مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی
سال:1398 | دوره:8 | شماره:2 |تعداد مقالات:6

با توجه به رشد روزافزون استفاده از تونل های متروی شهری و از سویی اهمیت استراتژیک ایران در منطقه خاورمیانه که همواره در معرض حملات نظامی کشورهای سلطه گر و یا اقدامات تروریسیتی داخلی قرار دارد، لزوم بررسی و تحلیل این سازه ها تحت بار انفجار حائز اهمیت می باشد. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار المان محدودABAQUS6-11-1، خاک و تونل به صورت سه بعدی تحت بار انفجار داخل زمین قرار گرفته اند. بار انفجار با استفاده از روابط تجربی فشار ناشی از انفجار بر سازه زیرزمینی تخمین زده شده است. همچنین رفتار خاک و پوشش تونل غیرخطی درنظرگرفته شده است. در این پژوهش بحرانی ترین سناریوی توزیع خسارت در پوشش تونل ناشی از انفجار TNT مورد بررسی قرارگرفته است. همچنین به بررسی اثر ارتفاع روباره خاک و مقدار ماده منفجره بر بیشینه تنش ها و تغییرشکل های ایجاد شده در پوشش تونل های دوقلو تحت4 بار انفجاری 15، 30، 45 و60 کیلوگرمTNT پرداخته شده است. در نهایت اثر بهسازی خاک های نرم بر بهبود پاسخ پوشش تونل ها تحت بار انفجار بررسی شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش ضخامت 1 متری خاک نرم پیرامون تونل، مقدار بیشینه تنش 44% کاهش می یابد. همچنین با دقت در نتایج فهمیده می شود که در طراحی مقاوم در برابر تهدیدات تروریستی در تونل های زیرزمینی توجه به سختی زمین (مدول الاستیسیته خاک) به مراتب مهمتر از مقاومت (چسبندگی زهکشی نشده) زمین است.

در دهه اخیر روش تخریب بزرگ به عنوان بهترین گزینه برای استخراج ذخایر بزرگ مقیاس و کم عیار که در اعماق زیاد قرار گرفته اند، مطرح شده است. این روش استخراج، تنها روش استخراج زیرزمینی است که از جنبه ی هزینه و ظرفیت تولید قابلیت مقایسه با روش استخراج روباز را دارد. با این حال، تجارب عملیاتی در معادن تخریب بزرگ در سراسر جهان، لزوم فهم دقیق فرآیندهای ژئوتکنیکی در تخریب را به اثبات رسانده است. در این میان یک عامل بسیار مهم در معادن تخریب بزرگ تعیین قابلیت تخریب کانسنگ و سنگ فراگیر است که تخریب پذیری آن ها شرط اصلی به کارگیری این روش است. تخمین نامناسب این متغیر می تواند مشکلاتی در تولید و فرآوری ایجاد کند و یا در بدترین حالت، پروژه را با شکست روبرو سازد. تحلیل مناطق شکل گرفته در اثر ایجاد زیربرش برای اطمینان از صحت پیش بینی تخریب در معادن مختلف بسیار مفید است. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار آباکوس 6. 12 و در نظر گرفتن مدل رفتاری دراکر – پراگر تاثیر خصوصیات مکانیکی توده سنگ بر ارتفاع منطقه ی تسلیم شده در بالای زیربرش در روش تخریب بزرگ مورد بررسی قرار گرفته است. ویژگی های مکانیکی و هندسی درزه ها با استفاده از مدل مصالح درزه دار در مدل وارد شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که ارتفاع منطقه ی تسلیم با افزایش پارامتر های مقاومتی توده سنگ و درزه ها کاهش می یابد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش زاویه ی شیب درزه ها از ارتفاع تسلیم کاسته می شود. زاویه ی اصطکاک درزه بیش ترین تأثیر را بر ارتفاع منطقه تسلیم دارد. توده سنگ دارای درزه هایی با شیب 20 درجه بیش ترین ارتفاع ناحیه تسلیم شونده را دارد. هر چه شیب درزه بیش تر می شود، ارتفاع منطقه تسلیم کاهش می یابد. این کاهش در بازه 30 تا 45 درجه با شیب بسیار کم و در بازه 45 تا 80 با شیب بسیار زیادی رخ می دهد.

در عملیات احداث تونل ها و فضاهای امن زیرزمینی همواره چالش ها و مشکلات متعددی وجود دارد که اغلب روند پیشرفت کار را با کندی یا توقف مواجه می سازد. یکی از این چالش ها حفاری در زمین های سست بوده که در مناطق آبدار و در لایه های خاص، ساختاری ویژه را به وجود می آورد. لذا در چنین شرایطی آگاهی از روش های مناسب جهت بهبود وضعیت زمین و روش های حفاری مناسب به منظور دستیابی به حداکثر ایمنی و بازدهی عملیات بسیار حائز اهمیت است. در این تحقیق حفاری تونل انتقال آب گلاس در بخش آبرفتی مسیر مطالعه شده است. مطالعات انجام شده حاکی از آن است که محدوده ی مورد مطالعه، جز مناطق پر خطر محسوب می شود. وضعیت پایداری این تونل در اجرای روش های NATM، EPB TBM و ADECO– RS مورد بررسی قرار گرفته است. طراحی تونل و شرایط پروژه با استفاده از نرم افزار FLAC3D انجام شده است. در روش EPB پایداری سینه کار با استفاده از روش عددی و روش های تحلیلی جانسز و استینر و کواری و آنگونستا مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به تطابق بسیار خوب نتایج در هر دو روش و به خصوص روش کواری و آنگونستا، مقدار فشار سینه کار 13 بار در شرایط فعلی پروژه باعث کنترل مناسب ناپایداری ها خواهد شد. در ادامه مقدار نیروی پیشران دستگاه برای پیشروی در آبرفت عمیق پروژه MN826/105 محاسبه شده است. با توجه به پیش محدودیت های اعمال شده در جلوی سینه کار در روش ADECO– RS تونل به لحاظ پایداری در مقایسه با روش NATM وضعیت بهتری دارد. سیستم نگهداری پیشنهاد شده در تونل، در برابر نیروهای مخرب از مقاومت کافی برخوردار است. بنابراین با توجه به نتایج به دست آمده از اجرای سه روش فوق و قرارگیری تونل در محیط آبرفتی ضخیم اجرای تونل به روش ADECO-RS نسبت به روش های بررسی شده مناسب تر است.

ددر این تحقیق بهینه سازی توزیع هوا در معدن زغالسنگ کلاریز شرقی با به کارگیری الگوریتم ژنتیک برای جستجوی مقادیر بهینه تخصیص بادبزن ها، افت فشار در های تنظیم کننده و شدت جریان هر یک از شاخه های شبکه تهویه انجام گرفته است. با توجه به مدلسازی شبکه موجود معدن با نرم افزار ونت سیم، شدت جریان هوا در تعدادی از شاخه ها کمتر از حد مورد نیاز برآورد شده است. بهینه سازی توزیع هوا در دو حالت مجزا شامل شرایط فعلی شبکه و نیز رعایت حداقل شدت جریان هوا در کلیه شاخه ها انجام گرفته است. نوع جریان نیمه کنترل شده نوع دوم فرض شد و کدنویسی در نرم افزار متلب، بر مبنای کمینه سازی انرژی مصرفی، اعمال محدودیت های قوانین شدت جریان و افت فشار کرشهف، به صورت توابع جریمه انجام گرفته است. در حالت اول بدون اعمال حداقل شدت جریان، مصرف انرژی کاهش یافت. در حالت دوم مقدار مصرف انرژی به 13696 وات و شدت جریان به 32 مترمکعب در ثانیه به دلیل هوارسانی به بیش از 22 شاخه معدن افزایش یافته است. تامین هوا و جبران افت فشار شبکه بسته به شرایط، با ترکیب سری و موازی دو بادبزن VTS11 موجود معدن انجام می گیرد. بررسی تاثیر مقادیر پارامترهای الگوریتم ژنتیک بر دستیابی به پاسخ بهینه نشانگر افزایش احتمال دستیابی به جواب بهینه با افزایش تعداد جمعیت است. افزایش ضرایب پیوند و جهش موجب کاهش دقت محاسبات و افزایش زمان اجرا گردیده استد.

یکی از فعالیت های مهم تونلسازی مکانیزه در اجرای خطوط مترو روش عبور از ایستگاه ساخته شده است. در این مقاله با توجه به مشکلات و سختی های استفاده از سازه تکیه گاهی در عبور ماشین TBM از ایستگاه ساخته شده و شروع مجدد حفاری، روشی مبتنی بر استفاده از رینگ های با قطعات بتنی پیش ساخته مورد بررسی قرارگرفته است. در این روش به منظور ایجاد تکیه گاهی جهت اعمال نیروی پیشران ماشین از الگویی متفاوت از نصب رینگ های ناقص استفاده شده است به نحوی که علاوه بر بهره بردن از مزایای استفاده از تکیه گاه سگمنتی به گونه ای اجرا شود که رینگ کاملی در فضای باز اجرا نشود. الگوی پیشنهادی به گونه ای است که از سه عدد قطعه بتنی پیش ساخته کف تا فاصله حدود 5 تا 6 رینگ از سینه کار استفاده شود تا به این صورت دستگاه حفار از طول ایستگاه عبور کند. پس از آن، در چند رینگ تعداد قطعات بتنی پیش ساخته به 4 و سپس 5 قطعه بتنی پیش ساخته در هر رینگ افزایش می یابد تا اینکه کله حفار به محل حفاری می رسد و از این مرحله به بعد حفاری تونل با نصب رینگ های ناقص پنج تایی و شش تایی ادامه داشته تا جایی که دستگاه بطور کامل داخل تونل قرارگیرد بطوریکه اولین رینگ کامل در ابتدای دهانه تونل نصب شود. بررسی ها نشان می دهد که با استفاده از 5 و 6 قطعه بتنی پیش ساخته می توان حفاری را شروع کرد اما تا حدودی 6 قطعه بتنی پیش ساخته نسبت به 5 قطعه بتنی پیش ساخته برتری دارد. الگوی پیشنهادی در ایستگاه هایی از خط 6 مترو تهران مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج نشان می دهد که علاوه بر کارآمد بودن این روش انحرافی بیش از حد مجاز اتفاق نیافتاده است. بنابراین روش پیشنهادی را می توان با اطمینان مورد استفاده قرار داد.

روش استخراج جبهه کار بلند یکی از روش های استخراج زغال سنگ با راندمان تولید بالاست که برای تجهیز و آماده سازی آن نیاز به سرمایه گذاری اولیه زیادی است. در روش جبهه کار بلند با پیشروی سینه کار، طبقات سقف در قسمت عقب سینه کار تخریب می شود و به دنبال آن بار های زیادی در اطراف پهنه های استخراجی و جلوی جبهه کار توزیع می شود. برای محافظت از تونل های اصلی و تونل های دسترسی معدن در برابر تنش های ایجاد شده حاصل از استخراج پهنه از دو راهکار بهره گرفته می شود. راهکار اول که مهمترین اثر را بر پایداری پهنه دارد، بر جای گذاشتن پا یه های زنجیری دراطراف پهنه و پایه حایل بین کارگاه استخراج و تونل های اصلی است و راهکار دیگر نصب نگهداری در تونل ها برای کنترل همگرایی تونل هاست. از این رو عرض مناسب پایه حایل به طوری که بیشترین بهره وری از ماده معدنی و بیشترین تاثیرگذاری بر کاهش توزیع تنش های اطراف تونل های اصلی داشته باشد، از اهمیت بسزایی برخوردار است. هدف اصلی این تحقیق بدست آوردن عرض مناسب پایه حایل در انتهای پهنه استخراجی E3 در معدن طبس به نحوی که تونل های اصلی معدن دارای کم ترین میزان همگرایی باشند، است. ابزار مورد استفاده در این تحقیق مدل سازی عددی با روش تفاضل محدود و در محیط نرم افزار FLAC3D است. نتایج مدل های عددی مختلف از پیشروی کارگاه استخراجی نشان داده است که میزان پیشروی بر توزیع تنش ها تاثیر داشته و در فاصله حدود 80 متری از جلو جبهه کار پهنه به تنش های اولیه می رسد. به عبارت دیگر عرض مناسب پایه حایل 80 متر برآورد شده است. همچنین نتایج توجیه اقتصادی نشان داده است که عرض پایه 80 متر سبب می شود حدود 6000 تن زغال سنگ بیشتر استخراج گردد.