مهندسی تونل

در درس مهندسی تونل مقصود از تونل کلیه حفرات طویل زیرزمینی در هر ابعاد و جهت است که برای رفت و آمد اتومبیل ها، حرکت قطارها، انتقال آب و فاضلاب، استخراج مواد معدنی، لوله کشی ، کابل کشی و … احداث می شود.

طبقه بندی تونل ها:

۱- تونل های حمل و نقل

تونل راه و راه آهن، تونل مترو و تونل پیاده رو

۲- تونل های صنعتی

پناه گاهها و سیلوهای ذخیره، تونل انتقال آب و فاضالب، دفن زباله های اتمی، انبارهای نظامی

۳- تونل های معدنی

تونل های اکتشافی، تونل های استخراجی، تونل های خدماتی و زهکشی

کاربرد های تونل:

1. استفاده از تونل و زدن قنات در مناطق خشک و کویری برای انتقال آب زیر زمینی
2. ساخت تونل انحراف آب از اولین مراحل سد سازی است.
3. تونل، امیدی برای کاهش ترافیک کلانشهرها
4. زهکشی کلانشهرها با تونل :تونل های فاضلاب و جمع آوری آبهای سطحی ناشی از نزولات جوی از دیگر کاربردهای تونل است که به آن میکرو تونل نیز گفته می شود.

اجرای تونل:

در مهندسی تونل بررسی نحوه حفاری تونل به دو روش انجام می شود

روش های سنتی :

1.  روش دستی
2.  روش گرم و سرد کردن سنگ
3. روش چالزنی و انفجار

روش های مکانیزه :

1. حفاری با لودر و بیل مکانیکی
2. حفاری با چکش مکانیکی
3. حفاری با ماشین حفار کله گاوی
4. حفاری با ماشین حفار تونل (TBM)
   

   

تونل زنی در سنگ و خاک تفاوت های زیادی دارد و ریز این مباحث در مبانی مهندسی تونل بررسی می شوند.

در این بخش از مقاله به بررسی تونل زنی در این دو محیط می پردازیم.

تونل‌ زنی در سنگ

رایج‌ترین روش حفر تونل که در مهندسی تونل بررسی می شود استفاده از انفجار مواد آتش زا در زمین ‌های سنگی است.

حفاری تونل در سنگ معمولاً تکرار چرخه چالزنی، انفجار، تخلیه مواد و نصب حایل‌ها است. طرح، فاصله و عمق چالها، مقدار و نحوه خرج‌گذاری 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 کاملاً مشابه مقطع طراحی شده باشد.

در روش سنتی در هر بار عملیات انفجاری در حدود یک متر و نیم تونل حفر می‌شود که با برداشتن سنگ‌های باطله این میزان پیشروی می‌کنند. حفر تونل با کار گذاشتن مواد انفجاری در محوطه مورد نظر که با فرمولی خاص انجام می‌شود، صورت می‌گیرد.

سنگ‌های باطله ‌ای که در اثر انفجار به وجود می‌آید توسط یک ماشین سنگ‌خردکن آن‌ها به داخل واگن حمل سنگ که در پشت این ماشین قرار گرفته‌است رسانده شده و به سمت آسانسور برای انتقال به بیرون هدایت می‌شود. حمل واگن‌ها تا آسانسور توسط کارگران صورت می‌گیرد. یکی از مهم‌ترین مراحل کار محکم‌سازی دیواره‌ها و سقف تونل پس از حفر است. این کار به چند روش از جمله مش‌گذاری بر روی سقف و دیواره‌ها و نصب میله‌های منحنی شکل (قاب) با فاصله‌هایی نزدیک به یکدیگر انجام می‌شود. در هر دو روش فوق دیواره و سقف با بتن در برابر ریزش‌های احتمالی و با توجه به مبانی مهندسی تونل مقاوم‌سازی می‌شود.

تونل‌ زنی در خاک

حفاری تونل‌ها در خاک به‌طور دستی و مکانیکی یا به‌طور خودکار و با مدد گرفتن از ماشین ‌های 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 و با مطالعات مربوط به مهندسی تونل انجام می‌شود. به‌طور 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 عمدتاً بستگی به شرایط زمین دارد و معمولاً 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 به‌طور 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.

انواع پوشش تونل ها :

پوشش اولیه:

سازه ای است که در حین حفاری و یا بلا فاصله بعد از حفاری برای نگهداری وزن لایه های خاک و سنگ و تنش های ناشی از آن ساخته می شود.

پوشش نهایی یا دایمی:

سازه ای است که بعد از اتمام حفاری و اجرای پوشش اولیه اجرا می شود.

وظیفه آن تحمل نیروهای زلزله و تنش های ناشی از تغییر مقاومت مصالح خاک و سنگ اطراف تونل می باشد.

تامین ایمنی تونل:

1- مقدمات ايمني در تونل‏ها

محيط‏هاي كاري مخصوص ساخت فضاهاي زيرزميني، خطرات خاص و منحصر به فردي را دارا مي‏ باشند كه پرسنل فعال در آنها بايد آگاهي‏ هاي لازم را نسبت به اين خطرات داشته باشند. اين حوادث بايد در برنامه ايمني كارگاه شناخته شوند و پيش‏بيني‏ هاي لازم ارایه گردد. سقف و ديواره‏ ها و سينه كار در جبهه‏ های كاري مختلف تونل بايد به‏ طور مداوم مورد بررسي قرار گرفته و اقدام به لق‏گيري مناسب و تحكيمات اوليه سنگ‏هاي ضعيف شود. لازم است پيچ‏ سنگ‏ها با استفاده از آچارهاي مناسب به‏ طور مرتب مورد آزمايش قرار گيرند.

قاب‏ها و ديگر نگهدارنده ‏هاي مناسب باید به منظور جلوگيري از جابجايي و حركت بلوك‏هاي سنگي، به ‏طور اصولي و صحيح نصب شوند.نگهدارنده‏ هاي آسيب ديده و تغيير شكل يافته در اسرع وقت تعمير و يا تعويض شوند. صفحه‏ ها و سپرهاي نگهدارنده مناسب براي زمين‏هاي ضعيف و سست طراحي و مورد استفاده قرار گيرند.

[irp]

2- حفاری

1 – لق‏گيري سقف و ديواره‏هاي تونل قبل از شروع حفاري، توسط كارگر با تجربه به‏ دقت انجام گرفته و با بازرسي‏ هاي دقيق، از ايمن بودن شرايط نسبت به خطرات بالقوه اطمينان حاصل گردد.

2 – همه پرسنل باید از آگاهي کافی در زمينه خطرات ناشي از انفجارات قبلي و مواد ناريه باقيمانده و عمل نكرده، برخوردار باشند.

3 – از نزديك شدن افراد به بوم دستگاه جامبو در زمان حفاري جلوگيري شود و فردی بجز اپراتور جامبو بر روي جامبوي فعال يا در حال حركت باشد. ضروری است وقتي جامبو شروع به حركت مي‏كند با مراقبت‏هاي دقيق از تجهيزات، بوم دستگاه در موقعيت مناسب قرار گيرد.

4 – لازم است خطوط هوا، برق و آب در جبهه كاري مشخص شده باشند.

[irp]

3- جابجايي و نگهداري مواد ناريه

1.علاوه بر دارا بودن تجربه كافي در زمينه كاربرد صحيح و ايمن مواد منفجره، آتشبار بايد داراي گواهينامه و مجوز اشتغال نیز باشد.2- حمل و نقل مواد ناريه فقط با استفاده از ماشين مخصوص انجام پذيرد. اپراتور ماشين حمل مواد ناريه دقت لازم را اعمال نمايد تا حمل و جابجايي مواد ناريه با پرسنل، مواد مصرفي، چاشني و ديگر تجهيزات همزمان انجام نگيرد.3- حمل مواد ناريه با وسيله نقليه مشخص و داراي تابلوي مخصوص و علایم هشداردهنده انجام گرفته و حداقل فواصل بين ديناميت و چاشني‏ها با فاصله ٢٤ اينچ در زمان حمل رعايت گردد.5 – وسيله نقليه مورد استفاده براي حمل مواد ناريه در داخل تونل از نظر سيستم الكتريكي مورد بازرسي دقيق قرار گرفته و نتايج حاصل از بازرسي‏ها در دفتر كارگاه ثبت گردد.