عدم قطعیت ها و تغییرات در داده های به دست آمده از سنگ های موجود در مسیر تونل وجود دارد. برای بررسی اثر عدم قطعیت ها یک ابزار آماری-احتمالاتی که اجازه گسترش عدم قطعیت پارامترهای ورودی را به معیار طراحی می دهد، مورد نیاز است. یکی از پارامترهای مهم در تخمین زمان و هزینه یک پروژه تونل سازی، پیش بینی عملکرد ماشین حفار است. هدف از انجام این مطالعه، استفاده از روش های احتمالاتی جهت تخمین نرخ پیشروی ماشین های حفار تمام مقطع است. برای این منظور از روابط مدل های بارتن (QTBM)، موسسه علوم و فناوری نروژ (NTNU) و مدرسه معدن کلرادو (CSM)، به عنوان تابع عملکرد در روش شبیه سازی مونت کارلو 75 استفاده شده است. ابتدا با استفاده از اطلاعات واحدهای زمین شناسی و حفاری قطعه 2 تونل انتقال آب لار-کلان تابع توزیع احتمال مناسب برای پارامترهای ورودی مدل ها مشخص شده و سپس با اجرای شبیه سازی، بازه نرخ پیشروی با قطعیت 95 درصد محاسبه شده است. با مقایسه نتایج مدل ها با مقدار واقعی نرخ پیشروی، مشخص شد که مدل QTBM در تمامی واحدهای زمین شناسی و مدل CSM در طول کل تونل، متوسط نرخ پیشروی نزدیکتری به مقدار واقعی نرخ پیشروی تخمین زده است. نتایج تحلیل احتمالاتی نشان می دهد که بازه نرخ پیشروی محاسبه شده توسط مدل NTNU در تمامی واحدهای زمین شناسی بسیار کمتر از بازه مقدار واقعی نرخ پیشروی است. همچنین، بررسی پارامترهای موثر بر مدل های مذکور نشان می دهد که برخلاف مدل های QTBM و CSM، پارامترهای عملیاتی تاثیر بیشتری در نرخ پیشروی محاسبه شده توسط مدل NTNU دارند.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در بیشتر پروژه های تونل سازی از ماشین های حفر تمام مقطع تونل (TBM) استفاده می شود. ارزیابی عملکرد این ماشین ها در تخمین میزان هزینه و زمان حفر تونل بسیار مهم است. نرخ نفوذ، یکی از شاخص های مهم در ارزیابی عملکرد ماشین است که با روش ‍ های مختلف برآورد می شود. تحلیل حساسیت یک مدل، برای بررسی تاثیرپذیری متغیر خروجی از متغیرهای ورودی انجام می شود. در این مطالعه، سه مدل اصلی QTBM، NTNU، CSM و دو مدل حسن پور و فرخ براساس اطلاعات مربوط به شرایط زمین شناسی و اطلاعات حفاری تونل انتقال آب لار-کلان، مورد تحلیل حساسیت قرار گرفته و تاثیر تغییرات عوامل ورودی مدل ها بر تغییرات نرخ نفوذ بررسی شده است. نتایج کلی به این صورت است که افزایش نیروی پیشران، CLI، RPM، تخلخل و شاخص خردشدگی و کاهش Q، محتوای کوارتز، مقاومت فشاری تک محوره، مقاومت کششی، تنش مماسی و RQD، باعث افزایش نرخ نفوذ می شوند. تحلیل حساسیت، براساس دو نمودار گردبادی و عنکبوتی، مورد ارزیابی قرار گرفته و برای مدل های مختلف، تاثیر تغییرات شاخص ها بر روی تغییرات نرخ نفود، بررسی و عواملی که بیشترین تاثیر را بر نرخ نفود دارند، مشخص شده اند؛ از عوامل مربوط به شرایط زمین شناسی تغییرات Q، تخلخل، مقاومت فشاری تک محوره و RQD و از شاخص های مربوط به ماشین حفر تونل، تغییرات نیروی پیشران و RPM، بیشترین تاثیر را بر تغییرات نرخ نفوذ در تونل مورد مطالعه داشتند.

آگاهی از الگوهای توزیع جریان هوا در داخل ماشین حفاری تمام مقطع تونل می تواند یک محیط ایمن برای پرسنل و ماشین آلات ایجاد کند. کمیت و کیفیت جریان هوا در فضاهای زیرزمینی بسیار مهم است به طوری که مقدار هوا در تهویه فضاهای زیرزمینی باید برای ترقیق گازها و گرد و غبار کافی باشد و دمای هوا را کنترل نماید. در این مقاله به منظور بررسی الگوهای توزیع جریان هوا در قسمت قاب اصلی ماشین حفاری تمام مقطعS124 شرکت هرنکنشت از دینامیک سیالات محاسباتی و مطالعات میدانی استفاده شده است. به منظور بررسی استقلال شبکه، چهار مقدار مختلف از ابعاد شبکه اجرا شده و نتایج آن برای اطمینان از یک راه حل مستقل با سرعت محلی در یک نقطه مقایسه شده است. مدلسازی سیالاتی به روش حجم محدود مبتنی بر المان انجام شده است. نتایج نشان می دهد جریان هوای کافی در 2/89 درصد از فضای ماشین وجود ندارد و از قسمت پشت اتاق کنترل تا انتهای قاب اصلی ماشین، منطقه مرده وجود دارد. این منطقه می تواند محل تجمع گازهای خطرناک، گرد و غبار و سایر آلاینده ها باشد. یکی از راهکارها برای کاهش مناطق مرده، افزایش دبی هوای ورودی است. افزایش میزان سرعت ورودی هوا و مطالعه توزیع جریان هوا انجام شد. مطالعات نشان داد در صورت استفاده از بیشینه ظرفیت جت فن ها، امکان کاهش مناطق مرده و ایجاد مناطق امن به صورت قابل قبولی وجود ندارد. لذا استفاده از جت فن با سرعت های بیشتر کمکی به بهبود توزیع جریان هوا نکرده و تنها هزینه های انرژی را افزایش خواهد داد.

مرز مشترک لایه های سنگی در عملیات استخراج و حفاری مکانیزه در معادن و تونل سازی چالش های مختلفی را به وجود می آورد و ممکن است بدون هشدار قبلی باعث بروز مشکلاتی مانند خرابی تیغه ها، لرزش ماشین و کاهش سرعت پیشروی شود. در چنین شرایطی، درک دقیق فرآیند برش و اندرکنش تیغه- سنگ برای طراحی ماشین، موفقیت بسیار مهمی است. در این مطالعه، اندرکنش بین سنگ و تیغه برای اندازه گیری نیروهای برش در ناحیه مرزی دو لایه سنگی با استفاده از ماشین برش خطی کوچک مقیاس مجهز به تیغه دیسکی با قطر 54 میلی متر بررسی شد. نمونه های مورد مطالعه در حالت مختلط با ترکیبی از ماسه‏ سنگ با مقاومت 37 مگاپاسگال و دو نوع گچ مصنوعی با مقاومت های 21 و 24 مگاپاسگال تهیه شد. آزمایش برش خطی در عمق های 1، 2 و 3 میلی متر انجام شد. نتایج آزمون ها نشان داد در نمونه های مختلط با رسیدن تیغه به مرز دو نمونه با مقاومت متفاوت، نیروهای عمودی و غلتشی دچار تغییرات شدید می شود. به‏ عنوان مثال و بر اساس شرایط آزمایشگاهی این تحقیق، نیروهای عمودی تا 7/2 برابر و نیروهای غلتشی تا 2/10 برابر نیروهای اولیه افزایش یافت. همچنین، نتایج آزمون های برش نشان داد که با افزایش عمق برش، اختلاف نیروها و نیز نسبت نیروهای مرزی به نیروهای برش سنگ در حالت برش غیرمختلط، در ناحیه مرزی کاهش می یابد. بر اساس نتایج این تحقیق، با توجه به این که در مرز نمونه مختلط، تیغه برشی الگوی متفاوتی از نیروهای برش را تجربه می کند، اهمیت انتخاب تیغه مناسب بر اساس الگوی تغییرات نیروهای مرزی در شرایط میدانی برای ماشین تونل زنی تمام مقطع بیشتر می شود. همچنین مشاهده شد که این اختلاف نیروها منجر به شکل گیری نیروی ضربه در مرز تغییر لایه سنگی می شود که این مساله در شرایط میدانی، ضرورت تعیین چقرمگی و سختی مناسب ابزار را برای به حداقل رساندن خرابی آن ها در شرایط جبهه کار مختلط بیشتر نشان می دهد.

پروژه تونل انتقال آب سبزکوه، به طول تقریبی 11 کیلومتر به منظور انتقال 90 میلیون مترمکعب آب در سال از حوزه سبزکوه به سد چغاخور در استان چهارمحال و بختیاری و در حدود 80 کیلومتری جنوب شهرکرد در حال بررسی است. با توجه به طول زیاد تونل و لزوم اجرای هرچه سریع تر و ایمن این طرح و با عنایت به میزان اندک تونل سازی با روش های سنتی، استفاده از روش حفاری مکانیزه با در اولویت کار قرار گرفته است. به علت محدودیت دامنه کاربرد TBMها در شرایط پیچیده و نامطلوب زمین شناسی، انتخاب این ماشین ها با بررسی های دقیق دستگاه و شرایط محیط انجام می شود. شرایط زمین شناسی و خصوصیات ژئومکانیکی توده سنگ از جمله مهم ترین پارامترهایی است که همواره اجرای تونل ها را تحت الشعاع قرار داده و می تواند در انتخاب نوع TBM مناسب، نقش به سزایی داشته باشد. در این تحقیق با تعیین مهم ترین خواص ژئومکانیکی و شرایط زمین شناسی توده سنگ منطقه بررسی شده، و تفسیر نتایج حاصل از گمانه های ژئوتکنیکی، آزمایش های آزمایشگاهی و صحرایی و تدقیق آن ها با مشاهدات و برداشت های صحرایی، توده سنگی مسیر تونل به وسیله سه سیستم طبقه بندی مهندسی RMR، Q و GSI به سه زون ژئوتکنیکی تفکیک شد. سپس عمل کرد انواع TBM های باز، تک سپری و دوسپری برای حفاری در سنگ، بر اساس مقاومت ماده سنگ، خصوصیات کمی و کیفی درزه ها، عرض نواحی برشی و گسله، سطح آب زیرزمینی و نیز شدت مچاله شوندگی توده های سنگی در هر زون بررسی شد و در نهایت TBM دو سپری به عنوان مناسب ترین دستگاه برای حفاری تونل سبزکوه پیشنهاد شد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

استفاده از ماشین های تونل بری مکانیزه تمام مقطع تحت شرایط زمین شناسی مختلف، به منظور حفاری تونل های طویل در سال های اخیر گسترش زیادی پیدا کرده است. انتخاب ماشین تونل بری تمام مقطع مناسب، یکی از مراحل مهم و تعیین کننده در پیش برد فرآیند حفاری است. در این راستا می توان با توجه به مشخصات محیط حفاری و ماشین تونل بر، مناسب ترین ماشین را انتخاب کرد. در گام نخست از این تحقیق معیارهایی از قبیل: شاخص RQD، مقاومت فشاری، مقاومت کششی، ناپایداری سینه کار، ناپایداری دیواره ها، فاصله داری ناپیوستگی ها، هجوم آب مچاله شوندگی، زون های گسلی، حفرات انحلالی، قطر تونل، شیب تونل، شعاع انحنای مسیر در مسیر قطعه دوم تونل امام زاده هاشم (ع) مورد ارزیابی قرار گرفت و در گام بعد به بررسی و انتخاب مناسب ترین ماشین تونل بری مکانیزه از میان چهار ماشین پیشنهادی پرداخته شد. بدین ترتیب با استفاده از روش Fuzzy-TOPSIS و بهره گیری از نظرات خبرگان، مناسب ترین ماشین تونل بری مکانیزه برای حفاری قطعه دوم تونل امام زاده هاشم (ع) انتخاب شد. نتایج حاصل از بررسی نشان داد که با توجه به معیار های مذکور ماشین تونل بری Double Shield Universal TBM مناسب ترین گزینه برای حفاری قطعه دوم تونل امام زاده هاشم (ع) می باشد.