/////مترو، حفاری، تونل و ماشین الات/////

بزرگترين ماشين حفاري دنيا

اسکویتور بیل چرخشی توسط شرکت Krupp ساخته شد.
ارتفاع: 95 متر / طول: 215 متر / وزن: 45هزار تن
طراحی و ساختش 5 سال طول کشیده و 100 میلیون دلار هزینه در بر داشته.
بیشترین سرعت کندن زمین توسط این وسیله 10 متر در دقیقه هست
و می تونه در هر روز بیش از 76هزار مترمکعب خاک / سنگ / زعال سنگ رو جابجا کنه.

اين ماشين براي حفاري معادن روباز و سد ها و بزرگراه ها استفاده مي گردد.

البته از اين ماشين به تعداد انگشتان يك دست هم ساخته نشده است.



[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]



[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

Built by KRUPP of Germany………….45,500 tons……95 meters high……215 meters long

آشنایی

پس از آنکه تونل یا فضای زیرزمینی حفر شد اگر نتواند پابرجا بماند باید با حایلهایی مستحکم شود. حایلهایی که برای نگهداری فضای زیرزمینی بکار می‌روند به دو دسته موقت و دائمی تقسیم می‌شوند. سنگهای سالم ، از جمله سنگهای آذرین متبلور و برخی از سنگهای رسوبی سخت ، در طی اجرا و در زمان بهره برداری تونل حالت خودنگهدار دارند. درصورتی که بسیاری دیگر از سنگها و تقریبا همه خاکها باید در طول حفاری با حایلهایی نگهداری شوند و پس از آن نیز محتاج پوششهای محافظ دائمی اند.

طراحی حایل تونل بر مبنای فشار زمین و نوع سنگ انجام می‌شود. فشار زمین به کمک روابط تحلیلی یا تجربی برآورد می‌شود. فشار زمین می‌تواند از مقدار زیاد ، در مورد رسهای نرم یا سفت ، تا صفر ناچیز و در مورد سنگهای سالم ، تغییر کند. قابهای فولادی ، تیرکهای چوبی ، صفحات پوششی ، میل مهار ، شبکه توری ، و بتن پاشی روشهایی اند که جهت نگهداری فضاهای حفر شده در سنگهای متوسط تا ضعیف بکار گرفته می‌شوند.

در معادن ، حایل موقتی اغلب با جاگذاری و عدم استخراج بخشها یا پایه‌هایی از ماده معدنی تامین می‌شود. در خاکها زمان پابرجایی کم است، از اینرو حیطه کار نیاز به حایل دارد. نگهداری این قسمتها توسط چوب بست ، دیوار گل ، فشار هوا یا با استفاده از ماشینهای خودکار حفر تونل (tbm) انجام می‌شود. طاق و دیواره‌ها نیز ممکن است بطور موقت توسط صفحات پوششی یا سپر نگهداری شوند. پوشش دائمی تونلهای حفر شده در خاک بطور درجا با بتن ریخته شده یا با نصب قطعات بتنی یا فلزی انجام می‌گردد.

نگهداری در سنگ

تونلها و حفره‌های معدنی ایجاد شده در سنگ معمولا در خود نگهدار هستند. حفره‌ها و بخشهای استخراج شده در معادن ، بویژه در معادن زغال سنگ ، به جای مقطع دایره‌ای یا بیضوی دارای مقطع مستطیلی اند. در اینجا تنشها عمدتا توسط دیواره‌های تونل و در کارگاههای استخراج توسط پایه‌ها و قسمتهای حفاری نشده تحمل می‌گردد. پس از حفاری تونل در سنگهای دارای لایه بندی افقی ، لایه‌های واقع در سقف ، تغییر شکل داده و تشکیل یک قوس فشاری می‌دهند که بار لایه‌های بالایی را تحمل می‌کند. در نتیجه بارهای روباره از اطراف حفره به دیواره‌ها و پایه‌ها منتقل می‌شود.

میزان تغییر شکل لایه سقف تابعی از ابعاد دهنه ، وزن لایه و ضخامت آن ، مقاومت کششی و مشخصات درزهاست. در سنگهای دارای درزهای زیاد ، با دوختن و مهار کردن لایه ها می توان یک تیر مرکب تشکیل داد و سقف را مقاوم کرد. ظرفیت باربری پایه‌ها تابعی از جنس و ابعاد پایه و جنس پی آن است. بطور کلی فضاهای زیرزمینی بزرگ و قسمتهای استخراج شده معادن به ندرت پوشش گذاری می‌شوند.

فضاهای زیرزمینی بزرگ معمولا در سنگهای با کیفیت خوب احداث می‌شوند که محتاج حداقل پوشش اند. در معادن نیز حایل توسط پایه‌ها تامین می‌شود یا در صورت استفاده از جکهایی که پس از پایان استخراج جمع آوری می‌شوند، سقف تونلهای دائمی معادن را می‌توان با میل مهار کنترل کرد. در اینجا مهمترین روشهای نگهداری فضاهای ایجاد شده در سنگ را مرور می‌کنیم.

میل مهار و کابل مهاری (سنگ دوزی)

در سنگهای درزدار ، لایه لایه یا دیگر سنگهای ناپایدار ، ناحیه سست یا خمیری شده اطراف قوس طلاق تونل توسط میل مهارها یا در صورتی که منطقه سست ضخیم باشد، توسط کابلهایی تحت فشار نگه داشته می‌شود. میلهای مهاری انواع مختلف دارند و معمولا در چالهایی که به این منظور در سنگ حفاری می‌شود، قرار داده می‌شوند.

شاتکریت

بتنی رقیق با دانه‌های سنگی درشت (12 میلیمتر) است که با فشار باد و با سرعت زیاد بر سطح سنگ پاشیده می‌شود و به این ترتیب پیوندی قوی با سنگ بوجود می‌آورد. شاتکریت معمولا در لایه‌های 5 سانتیمتری و بلافاصله بعد از حفاری (آتشکاری) پاشیده می‌شود. شاتکریت را بسته به شرایط می‌توان به تنهایی یا همراه با دیگر حایلها بکار گرفت.

قابهای فولادی و قطعات چوب

برای سالیان دراز تنها راه ایجاد حایل نگهدارنده برای تونلها استفاده از قابهای فولادی (تیر آهن) بود که به شکل نقطع تونل خم شده بودند. برای برقراری تماس بین قاب فلزی و سقف تونل از الوارها و قطعات چوب استفاده می‌شد.

پوششهای بتنی

روش رایج دیگر استفاده از پوشش بتنی است. امروزه استفاده از این روش تنها برای تونلهای حمل و نقل حفر شده در سنگهای خیلی ضعیف ، که کارایی دیگر روشها نامطمئن است، توصیه می‌شود.

روشهای تلفیقی

در تکنیکهایی که در سالهای اخیر رایج شده ، کوشش بر این است که نگهداری تونل یا فضای زیرزمین اساسا توسط خود سنگ انجام شود. به این منظور کوشش می‌شود تا کیفیت سنگ تا حدالامکان بهبود یابد تا بتواند بطور دایم پابرجا بماند. معروفترین روش در این زمینه روش جدید تونل زنی اتریشی (natm) است. در این روش برای نگهداری سنگ ناپایدار از تلفیقی از شاتکریت میل مهار (وغالبا توری سیمی) استفاده می‌شود. به این منظور ابتدا با ابزاربندی دقیق نحوه رفتار سنگ معلوم شده و سنگ طبقه بندی می‌شود. به این ترتیب برای هر قسمت مناسبترین حایل انتخاب می‌شود.

نگهداری در خاک

تونلهایی را که در خاک ایجاد می‌شوند می‌توان با یک یا تلفیقی از روشهایی که در مورد سنگ گفته شد، بطور موقت یا دایم پابرجا نگهداشت. در خاکهای ضعیف و زمینهای نامناسب ایجاد حایل برای تونل اغلب به صورت بخشی از عملیات حفاری و بطور همزمان با آن انجام می‌شود.

در خاکها ، به جز در مواردی که از روشهای سپررانی استفاده می‌شود، نگهداری توسط قابهای فولادی حاصل می‌شود. در حد فاصل بین این قابها تیرکهای چوبی یا فلزی قرار داده می‌شود. تیرکها بسته به شرایط زمین بطور چسبیده به هم یا با فاصله قرار می‌گیرند. حایل دیگری که در مواردی مصرف می‌شود، ورقه‌های فلزی است که می‌توان آنها را همراه یا بدون قابهای فولادی بکار گرفت. برای بالا بردن استحکام این صفحات پوششی ، می‌توان آنها را به صورت موجدار (مانند صفحات ایرانیت) در آورد. در شرایطی که حفاری به روش سپررانی انجام شود، ایجاد حایل برای بخشهای حفاری شده با استفاده از جفت نمودن قطعات پیش ساخته بتنی (یا فلزی) در کنار یکدیگر بدست می‌آید

نگهداری سازه های زیرزمینی توسط بتن

یکی از روش های نگهداری تونل یا به عبارت کلی سازه های زیرزمینی استفاده از بتن و بتن پاشی(shotcrete)می باشد.بتن یکی از مصالح تراکمی بسیار مفید می باشد که امروزه در بسیاری از سازه های مهندسی نظیر ساختمان های مسکونی،سد ها،بونکرهای معدنی،سیلوها،چاه های معدنی،تونل ها،نیروگاه ها و ... کاربرد فراوانی دارد،لذا هرچه دقیق تر روی ساختار بتن مورد استفاده تأمل گردد بی تردید سازه ایجاد شده از امنیت بالاتری برخوردار خواهد بود.لازم به ذکر است که عدم توجه به طرح اختلاط بتن و استانداردهای تعیین شده برای بتن خسارتهای جانی و مالی بسیاری را وارد می آورد که جبران ناپذیر خواهند بود.
*معرفی بتن
بتن متشکل است از سیمان،آب،مصالح سنگی و هوا.به مقدار جرم هر کدام از مواد ذکر شده در یک مترمکعب از بتن Dosage گفته میشود.سیمان یک ماده مصنوعی است که در کارخانه تهیه میشود.اجزاء تشکیل دهنده سیمان عبارتند از:سنگ آهک،سیلیس و مارن که با نسبت معینی با هم مخلوط و پخته می شوند.هرچه میزان Dosage سیمان در بتن بالاتر باشد مقاومت بتن ساخته شده هم بیشتر میشود.برای مثال بتن با سیمان 300 تا 350 کیلوگرم دارای مقاومت 225-200 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع می باشد.آب مورد استفاده در بتن می بایست دارای سختی بسیار کمی باشد یعنی میزان املاح و ناخالصی های آن از جمله گچ،نمک و آهک کم باشد.مصالح سنگی بتن از دو قسمت ریزدانه(ماسه)و درشت دانه(گراول)تشکیل شده است.
*عوامل مؤثر در رفتار بتن
1)نسبت Dosage آب به سیمان در بتن:اگر این نسبت بین 0.3 تا 0.4باشد مقاومت بتن زیاد می شود،همچنین اگر این نسبت برابر 0.4 باشد بتن حداکثر مقاومت خود را دارد.
2)زمان:با گذشت زمان مقاومت بتن افزایش می یابد.این زمان حداکثر 90 روز می باشد.یعنی بتن بعد از گذشت 90 روز به حداکثر مقاومت خود می رسد.به طور کلی سه مقاومت برای بتن محاسبه می شود:مقاومت 90 روزه،مقاومت 28 روزه و مقاومت 7 روزه.مقاومت بتن 7 روزه 70% مقاومت بتن 28 روزه است و مقاومت بتن 28 روزه 20% مقاومت بتن 90 روزه می باشد.
3)تراکم:تراکم عبارت است از نسبت حجم پر به حجم کل.هرچه این نسبت به یک نزدیک شود مقاومت بتن بیشتر می شود.
4)دانه بندی مصالح سنگی در بتن:اگر چنان چه دانه بندی به طور صحیح انتخاب نشود تراکم مناسب ایجاد نشده و تخلخل بالا می رود.
*رعایت نکات مهم در مورد بتن ریزی
1)دیواره های قدیمی باید تمیز شده و تیشه ای شوند.
2)هر 40 سانتیمتر به 40 سانتیمتر باید ویبراسیون انجام گیرد.زمان ویبره کردن برای خارج کردن هوای بتن حدود 2 تا 3 دقیقه به ازای هر مترمکعب بتن است.بطور کلی می بایست ویبره کردن را تا زمانی ادامه داد که روی بتن یک غشاء نازک از آب ایجاد شود.
*انواع بتنی که در نگهداری تونل ها استفاده می شود
1)بتن به صورت قالب های پیش ساخته (Segment).
2)استفاده از قالب های بتنی و بتن ریزی در محل.
3)بتن پاشی (Shotcrete).
بتن پاشی به دو صورت خشک و تر اجرا می شود.در بتن پاشی خشک ابتدا سیمان و مصالح سنگی پیمانه می شوند و سپس در داخل مخلوط کن ریخته شده و بوسیله هوای فشرده وارد لوله می شوند،در انتهای لوله نازل وجود دارد که در آن موقعیت،آب به مخلوط اضافه شده و سپس از نازل به سمت محل مورد نظر پاشیده می شود.اما در بتن پاشی تر از ابتدا سیمان،مصالح سنگی و آب با هم ترکیب شده و سپس بوسیله هوای فشرده وارد لوله شده و از طریق نازل به محل مورد نظر پاشیده می شوند.از بتن پاشی خشک در موقعیت هائی استفاده می شود که طول لوله ها زیاد باشد.درحقیقت بسته به شرایط پروژه اگر امکان عبور و مرور ماشین آلات وجود نداشته باشد از بتن پاشی خشک استفاده می شود.
*موارد استفاده از بتن در معادن
1)پوشش رمپ ها.
2)گالریهای با دهانه بزرگ.
3)پوشش دیواره های هوازده که پوسته پوسته می شوند.
4)حوضچه های جمع آوری آب.
5)سقف های کارگاه های استخراج.
*مزایای بتن
1)یکی از مصالح تراکمی بسیار خوب و مقرون به صرفه می باشد.
2)به علت صاف و صیقلی بودن دیواره ها مقاومت کمی در برابر جریان سیالات دارد.(تونل های انتقال آب)
3)بتن مطمئن ترین ماده نسبت به آتش سوزی است.
4)طول عمر بتن زیاد می باشد.
5)رفتار بتن مانند فولاد قابل پیشبینی می باشد.
*معایب بتن
1)مقاومت کششی آن بسیار کم است.(برای از بین بردن این نقیصه بتن را مسلح می کنند که در رشته مهندسی عمران به طور تخصصی به آن پرداخته می شود)
2)قطعات بتنی شکسته را نمی توان دوباره مصرف نمود.(در مقایسه با چوب و فولاد)
3)تهیه بتن نیازمند دقت و نظارت فوق العاده ای است که در غیر اینصورت موجب بروز مشکلات و خسارات جبران ناپذیری می شود.
4)بتن قبل از گسیختگی علائم سمعی و بصری نداشته و در کسری از ثانیه فرو می ریزد.(در مقایسه با چوب و فولاد)
5)هزینه نسبتاً بالای ماشین آلات.
*محاسبات طرح اختلاط بتن
ابتدا می بایست مقدار سیمان مصرفی در بتن را محاسبه نمائیم،برای این منظور از رابطه ذیل استفاده خواهیم نمود:
((Mc=(550)/(D^(1/5
در رابطه فوق الذکر داریم:
Mc:جرم سیمان بر حسب کیلوگرم در یک متر مکعب از بتن.
D:حداکثر قطر مصالح سنگی موجود در بتن بر حسب میلیمتر.
دقت شود که میزان سیمان بدست آمده از رابطه فوق می بایست با استاندارد بتن چک شود که در ذیل این استاندارد به صورت مختصر شرح داده شده شده است:
بتن با مقاومت کمتر از 225 کیلوگرم نیرو = دارای 350-300 کیلوگرم سیمان در هر مترمکعب از بتن.
بتن با مقاومت 425- 225 کیلوگرم نیرو = دارای 400-350 کیلوگرم سیمان در هر مترمکعب از بتن.
بتن با مقاومت بیشتر از 425 کیلوگرم نیرو = دارای 450-400 کیلوگرم سیمان در هر مترمکعب از بتن.
اگر چنانچه قطر مصالح سنگی مورد استفاده (D) را در اختیار نداشته باشیم برای محاسبه جرم سیمان در واحد حجم(دوز) از روابط ذیل استفاده خواهیم نمود:
(σ=R×((1⁄α)-0.5
(α=(Mw/Mc
در روابط فوق داریم:
سیگما:مقاومت مورد انتظار از بتن بر حسب کیلوگرم بر سانتی متر مربع.
R:ضریب مربوط به زمان گیرش بتن،برای بتن زودگیر(7 روزه) 150 در نظر گرفته می شود و برای بتن دیرگیر(28 روزه) 180 در نظر گرفته میشود.
آلفا:نسبت جرم آب به جرم سیمان بدون واحد.
Mw:جرم آب مورد نیاز در یک مترمکعب از بتن بر حسب کیلوگرم.
در حقیقت در روابط فوق Mc مجهول ما می باشد که از رابطه اول آلفا را بدست آورده سپس Mw را محاسبه نموده در رابطه دوم (آلفا)قرار داده و در نهایت Mc را محاسبه می نمائیم.
برای محاسبه Mw داریم:
Mw=(7-k).A
در این رابطه K ضریب نرمی سیمان می باشد.سیمان معمولی 5.5 و سیمان پرتلند6 در نظر گرفته می شود.
A:ضریب مربوط به نوع مصالح سنگی طبق ذیل:
بتن مرطوب:گراول=45 و سنگ شکسته=50 *اختلاف ارتفاع=6-2 سانتیمتر
بتن پلاستیک:گراول=50 و سنگ شکسته=63*اختلاف ارتفاع 12-7 سانتیمتر
بتن سیال:گراول=58 و سنگ شکسته=74*اختلاف ارتفاع=بیشتر از 12 سانتیمتر
برای تشخیص نوع بتن(مرطوب،پلاستیک،سیال)از آزمایشی که در زیر به آن پرداخته می شود استفاده خواهیم کرد:
ظرفی با ارتفاع 30،قاعده کف 10 و قاعده دهانه 20 سانتیمتر ایجاد می نمائیم.سپس ظرف را از بتن پر نموده و آن را روی زمین برعکس مینمائیم و حدود 15 دقیقه منتظر می مانیم،سپس ظرف را برداشته و اختلاف ارتفاع بتن را محاسبه می کنیم.این اختلاف ارتفاع همان اختلاف ارتفاعی می باشد که در جدول فوق به آن اشاره شده است.
با در دست داشتن A و K از رابطه فوق Mw را محاسبه کرده و با داشتن آلفا،Mc را بدست می آوریم.
تا بدین جا میزان سیمان و آب را بدست آورده ایم.حال میبایست میزان مصالح سنگی را محاسبه نمائیم.در حقیقت مجموع حجم سیمان،آب،مصالح سنگی و هوا در در یک متر مکعب از بتن می بایست برابر با یک مترمکعب گردد.با نوشتن یک معادله ساده ریاضی در نهایت میزان مصالح سنگی در یک متر مکعب از بتن را بدست خواهیم آورد.
*محاسبه ضخامت مناسب بتن جهت بتن پاشی(shotcrete)در تونل
(t=0.433×((p×r)/T
(T=(0.2×σ)/(S.F
در روابط فوق داریم:
t:ضخامت بتن پاشی بر حسب متر.(معمولاً بین 15-10 سانتیمتر)
P:تنش وارده از سقف بلاواسطه به تونل بر حسب تن بر مترمربع.
**برای محاسبه تنش وارده از سقف بلاواسطه به تونل رجوع شود به:

کد:

---

www.irancivilcenter.com

---

r:حداکثر شعاع تونل بر حسب متر.
T:مقاومت برشی بتن بر حسب تن بر مترمربع.
سیگما:مقاومت مورد انتظار از بتن بر حسب تن بر مترمربع.
S.F.:ضریب اطمینان:
برای تونلها معدنی:1.5-1.2
تونل های راه با طول عمر بالا:3-2

**منابع
1-کتاب تونلسازی آقای مهندس حسن مدنی/جلد چهارم/انتشارات دانشگاه صنعتی امیر کبیر.
2-گزیده ای از جزوات و دست نوشته ها.
سینا رستم آبادی دانشجوی کارشناسی مهندسی معدن(استخراج

سايت انجمن تونل ايران

با توجه به اهميت روزافزون تونل و فضاهاي زيرزميني، لزوم جهت‏دهي به مطالعات، طرح‏ها و مسائل اجرايي اين نوع سازه‏ها بيش از پيش مشهود مي‏باشد. ایجاد و تقویت ظرفیت مطالعاتی و اجرایی در کشور، یک راهبرد اساسی برای دستیابی به اهداف برنامه های توسعه، تبادل اطلاعات، ارتقای عملکردها و توسعه توانمندی های فنی می باشد. در همين راستا انجمن تونل ايران به منظور گسترش، پيشبرد و ارتقای دانش فني اين صنعت و توسعه كمي و كيفي نيروهاي متخصص و بهبود بخشيدن به امور آموزشي، پژوهشي و اجرايي در تيرماه سال 1377 با مشاركت متخصصان و صاحب نظران اين صنعت شروع به فعاليت نمود و درخرداد ماه سال 1378 به عنوان عضو ملي انجمن بين ‏المللي تونل شناخته شد. با تاکید بر اینکه خط مشی انجمن تونل ایران بر مشارکت بیشتر اعضای انجمن می باشد فعالیت های گوناگونی صورت گرفته اند

کد:

---

http://www.irta.ir

---

اطلاعات اولیه

تونلها و فضاهای زیزمینی برای مقاصد متنوعی ایجاد می‌شود که از آن میان می‌توان موارد زیر را نام برد:

تونلهای حمل و نقل و دسترسی ، تونلهای آب بر ، فضاهای زیرزمینی بزرگ (ایستگاههای مترو ، نیروگاهها ، انبارهای زیرزمینی و کارگاههای استخراج مواد معدنی).

طراحی هر یک از فضاهای فوق مستلزم دسترسی به داده‌های مناسب و به کارگیری تمهیدات ویژه است. در هر مورد طراح باید ضمن آگاهی دقیق از شرایط زمین ، ابتدا در جهت بهبود کیفیت مصالحی که قرار است تونل در آن حفر شود، اقدام نماید. در بسیاری از زمینها تونلهای حفر شده نمی‌توانند خودنگهدار باشند و برای پابرجا نگهداشتن آنها باید از حایلهایی استفاده کرد.

به نظر می‌رسد که مهمترین عامل در طراحی تونل ، یا هر فضای زیرزمینی دیگر ، تامین پایداری آن است. قرارگیری این گونه سازه‌ها در میان مصالح طبیعی ، یعنی سنگ و خاک ، باعث شده است که شرایط زمین شناسی نقش اصلی را در پایداری ایفا نمایند.


اکتشاف مسیر تونلها

از میان کلیه فعالیتهای مهندسی عمران ، حفر تونل و بطور کلی فضاهای زیرزمینی ، بیش از همه نیاز به شناسایی زمین و در نتیجه همکاری زمین شناس خبره دارد. این گونه سازه‌ها باید در زمینی مطمئن و مقاوم ایجاد شوند، ولی شرایط درون زمین بسیار متغیر است و بر خلاف سطح زمین ، امکان شناسایی و دسترسی به تمام نقاط آن نیز وجود ندارد.

زمینهای سست و ریزشی ، خرد شده و گسل خورده ، هوازده و متورم شونده و بالاخره آبدار ، بیشترین مشکلات را برای حفر تونل بوجود می‌آورند و این در حالی است که در بسیاری موارد انتخاب زمین مناسب با ما نیست. به عنوان مثال ، اغلب تونلهای راه یا راه آهن محلهای گذر اجباری‌اند و نمی‌توان مسیر آنها را برای رسیدن به زمین قابل اطمینان ، به مقدار زیاد تغییر داد.

در چنین شرایطی وظیفه کاوشگر عبارتست از : مطالعه مسیر موجود و کسب آن گونه اطلاعاتی است که با استفاده از آنها بتوان طراحی تونل را به انجام رساند، به نحوی که با بکارگیری کمترین پوشش استحکامات داخلی ، سازه زیرزمینی پایداری قابل قبولی در برابر عوامل مخرب داشته باشد.
حفاریهای اکتشافی

رکن اصلی بررسیهای مربوط به فضاهای زیرزمینی و تونلها را حفاریهای اکتشافی تشکیل می‌دهد. حفر گمانه یا تونل اکتشافی معمولا پرخرج است، ولی اطلاعات دست اولی از شرایط حکمفرما در زمین در اختیار جستجوگر قرار می‌دهد.
گمانه اکتشافی

حفر گمانه‌های اکتشافی ، مخصوصا اگر با مقره گیری همراه باشد، بیشترین اطلاعات را در مورد شرایط حکمفرما در زیرزمین بدست می‌دهد. البته چون حفاری همراه با مقره گیری عملی وقت گیر و پرهزینه است، جستجوگر باید با دقت زیاد محل حفر گمانه‌ها و عمق آنها را تعیین نماید. در طول پیشرفت حفاری نیز باید مقره‌های حفاری بطور مرتب مورد بررسی قرار گرفته و در اعماق مناسب آزمایشهای ژئوتکنیکی لازم انجام گیرد. مقره‌های حفاری به ترتیب خاص و در جعبه‌های مخصوص برای بررسیهای بیشتر در آینده یا استفاده احتمالی پیمانکار محفوظ نگهداشته می‌شود.

در زمینهای نرم و عملیات اکتشافی مسیر تونلهای زیرآبی ، گمانه‌ها را می‌توان بسته به شرایط ، به فاصله 150 تا 300 متر از یکدیگر حفر نمود. البته در جاهایی که قرار است سازه‌های زیرزمینی قرار گیرد، شبکه حفاری می‌توان متراکم‌تر باشد. کلیه حفاریها باید تا پائین‌تر از تراز کف تونل مورد نظر ادامه یابد. برای تونلی که قرار است در سنگ حفر شود ، مخصوصا اگر طویل هم باشد، امکان حفاری محدود است و تنها هرجا که لازم و امکان پذیر است، انجام می‌شود. در سنگ نیز باید ، در کلیه گمانه‌ها سطح آب زیرزمینی و وجود احتمالی هر نوع گاز سمی یا قابل انفجار یادداشت شود.


گمانه و تونل پیشاهنگ

امروزه در برخی از پروژه‌های حساس یا در جاهایی که زمین شناسی به شدت پیچیده است، از دو مدخل ، تونل موردنظر و در امتداد محور آن تونل پیشاهنگ حفر می‌شود. این تونل سطح مقطعی کوچک دارد و ممکن است تمام مسیر تونل اصلی را دربر گیرد.

نظر به اینکه حفر تونلهای پیشاهنگ بسیار وقت‌گیر و پرهزینه است، اغلب به جای آن از گمانه‌های پیشاهنگ استفاده می‌شود. البته در بسیاری موارد این نوع گمانه پس از پایان عملیات اکتشافی و طراحی تونل و در زمان عملیات اجرائی حفر می‌گردد. به این ترتیب که با حفر گمانه‌هایی در سینه کار تونل و هم محور با آن ، شرایط زمین تا چندین متر جلوتر شناسائی شده و در صورتی که مشکلی ، مانند برخورد به زمینهای سست یا خرد شده یا هجوم آب ، در پیش رو باشد، در فاصله زمانی موجود ، برای مقابله با آن اقدام می‌شود.
حفاری تونل در سنگ و خاک

برای حفاری تونلها روشهای متنوعی ابداع شده است. بطور معمول توده‌های سنگی با روشهای متداول چالزنی و انفجار و تخلیه حفاری می‌شوند، یا اینکه از ماشینهای حفار TBM استفاده می‌شود.
تونل‌زنی در سنگ

رایج‌ترین روش حفر تونل در زمینهای سنگی استفاده از انفجار مواد ناریه است. حفاری تونل در سنگ معمولا تکرار چرخه چالزنی ، انفجار ، تخلیه مواد و نصب حایلها است. طرح ، فاصله و عمق چالها ، مقدار و نحوه خرج گذاری@ و آتشکاری آنها و ساخت سنگ عواملی مهم در شکل مقطع حفاری شده‌اند. در حفاریهایی که در سنگ انجام می‌شود، هدف نهایی آن است که سطح مقطع حاصل از انفجار کاملا مشابه مقطع طراحی شده باشد.
تونل‌زنی در خاک

حفاری تونلها در خاک بطور دستی و مکانیکی یا بطور خودکار و با مدد گرفتن از ماشینهای حفار تونل انجام می‌شود. انتخاب روش تونل‌زنی در خاک و نحوه نگهداری آن با توجه به شرایط زمین ، ابعاد حفاری زیرزمینی ، مقدار پیشروی در هر مرحله و مانند آن انجام می‌شود. بطور کلی ، حفاری در خاک در عمل تکرار چرخه‌ای متشکل از حفاری ، خارج کردن مواد و قرار دادن حایلهاست.

در روش سنتی ، طول پیشروی در هر چرخه عمدتا بستگی به شرایط زمین دارد و معمولا از فاصله بین قابها یا صفحات پوششی تجاوز نمی‌کند. روش دیگر حفاری و نگهداری خاک استفاده از سپر است. سپر اغلب به صورت استوانه‌ای است که بطور افقی قرار گرفته و از یک قاعده آن حفاری انجام می‌شود و پس از آنکه مواد حفاری شده تخلیه گردید، سپر به جلو رانده می‌شود.

درعمليات حفاري گل حفاري نقش به سزايي در حفاري دارد به مانند نقش خون دربدن انسان است.
اساس گل هاي حفاري را ممکن است آب روغن يا آب نمک تشکيل دهد اما برحسب ضرورت به آن ذرات کلوئيدي مانند رس يا ذرات جامد ودرشت تر مانند باريت اضافه مي شودودرشرايط استثنايي ممکن است بعضي از ترکيبات شيميايي به ترکيب گل نيز اضافه گردد.
پايه واساس بيشتر گل هاي حفاري که امروزه در صنعت استخراج نفت معمول هستند آب است .يعني آب بخش عمده آن ها را تشکيل مي دهد وبه همين دليل اسم عموم آن ها را گل هاي حفاري آبي يا آب پايه (water base drilling muds) مي نامند . گل هاي حفاري آبي يک سيستم دوفاز مرکب از فاز مايع وجامد مي باشند .
گل هاي روغني هم درسيستم حفاري کاربرد دار. ترکيب اصلي اي گونه گل هاي حفاري را هيدرو کربن ها ي نفتي به ويژه آن هايي که نقطه اشتعال بالا دارند تشکيل مي دهد ودرآن ذرات جامد به صورت معلق است .ازاين گونه گل ها بيشتر براي حفاري ماسه سنگ ها استفاده مي شود .زيرا استفاده ازآب موجب خسارات به آن ها مي شود.
براي آن که گل حفاري بتواند وظايف که به عهده دارد به خوبي انجام دهد بايدازنظر خواص فيزيکي وشيميايي در شرايط مناسبي باشد. اندازه گيري پيوسته اين خواص برطبق آزمايش هاي استانداردAPI گل شناس را متوجه کوچکترين تغييرات آن ها کرده واورا قادر مي سازد که با به موقع خنثي کردن اين تغييرات گل را همواره در وضعيت مناسب خود نگه دارد. تعداد اندازه گيري ها يي که در روز انجام شود بسته به وضعيت گل ونوع عمليات حفاري فرق مي کند . بعضي ازخواص گل عبارتند از:
١ – وزن گل ٢- گرانروي گل ٣ – کشش گل ٤ خاصيت گل اندود کردن ديواره چاه (FILTRATION) ٥ درصد شن گل ٦ – درصد آب ،نفت ومواد جامد گل
٧ – مقاومت الکتريکي گل (RESISTIVITY) ٨ - غلظت يون هيدروژن گل ٩- درصد آهک
١٠- غلظت يون کلرايد گل

١-١ فاز مايع
پايه واساس بيشتر گل هاي حفاري که امروزه در صنعت استخراج نفت معمول هستند آب است .يعني آب بخش عمده آن ها را تشکيل مي دهد وبه همين دليل اسم عموم آن ها را گل هاي حفاري آبي يا آب پايه (water base drilling muds) مي نامند . گل هاي حفاري آبي يک سيستم دوفاز مرکب از فاز مايع وجامد مي باشند .
فازمايع وپيوسته گل هاي حفاري آبي ،آب است .آب بعضي مواد را به صورت محلول وبعضي ديگررا به صورت معلق درخود نگه مي دارد. آبي که در ساختن گل هاي حفاري آبي مورد مصرف قرار مي گيرد ممکن است يکي ازانواع زير باشد :

١-١-١ آب شيرين
اصطلاحا" به آب هايي گفته مي شود که ميزان سديم کلرايد محلول (salinity) آن ها کمتر از ppm١٠٠٠ وسختي کل آن ها که نشان دهنده مجموع نمک هاي محلول کلسيم و منيزيم آن ها است کمتر از ppm١٢٠ باشد .

٢-١-١ آب شور
که بسته به ميزان شوري ونمک هاي محلول آن ،مي تواند يکي از آب هاي زير باشد:

الف)آب دريا :
در مهندسي گل براي آب دريا درحدود ppm ٣٥٠٠٠ سديم کلرايد و(١٥٠٠ تا ٢٥٠٠ ppm) سختي کل در نظر گرفته مي شود .

ب)آب شور : اين آب که بيشتر درسطح خشکي ها يافت مي شود ويون هاي موجود دراب دريا را دارد ولي با غلظت هاي متفاوت به همين دليل شوري آن با آب دريا نيز فرق مي کند. براي اين آب درحدود ١٠٠٠٠ تا ٢٠٠٠٠ ppm نمک در نظرگرفته مي شود .

پ) شوراب سير بنا به تعريف يک محلول رادريک دماي معين وقتي ازيک نمک حل شدني سير شده مي خوانند که محلول در آن دما بتواند با زيادي آن نمک درحال تعادل باشد. حلاليت نمک طعام (سديم کلرايد)درآب بستگي به دماي آب دارد. هرچه دماي آب زيادتر باشد مقداربيشتري نمک را مي توان درآن حل نمود .

٣- ١-١ آب سخت
آب سخت به آبي گفته مي شود که محتوي مقادير قابل ملاحظه اي نمک هاي محلول کلسيم ومنيزيم است .آب هاي سخت را به آساني مي توان شناخت چون دراين گونه آب ها صابون به خوبي کف نمي کند وپارچه کاملا" تميز نمي شود . علت اين امرآن است که يون هاي فلزي Ca++ و Mg++ موجود دراين آب ها راسب کننده صابون ها هستند وازفعاليت اين مواد جلوگيري مي کنند .بديهي است که هرچه غلضت (ppm) اين يون ها درآب زيادترباشد سختي آب نيززيادتراست وکفکردن صابون درآن ها کمتراست . علاوه برروشي که API براي اندازه گيري سختي آب توصيه مي کند يک روش ديگرسنجش آن با محلول هاي استاندارد صابوني است .
سختي آب ازدو منبع ناشي ناشي مي شود : سختي کربناتي وسختي غير کربناتي
الف) سختي کربناتي آب ناشي از حضور کربنات ها وبي کربنات هاي کلسيم ومنيزيم است .
ب) سختي غير کربناتي آب ناشي از وجود نمک هاي غير کربناتي (مثل Caso4 و Sio2 ) با خواص ضد صابوني مي باشد.
اگرسختي آب منحصربه وجود بي کربنات هاي کلسيم ومنيزيم باشد آن سختي را سختي موقت مي نامند . سختي موقت را باجوشاندن آب مي توان برطرف کرد زيرا حرارت موجب تجزيه وراسب شدن اين گونه نمک ها مي شود. اگر سختي آب ناشي از وجود کلرورهاي کلسيم ومنيزيم (به ميزان بيش از ppm ١٢٠ ) باشد بايد آب را با کربنات سديم درمان نمود تا يون هاي کلسيم ومنيزيم آن راسب وبي اثرشود وآب براي حفاري مناسب شود . سختي کل (total hardness) عبارت است از مجموع سختي هاي کربناتي وغيرکربناتي آب. به عبارت ديگر سختي کل آب عبارت است ازمجموع ppm يون هاي کلسيم ومنيزيم موجود در آب .
٤-١-١ آب نرم
آبي است که يون هاي کلسيم ومنيزيم آن بوسيله جوشاندن يا به روش هاي شيميايي ديگر راسب شده است.
آب به تنهايي در بسياري ازموارد بويژه درحفاري سازندهاي کم فشارو بي دردسربه عنوان يک گل حفاري مطلوب به کار مي رود .دربسياري ازمناطق حفاري راباآب شروع مي کنند وخرده ها وتراشه هاي حفاري که ضمن کار وارد آب مي شوند آن را تبديل به يک گل حفاري نسبتا" خوب مي کنند. ليکن در مواردي که آب نتواند به تنهايي وظايف يک گل حفاري خوب را انجام دهدبايد افزودني هاي به خصوصي به آن اضافه کرد تا توانايي آن درانجام وظايفش افزايش يابد .برخي ازاين افزودني ها راقبل از شروع حفاري وبرخي ديگر راضمن کاربه آب اضافه مي کنند. بهترين نوع آب براي ساختن گل هاي حفاري آبي ،آبي است که فاقد نمک ويون هاي کلسيم ومنيزيم بوده ونيز فارغ اززيانه هاي مشابهي باشد.که روي جامدات فعال گل آثارنا مطلوب شيميايي گذاشته وخواص فيزيکي گل را خراب مي کند .هرچه آلودگي هاي شيميايي آب کمترباشد رس ها درآن بيشتر متبلور شده وباد مي کنند ودرنتيجه ويژگي هاي گل از نظر VISو FL بهتر مي شود . کارآرايي افزودني هاي شيميايي ديگردرچنين آبي زيادتر شده واين موادبا حداقل مصرف حداکثربازدهي را پيدا خواهند کرد . دربسياري ازمناطق آب هايي که دردسترس هستند کيفيت مطلوب را ندارند وغالبا" بايد آن ها را به روش هاي شيميايي درمان کرد تابراي حفاري مناسب گردندويا اينکه گل ومواد متشکله آن را بايد طوري انتخاب نمود که تحمل زيانه هاي موجود درآب را داشته باشند .

من چند تا لینک دانلود مستند ماشین آلات معدنی و راهسازی دارم / اگر تمایل دارید pm بدبد وبگید کجا قرار بدم ممنون