بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
پیش بینی عملکرد دستگاه TBM در حفاري توده هاي سنگی مسیر تونل گلاب با استفاده از QTBM
چکیده:
حفاري مکانیزه تمام مقطع تونل ها توسط ماشین، داراي تاریخچه اي نزدیک به پنجاه سال می باشد. بررسی عملکـرد ایـن ماشین ها با توجه به هزینه بالاي آن، یکی از مسائلی است که از جوانب مختلف مورد توجه قـرار مـی گیـرد. پـیش بینـی عملکرد، بخش مهمی از هر پروژه حفاري مکانیزه است که میتواند نقش اساسـی در انتخـاب ماشـین بـه عنـوان روش حفاري داشته باشد. در این مقاله پیش بینی عملکرد T.B.M بر مبناي روش QTBM در قطعه اول تونل گلاب (ابتداي خط انتقال آب از زاینده رود به کاشان) مورد مطالعه قرار گرفته است.
روش QTBM با مقدار پارامتر Q شروع و با پارامترهاي موثر اندرکنش بین سنگ و ماشین تکمیل میشود. پارامترQTBM براي تخمین میزان پیشروي ماشین حفاري طراحی شده است. با توجه به دادههاي موجود در مـورد زونهـاي مـسیر تونـل گلاب ، پارامتر QTBM براي این تونل به طول تقریبی 11069 متر بدست آمده و با توجه به پارامتر QTBM نرخ نفوذ و نرخ پیشروي در زونهاي مختلف بدست آمده است. بر این اساس حداکثر سرعت نفوذ مربـوط بـه زون A مـسیر و حـداقل آن مربوط به زون B می باشد. در این راستا، حداکثر سرعت پیشروي نیز براي زون F و حداقل آن براي زون A بدست آمده است.
-1 مقدمه
امروزه استفاده از روش هاي حفر مکانیزه تونل ها کاربرد وسیعی در سطح جهان یافته است. در کشور ما نیـز تجربـه هـاي محدود و بعضاً موفق و یا ناموفقی در استفاده از این روشها بوده است.[2] با توجه به روند رو بـه افـزایش تونـل هـاي در حال مطالعه و یا در حال اجرا و با کاربردهایی مانند انتقال آب، متروي شهري در داخل کـشور و همچنـین اهمیـت مـدت زمان اجرا در این پروژه ها، استفاده از روش مکانیزه اهمیت ویژه اي یافته اسـت.[2] پـروژه انتقـال آب از زاینـده رود بـه کاشان، که ابتداي مسیر آن را تونل آب بر گلاب تشکیل خواهد داد، جهت تامین آب مـورد نیـاز شهرسـتان کاشـان انجـام خواهد شد. این گزینه به صورت دو قطعه تونل اصلی و تونل دسترسی احداث خواهد گردید. طول قطعه اول ایـن گزینـه (تونل اصلی) از محل آبگیري آن در دریاچه سد تنظیمی زاینده رود، تا محل تلاقی با تونل دسترسی در رقوم 1945 متر در زیر ارتفاعات کماسون مشرف به دشت کرون تقریباً 9873 متر و با روند N66E می باشد. تونل مذکور بـراي رسـیدن بـه رقوم 2145 متري توسط یک تونل دسترسی به طول حدود 1500 متر، روند N45E و شیب حدود 7/65 درجه یـا 13/43 درصد به سطح زمین ارتباط می یابد. قطر اجرایی تونلهاي فوق 3/5 متر و قطر نهایی آنها 3 متر می باشد.[4]
-2 رده بندي Q و QTBM
رده بندي Q بر مبناي تونل هایی که توسط آتشباري حفر شده اند در سال 1974 توسط بارتن و همکارانش پیـشنهاد شـده است.[1] در حال حاضر این رده بندي سنگها را به شش رده تقسیم می کند. مقدار Q از 0/001 در سنگهاي لهیده و رسها تا 1000 در سنگهاي سخت و بدون درزه متغیر است. روش QTBM در سال 2000 توسط بارتن، با استفاده از تحلیـل 145
تونل ارائه گردید.[1] نامبرده در رابطه اصلی روش Q اصلاحاتی به شرح زیر انجام داد:[3]
که در آن:
= RQD O شاخص کیفی توده سنگ در جهت محور تونل
=Jn عدد مربوط به دسته درزه ها
= Jr عدد مربوط به زبري سطح درزه ها
= Ja عدد مربوط به دگرسانی سطح درزه ها
= Jw عدد مربوط به وضعیت آب درزه ها
= SRF ضریب کاهش تنش
= F نیروي رانش متوسط (tnf)
= SIGMA مقاومت فشاري ( یا کششی) توده سنگ (با توجه به شرایط درزه ها)
= CLI شاخص عمر تیغه
= q درصد کوارتز
= σ θ تنش مماسی دو بعدي وارد بر جبهه کار که براي عمق 100 متر نرمال شده است.
پارامتر σθ از جنس تنشهاي حول دیواره استوانه اي تونل می باشد و بستگی زیادي به K (نسبت بـین تنـشهاي افقـی و قائم زمین) دارد. این پارامتر براي دیواره جبهه کار فضاهاي زیر زمینی از رابطه زیر بدست می آید:[5]
که در آن σV تنش عمودي است که تابع عمق تونل و وزن واحد حجم سنگها می باشد.
مقاومت توده سنگ از روي مقدار Q و وزن واحد حجم سنگ تخمین زده می شود.[ 3]
= QC براي زمانی است که عملیات حفاري بر مقاومت فشاري غلبه نماید( جهت داري نامناسب درزه براي حفاري) = Qt براي زمانی است که عملیات حفاري بر مقاومت کششی غلبه نماید( جهت داري مناسب درزه براي حفاري)
γ وزن واحد حجم بر حسب گرم بر سانتی متر مکعب
σC مقاومت فشاري سنگ بکر
= Q O شاخص تونلسازي بارتن در امتداد محور تونل
= I 50 شاخص مقاومت بار نقطه اي
با توجه به بررسی هاي به عمل آمده بارتن [3] رابطه QTBM و نرخ نفوذ و نرخ پیشروي را به صورت نمودار شکل 1 ارائه نموده است.
-3 رابطه میان نرخ نفوذ و نرخ پیشروي
نرخ نفوذ، نرخ پیشروي آنی ماشین است و از هندسه تونل، ویژگی هـاي سـنگ و پارامترهـاي ماشـین تـاثیر مـی پـذیرد.
حاصلضرب نرخ نفوذ در ضریب بهره وري را نرخ پیشروي می نامند.[3] رابطه اي به شرح زیر بر مبناي تحلیل نرخ نفوذ و نرخ پیشروي بدست آمده است که به صورت زیر می باشد:[3]
که در آن:
=T زمان نرخ پیشروي بر حسب ساعت
= L طول مسیر بر حسب متر
=m ضریبی است که به صورت منفی در فرمول فوق وارد می شود.
مقدار m به صورت زیر بدست می آید:[3]
که در آن:
=CLI مقدار سایش سنگ (شاخص عمر تیغه)
=D قطر تونل
= n درصد تخلخل سنگ
=q درصد کوارتز در سنگ
اگر n و q صفر باشند، مقدار آنها 0/5% لحاظ می شود.[ 3] مقدار سایش سنگ (CLI) با توجه به جـدول 1 بدسـت مـی آید.
= m1 گرادیان منفی است که مقدار آن با توجه به نمودار شکل 2 بدست می آید.
1-3 رابطه میان نرخ نفوذ و نرخ پیشروي با QTBM
روابط زیر بین نرخ نفوذ و نرخ پیشروي دستگاه TBM یا QTBM به صورت زیر است:[3] (8)
مقادیر QTBM از طریق تحلیل معکوس با توجه به نرخ نفوذ بدست می آید:[3]
-4شرایط زمین شناسی و زمین شناسی مهندسی مسیر تونل:
در مسیر تونل مورد مطالعه مجموعاً 10 گمانه حفر گردیده و ویژگی هاي سنگ شناسی مسیر در تراز تونـل مـورد مطالعـه قرار گرفته است. به منظور رده بندي مهندسی توده هاي سنگی، لازم اسـت تـا مـسیر تونـل بـه زونهـایی بـا خـصوصیات ژئوتکنیکی تقریباٌ مشابه تقسیم گردد. بر این اساس توده هاي سنگی مسیر مذکور به صورت جدول2 زون بندي گردیـده و مقادیر رده بندي QO نیز براي هر زون آورده شده است. مقطع زمین شناسی مسیر تونل نیز در شکل 3 آورده شده است.
-5 محاسبه مقادیر SIGMA
پارامتر SIGMA معرف مقاومت توده سنگ می باشد. این پـارامتر خـود بـه دو حالـتSIGMAcm و SIGMAtm (بـه ترتیب مقاومت فشاري و کششی توده سنگ) تقسیم می گردد. جهت محاسبه این پارامتر از روابط 4 و5 استفاده گردیده و نتایج آن در جدول 3 ارائه شده است.
