کارشناسی ارشد مفاهیم علمی ۷ آبان ۱۳۹۶ زمان خواندن: ۱۸ دقیقه

انواع روش های پایدارسازی و نگهداری تونل

در این پست می‌خوانید:

در این پست به تفصیل روش های مختلف پایدارسازی و نگهداری تونل شامل روش های پیش نگه دارنده، نگهداری اولیه و ثانویه را تشریح می کنیم.

مقدمه

اولين قدم بعد از انتخاب روش حفاري تونل، (طبق ضابطه شماره 684) كنترل پايداري تونل ها جهت تامين ايمني لازم در زمان حفاري و همين طور پايداري بلند مدت آنها است.

بطور كلي زمين در شرايط طبيعي، تحت نيروي ثقل و نيروهاي تكتونيكي قرار دارد.

در اثر حفر تونل تعادل ميان اين نيروها به هم مي خورد و وضعيت تنش جديدي بوجود مي آيد كه ممكن است زمين اطراف تونل را به مرحله گسيختگي برساند.

بطور مثال در توده سنگ ها، درزه هاي طبيعي و درزه هاي ايجاد شده در اثر حفاري تونل مي تواند موجب ناپايداري زمين اطراف تونل شده و ممكن است كه اين ناپايداري به صورت سقوط چند بلوك تا فروكش كامل زمين اطراف تونل بينجامد.

سیستم های نگهداری تونل شامل سه روش زیر می باشند :

نگهداري بلوك هاي رها شده
اعمال فشار محصور به زمين اطراف ديواره تونل
بهسازي و تحكيم زمين

جدول 1 انواع سيستم هاي نگهداری تونل ها را نشان مي دهد.

جدول 1- انواع سیستم های نگهداری تونل ها

روش اول : پيش نگهدارنده ها

بهسازی زمين يا روندهاي تقويت آن براي تونل سازي در زمين هاي نرم و شرايط ژئوتكنيكي مشكل، ضرورت دارد.

در زمين هاي رانشي همچون ماسه ها با لايه هاي آبدار، سنگهاي فشارنده يا خرد شده و جاهايي كه بدون حفاظ ماندن ناحيه اي كوچك براي زماني كوتاه، خطرناك باشد و در حقيقت زمان خود نگهداري به اندازه اي كم باشد كه نصب نگهداري بايد جلوتر از حفاري صورت گيرد، انجام پيش نگهداري ضرورت خواهد يافت.

براي حل مشكلات نگهداری تونل در سنگ هاي ناسالم و زمين هاي ريزشي اعم از قبل از حفاري و يا ضمن حفاري، راه حل عمومي وجود ندارد بلكه بسته به شرايط خاص پروژه روش اجرايي متناسب با آن ارائه مي گردد.

جدول 2 لزوم استفاده از روشهاي بهسازي زمين را در تونل سازي نشان مي دهد.

جدول 2- لزوم بهسازی در تونل سازی

تزريق

تزريق روشي است كه بوسيله آن مخلوطي از سيمان و آب و يا تلفيقي از چند ماده مختلف (آميزه تزريق) با فشار مناسب به داخل خلل و فرج و درز و شكاف و يا حفره هاي تشكيلات سنگي و خاكي رانده مي شود تا موجب بهبود مشخصات فيزيكي و مكانيكي آنها گردد.

در حقيقت اين عمل باعث كاهش نفوذپذيري، كاهش بهم فشردگي، افزايش مدول تغيير شكل و افزايش مقاومت و ظرفيت باربري محيط مي شود.

معمولاً انواع روش هاي تزريق را به دو صورت در حفاري تونلها مي توان بكار برد.

از اين روش ها مي توان بعنوان روش هاي حفاظتي قبل از حفر تونل كه به آن پيش تزريق مي گويند يا به عنوان روش هاي بهسازي پس از حفر تونل كه به آن پس تزريق مي گويند استفاده كرد.

روش هاي پيش تير زني يا فورپلينگ

در روش هاي فورپلينگ از روش های نگهداری تونل عمدتاً چال هايي به موازات محور تونل از بالاي سينه كار حفر مي شود و تثبيت سينه كار و زمين اطراف با نصب لوله هاي فولادي، پلي اتيلن و فايبرگلاس و انجام تزريق در اين چال ها و اطراف آن، صورت مي گيرد.

به بيان ديگر در اين روش قوسي از ستون هاي افقي (چتر حفاظتي) بر روي تونل تشكيل مي گرد.

مزاياي استفاده از روش فورپلينگ به شرح ذيل مي باشد :

1- اين روش از نظر اجرا بسيارساده است و نياز به ماشين آلات خاص كه خارج از محدوده تونل سازي به صورت متعارف مي باشد، ندارد و يك روش انعطاف پذير و قابل تركيب با ديگر تكنيك ها و روش هاي تحكيمي مي باشد.

2- با اجراي اين روش پايداري جبهه كار افزايش يافته و از نشست هاي سطحي تونل هاي حفر شده به مقدار زيادي جلوگيري مي شود.
همچنين ايمني حين اجراي عمليات حفاري تونل با تحكيم سقف، افزايش مي يابد.

شکل های 1 تا 3 روش اجراي فورپلينگ از روش های نگهداری تونل را نشان مي دهد.

شکل 1- شماي سه بعدي از اجراي روش فورپلينگ

شکل 2- نمایی از از نحوه اجراي فورپلينگ در تونل ها

شکل 3- نمایی دیگر از از نحوه اجراي فورپلينگ در تونل ها

شکل 4 انواع قوس هاي تقويت كننده (چترهاي حفاظتي) اطراف تونل ها را با استفاده از روش هاي پيش تزريق يا فورپلينگ نشان مي دهد.

شکل 4- انواع قوس هاي تقويت كننده (چترهاي حفاظتي) اطراف يك تونل

انجماد

در اين روش که از روش های نگهداری تونل است، هدف پايين آوردن دماي آب موجود در فضاهاي خالي توده خاكي و سنگي به زير نقطه انجماد آن است.

آب هاي منجمد شده به عنوان يك سيمان عمل كرده لذا زمان خود ايستايي زمين افزايش مي يابد.

عموماً مواد مورد استفاده براي انجماد، شورآب يا نيتروژن مايع است.

فرآيند انجماد آب باعث افزايش حجم آب موجود در محيط مي شود كه ممكن است مشكلات زيادي براي پروژه بدنبال داشته باشد.

نشست سطح زمين پس از انجام عمليات حفاري زيرزميني از جمله مشكلات اصلي اين روش بشمار مي رود.

انجماد روشي پرهزينه بوده و فقط در شرايط خاص و استثنايي كاربرد دارد.

زهكشي

روش زهکشی از روش های نگهداری تونل، شامل تكنيك هايي است كه هدف از اجراي آنها دور كردن آب از محيط، خارج كردن آن از توده سنگ و خاك و تحت كنترل درآوردن و هدايت آن به خارج از محدوده پروژه است.

در صورت زهكشي و حذف بار هيدروليكي وارد بر سينه كار، پايداري بهتري براي جبهه كار پيشروي ايجاد مي شود.

البته كاهش سطح پيزومتريك آب، انتقال ذرات ريز از محل، تجزيه ژيپس، تحكيم و ديگر عوامل امكان ايجاد نشست در سطح زمين پس از زهكشي خواهد شد.

هوای فشرده

هواي فشرده براي بهبود زمين هاي ناپايدار مورد استفاده قرار مي گيرد.

عمده كاربرد اين روش جلوگيري از ريزش مواد ريزشي و نرم به محوطه حفاري است.

فشار هوا در جبهه كار تونل آب را در توده پس زده و ضمن خشك نمودن آن مقاومت زمين را بالا مي برد.

فشار هوا نبايد تا آن حد بالا باشد كه موجب راندن آب به سطح زمين يا تخريب ساختار خاك گردد.

روش دوم : سيستم نگهداري اوليه

سيستم نگهداري اوليه معمولاً همراه با حفاري تونل نصب و اجرا مي شود و هدف از اجراي آن تثبيت و نگهداری تونل پس از حفاري و تامين ايمني كارگران و تجهيزات مي باشد.

سيستم نگهداري اوليه مي تواند شامل موارد ذيل باشد كه يا به تنهايي يا بصورت تركيبي استفاده مي شوند:

ميل مهارها و راك بولتها
شاتكريت
توري سيمي (مش) و شاتكريت
قابهاي فلزي
تيرهاي مشبك (لتيس گريدر)

راك بولتها و ميل مهارها

اجراي راك بولت و ميل مهار عبارت از داخل كردن ميل ها در يك چال و سپس محكم نمودن آن به زمين از طريق گيرانداختن، چسباندن و يا اصطكاك مي باشد.

اين نوع روش نگهداری تونل از مزاياي بسياري برخوردار هستند كه مهمترين آنها عبارتند از :

امكان مكانيزه كردن عمليات راك بولت زني و ميل مهار كوبي
اشغال عرض كمتر تونل
نگهداري مقاطع بزرگ بويژه مغارهاي مرتفع كه نگهداري آنها با هيچ يك از روش هاي نگهداري ديگر ممكن نيست.

از سوي ديگر دو ويژگي ميل مهار و راك بولت، آنها را از ساير روش های پایدارسازی و نگهداری تونل متمايز مي سازد :

راك بولت و ميل مهار و همچنين صفحه آنها، نيروي محصوركننده به ديواره تونل اعمال مي كند كه باعث ايجاد نيروي عكس العمل يكنواختي در زمين، در همان ديواره و در همان راستا مي شود. اما در ديگر وسايل نگهداري اين نيروي عكس العمل در ديواره مقابل ايجاد مي شود.
داخل شدن ميله فولادي در زمين موجب افزايش مقاومت توده مي شود (شبيه به عملكرد آرماتور در بتن مسلح).

شکل 5 نحوه استفاده از راك بولت ها را نشان مي دهد.

شکل 5- استفاده از راك بولت جهت تحكيم سقف و ديواره تونل

معمولاً راك بولت ها را بر حسب نوع عملكرد و روش نصب به دو نوع تقسيم مي كنند:

راك بولت ها با مهار نقطه اي
راك بولت ها با مهار تمام طول يا تزريقي

انواع ديگري از راك بولت ها نيز امروزه برای نگهداری تونل مورد استفاده هستند كه براي شرايط خاصي طراحي مي شوند.

براي مثال مي توان راك بولت هاي تسليمي را نام برد كه در سنگ هاي ضعيف يا نرم كاربرد دارند.

راك بولت هاي با مهار نقطه اي (پيچ تحت كشش)

راك بولت هاي با مهار نقطه اي از سه بخش تشكيل شده اند كه عبارتند از:

بخش انتهايي كه بايد در داخل سنگ گيردار شود.
بخش بدنه كه همان ميله اصلي راك بولت است.
بخش ابتدايي يا سر راك بولت كه بوسيله پيچ و مهره در سطح سنگ تثبيت مي گردد.

بر حسب نوع مكانيسم گيردار شدن انتهاي راك بولت، اين نوع راك بولت ها را مي توان در سه گروه اصلي طبقه بندي نمود:

راك بولت با انتهاي شكافتني
راك بولت با انتهاي پوسته منبسط شونده
راك بولت با انتهاي تزريقي

قطر بدنه راك بولت ها متفاوت مي باشد و معمولاً حدود 16 تا 25 ميليمتر ساخته مي شود.

سطح ميله پيچ ممكن است صاف يا عاجدار باشد.

تنش تسليم پيچ هاي فولادي عامل اصلي طراحي و انتخاب تعداد و ابعاد آنها در يك پروژه مي باشد.

فولاد سازنده پيچ ها تنش تسليمي بين 200 تا 500 مگاپاسكال دارد.

راك بولت ها با مهار تمام طول (تزريقي)

در لايه هايي كه راك بولت ها با مهار نقطه اي كارايي لازم را ندارند و يا از جابجايي هاي مختصر به موازات لايه ها بايد ممانعت به عمل آيد از راك بولت هاي با مهار تمام طول استفاده مي شود.

كاربرد اين نوع راك بولت ها در سال هاي اخير كه رزين هاي سريعاً سفت شونده توسعه يافته اند، بشدت افزايش يافته بطوري كه حتي در محل هايي كه كارهاي عمراني در آن قبلاً بسيار مشكل و يا غير ممكن بوده امروز با استفاده از اين نوع راك بولت ها به آساني انجام مي گيرد.

عموماً راك بولت ها با مهار تمام طول از سه قسمت ذيل تشكيل شده اند:

قسمت ميله فولادي (ساقه)
پليت باربر و تزريقي كه ممكن است سيمان يا رزين باشد (همين ماده تزريقي است كه اين راك بولت ها را از راك بولت هاي با مهار نقطه اي متمایز مي كند)
جدار ميله راك بولت كه به صورت عاجدار است و انتهايي به شكل مخروطي يا تبري دارد كه به سهولت وارد مواد تزريقي داخل چال مي گردد.

شاتكريت

بتن يا ملاتي كه توسط هواي فشرده بر روي سطح پاشيده مي شود را شاتكريت مي نامند.

وظيفه شاتكريت در نگهداری تونل اين است كه پوششي نيمه سخت را بلافاصله بر روي سنگ يا خاك حفاري شده ايجاد كند.

شاتكريت براي آنكه خوب به سطح سنگ بچسبد بايد داراي مقاومت اوليه بالا، درجه بالاي شكل پذيري و چقرمگي بوده و جلوي حركت زمين را بگيرد.

شاتكريت با قابليتي كه براي تحمل برش و لنگر داشته و با توجه به قدرت چسبندگي به سطح سنگ، از لغزش گوه هاي داراي امكان و استعداد ريزش جلوگيري مي كند.

شاتكريت همچنين مي تواند مانند يك پوسته عمل كرده و بارهاي شعاعي را تحمل كند.

شاتكريت در زمين هاي نرم به عنوان محافظت كننده ديواره و سقف تونل از هوازدگي و تخريب تدريجي عمل مي كند.

به علاوه شاتكريت در تونل هايي كه نگهداري آنها با ميل مهار انجام شده است، به عنوان مكمل نگهداري (همراه با توري سيمي) به كار گرفته مي شود.

مصالح مورد استفاده در شاتكريت شامل سيمان، شن، ماسه، آب و احتمالاّ مواد افزودني و در بعضي شرايط نيز الياف هاي فولادي يا پلاستيكي هستند.

مواد افزودني مورد استفاده در شاتكريت شامل زودگيرها، روان سازها و ضد يخ ها هستند.

شاتكريت در بعضي از زمين ها مثل مارن كه در هواي آزاد قابليت تورم و تورق دارند، مي تواند بسيار مفيد باشد و از هوازدگي آنها جلوگيري كند.

اما اگر زمين آب دار باشد، شاتكريت كارايي چنداني نداشته و چسبندگي خوبي با زمين ايجاد نمي كند، علاوه بر اين آب هاي زيرزميني معمولاً سولفاته هستند و سيمان را از بين مي برند.

شاتكريت به دو روش شاتكريت با مخلوط خشك و شاتكريت با مخلوط تر اجرا مي شود.

شاتكريت با مخلوط خشك

در اين روش مصالح بصورت خشك با يكديگر مخلوط شده و در هنگام پاشيدن روي سطح كار، توسط نازل آب اضافه مي شود.

از اين روش براي كارهاي تعميراتي، روكش و تعميرات به ضخامت كمتر از 10 سانتی متر استفاده مي شود و از طرفي بدليل فقدان مصالح سنگي درشت دانه، از اين روش براي كارهايي كه مقاومت مكانيكي مطرح نباشد، استفاده مي شود.

شاتكريت با مخلوط تر

در اين روش بتن با اسلمپ پايين به داخل پمپ شاتكريت ريخته مي شود و پس از عبور لوله انتقال به سر نازل رسيده و از آنجا به سطح كار پاشيده مي شود.

از مخلوط تر در مكان هائي كه مقاومت فشاري مورد نظر است، استفاده مي شود و از طرفي در اين روش امكان اجراي ديوار بتني با ضخامت 50 سانتی متر و 20 سانتی متر براي سقف در يك مرحله امكان پذير است.

مقایسه دو روش شاتكريت با مخلوط خشك و شاتكريت با مخلوط تر

شاتكريت با مخلوط تر

هنگام پخش ريخت و پاش كمتر است
گرد و غبار كمتر توليد مي كند
كنترل نسبت آب به سيمان عملي است
سهولت بيشتر در كنترل كيفي مصالح بعلت يكساني توليد مصالح در بتن و شاتكريت
نحوه اجراي شاتكريت تر چندان به مهارت حساسيت ندارد، زيرا تنظيم آب بعهده اجراء كننده نمي باشد.
مامور بتن پاش مستقيماً سرعت برخورد ذرات و دانه ها را كنترل مي كند و به اين ترتيب تراكم مخلوط با تنظيم جريان هوا در دهانه پخش، عملي ميشود
دستگاه به آساني تميز مي شود
هزينه نگهداري كمتر است.

شاتكريت با مخلوط خشك

با شرايط متغير زمين انطباق بيشتري دارد، بويژه وقتي كه با آب مواجه مي شود.
وسايل و دستگاه هاي مورد نياز در مخلوط خشك نوعاً ارزانتر بوده و مجموعه بيشتري از وسائل در اختيار است.
ماشين هاي مخلوط خشك نوعاً كوچكتر هستند و به اين ترتيب قابليت انطباق بيشتر در تونل هايي كه با محدوديت فضا روبرو هستند، دارند.
ممكن است به همه دانه ها آب نرسد و هيدراته نشده باقي بمانند.
در محل كارگاه گرد و غبار ناشي از پراكنده شدن دانه سيمان زياد است.
بدليل نچسبيدن ملات (بدليل هيدراته نشدن) پرتی كار زياد است.

شاتكريت اليافي

به علت اينكه شاتكريت غير مسلح يك ماده شكننده و داراي مقاومت كششي خيلي كمي مي باشد، بايد در برابر تنش هاي وارده تقويت گردد كه به اين منظور امروزه از توري سيمي (مش) يا الياف مصنوعي جهت تقويت آن استفاده مي شود.

در شاتكريت اليافي از سيليكافوم كه در مخلوط سيمان و يا از فيبرهاي فولادي يا شيشه اي كه به مخلوط شاتكريت اضافه مي شود، استفاده مي گردد.

توري هاي سيمي (مش)

با استفاده از توري هاي سيمي، قطعاتي را كه امكان نگهداري آنها توسط ميل مهار وجود ندارد و يا لق و جدا شده هستند را مي توان در جاي خود نگهداشت.

همچنين از توري هاي سيمي بصورت تركيبي با شاتكريت نيز مي توان استفاده نمود.

توري هاي سيمي به دو صورت مختلف مي باشد :

توري هاي بافته شده كه بسيار انعطاف پذير و قابل حمل بوده و به راحتي روي سقف يا ديواره تونل نصب مي شوند و شكل ناهمواري هاي زمين را به خود مي گيرند.
توري هاي جوش شده شامل دو رشته ميلگرد نازك عمود بر هم كه محل اتصال آنها به هم جوش شده و به همين دليل بسيار صلب تر از توري هاي بافته شده هستند.

شکل 6 و 7 يك نمونه توري سيمي و نحوه نصب آن در حفاري با TBM را نشان مي دهد.

شکل 6- توری سیمی

شکل 7- نحوه نصب توری سینی در حفاری با TBM

قاب هاي فلزي

قاب هاي فلزي معمولاّ از پروفيل هاي صاف يا خم شده I یا H كه با پيچ به هم متصل شده اند و به شكل هايي مانند قوس دايروي يا خميده با پايه هاي مستقيم عمودي يا به شكل نعل اسبي با پايه هاي خميده و بعضي اوقات با كف بندي هاي صاف يا خميده ساخته مي شوند.

قابهاي فلزي تمام دايروي و پروفيل هايي با مقاطع ديگر نيز هنوز استفاده مي شوند.

از قاب هاي فلزي جهت اعمال فشار محصور كننده يكنواخت به جداره تونل استفاده مي شود.

در ضمن قاب هاي فلزي به دليل قابليت تحمل تغيير شكل هاي زياد قبل از گسيختگي، قادرند تا شرايط نامساعد احتمالي را نشان دهند تا اجراكنندگان در اين فاصله بتوانند تمهيدات لازم را به موقع به كار گيرند.

قاب هاي فلزي معمولاً به منظور نگهداري پرتال ها، تقاطع ها، اتاقك شروع حفاري TBM و همچنين در سنگ هاي سست كه به روش چال زني و آتشباري حفاري مي شوند، به كار مي روند.

قاب هاي فلزي در زمين هاي سستي كه توسط TBM حفاري مي شوند و نياز به يك تكيه گاه و صفحه باربر براي پيشروي TBM است نيز به كار مي روند.

قطعات و گوه هاي چوبي به طور سنتي براي پركردن فضاي بين قاب و سنگ، با فشار بين اين دو، قرار داده مي شوند.

قطعات چوبي را كه براي نگهداري تونل ضروري نيستند قبل از اجراي سيستم نگهداري ثانويه (پوشش داخلي) از محل خارج مي كنند.

اخيراً براي پركردن از بلوك هاي بتني يا فولادي استفاده مي شود.

كار با اين روش بسيار سخت تر است و روش انعطاف پذيرتر استفاده از كيسه هايي است كه بتن به درون آنها پمپ مي شود.

اين كيسه ها به شكل سنگ حفاري شده در مي آيند و سطح تماس محكمي را با سنگ شكل مي دهند.

شکل های 8 و 9 نحوه اجراي سيستم نگهداري اوليه بصورت تركيبي از قاب فلزي، شاتكريت و مش را نشان می دهند.

شکل 8- نحوه اجراي سيستم نگهداري اوليه بصورت تركيبي از قاب فلزي، شاتكريت و مش

شکل 9- نحوه اجراي سيستم نگهداري اوليه بصورت تركيبي از قاب فلزي، شاتكريت و مش

تيرهاي مشبك (لتيس گريدرهاي)

تيرهاي مشبك يا لتيس گريدرها با ظرفيت تحمل يكسان با قاب هاي فولادي، از وزن كمتري نسبت به آنها برخوردارند و حمل و نصب آنها نيز آسان تر است.

فضاهاي باز بين خرپاي آنها به شاتكريت اجازه مي دهد كه همه جا را بپوشاند و فضايي خالي پشت آنها باقي نگذارند و لذا يك سازه مركب به وجود مي آيد.

آنها همچنين بصورت تركيبي همراه با انواع مهارها، و توري هاي سيمي به عنوان سيستم نگهداري تركيبي به كار مي روند.

روش سوم : سيستم نگهداري ثانويه تونل ها (پوشش داخلی)

سيستم نگهداري ثانويه يا پوشش داخلي تونل ها يك سيستم سازه اي مي باشد كه بعد از اتمام حفاري تونل براي نگهداري زمين، باز نگهداشتن تونل، محدود كردن جريان آب به داخل تونل، نگهداري متعلقات و ايجاد سطح نهايي و داخلي تونل مورد استفاده قرار ميگيرد.

انواع پوشش داخلي تونل ها عبارتند از:

بتن برجا
قطعات پيش ساخته بتني
صفحات فلزي (فولادي و چدني)

پوشش داخلي بتن برجا (لاینینگ)

پوشش داخلي بتن برجا تونل معمولاً پس از اتمام حفاري و نصب سيستم نگهداري اوليه، اجرا مي شود.

بتن برجا در تونل هاي حفاري شده در زمين نرم تا سنگ هاي سخت مورد استفاده قرار مي گيرد و مي توان به دو صورت بتن مسلح و بتن معمولي اجرا گردد.

بتن برجا مي تواند به هر شكلي با توجه به روش حفاري و شرايط زمين در داخل تونل ساخته شود.

خصوصيات بتن برجا را مي توان بصورت زير نام برد :

مناسب براي استفاده با هر نوع روش حفاري و روش نصب سيستم نگهداري اوليه
اختلاف موجود در حفاري مثل اضافه حفاري را تصحيح مي كند
به هر شكل مي تواند ساخته شود
يك فونداسيون سالم و دقيق را براي اتمام تونل آماده مي كند
يك سازه پايدار و مطمئن را ايجاد مي كند.

معايبي كه در روش بتن برجا از روش های پایدارسازی و نگهداری تونل وجود دارد شامل موارد زير مي باشد :

– جاسازي بتن، مخصوصاً در كنار آرماتورها مشكل مي باشد.

خصوصيات ذاتي نگهداري با بتن برجا اين است كه امكان ويبره كردن بتن در داخل قالب محدود مي باشد.

اين پديده باعث مي شود كه بتن در اطراف آرماتور بصورت كامل تحكيم نشود.

– آرماتور هايي كه مورد استفاده قرار مي گيرند عمدتاً تحت خورندگي قرار دارند كه اين باعث كاهش مقاومت پوشش نگهداري بتني مي شود.

اين يك معضل معمول در تمامي نگهداري هاي بتني مي باشد به هر حال اين مسئله در سازه هاي زير زميني بيشتر اتفاق مي افتد چون نفوذ آب زيرزميني باعث افزايش سرعت تخريب آرماتور مي شود.

– ايجاد ترك در پوشش نگهداري باعث نفوذ آب به داخل آن شده و اين امر باعث كاهش عمر آن مي شود.

– حملات شيميايي در بعضي از خاك ها باعث كاهش عمر پوشش نگهداري مي شود.

– براي ساخت اين نوع سيستم نگهداري نياز به يك عمليات ثانويه بعد از حفر تونل مي باشد.

قطعات پيش ساخته بتني (سگمنت)

قطعات پيش ساخته بتني يا سگمنت بصورت قوس هايي از يك دايره ساخته مي شوند و در داخل سپر ماشين حفار با اتصال چندين سگمنت محيط تونل پوشانده خواهد شد كه اصطلاحاً به آن رينگ گفته مي شود.

در تونل سازي با استفاده از ماشين حفار براي محافظت كارگران و تجهيزات در مقابل ريزش ها در حين حفاري تونل و اندركنش بي عيب و نقص براي جلو راندن ماشين حفاري به طرف جلو و همچنين پايداري تونل در طول عمر بهره برداري، بهترين انتخاب، استفاده از سگمنت در ميان ساير سيستم هاي نگهداري مي باشد.

سگمنت ها به سرعت در انتهاي سپر قابل نصب بوده و يك پروسه تقريباً پيوسته در تونل سازي را فراهم مي كند.

همچنين از هر گونه رخنمون سنگي در تاج و ديواره هاي تونل اجتناب مي شود.

از مزيت هايي كه براي اين نوع سيستم نگهداری تونل مي توان ذكر كرد عبارتند از:

داراي كيفيت خيلي بالايي است.
وقتي كه رينگ از دنباله سپر خارج مي شود داراي مقاومت نهايي بوده و توانايي تحمل بار آن زياد مي باشد.
نشت از سيستم نگهداري به آساني قابل تشخيص بوده و كار تعمير آن بر حسب نوع مورد امكان پذير است.

كنترل كيفيت سگمنت ها خيلي آسان مي باشد زيرا در محيط خارج از تونل و با استفاده از استانداردهاي مشخصي ساخته مي شود.

اشكال عمده سگمنت هزينه مواد مورد استفاده در ساخت آن مي باشد.

البته اين هزينه مي تواند از طريق نصب سريع و عدم تاخير در تونل كاري جبران شود.

موادي كه براي ساخت يك رينگ سگمنتي مورد استفاده قرار مي گيرد شامل بتن، فولاد (آرماتور)، فيبرهاي فولادي، بولت هاي اتصالي (ساخته شده از فولاد) و درزگير براي آببند كردن مي باشد.

سگمنت ها بسياري از شرايط محيطي و ساخت را براورده مي كند، به عنوان مثال براي موارد زير مورد استفاده قرار ميگيرد:

براي نگهداري فوري (به خصوص در زمين هاي ناپايدار)
براي كنترل جابجايي زمين كه در اثر حفاري ايجاد مي شود
براي جلوگيري از نفوذ آب زيرزميني
ايجاد تكيه گاه براي پيشروي دستگاه
عدم نياز به نصب سيستم نگهداري اوليه

شکل 10 يك نمونه پوشش داخلي سگمنتي را با هدف نگهداری تونل نشان مي دهد.

شکل 10- پوشش بتنی سگمنت برای نگهداری تونل

صفحات فلزي (فولادي و چدني)

صفحات فلزي كه براي سيستم نگهداری ثانويه مورد استفاده قرار مي گيرند از قطعات پيش ساخته اي تشكيل شده اند كه جنس آنها به جاي بتن، فولاد يا چدن مي باشد و همانند سيستم نگهداري سگمنتي بتني در داخل سپر ماشين حفار به صورت يك رينگ به هم متصل مي شوند.

با ايجاد پوشش نگهداري سگمنتي بتني، امروزه از صفحات فلزي كمتر استفاده مي شود.

شکل 11 استفاده از صفحات فلزي در پوشش نگهداری تونل متروي بالتيمور را نشان مي دهد.