پایان نامه عمران: حفاری (تونل سازی)

اختصاصی از فی لوو پایان نامه عمران: حفاری (تونل سازی) دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

پایان نامه عمران: حفاری (تونل سازی)

تعداد صفحات: 133

فرمت: word و قابل ویرایش

فهرست مطالب

فصل اول مطالعات مقدماتی و اصول عمومی طراحی فضاهای زیرزمینی

فصل دوم طـراحی چنـدفضـای زیـرزمینی مجـاور هم

فصل سوم روش طراحی سازه‌های زیرزمینی

فصل چهارم تفاوتها و ویژگیهای تونلهای معدنی و راه

فصل پنجم حـفـاری تـونـلهـای مـعـدنـی و راه

فصل ششم روشهای نـگهـداری تـونلهای معـدنی و راه

نگاهی اجمالی به سیر تحول تونل‌سازی

اگر حفر قنوات بخشی از عرضه تونلسازی محسوب شود آنگاه قدمت این فن به 2800 سال قبل از میلاد بر می‌گردد. زیرا باستان‌شناسان معتقدند که حفر قنوات در مصرو ایران از آن زمانها معمول بوده است. تذکر این نکته در اینجا در خور توجه است که در سال 1962 طول کل قنوات در ایران را 000/160 کیلومتر تخمین زده‌اند. اگر از این مورد که ذکر شد صرفنظر شود اولین تونل زیرآبی در 2170 سال قبل از میلاد در زمان بابلیها در زیر رودخانه فرات و بطول یک کیلومتر ساخته شد که هر چند بصورت حفاری تونل اجرا نشده است ولی همین، کار حداقل تجربه و تبجر معماران آن عصر را نشان می‌دهد. از این نوع کار دیگر اجرا نشده است تا 4000 سال بعد که در 1825 تونل تیمز زیر رودخانه تیمز ندن ساخته شد. تونل‌زنی درون سنگها به علت شکل حفاری و عدم امکانات و عدم نیاز ـ به جز موارد بسیار محدود ـ فقط در دو قرن اخیر توسعه یافته اس. هر چند اختراع باروت به قرنها قبل بر می‌گردد و بعضی آنرا حتی به قرن دوم میلادی نسبت می‌دهند ولی کاربرد آن در شکستن سنگها احتمالاً در قرن 16 بوده است و اختراع دینامیت در قرن 19 موجب تحولات تدریجی ولی اساسی در سهولت ایجاد تونل در سنگها شد گرچه ایجاد تونل در سنگها به علت سختی سنگ نیاز به مواد منفجره و یا وسایل بسیار سخت و برنده دارد ولی در سنگهای خیلی نرم و در رسوبات سخت نشده، مشکل تونل‌زنی به لحاظ نگهداری تونل است. بطوری که تا قبل از اختراع شیلد توسط در سال 1812، ایجاد تونلهای بزرگ مقطع در رسوبات سست فوق‌العاده مشکل می‌نمود. اولین کاربرد شیلد در 1825 در حفر تونل زیر رودخانه تیمز بود. هر چند حفر این تونل 5/1 کیلومتری حدود 18 سال طول کشید روش شیلد بعداً توسط تکمیل گردید و بعلاوه نامبرده کاربرد هوای فشرده را نیز در شیلد عملی ساخت (1886) با گسترش شهرها، اختراع ترنها، افزایش جمعیت، پیشرفت صنایع و نیاز مبرم به معادن گسترش شبکه‌های زیرزمینی، هم به منظور عبور و مرور و هم بمنظور انتقال آب و فاضلاب و نیز در پیشروی معادن و غیره ضرورت یافت و با سرعت روز افزون از اواخر قرن 19 تاکنون پیشرفتهای چشمگیری حاصل گردیده است. بگونه‌ای که در سالهای اخیر استفاده از ماشینهای حفر تمام مقطع تونل رشد سریعی داشته است. ایده استفاده از این ماشینها از زمانهای دور است. اولین ثبت شده در امریکا توسط جان ویلسون در سال 1856 برای تونل هوساک در ماساچوست بوده است ولی تنها توانسته 3 متر از تونل 7600 متری را حفر نماید در دهه‌های اخیر توسعه بسیار زیادی پیدا کرده بطوری که در بسیاری از موارد بعنوان اولین گزینه برای حفر تونل می‌باشد.

مقدمه

در جمع‌اوری و تهیه اطلاعات موردنیاز برای طراحی هر نوع حفاری زیرزمینی پس از انجام مطالعات اقتصادی و فنی (امکان‌پذیری مقدماتی طرح) پی‌جوئیهای لازم و مقایسه‌گرینه‌های مختلف و انتخاب راه‌حل مطلوب مقدماتی که برای دسترسی به هدف موردنظر ممکن می‌باشد، مطالعات مقدماتی و تفصیلی زمین‌شناسی و اقلیم‌شناسی منطقه اجرای طرح بایستی توسط مهندسین مشاور ذیصلاح پذیرد.

اقدام به جمع‌آوری این اطلاعات و انجام مطالعات، اولین اقدام لازم در طراحی هرگونه فضای زیرزمینی بهر نوع و بهر شکل و برای هر هدفی که باشد خواهد بود شناخت زمین‌شناسی محل احداث سازه، زیرزمینی از دیدگاه تنش‌های موجود و بارهای وارده بر وسائل نگهداری و انتخاب روش‌های کاربردی مطلوب حائز کمال اهمیت است.

اطلاعاتی که از نقشه‌های زمین‌شناسی بزرگ مقیاس حاصل می‌شود عمومی و کلی بوده و تمامی نیازهای طراحان سازه‌های زیرزمینی را در بر نمی‌گیرد. لذا برای تعیین دقیق مشخصات زمین‌شناسی، مطالعات کلی و دقیقتر خاک و سنگ از ضروریات اولیه طراحی است.

هدفهای اصلی اکتشافات زمین‌شناسی

1ـ تعیین شرایط اولیه تشکیل و وضعیت واقعی سنگها، شرایط فیزیکومکانیکی آنها در محدوده حفریات و فاصله بین حفریات تا سطح زمین

2ـ تعیین شرایط سطحی زمین از نقطه‌نظر آبهای سطحی، زهکشی‌های طبیعی، قناتها، چشمه و رودخانه‌ها

3ـ جمع‌آوری اطلاعات مربوط به گازدهی، حرارت و آب در زیرزمین

4ـ تعیین مشخصات زمین ساختی، تنشها و اثرات آنها روی دامنه فشارها در محدوده حفریات زیرزمینی

مـراحـل اکتشـافی زمین‌شناسی از دیدگاه حفر و احداث حفریات زیرزمینی

اقدامات اکتشافی از دیدگاه احداث حفریات زیرزمینی شامل سه مرحله زیر است:

الف ـ تحقیقات و اکتشافات مربوط به مشخصات عمومی طرح قبل از شروع طراحی

1ـ الف ـ بررسی کلی منطقه از دیدگاه تاریخی و آمارهای موجود، سنگ‌شناسی چینه‌شناسی و محیط زیست

2ـ الف ـ بررسی عکس‌های هوائی، وضعیت گیاهان منطقه، مشخصات بارز شیمیائی سنگها و کشف شرایط اولیه تشکیل آنها (آذرین یا رسوبی)، مطالعه گسل‌ها و چین‌خوردگی‌ها

3ـ الف ـ مطالعات آب‌شناسی، وضعیت رودخانه‌ها، سیل‌ها، تعیین PH آب، تعیین مشخصات حرارتی و شیمیائی و املاح موجود در آبهای سطحی برای تشخیص طبیعت سنگها و جنس زمین

4ـ الف ـ مطالعات ژئوشیمی برای تعیین مشخصات شیمیائی سنگها و خاکهای سطحی

5ـ الف ـ تعیین مشخصات ژئوفیزیکی با روشهای مقاومت الکتریکی، لرزه‌نگاری و غیره و مقایسه آنها با نمونه‌های حاصل از گمانه‌های اکتشافی

6ـ الف ـ مطالعات دقیق درزه‌ها، گسیختگی‌ها و تهیه نقشه‌های مربوطه

ب ـ تحقیقات دقیق ژئوتکنیکی (زیرزمینی) بموازات طراحی و قبل از شروع عملیات احداث

1ـ ب ـ جمع‌اوری اطلاعات مسلم از شرایط فیزیکی و شیمیائی سنگهای دربرگیرنده حفریات، هوازدگی، وزن مخصوص و مقاومت آنها

2ـ ب ـ جمع‌اوری اطلاعات در مورد استقرار و شیب لایه‌ها، چین‌خوردگی‌ها، گسل‌ها، سطوح لایه‌بندی و درزه‌ها

3 ـ ب ـ جمع‌اوری اطلاعات مربوط به: مقدار، کیفیت، خواص شیمیائی و عمق آبهای زیرزمینی

4 ـ ب ـ جمع‌اوری اطلاعات مربوط ب: مقدار، کیفیت و خواص شیمیائی گازها و افزایش درجه حرارت زمین نسبت به عمق

ج ـ تحقیقات تکمیلی در زمان عملیات احداث حفریات

تحقیقات تکمیلی زیر نه تنها برای کنترل اطلاعات داده شده توسط طراحان که برای اطمینان از درستی روش اجرائی انتخاب شده و در صورت لزوم اصلاح و تغییر روشها بایستی صورت گیرد.

نمونه این تحقیقات تکمیلی در زمان احداث حفریات زیرزمینی عبارتند از:

1ـ ج ـ حفر پیش تونلها و نمونه‌گیری از سنگهای جلوتر از سینه‌کار و مطالعه سایر شرایط زمین محل طرح

2 ـ ج ـ تجزیه شیمیائی آبها و گازها

3ـ ج ـ اندازه‌گیری تنش‌ها و تقارب مقاطع

نتیجه‌گیری

احداث سازه‌های زیرزمینی، در جهت دستیابی بهر هدف و یا در مسیر حل هر مشکلی که باشد، نسبت به احداث سازه‌ای مشابه در روی زمین بسیار پیچیده‌تر و مشکل‌تر و در نهایت بسیار گرانتر و پرهزینه‌تر خواهد بود

اجرای اینگونه طرحها، حتی با بکارگیری بهترین امکانات و توجه به کلیه مقررات ایمنی، نسبت به سازه‌های روی زمین، با خطرات جانی و مالی بیشتری روبرو می‌باشد با توجه به این حقایق است که تهیه طرح توسط مهندسین مشاور، که بر پایه مطالعات مقدماتی و تفصیلی زمین‌شناسی صورت پذیرفته باشد از الزامات و ضروریات هر پروژه زیرزمینی است.

بدین ترتیب مشاور انتخابی برای طراحی سازه‌های زیرزمینی باید دارای توانائیهای لازم جهت انجام دقیق اکتشافات و مطالعات موردنیاز بوده و قدرت تحلیل و طبقه‌بندی اطلاعات و کاربرد آنها را در طراحی صحیح پروژه داشته باشد و با کلیه دستورالعمل‌های بین‌المللی اجرائی و روشهای مدرن حفاری آشنا باشد.

بررسی نیروهای وارده بر فضاهای زیرزمینی

1ـ تنش در پوسته زمین

وضعیت تنش در پوسته زمین، برای زمان و مکان معین، نتیجه تأثیر نیروهایی با خصوصیات و فشارهای گوناگون می‌باشد. معمولاً قبل از شروع هر کار مهندسی در ساختارهای زمینی سعی می‌شود وضعیت تنش را بدست آورد. وضعیت تنش زمین در حالت بکر پس از انجام عملیات حفاری و ایجاد ساختار دچار دگرگونی شده است و توزیع جدیدی از تنش در سنگ‌ها و محدوده آن به وجود می‌آید.

تنش‌های مؤثر بر هر نقطه از پوسته زمین را می‌توان ناشی از فشاهای زیر دانست.

1ـ تنش‌های ثقلی: این تنش‌ها بر اثر وزن طبقات فوقانی ایجاد می‌شود. به واسطه محصور بودن سنگ‌ها در دل زمین، تنشهای جانبی نیز در اثر فشار ثقلی گسترش می‌یابد. (اثر پواسون)

2ـ تنش‌های تکتونیکی: این تنش‌ها بواسطه تنش‌ها بواسطه تأثیر نیروهای تکتونیکی و زمین ساختی نظیر کوهزائی و یا گسل بوجود آید.

3ـ تنش‌های محلی: این تنش‌ها بواسطه ناهمگونی در جنس طبقات یا سنگ‌های همجوار بوجود می‌آیند. نظیر تمرکز تنش در عدسیهای ماسه سنگی یا اطراف کنکرسیونها.

4ـ تنش‌های باقیمانده: این تنش‌ها در حین تشکیل طبقات یا توده سنگها و در اثر فرآیندهایی نظیر کریستالیزاسیون، دگرگونی، رسوبگذاری، تحکیم و بی‌آب شدن در سنگها بسته به مورد گسترش می‌یابد. مثلاً تنش حاصل در مرز بین کریستالهای یک سنگ که دارای خواص فیزیکی متفاوت بوده و سرد شدن آنها متشابه یکدیگر نیست از این نوع می‌باشند.

از بین انواع تنش‌های فوق تنش‌های ثقلی را می‌توان از طریق محاسبه بدست آورد. ذیلاً به انواع تنش‌های ثقلی و نحوه برآورد آنها اشاره می‌کنیم.

تونل سازی

اختصاصی از فی لوو تونل سازی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

تونل سازی

26 صفحه در قالب word

تعریف تونل: تونل راهرو زیرزمینی افقی یا تقریباً افقی که از هر دو طرف به هوای آزاد مرتبط است.

مراحل تونل سازی: مراحل احداث و آماده سازی تونلها به شرح زیر است:

الف) تهیه طرح تونل      ب) نقشه برداری مسیر و تحقیقات مهندسی    ج) حفر تونل

د) نگهداری موقت تونل

طبقه بندی تونلها: به طور کلی تونلها را می توان به سه دسته تونلهای حمل و نقل، تونلهای صنعتی و تونلهای معدنی تقسیم کرد.

تونلهای حمل و نقل: این تونلها به قصد رفت و آمد افراد و حمل مواد احداث شده و خود به گروههای زیر تقسیم می شوند:

الف) تونلهای راه آهن    ب) تونلهای راه     ج) تونلهای پیاده رو    د) تونلهای ناوبری    هـ) تونلهای مترو

تونلهای صنعتی: این تونلها به منظور انتقال مواد و تاسیسات احداث می شوند و گروه تونلهای زیر را دربرمی گیرند.

الف) تونلهای مربوط به نیروگاههای آبی   ب) تونلهای انتقال آب   ج) تونلهای استفاده همگانی و پناهگاهها   د) تونلهای فاضلاب   هـ) تونلهای طرحهای صنعتی  و) انباری های نظامی   ذ) تونلهای دفن زباله های اتمی

تونلهای معدنی: این تونلها که به منظور احداث شبکه معادن حفر می شوند، شامل تونلهای زیر هستند:

الف) تونلهای گشایشی معدن    ب) تونلهای اکتشافی    ج) تونلهای استخراجی (مثل راهروهای معدنی، گالریها)       د)تونلهای خدماتی         هـ) تونلهای زهکشی

تونلهای حمل و نقل به عنوان یک سازه دائمی و برای استفاده طولانی مدت طراحی می شوند و سیستم نگهداری آنها بطور اصلوی با تونلهای معادن متفاوت است.

از جمله اختلافات دیگر تونلهای معدنی و حمل و نقل، ابعاد  آنهاست. تونلهای معدنی ابعاد محدودی دارند، حال آنکه تونلهای حمل و نقل به مراتب ابعاد بزرگتری دارند.

قبل از حفر و احداث تونل، بایستی منطقه موردنظر را مطالعه کرد و مناسب ترین مسیر تونل را برگزید و آنگاه مسیر را مطالعه کرد. واضح است که این مطالعات زمان بر و هزینه بر است، اما بدون انجام آن ممکن است اشکالات اساسی در ضمن احداث تونل بروز کند. به طور کلی مطالعات مسیریابی را می توان به شرح زیر رده بندی کرد:

الف) جمع آوری اطلاعات منطقه   ب) بررسی عکسهای هوایی و نقشه های توپوگرافی منطقه   ج) مطالعات زمین شناسی سطحی   د) مطالعات ژئوفیزیکی   ل) حفر گمانه های اکتشافی    ن) مطالعات آب شناسی   ی) حفر گالریهای اکتشافی   و) آزمایشات برجا    ه) بررسیهای آزمایشگاهی

از دیدگاه مهندسی، خاک یا سنگی که مسیر تونل از آنها می گذرد، در واقع نوعی مصالح ساختمانی به شمار می رود و بنابراین برای آ“که بتوان شیوه حفر و نگهداری مناسب را برگزید، ابتدا باید ویژگی های مهندسی ژنها را به خوبی شناسایی کرد.

با توجه به این واقعیت که در واقع زمین محل، مصالح سازنده فضای زیرزمینی را تشکیل می دهد، نه پوششهای موقت و یا دائمی به هنگام طراحی تونل ها باید نکات زیر را مدنظر قرار داد:

الف) مطالعه دقیق وضعیت زمین شناسی و ژئوتکنیکی محل   ب) تطبیق هر چه بیشتر طرح و اجرای آن با شرایط طبیعی زمین   ج) حداقل دستکاری در وضعیت طبیعی زمین  د) ثبت دائمی حرکات زمین در اطراف فضای ایجاد شده

قبل از هرگونه عملیات تحقیقاتی در مورد منطقه، ابتدا باید اطلاعات موجود را جمع آوری کرد. بدین منظور بایستی با مراجعه به سازمان ها و موسساتی که احتمال دارد در منطقه کارکرده باشند، اطلاعات احتمالی را به دست آورد. این اطلاعات شامل موارد زیر است: الف) نقشه توپوگرافی منطقه که معمولاً از طریق سازمان نقشه برداری کشور و یا سازمان جغرافیایی ارتش تهیه می شود    ب) نقشه زمین شناسی منطقه که برای تهیه آن باید به سازمان زمین شناسی کشور مراجعه کرد    ج) عکسهای هوایی منطقه که برای تهیه آن باید به سازمان جغرافیایی ارتش مراجعه کرد.    د) مراجعه به بانکهای اطلاعاتی برای تهیه تحقیقات احتمالی که در مورد منطقه انجام گرفته است.

ارزیابی ساختمان تونل: براساس مطالعاتی که درباره ساختگاه تونل انجام می گیرد، می توان محدوده را از نظر ژئوتکنیکی ارزیابی کرد. اصولاً بسته به واکنش زمین نسبت به ایجاد تونل (یا هر فضای زیرزمینی دیگر) آن را به دو گروه کلی با شرایط مناسب و نامناسب تقسیم بندی می کنند. اگر شرایط زمین مناسب باشد، در زمینه حفر تونل مشکلی پیش نمی آید، حال آنکه در مورد زمینهای نامناسب ممکن است احداث تونل با خطراتی توام باشد و یا موجب توقف، تاخیر و افزایش غیرعادی هزینه ها بشود. در چنین شرایطی قبل از شروع حفاری تونل، باید زمین را بهسازی کرد. عوامل اصلی تعیین کننده شرایط زمین عبارتند از:

الف) مشخصات سنگ     ب) خاک     ج) آب زیرزمینی    د) سایر عوامل

پیش بینی نشت زمین:

در اثر احداث تونل، وضعیت تنشهای موثر بر زمین تغییر می کند که تغییر شکلهایی را به دنبال دارد. اگر برای مهار این تغییر شکلها تدبیری اتخاذ نشود، امکان دارد که تاج تونل نشت کند و تاثیر آن به سطح زمین برسد و سرانجام باعث نشت ساختمانها و تاسیسات واقع در بالای تونل بشود. یکی از عوامل دیگر که در نشت زمین موثر است، زهکشی آب زیرزمینی منطقه به وسیله تونل و در نتیجه پایین رفتن سطح ایستابی است.

با توجه به اهمیت پدیده نشت زمین باید روشهایی را برای حفر و نگهداری تونلها برگزید که نشت به حداقل ممکن برسد.

در بعضی موارد طراحی و اجرای سیستم نگهداری مناسب، مانع از نشت موثر زمین یم شود و گاه نیز لازم است زمین بهسازی یا تقویت شود. میزان نشت به شرایط زمین شناختی، ابعاد تونل و روش حفاری و نگهداری بستگی دارد.

پدیده نشت معمولاً در مورد تونلسازی در زمین های خاکی مهمتر از زمینهای سنگی است، اما در پاره ای موارد اجرای نامناسب حفاری و نگهداری تونل در زمینهای سنگینی نیز پدیده نشست را به دنبال داشته است.

شکل و ابعاد مقطع تونل:

انتخاب شکل و ابعاد مقطع تونل تابع هدف احداث تونل، سیستم حفر تونل،‌ شیوه بارگیری و روش نگهداری دایمی آن است. در مواردی که استفاده از شکلهای مختلف امکان پذیر باشد، باید شکلی را انتخاب کرد که هزینه های کلی احداث تونل به حداقل ممکن برسد.

تونلهای مترو:

ابعاد تونلهای مترو نیز تابع نوع قطارها و سرعت آنها است.

امتداد تونلها:

تونلهای مترو: حداقل شعاع انحنای تونلهای مترو نیز تابع سرعت ماکزیمم پیش بینی شده برای قطارها است. به عنوان مثال، حداقل شعاع انحنای تونلهای مترو شهر نیویورک واقع در ایالات متحده آمریکا، 107 متر در نظر گرفته شده، حال آنکه این عدد در مورد مترو شهر سانفرانسیسکو همین کشور، حداقل 1100 متر است.

شیب تونلها:

تونلهای مترو: حداقل شیب مجاز تونلهای مترو در طول مسیر 3 درصد و در ایستگاهها 1 درصد و حداقل آن 5/0 درصد می باشد.

وضعیت سنگ شناسی محدوده تونل: ساختگاه تونل ممکن است حاوی سنگهای آذرین، رسوبی،‌ دگرگونی و یا مخلوط آنها باشد. هر یک از این سنگها از نظر حفر و نگهداری تونل، وضعیت های مختلفی دارند.

الف) سنگهای آذرین،‌ مقاومت فشارشی بالایی دارند و به همان نسبت حفاری آنها مشکل است، اما به علت مقاومت خوبی که دارند، در بسیاری موارد «خودنگهدار» هستند و نیازی به نصب سیستم نگهداری در آنها نیست.

ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است

متن کامل را می توانید در ادامه دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ولی در فایل دانلودی متن کامل همراه با تمام ضمائم (پیوست ها) با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است