بخشی از مقاله
چالشهاي لوله رانی (میکروتونلینگ) در زیر سطح آبهاي زیرزمینی درخاكهاي ماسه اي روان
چکیده:
پروژه نصب لوله هاي عمیق شبکه جمع آوري فاضلاب به شیوه لوله رانی (Micro-tunneling) بطول 551و2 متر و عمق متوسط 5 متر با لوله هاي بتن مسلح به قطر 500 الی 000و1 میلیمتر در شهر انزلی در استان گیلان در حال اجرا می باشد. این پروژه براي جمع آوري فاضلاب بخشی از شهر انزلی با استفاده از تسهیلات بانک جهانی از حدود یک سال قبل آغاز و توسط شرکت اس-ان-سی لاوالین کانادا نظارت می گردد. در این طرح تعداد 42 شافت گرد بتنی به عمق حدود 6 متر ساخته خواهد شد که هر کدام پس از اتمام لوله رانی به یک آدمرو تبدیل می گردد. هرشافت یک سیلندر فرورو (Sinking Shaft) است که قبل از نصب اطراف آن بوسیله تزریق دوغاب سیمان (Cement Grouting) در چاهکهاي بقطر 3 اینچ و عمق 6 متر مورد تحکیم قرار گرفته است. لوله ها از جنس بتن تر C25 (Wet Concrete) با میلگردهاي هلیکال در مقطع عرضی جهت مهار بارهاي مرده و زنده و میلگردهاي طولی بمنظور مقاومت در برابر نیروي فشار جکها ساخته شده است. لوله رانی با ماشین حفاري((MTBM دوغابی تمام سطح (Full-Face-Slurry-Micro-Tunneling) انجام شده است. پس از اتمام هر قطعه لوله رانی لوله ها تحت آزمایش نشت هیدرولیکی واقع گردیده است. لوله رانی در زیر سطح آبهاي زیر زمینی در خاك اشباع ماسه اي با چالشهایی همچون ضرورت تثبیت بستر شافتها، مشکلات تخلیه هجوم آب دریا، مقابله با برداشت ماسه دهی اضافی (Piping)، مقابله با نشستهاي احتمالی سطح جاده مواجهه بوده است. بررسیها و اقدامات اصلاحی موجب فائق آمدن بر مشکلات فوق الذکر در عملیات لوله رانی گردیده که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است.
کلمات کلیدي: لوله رانی، میکروتونلینگ، خاك ماسه اي، شبکه فاضلاب، آبهاي زیرزمینی
مقدمه:
پروژه نصب لوله هاي عمیق شبکه جمع آوري فاضلاب به روش لوله رانی (میکروتونلینگ) بطول 551و2 متر با لوله هاي بتنی مسلح به قطر 500 الی 000و1 میلیمتر[1] در شهر انزلی در استان گیلان با کمک تسهیلات بانک جهانی به اجرا در آمده است. این پروژه از اردیبهشت ماه 1387 آغاز بکار نموده و هم اکنون نیز در حال پیشرفت می باشد. فاضلاب بخشی از مناطق مسکونی شهر انزلی از طریق این شبکه بطور ثقلی به تلمبه خانه فاضلاب PSC منتقل تا به تصفیه خانه فاضلاب انزلی تلمبه گردد. به دلیل وجود خاك ماسه اي در زیرسطح آب زیرزمینی عملیات لوله رانی از شرایط ویژه اي بر خوردار
بوده است. مشکلات تخلیه آبهاي مازاد و احتمال ماسه دهی از جمله اهم چالشهاي این پروژه محسوب می گردد که در ادامه این مقاله مورد اشاره و بررسی قرار خواهد گرفت.
خاك مسیر لوله رانی مطابق جدول شماره 1 با طبقه بندي به روش یکنواخت (Unified) از نوع ماسه اي روان SP می باشد. نتایج آزمایش اس-پی-تی در لایه هاي عمقی خاك معادل 8 و وزن مخصوص طبیعی و شناور آن به ترتیب برابر 2/06
و (wt =2.06 gr/cm3) 1/06 و (b = 1.06 gr/cm3) اندازه گیري شده است. شکل شماره 1 دانه بندي نسبتا یکدست و تقریبا بدون گذر از الک شماره200 با اندازه دانه ها بین 0/08 الی 6 میلیمتر را نشان می دهد. زاویه اصطکاك داخلی خاك برابر با ( = 27) و مقاومت چسبندگی آن معادل صفر (c = 0.0 kg/cm2) اندازه گیري شده است .[2] مطابق اطلاعات فوق الذکر خاك مسیر لوله رانی بسیار سست و ناپایدار ارزیابی گردیده است.
ساخت شافتها:
در این طرح تعداد 42 شافت به عمق حدود 6 متر ساخته خواهد شد که هر کدام پس از اتمام عملیات لوله رانی به یک آدمرو تبدیل می گردد. براي احداث شفتها از سیلندرهاي گرد بتنی استفاده شده است. این سیلندرها بصورت فرورو (Sinking Shaft) احداث گردیده و قبل از نصب سیلندرها زمین محدوده تعدادي از شفتها و پیرامون آنها به وسیله تزریق دوغاب سیمان (Cement Grouting) در چاهکهایی بقطر 3 اینچ و عمق 6 متر تحکیم شده اند. تزریق دوغاب سیمان با توجه به سرعت نفوذ پذیري مناسب خاك انزلی، براي ایجاد قارچهاي سیمانی نفوذ ناپذیر و تثبیت زمین شفتها، اجرا گردیده است. رینگ هاي بتنی به ارتفاع یک متر قبلا ساخته و هنگام نصب در محل شافتها بهم متصل شده اند. پس از احداث آدم رو در میان این شفتها فضاي میانی باقیمانده بین دیواره شفت و آدم رو با مصالح مناسب پر شده است. شفتها قبل از شروع تونل کنی و در طی آن خشک نگه داشته شده اند .(Dewatered)
ساخت لوله ها: لوله ها مطابق شکل شماره 2 از جنس بتن C25 با میل گردهاي عرضی و طولی در کارخانه (در شهر لوشان) ساخته و به کارگاه در انزلی حمل شده است. میلگردها از کلاس A با تنش تسلیم حداقل 4000 kg/cm2 انتخاب گردیده است. میلگردهاي عرضی بصورت هلیکال جهت مهار بارهاي
شکل شمارهانه -1 د بندي خاك مسیر لوله رانی
شکل شماره -2 طرح ریزي میلگرد لوله هاي بتنی
مرده و زنده اما بمنظور ایجاد مقاومت در برابر نیروي فشاري جکها از میل گردهاي مقاوم طولی استفاده شده است. حداکثر نیروي فشار جکها براي لوله هاي 500 میلیمتري 250 تن، براي لوله هاي 700 میلمتري350 تن و براي لوله 1,000 میلیمتري 500 تن در نظر گرفته شده است. بتن لوله ها از نوع بتن خود تراکم (Self Compacted Concrete) می باشد.
میزان مقاومت به نیروي لوله رانی در سطح تماس لوله ها با ضریب اطمینان 4 محاسبه شده است. لوله ها در کارخانه براي آزمایش سه نبش (Three Edge Test) و آزمایش آببندي (Leak Test) با نظارت یک شرکت بازرسی فنی مستقل کنترل شده اند. آب بندي لوله ها مطابق شکل شماره 3 از طراحی خاصی برخوردار می باشد. در سطح تماس لوله ها از یک لایه نازك نئوپان استفاده شده که در حین لوله رانی در اثر فشار جکها کاملا فشرده و خرد می شوند. در این طرح از بتن تر (Wet Concrete) استفادهشده تا دامنه رواداري (Tolerance) ضخامت لوله ها به حداقل ممکن کاهش یابد. درهرحال ضخامت لوله هاي 600 میلیمتري که در حال حاضر در حال استفاده می باشند معادل 106 میلیمتر می باشد.
کولار ها مطابق شکل شماره 4 از جنس پلی اتیلن (PE Collar) و جدار داخلی لوله ها نیز با پوشش پلی اتیلن (HDPE Lining) به ضخامت 1/5 تا 2 میلیمتر پوشش شده اند. فاصله بین دو شفت متوالی بین 60 تا 80 متر در نوسان بوده است. فاصله بین شافتها پس از چند قطعه نخست لوله رانی و بررسی رفتار خاك به حدود 60 متر کاهش داده شده است. لوله ها به طول 2 متر و در نقطه اتصال از یک لایه الاستیک که قادر به قبول تغییر مکان هاي زاویه دار مکرر تا پنج درجه بوده اما مانع ورود یا خروج آب تحت فشارهاي آزمایشی یا حداکثر فشارهاي کارکردي (بهره برداري) باشد، ساخته شده است.
عملیات حفاري مطابق شکل شماره 5 با یک ماشین میکروتونلینگ (MTBM) تمام مقطع دوغابی (Slurry) با گشتاور مناسب انجام شده است. ماشین انتخابی Full-Face-Slurry-Micro-tunneling با قطر خارجی OD=846mm ساخت شرکت هرنکنشت آلمان (AVN 600) می باشد. حجم حفاري، میزان برداشت مصالح، دبی تغذیه آب، فشارسرمته (Shield)، دبی سیال حفاري (Feed and Slurry
Pumps)، رفتار زمین و بسیاري از پارامترهاي دیگر حفاري دقیقا" اندازه گیري شده و مداوما" توسط اپراتور کنترل گردیده است. دستگاه تونل کنی قابل هدایت و داراي بازوهاي هیدرولیکی هدایت بوده است. سیستم هدایت از 3 بازوي هدایت هیدرولیکی بهمراه یک سیستم محاسب مطمئن تشکیل گردیده است. دستگاه تونل کنی در طی عملیات، دوران و چرخش را خنثی کرده و عملیات تونل کنی را بطور مستمر و با سرعت یکنواخت بین شفتهاي رانش و پذیرش انجام داده است.
قطعات لوله بتن مسلح بصورت تک تک در غلاف لوله رانی تعبیه و مطابق شکل شماره 6 روي ریلهاي هادي به نحوي سوار
شده اند که نیروهاي کشنده و فشار دهنده فقط از طریق ارابه نه از طریق لوله ها انتقال یابند. با تابش شعاع لیزر (Laser Beam) از داخل شفت ارسال (شفت جک زنی) به صفحه حساس و پردازشگر پشت سر مته (Shield) که مختصات نقطه انتهائی مسیر را نشانه رفته کنترل تراز مسیر و میزان انحراف مته روي مانیتور گزارش گردیده و اپراتور با تنظیم فرمان جکها (Steering Cylinder) مسیر را هدایت می نماید با تکمیل احداث هر قطعه میکرو تونل آزمایش نشت هیدرولیکی (تست هیدرولیکی) با فشار 0/5 اتمسفر به مدت نیم ساعت نیز انجام گردیده تا از آب بند بودن درز لوله ها اطمینان حاصل شود.[3] در پایان هر درایو نیز یک پروتکل جامع حاوي کلیه اطلاعات فنی ذخیره شده در کامپیوتر ماشین جهت بررسی آماده بوده است. سیستم تونل کنی مبتنی بر تعادل فشار زمین متشکل از یک سیستم گل حفاري (گل روان) با ماده پایه بنتونیت می باشد.[2] با افزودن گل حفاري دو هدف کاهش نیروي اصطکاك لوله ها و دیگري ایجاد تعادل بین فشارهاي سینه کار با آبهاي زیرزمینی مد نظر بوده است. مخلوط خاك حفاري با گل حفاري جمع آوري و در یک حوضچه ته نشینی Sedimentation Tank) ته نشین گشته و سپس تخلیه و از کارگاه به یک محل مناسبمنتقل گردیده است.
شکل شماره -6 جک درحال لوله رانی درداخل شافت (میکروتونلینگ)
