معرفی و نحوه عملکرد ماشین های حفر تمام مقطع تونل
در این مطلب می خوانید:
معایب و مزایای استفاده از دستگاه TBM
طراحی و عملکرد سیستم دستگاه TBM
ملاحظات عمومی برای استفاده از دستگاه TBM
مقدمه
T.B.Mها به صورت کلی به دو دسته ماشین های حفاری در سنگ و ماشین های حفاری در زمین های سست تقسیم می شوند. استفاده از این دستگاه ها با توجه به هزینه سرمایه گذاری بالا تنها در پروژه هایی امکان پذیر است که به دلیل طول بالای تونل و هزینه حفاری گزاف با سایر روش های سرکایه گذاری خرید و بکارگیری این دستگاه به صرفه باشد. دستگاه حفاری تمام مقطع تونل (تی بی ام) متشکل از:
- کاتر هد که شامل ابزارهای برش و حفره های انتقال مواد حفاری شده می باشد.
- سیستم های تأمین برق، چرخش و نفوذ
- سیستم تکیه گاهی حین حفاری
- تجهیزات نصب مهارهای زمین
- استحفاظ (شیلدینگ) جهت حفاظت از کارکنان
- سیستم هدایت
- سیستم های تأسیسات پشتیبانی جهت انتقال مواد حفاری شده، جابجایی پرسنل و مصالح، تهویه و برق
معایب و مزایای استفاده از دستگاه TBM
استفاده از این دستگاه نیز مانند هر دستگاه دیگر مزایا و معایبی به همراه دارد که در ادامه به آن ها اشاره شده است:
الف) مزایای استفاده از دستگاه حفاری تمام مقطع تونل تی بی ام
- سرعت پیشروی بالاتر
- عملیات پیوسته
- تخریب کمتر سنگ
- نیاز به تکیه گاه کمتر
- ایمنی بیشتر
- توان عملیاتی مکانیزه
- اندازه های یکسان خاک های حفاری شده
ب) معایب استفاده از دستگاه تی بی ام
- مقطع دایره ای ثابت
- انعطاف پذیری محدود در برابر مشکلات زمین
- زمان تجهیز طولانی تر
- سرمایه زیاد
اکثر پروژه های انجام گرفته با این دستگاه تا به حال در سنگ های رسوبی با مقاومت فشاری 20 تا 200 مگاپاسکال صورت گرفته است.
طراحی و عملکرد سیستم دستگاه TBM
دستگاه حفاری تمام مقطع تونل (تی بی ام) سیستمی است که سوراخ کردن، پیچیش، پایداری دورانی، انتقال مواد حفاری شده، هدایت و مهار خاک را انجام می دهد. در اغلب موارد این عملکردها به طور پیوسته در هر سیکل حفاری صورت می گیرد. کاترهد همراه با چرخش، سطح سنگ را می شکافد و به کمک دیسک های تعبیه شده در سطح، آن سنگ را می شکافد و در آن نفوذ می کند. عکس العمل های ایجاد شده، توسط مهارها و گریپرها که به دیواره تونل حایل می شود، اصطکاک میان کاتر هد، شیلد با دیواره های تونل و یا تکیه گاه های نصب شده در پشت دستگاه حفاری تمام مقطع تونل (تی بی ام) خنثی می شود.
پارامترهای عملکردی دستگاه TBM
ساعت شیفت: بعضی پیمانکاران 24 ساعته فعالیت دارند و وسایل مورد نیاز را حین عملیات تأمین می کنند. ساعت شیفت، کل ساعات کاری دستگاه بعلاوه زمان لحاظ شده جهت نگهداری و تعمیر می باشد. لذا کل ساعت شیفت برای یک پروژه یا زمان حفاری توسط توسط دستگاه حفاری تمام مقطع تونل (تی بی ام) است یا مدتی است که کار نمی کند و تعمیرات و نگهداری رخ می دهد. در نتیجه:
ساعت شیفت= زمان حفاری با دستگاه TBM / فاصله حفاری شده
نرخ نفوذ: در زمان حفاری توسط دستگاه حفاری تمام مقطع تونل (TBM) یک زمان سنج، تمام مدت زمان عملیات را ثبت می نماید. در نتیجه:
PR= مدت زمان حفاری با دستگاه حفاری تمام مقطع تونل (TBM)/فاصله حفاری شده
کار مفید: درصدی از ساعت شیفت است که در آن حفاری رخ می دهد و با U شناخته می شود:
U= ساعت شیفت * 100/ مدت زمان حفاری با دستگاه حفاری تمام مقطع تونل (تی بی ام)
کارایی بیشتر به نوع سنگ، شرایط تجهیزات، دقت در نگهداری، توانایی پیمانکار، شرایط پروژه و عوامل انسانی بستگی دارد.
نرخ پیشروی (AR): عبارت است از ساعت شیفت / فاصله حفاری شده
سرعت تراش دادن (CR): حجم سنگ حفاری شده در واحد زمان حفاری با دستگاه (TBM) می باشد. سرعت تراش دادن متداول بین 20 تا 200 متر مکعب در هر ساعت حفاری با دستگاه TBM است.
ملاحظات عمومی برای استفاده از دستگاه TBM
برای استفاده از این دستگاه مجموعه ای از ملاحظات می بایست در نظر گرفته شود، برخی از مهم ترین این ملاحظات عبارتند از:
- شیب پروژه کم باشد (کمتر از 3 درصد برای مدیریت آب های زیرزمینی و انتقال مواد حفاری شده لازم است و حداقل 0.2 درصد برای زهکشی ثقلی آب مورد نیاز است)
- اقتصادی بودن استفاده از دستگاه حفاری تمام مقطع تونل (تی بی ام) در برابر سایر روش های مکانیکی بستگی به طول، اندازه، نوع سنگ، ضعف های عمده سنگ، ضرورت های زمانبندی و تعداد زیادی عوامل دیگر دارد.
- بعلت انعطاف کم اغلب دستگاه حفاری تمام مقطع تونل TBM ها، حداقل شعاع 150 تا 400 متر در منحنی های افقی ضروری است.
- عمق تونل تأثیر چندانی بر نرخ پیشرفت پروژه ندارد. لیکن برای تونل های طویل تأمین نقاط دسترسی میانی لازم است.
- استفاده مجدد از دستگاه بدون نیاز به تعمیر اساسی امکانپذیر است.
عوامل موثر در موفقیت حفاری
مهمترین عواملی که در موفقیت یک عملیات حفاری موثر هستند، عبارتند از : نوع سنگ، روش حفاری و تجهیزات مورد استفاده قرار گرفته، نیروی انسانی و میزان مهارت کارکنان و کیفیت مدیریت حفاری دارد.
عملیات پس از حفاری
تهویه موقت
مهمترین دلایل ضرورت تهویه تونل شامل: تهیه هوای تازه برای کارکنان، خارج کردن گازهای سمی و مضر انفجار و خارج کردن گرد و خاک مته کاری است.
روش های تهویه موقت:
اصلی ترین روش تهویه موقت تونل شامل: دمیدن هوا به داخل تونل، مکش هوا از درون تونل و استفاده از سیستم تهویه ترکیبی است.
زهکشی آب
منشأ آب تونل، آب ناشی از عملیات اجرایی و آب زیر زمینی می باشد که در قسمت هایی از تونل که شیب آن ها امکان زهکشی آزاد را نمی دهد، آب بایستی به وسیله پمپ تخلیه شود. پمپ باید حداقل 1500 لیتر آب را در یک کیلومتر تونل در مدت یک دقیقه زهکشی نماید.
نکات دیگری نیز پس از حفر تونل می بایست مورد توجه قرار گیرند، عبارتنداز:
- بارگیری و حمل مصالح حفاری شده
- پایدارسازی و پوشش موقت تونل
- بتن پاشی و تکمیل گالری ها و راه های دسترسی و در نهایت لاینینگ نهایی تونل پیش از بهره برداری و نصب تأسیسات و تجهیزات تهویه و روشنایی و وسایل ایمنی در داخل تونل
منابع:
کتاب : مرجع ماشین آلات عمرانی، مهدی روانشادنیا، آرش محمدی
