایی خاص پروژه هاي داخلی، از جمله پژوهش هاي ضروري در زمینه حفاري مکانیزه تونلها محسوب می شود. در این مقاله ضمن معرفی اجمالی انواع مدلهاي پیش بینی عملکرد ماشین، مدل توسعه یافته توسط نگارندگان که به منظور طبقه بندي حفرپذیري توده سنگها و پیش بینی عملکرد ماشین در شرایط زمین شناسی مختلف ارائه شده است، معرفی می گردد.
کلمات کلیدي: ماشین هاي حفر تونل، عملکرد ماشین، شاخص نفوذ.
1 مقدمه
تکنولوژي حفاري مکانیزه روز به روز در دنیا در حال پیشرفت بوده و در سالهاي اخیر تونلهاي بسیاري با استفاده از این تکنولوژي و با نرخهاي پیشروي بالا ساخته شده و یا هم اکنون در حال اجرا هستند. خوشبختانه این تکنولوژي هم اکنون در پروژه هاي تونلسازي داخل کشور جایگاه مناسبی داشته و بسیاري از تونلهاي بلند کشور از جمله تونلهاي انتقال آب، تونلهاي جاده اي و بزرگراهها و تونلهاي مترو با استفاده از این فناوري ساخته شده و یا در حال ساخت هستند. با توجه به اهمیت بالاي پروژه هاي تونلسازي بزرگ و هزینه زیادي که براي خرید ماشین هاي حفر مکانیزه تونل صرف می گردد، لازم است ضمن توجه به پارامترهایی که در انتخاب نوع ماشین حائز اهمیت هستند، برنامه زمان بندي دقیقی براي استفاده از ماشینهاي حفر تونل پیش بینی گردد.
بنابراین لازم است روشها و مدلهایی ابداع گردند که با استفاده از آنها بتوان تخمینی درست از عملکرد ماشین در شرایط مختلف زمین شناسی به دست آورد. طی 30 سال گذشته، مدلهاي بسیاري براي پیشبینی سرعت حفاريTBM توسعه یافتهاند که مهمترین و رایج ترین آنها عبارتند از مدل CSM - رستمی - 1997، مدل NTNU - برولند - 1998 و مدل QTBM - بارتن . - 2000 علاوه بر مدلهاي اصلی فوق الذکر در سالهاي اخیر محققین مختلفی در زمینه معرفی مدلهاي پیش بینی جدید و همچنین توسعه و اصلاح مدلهاي پیش بینی رایج تلاش نموده اند. - پالمستروم 1995، آلبر 2000، یاگیز 2008 و 2002، گانک و ژائو 2009، ... - . در این مقاله ضمن معرفی اجمالی این مدلها به معرفی روشی جدید براي پیش بینی عملکرد ماشینهاي حفر تونل در سنگ که اخیراً توسط نگارندگان ارائه شده است، پرداخته خواهد شد. همچنین با استفاده از ایده اي جدید یک سیستم طبقه بندي حفرپذیري براي توده سنگها پیشنهاد خواهد شد.
2 مدلهاي پیش بینی عملکرد ماشین
برخی از اصلی ترین مدلهاي پیش بینی عملکرد ماشین که در سالهاي اخیر توسط محققین مختلف، معرفی شده اند، در جدول 1 ارائه شده اند. همانطور که در این جدول مشاهده میشود، برخی از این مدلها تنها بر اساس یک پارامتر آزمایشگاهی مربوط به ماده سنگ بنا نهاده شده اند، در حالیکه برخی دیگر کاملتر بوده و در توسعه آنها علاوه بر خصوصیات ماده سنگ پارامترهاي توده سنگ و شرایط درزه داري نیز دخیل بوده است - مانند مدلهاي . - NTNU, CSM, QTBM مهمترین پارامتر توده سنگ که در این مدلها براي پیشبینی نرخ نفوذ مورد استفاده قرار میگیرد، مقاومت فشاري و مقاومت کششی ماده سنگ و فراوانی و جهتداري درزهها میباشد.
همچنین اصلیترین پارامترهاي مربوط به ماشین شامل فاصله کاترها، عرض لبه و قطر دیسک کاترها، نیروي پیشران و سرعت چرخش - RPM - کله حفاري دستگاه میباشد. اصلی ترین پارامتر خروجی کلیه این مدلها نیز نرخ نفوذ ماشین حین حفاري یا سرعت تولید ماشین می باشد. در مدلهاي پیشرفته تر، نرخ پیشروي و بهره وري دستگاه، طول عمر و هزینه تعویض دیسک هاي حفاري، زمان تکمیل تونل و هزینه اجراي تونل نیز جزء خروجی هاي مدل می باشند.این مدلها اغلب داراي نقاط ضعفی میباشند که استفاده از آنها را محدود می سازد. به عنوان مثال در مدل اولیه CSM تأثیر درزهها در تعیین نرخ نفوذ ماشین در نظر گرفته نشده است - این کمبود در سالهاي اخیر توسطمحققین مختلف مورد بررسی قرار گرفته و پیشنهادهایی نیز براي رفع آن صورت گرفته است - .
در مدل NTNUپارامترهایی به کار رفته است که تعیین آنها فقط در چند آزمایشگاه خاص امکانپذیر است. همچنین بانک اطلاعاتی مورد استفاده در این مدل بیشتر با شرایط زمین شناسی کشورهاي اسکاندیناوي سازگاري دارد. در مدل احتمالاتی فقط برروي شباهت پروژههاي تونلسازي با یکدیگر تأکید شده است و از اندرکنش میان سنگ و ماشین صرف نظر شده است. مدل QTBM نیزکه براساس سیستم Q بنا نهاده شده از تعداد زیادي پارامتر ورودي و بعضاً کم اهمیت استفاده مینماید که استفاده از آن را دشوار می سازد.
3 طبقه بندي مدلها
بر اساس نحوه تأمین داده هاي لازم براي توسعه مدلها، می توان مدلهاي پیش بینی عملکرد ماشین را به دو دسته اصلی شامل مدلهاي تئوریک و مدلهاي تجربی طبقه بندي نمود:
