8394
شناسه خبر: 8394
بازدید: 5

در این مقاله به بررسی انواع سگمنت تونل برای نگهداری سنگ در تونل های حفاری شده می پردازیم. انواع پوشش سگمنت ها شامل سگمنت شش وجهی یا لانه زنبوری، مستطیلی، عادی، چپ و راست و متوازی الاضلاع است. با ما همراه باشید.

پیشنهاد مطالعه: انواع شکل مقطع تونل راه و راه آهن

سیستم نگهداری سنگ برای یک تونل حفاری شده با دستگاه حفاری TBM شامل پیچ سنگ ها، شاتکریت، قطعات فولادی، پوشش داخلی بتن برجا (لاینینگ) و پوشش داخلی بتن پیش ساخته (سگمنت) می باشد. مناسب ترین روش تونل سازی در سنگ های شدیداً درزه دار و بلوکی و همچنین رسوبات آبرفتی، استفاده از دستگاه حفار با سپر محافظ برای محافظت کارگران و تجهیزات در مقابل ریزش سنگ می باشد. برای استفاده بهینه از این نوع دستگاه حفار بهره گیری از پوشش داخلی سگمنتی موجب افزایش بازدهی همراه با ایجاد محیط مناسب اجرایی امن خواهد شد. پوشش داخلی سگمنتی به سرعت در انتهای سپر قابل نصب بوده و یک پروسه تقریباً پیوسته در تونل سازی را فراهم می کند. همچنین از هر گونه رخنمون سنگی در تاج و دیواره های تونل اجتناب می شود. از مزیت هایی که برای این نوع سیستم نگهداری می توان ذکر کرد عبارتند از :

  • دارای کیفیت خیلی بالایی است.
  • وقتی که رینگ از دنباله سپر خارج می شود دارای مقاومت نهایی بوده و توانایی تحمل بار آن زیاد می باشد.
  • نشت از پوشش داخلی سگمنتی به آسانی قابل تشخیص بوده و کار تعمیر آن بر حسب نوع موارد امکان پذیر است.
  • کنترل کیفیت پوشش داخلی سگمنتی خیلی آسان می باشد زیرا در محیط خارج از تونل و با استفاده از استانداردهای مشخصی ساخته می شود.

اشکال عمده پوشش داخلی سگمنتی هزینه مواد مورد استفاده در ساخت آن می باشد. البته این هزینه می تواند از طریق نصب سریع و عدم تاخیر در تونل سازی جبران شود.

در قسمت دنباله دستگاه حفار تونل، پوشش داخلی سگمنتی تونل نصب می شود که با اتصال تعداد مشخصی از سگمنت ها محیط تونل پوشانده می شود که اصطلاحاً به آن رینگ می گویند. یک رینگ تونل متشکل از تعدادی سگمنت می باشد که همه آن ها ظاهراً دارای اندازه یکسانی هستند، به جز یک سگمنت که کوچکتر از بقیه است و در آخر برای کامل کردن رینگ نصب می شود. این سگمنت، سگمنت کلید نامیده می شود و در اغلب موارد حالت ذوزنقه ای شکل دارد. همچنین این قطعه برای ایجاد انحنا در مسیر پیشروی شیلد مورد استفاده قرار می گیرد.

اتصالات میان دو سگمنت در یک رینگ اتصالات سگمنتی نامیده می شود و اتصالات میان دو رینگ، اتصالات دایروی نامیده می شود. برای جلوگیری از نفوذ آب به داخل تونل ها از نوارهای آب بند که در تمام طول رینگ قرار می گیرد، استفاده می شود.

سگمنت تونل

شکل 1 – نمایی از پوشش داخلی سگمنتی

سگمنت تونل

شکل 2 – اصطلاحات و نامگذاری بخش های مختلف سگمنت

انواع پوشش داخلی سگمنتی

شکل سگمنت از جمله مهم ترین پارامترهای موثر در طرح هندسی سگمنت می باشد که متناسب با نوع دستگاه حفاری، نرخ پیشروی و الزامات مربوط به کاربری تونل تعیین می گردد. برخی از این الزامات شامل موارد زیر می باشند :

  • نوع دستگاه TBM و نرخ پیشروی آن
  • نیازهای طراحی سازه ای پوشش سگمنت
  • نیاز یا عدم نیاز به آب بندی تونل
  • امکانات و تکنولوژی ساخت سگمنت
  • قابلیت اجرایی کارگاه
  • تجارب پرسنل بخش ساخت، حمل و نصب سگمنت

سگمنت شش وجهی یا لانه زنبوری

این نوع پوشش داخلی سگمنتی متشکل از قطعات بتنی شش وجهی می باشد که با توجه به شکل هندسی آن به طور پیوسته (نه به صورت یک رینگ کامل) در طول مسیر تونل نصب شده و نیازی به قطعه کلید نمی باشد. از مهم ترین مزایای سگمنت شش وجهی، پیوستگی در نصب قطعات می باشد که امکان هم زمانی حفاری و سگمنت گذاری را فراهم می سازد. از مزایای دیگر این نوع سگمنت ها می توان به سرعت نصب آن ها اشاره نمود. همچنین با توجه به یکسان بودن شکل سگمنت ها در دیوارها، تعداد قالب کمتری مورد نیاز می باشد. عملیات دپوی آن ها نیز به آسانی صورت می گیرد. همچنین به دلیل ثابت بودن سگمنت کف، شکل قالب آن به صورتی در نظر گرفته می شود که تراورس بتنی بر روی آن تعبیه شده و نیاز به ساخت تراورس به منظور سیستم ترابری در حین اجرای تونل نمی باشد. شکل 3 نمایی از نوع پوشش داخلی سگمنتی شش وجهی را نشان می دهد.

یکی از معایب سگمنت های شش ضلعی ضعف آن ها در آب بندی تونل می باشد. به دلیل اتصالات شعاعی، استفاده از گسکت در این سگمنت ها غیر ممکن بوده و به منظور آب بندی نیاز به تزریق سیمانی در محل درزها و یا تزریق تحکیمی در اطراف تونل می باشد. در صورت استفاده از این نوع سگمنت باید زمان زیادی برای پیش تزریق یا پس تزریق به منظور کاهش ورود آب به داخل تونل و رساندن آن به میزان نشت مجاز صرف کرد. از دیگر نقاط ضعف این نوع سگمنت ها می توان به قرارگیری آن ها در محل قوس ها اشاره نمود. در محل قوس فاصله بین درزها افزایش پیدا کرده و میزان نشت آب به داخل تونل افزایش می یابد. همچنین سطح تماس سگمنت ها با یکدیگر کاهش یافته و باعث افزایش تنش در این محل ها و لهیدگی قطعات سگمنت می شود. در ضمن با توجه به میزان قفل شدگی بالایی که بین سگمنت ها به وجود می آید، سختی کل سیستم پوشش بتنی افزایش یافته و در زون های گسله و مناطق زلزله خیز عملکرد مناسبی از خود نشان نمی دهد.

سگمنت لانه زنبوری

شکل 3 – سگمنت شش وجهی یا لانه زنبوری 4 قطعه ای

سگمنت مستطیلی

با استفاده از سگمنت های مستطیلی شکل، عموماً چرخه حفاری در هنگام نصب سگمنت ها متوقف می شود و تا زمانی که حلقه سگمنتی به طور کامل نصب نشود، چرخه حفاری شروع نمی شود. فاصله خالی مابین سپر و سطح بیرونی سگمنت معمولاً کوچک بوده و حلقه سگمنتی با یک قطعه کلید کوچک بسته می شود. این قطعه کلید در هنگام نصب نیاز به فضای بیشتری دارد و به شکل ذوزنقه می باشد.

سگمنت مستطیلی

شکل 4 – دو نما از پوشش داخلی تونل با سگمنت مستطیلی شکل

هندسه قطعات مجاور قطعه کلید متناسب با این قطعه بوده و به آن ها قطعات متقابل گفته می شود. حلقه سگمنت های مستطیلی، متشکل از تعدادی قطعات استاندارد مستطیلی شکل، دو قطعه متقابل و یک قطعه کلید می باشد. اتصال این نوع سگمنت ها غالباً با بولت انجام می شود. عموماً اتصالات دایروی دو حلقه مجاور هم در یک راستا قرار نمی گیرند و این برای جلوگیری از ایجاد نقص در آب بندی گوشه های قطعات می باشد. همچنین با این روش در زمان آزاد شدن جک های پیشران، از رها شدن کامل سگمنتی که در مرحله قبل نصب شده، جلوگیری به عمل می آید. شکل 4 دو نما از تونل های ساخته شده با سگمنت مستطیلی را نشان می دهد. با در نظر گرفتن شکل مستطیلی برای سگمنت ها، دو نوع رینگ را می توان طراحی و اجرا نمود :

رینگ عادی

در این حالت و در اجرای پوشش بتنی در مسیر مستقیم باید رینگ به طور متوالی به میزان 180 درجه حول محور تونل در چرخش باشد، لذا سگمنت کلید همواره در موقعیت های مختلف در تغییر است. به عنوان مثال سگمنت کلید می تواند در کف، دیواره و یا تاج تونل قرار گیرد. در واقع در این نوع آرایش، قطعه کلید به ناچار در موقعیت های مختلفی باید قرار گیرد تا قوس مورد نظر در تونل تامین گردد. لازم به ذکر است با توجه به اینکه سگمنت کلید آخرین قطعه نصب شده در هر رینگ می باشد، نصب آن در موقعیت کف (قسمت پایینی مقطع تونل) با مشکلاتی همراه می باشد.

رینگ چپ و راست

برای جلوگیری از چرخش سگمنت کلید در مقطع تونل می توان از دو تیپ رینگ موسوم به رینگ های چپ و راست استفاده نمود که این دو نوع رینگ مکمل یکدیگر هستند. با این آرایش در مسیر مستقیم و یا در قوس ها سگمنت کلید همواره در موقعیت تاج تونل قرار می گیرد. در این شرایط جا زدن سگمنت کلید، بسیار آسان تر از حالتی است که سگمنت کلید در موقعیتی غیر از تاج واقع می شود.

از معایب استفاده از این نوع رینگ ها لزوم به کارگیری مدیریت منظم و هماهنگ در حین تولید و انتقال سگمنت به داخل تونل می باشد، زیرا در صورت ناهماهنگی و ارسال نادرست سگمنت به داخل تونل، وقفه زیادی در پیشروی تونل به وجود می آید.

سگمنت متوازی الاضلاع

این طرح از سگمنت ها با استفاده از اتصالات داولی مرتبط می شود. هنگامی که این اتصالات در موقعیت خود قرار می گیرند (سطوح تماس محیطی)، سگمنت های بعدی بدون آنکه بتوانند در جهت های مخالف حرکت کنند به سمت جلو هل داده می شوند. یک حلقه از این نوع سگمنت ها شامل قطعات استاندارد متوازی الاضلاع، یک قطعه کلید معکوس و یک قطعه کلید معمولی می باشد. شکل 5 نمایی از پوشش داخلی تونل با سگمنت متوازی الاضلاع و تشکیل یک رینگ کامل با سگمنت متوازی الاضلاع را نشان می دهد.

سگمنت متوازی الاضلاع

شکل 5 – الف: نمایی از پوشش داخلی تونل با سگمنت متوازی الاضلاع ب: نمایی از رینگ کامل با سگمنت متوازی الاضلاع

سگمنت ذوزنقه ای

با استفاده از این نوع پوشش داخلی تونل امکان انجام همزمان عملیات حفاری تونل و نصب سیستم نگهداری به وجود می آید. نیروی جک های پیشرو بر روی دو حلقه سگمنتی اعمال می شود. در حالت کلی تعداد سگمنت های ذوزنقه ای یک حلقه پوشش زوج می باشد که نصف این سگمنت ها از نوع متقابل هستند. یعنی عرض این قطعات در سمت حلقه نصب شده قبلی بزرگتر است. نصف دیگر این سگمنت ها از نوع سگمنت های کلید هستند یعنی عرض آن ها در سمت حلقه نصب شده قبلی کوچکتر است. جدول 1 پوشش داخلی تونل با اشکال هندسی مختلف را با یکدیگر مقایسه می کند و جدول 2 مزایا و معایب اشکال مختلف سگمنت را نشان می دهد.

جدول 1 – مقایسه قطعات پیش ساخته بتنی با اشکال مختلف

جدول 1

جدول  2 – مزایا و معایب اشکال مختلف سگمنت

اشکال مختلف سگمنت

نویسنده

مجید غواصیه
فارغ التحصیل کارشناسی مهندسی عمران از دانشگاه شیراز هستم. موضوعات مورد علاقه من راه سازی، حمل و نقل، مهندسی ترافیک و مسائل مربوط به محیط زیست می باشد.

مشاوره از طریق واتساپ