چگونگی حفاری و بررسی ایجاد تونل

چگونگی حفاری و بررسی ایجاد تونل
چگونگی حفاری و بررسی ایجاد تونل
150,000 ریال 
تخفیف 15 تا 30 درصدی برای همکاران، کافی نت ها و مشتریان ویژه _____________________________  
وضعيت موجودي: موجود است
تعداد:  
افزودن به ليست مقايسه | افزودن به محصولات مورد علاقه

تعداد صفحات : 122 صفحه _ فرمت WORD _ دانلود مطالب بلافاصله پس از پرداخت آنلاین

فصل اول
مطالعات مقدماتي و اصول عمومي طراحي فضاهاي زيرزميني
فصل دوم
طـراحي چنـدفضـاي زيـرزميني مجـاور هم
فصل سوم
روش طراحي سازه‌هاي زيرزميني
فصل چهارم
تفاوتها و ويژگيهاي تونلهاي معدني و راه
فصل ششم
روشهاي نـگهـداري تـونلهاي معـدني و راه
فصل پنجم

 

حـفـاري تـونـلهـاي مـعـدنـي و راه
نگاهي اجمالي به سير تحول تونل‌سازي
اگر حفر قنوات بخشي از عرضه تونلسازي محسوب شود آنگاه قدمت اين فن به 2800 سال قبل از ميلاد بر مي‌گردد. زيرا باستان‌شناسان معتقدند كه حفر قنوات در مصرو ايران از آن زمانها معمول بوده است. تذكر اين نكته در اينجا در خور توجه است كه در سال 1962 طول كل قنوات در ايران را 000/160 كيلومتر تخمين زده‌اند. اگر از اين مورد كه ذكر شد صرفنظر شود اولين تونل زيرآبي در 2170 سال قبل از ميلاد در زمان بابليها در زير رودخانه فرات و بطول يك كيلومتر ساخته شد كه هر چند بصورت حفاري تونل اجرا نشده است ولي همين، كار حداقل تجربه و تبجر معماران آن عصر را نشان مي‌دهد. از اين نوع كار ديگر اجرا نشده است تا 4000 سال بعد كه در 1825 تونل تيمز زير رودخانه تيمز ندن ساخته شد. تونل‌زني درون سنگها به علت شكل حفاري و عدم امكانات و عدم نياز ـ به جز موارد بسيار محدود ـ فقط در دو قرن اخير توسعه يافته اس. هر چند اختراع باروت به قرنها قبل بر مي‌گردد و بعضي آنرا حتي به قرن دوم ميلادي نسبت مي‌دهند ولي كاربرد آن در شكستن سنگها احتمالاً در قرن 16 بوده است و اختراع ديناميت در قرن 19 موجب تحولات تدريجي ولي اساسي در سهولت ايجاد تونل در سنگها شد گرچه ايجاد تونل در سنگها به علت سختي سنگ نياز به مواد منفجره و يا وسايل بسيار سخت و برنده دارد ولي در سنگهاي خيلي نرم و در رسوبات سخت نشده، مشكل تونل‌زني به لحاظ نگهداري تونل است. بطوري كه تا قبل از اختراع شيلد توسط در سال 1812، ايجاد تونلهاي بزرگ مقطع در رسوبات سست فوق‌العاده مشكل مي‌نمود. اولين كاربرد شيلد در 1825 در حفر تونل زير رودخانه تيمز بود. هر چند حفر اين تونل 5/1 كيلومتري حدود 18 سال طول كشيد روش شيلد بعداً توسط تكميل گرديد و بعلاوه نامبرده كاربرد هواي فشرده را نيز در شيلد عملي ساخت (1886) با گسترش شهرها، اختراع ترنها، افزايش جمعيت، پيشرفت صنايع و نياز مبرم به معادن گسترش شبكه‌هاي زيرزميني، هم به منظور عبور و مرور و هم بمنظور انتقال آب و فاضلاب و نيز در پيشروي معادن و غيره ضرورت يافت و با سرعت روز افزون از اواخر قرن 19 تاكنون پيشرفتهاي چشمگيري حاصل گرديده است. بگونه‌اي كه در سالهاي اخير استفاده از ماشينهاي حفر تمام مقطع تونل رشد سريعي داشته است. ايده استفاده از اين ماشينها از زمانهاي دور است. اولين ثبت شده در امريكا توسط جان ويلسون در سال 1856 براي تونل هوساك در ماساچوست بوده است ولي تنها توانسته 3 متر از تونل 7600 متري را حفر نمايد در دهه‌هاي اخير توسعه بسيار زيادي پيدا كرده بطوري كه در بسياري از موارد بعنوان اولين گزينه براي حفر تونل مي‌باشد.

 

مقدمه
در جمع‌اوري و تهيه اطلاعات موردنياز براي طراحي هر نوع حفاري زيرزميني پس از انجام مطالعات اقتصادي و فني (امكان‌پذيري مقدماتي طرح) پي‌جوئيهاي لازم و مقايسه‌گرينه‌هاي مختلف و انتخاب راه‌حل مطلوب مقدماتي كه براي دسترسي به هدف موردنظر ممكن مي‌باشد، مطالعات مقدماتي و تفصيلي زمين‌شناسي و اقليم‌شناسي منطقه اجراي طرح بايستي توسط مهندسين مشاور ذيصلاح پذيرد.
اقدام به جمع‌آوري اين اطلاعات و انجام مطالعات، اولين اقدام لازم در طراحي هرگونه فضاي زيرزميني بهر نوع و بهر شكل و براي هر هدفي كه باشد خواهد بود شناخت زمين‌شناسي محل احداث سازه، زيرزميني از ديدگاه تنش‌هاي موجود و بارهاي وارده بر وسائل نگهداري و انتخاب روش‌هاي كاربردي مطلوب حائز كمال اهميت است.
اطلاعاتي كه از نقشه‌هاي زمين‌شناسي بزرگ مقياس حاصل مي‌شود عمومي و كلي بوده و تمامي نيازهاي طراحان سازه‌هاي زيرزميني را در بر نمي‌گيرد. لذا براي تعيين دقيق مشخصات زمين‌شناسي، مطالعات كلي و دقيقتر خاك و سنگ از ضروريات اوليه طراحي است.
هدفهاي اصلي اكتشافات زمين‌شناسي
1ـ تعيين شرايط اوليه تشكيل و وضعيت واقعي سنگها، شرايط فيزيكومكانيكي آنها در محدوده حفريات و فاصله بين حفريات تا سطح زمين
2ـ تعيين شرايط سطحي زمين از نقطه‌نظر آبهاي سطحي، زهكشي‌هاي طبيعي، قناتها، چشمه و رودخانه‌ها
3ـ جمع‌آوري اطلاعات مربوط به گازدهي، حرارت و آب در زيرزمين
4ـ تعيين مشخصات زمين ساختي، تنشها و اثرات آنها روي دامنه فشارها در محدوده حفريات زيرزميني
مـراحـل اكتشـافي زمين‌شناسي از ديدگاه حفر و احداث حفريات زيرزميني
اقدامات اكتشافي از ديدگاه احداث حفريات زيرزميني شامل سه مرحله زير است:
الف ـ تحقيقات و اكتشافات مربوط به مشخصات عمومي طرح قبل از شروع طراحي
1ـ الف ـ بررسي كلي منطقه از ديدگاه تاريخي و آمارهاي موجود، سنگ‌شناسي چينه‌شناسي و محيط زيست
2ـ الف ـ بررسي عكس‌هاي هوائي، وضعيت گياهان منطقه، مشخصات بارز شيميائي سنگها و كشف شرايط اوليه تشكيل آنها (آذرين يا رسوبي)، مطالعه گسل‌ها و چين‌خوردگي‌ها
3ـ الف ـ مطالعات آب‌شناسي، وضعيت رودخانه‌ها، سيل‌ها، تعيين PH آب، تعيين مشخصات حرارتي و شيميائي و املاح موجود در آبهاي سطحي براي تشخيص طبيعت سنگها و جنس زمين
4ـ الف ـ مطالعات ژئوشيمي براي تعيين مشخصات شيميائي سنگها و خاكهاي سطحي
5ـ الف ـ تعيين مشخصات ژئوفيزيكي با روشهاي مقاومت الكتريكي، لرزه‌نگاري و غيره و مقايسه آنها با نمونه‌هاي حاصل از گمانه‌هاي اكتشافي
6ـ الف ـ مطالعات دقيق درزه‌ها، گسيختگي‌ها و تهيه نقشه‌هاي مربوطه
ب ـ تحقيقات دقيق ژئوتكنيكي (زيرزميني) بموازات طراحي و قبل از شروع عمليات احداث
1ـ ب ـ جمع‌اوري اطلاعات مسلم از شرايط فيزيكي و شيميائي سنگهاي دربرگيرنده حفريات، هوازدگي، وزن مخصوص و مقاومت آنها
2ـ ب ـ جمع‌اوري اطلاعات در مورد استقرار و شيب لايه‌ها، چين‌خوردگي‌ها، گسل‌ها، سطوح لايه‌بندي و درزه‌ها
3 ـ ب ـ جمع‌اوري اطلاعات مربوط به: مقدار، كيفيت، خواص شيميائي و عمق آبهاي زيرزميني
4 ـ ب ـ جمع‌اوري اطلاعات مربوط ب: مقدار، كيفيت و خواص شيميائي گازها و افزايش درجه حرارت زمين نسبت به عمق
ج ـ تحقيقات تكميلي در زمان عمليات احداث حفريات
تحقيقات تكميلي زير نه تنها براي كنترل اطلاعات داده شده توسط طراحان كه براي اطمينان از درستي روش اجرائي انتخاب شده و در صورت لزوم اصلاح و تغيير روشها بايستي صورت گيرد.
نمونه اين تحقيقات تكميلي در زمان احداث حفريات زيرزميني عبارتند از:
1ـ ج ـ حفر پيش تونلها و نمونه‌گيري از سنگهاي جلوتر از سينه‌كار و مطالعه ساير شرايط زمين محل طرح
2 ـ ج ـ تجزيه شيميائي آبها و گازها
3ـ ج ـ اندازه‌گيري تنش‌ها و تقارب مقاطع

 

نتيجه‌گيري
احداث سازه‌هاي زيرزميني، در جهت دستيابي بهر هدف و يا در مسير حل هر مشكلي كه باشد، نسبت به احداث سازه‌اي مشابه در روي زمين بسيار پيچيده‌تر و مشكل‌تر و در نهايت بسيار گرانتر و پرهزينه‌تر خواهد بود
اجراي اينگونه طرحها، حتي با بكارگيري بهترين امكانات و توجه به كليه مقررات ايمني، نسبت به سازه‌هاي روي زمين، با خطرات جاني و مالي بيشتري روبرو مي‌باشد با توجه به اين حقايق است كه تهيه طرح توسط مهندسين مشاور، كه بر پايه مطالعات مقدماتي و تفصيلي زمين‌شناسي صورت پذيرفته باشد از الزامات و ضروريات هر پروژه زيرزميني است.
بدين ترتيب مشاور انتخابي براي طراحي سازه‌هاي زيرزميني بايد داراي توانائيهاي لازم جهت انجام دقيق اكتشافات و مطالعات موردنياز بوده و قدرت تحليل و طبقه‌بندي اطلاعات و كاربرد آنها را در طراحي صحيح پروژه داشته باشد و با كليه دستورالعمل‌هاي بين‌المللي اجرائي و روشهاي مدرن حفاري آشنا باشد.
بررسي نيروهاي وارده بر فضاهاي زيرزميني
1ـ تنش در پوسته زمين
وضعيت تنش در پوسته زمين، براي زمان و مكان معين، نتيجه تأثير نيروهايي با خصوصيات و فشارهاي گوناگون مي‌باشد. معمولاً قبل از شروع هر كار مهندسي در ساختارهاي زميني سعي مي‌شود وضعيت تنش را بدست آورد. وضعيت تنش زمين در حالت بكر پس از انجام عمليات حفاري و ايجاد ساختار دچار دگرگوني شده است و توزيع جديدي از تنش در سنگ‌ها و محدوده آن به وجود مي‌آيد.
تنش‌هاي مؤثر بر هر نقطه از پوسته زمين را مي‌توان ناشي از فشاهاي زير دانست.
1ـ تنش‌هاي ثقلي: اين تنش‌ها بر اثر وزن طبقات فوقاني ايجاد مي‌شود. به واسطه محصور بودن سنگ‌ها در دل زمين، تنشهاي جانبي نيز در اثر فشار ثقلي گسترش مي‌يابد. (اثر پواسون)
2ـ تنش‌هاي تكتونيكي: اين تنش‌ها بواسطه تنش‌ها بواسطه تأثير نيروهاي تكتونيكي و زمين ساختي نظير كوهزائي و يا گسل بوجود آيد.
3ـ تنش‌هاي محلي: اين تنش‌ها بواسطه ناهمگوني در جنس طبقات يا سنگ‌هاي همجوار بوجود مي‌آيند. نظير تمركز تنش در عدسيهاي ماسه سنگي يا اطراف كنكرسيونها.
4ـ تنش‌هاي باقيمانده: اين تنش‌ها در حين تشكيل طبقات يا توده سنگها و در اثر فرآيندهايي نظير كريستاليزاسيون، دگرگوني، رسوبگذاري، تحكيم و بي‌آب شدن در سنگها بسته به مورد گسترش مي‌يابد. مثلاً تنش حاصل در مرز بين كريستالهاي يك سنگ كه داراي خواص فيزيكي متفاوت بوده و سرد شدن آنها متشابه يكديگر نيست از اين نوع مي‌باشند.
از بين انواع تنش‌هاي فوق تنش‌هاي ثقلي را مي‌توان از طريق محاسبه بدست آورد. ذيلاً به انواع تنش‌هاي ثقلي و نحوه برآورد آنها اشاره مي‌كنيم.
فرض كنيم كه توده سنگي در عمق H و تحت محدوديت كامل داراي رفتار الاستيك باشد. در اين صورت وضعيت تنش چنين خواهد بود.
  تنش قائم اصلي
كه در آن v وزن مخصوص سنگهاي فوقاني مي‌باشد.
كه در آن  ضريب پواسون سنگ موردنظر مي‌باشد.
در اين حالت نسبت تنشهاي اصلي عبارتند از:
اگر محدوديت جانبي براي سنگ كامل نباشد مقدار H بيشتر از حد بالا خواهد بود. همينطور اگر سنگ ما كاملاً داراي رفتار پلاستيك باشد ميزان تنش هيدرواستاتيكي (M=1 و SH=Sv)
بايد توجه داشت براي سنگي با مشخصات مكانيكي معين يك عمق بحراني وجود دارد كه پس از آن سنگ داراي رفتار الاستيك بوده و تنش افقي ثقلي را مي‌توان از ملاك تسليم بدست آورد به نحوه‌ي كه:
كه در آن OF برابر تنش تسليم (yield stress) مي‌باشد.
همينطور تنش قائم Sv در سنگهاي غيرهمگن (Heteregenous) ممكن است بواسطه تأثير ساختهاي زمين‌شناسي در يك فاصله افقي محدود دچار نوسانات زياد گردد. در شكل زير همانطوري كه ملاحظه مي‌شود وضع تنش قائم در صفحات افقي موازي كه يكسري طبقات چين خورده را قطع مي‌كند يكسان تغيير نمي‌كند در طول خط  تنش قائم واقعي در زير ناوديس به 60% بيشتر از مقدار  و در نقطه درست زير تاقديس به صفر مي‌رسد.
تأثير چين‌خوردگي سنگهاي لايه‌اي غير هموژن روي تنشهاي قائم زمين(1)
تأثير چين‌خوردگي سنگهاي لايه‌اي غير هموژن روي تنشهاي قائم زمين(2)
در حالت دوم سنگ‌هاي چين‌خورده نظير يك چتر از انتقال مستقيم نيروهاي فوقاني به سنگ‌هاي تحتاني جلوگيري مي‌كند. حال اگر طبقاتي در طول تاريخ حيات خود دچار تغييراتي نظير فرسايش شده باشد مشخصات و وضعيت تنش‌هاي افقي باز هم با آنچه از رابطه ساده SH=MSv بدست مي‌آيند متفاوت خواهند بود. فرض كنيم جزئي از يك سنگ كه در عمق Ho قرار دارد و در آن M=Mo است بواسطه تخريب ضخامتي برابر  از طبقات رويي دچار كاهش بار گردد. (شكل 2ـ2) به واسطه حذف مقدار  از تنش قائم تنش افقي به اندازه  كاهش مي‌يابد. بنابراين بر اثر فرسايش ضخامت  از سنگ، تنش افقي در عمق  برابر خواهد بود.
بنابراين افزايش طبقات رويي باعث افزايش M شده و تنش افقي در اعماق كمتر از يك مقدار معين از تنش قائم بيشتر خواهد بود.
حال اگر چنانچه علاوه بر تنشهاي ثقلي انواه ديگر تنش نيز بر سنگ تأثير نمايد ممكن است نسبت تنشهاي افقي و قائم كاملاً متفاوت از آن است كه ذكر شد. برخي از دانشمندان معتقدند كه بواسطه خزش سنگها در طول اعصار زمين‌شناسي اختلاف تنش‌ها از بين رفته و شرايط هيدرواستاتيكي فراهم آمده است.
تأثير فرسايش روي تنشهاي موجود در اعماق زمين
اندازه‌گيري بر جايي تنش‌هاي قائم و افقي در نقاط مختلف دنيا و تجربه و تحليل آماري آنها نشان مي‌دهد كه روابط زير بين تنش قائم و افقي و عمق نقطه موردنظر برقرار است: (Herget. G , 1973)
در اين روابط H برحسب فوت و Sv و SH برحسب pst مي‌باشد.
2ـ4 تنش در اطراف فضاهاي زيرزميني
فرض كنيم نقطه A در عمق 700 متري زمين تحت تأثير تنش‌هاي ثقلي قرار داشته باشد. وزن مخصوص سنگها در طبقات فوقاني 55/2 و ضريب پواسون سنگ در نقطه A برابر 3/0 فرض مي‌شود. وضعيت تنش‌هاي ثقلي در نقطه A بدين ترتيب خواهد بود.
همانطوريكه ملاحظه مي‌شود تنش‌هاي افقي و قائم هر دو فشاري هستند و سنگها معمولاً در فشار داراي استحكام كافي مي‌باشد لذا اين سؤال پيش مي‌آيد كه در اين شرايط ريزش فضاهاي زيرزميني به چه دلايلي صورت مي‌گيرد. پاسخ اين سؤال اين است كه ايجاد يك فضاي زيرزميني سبب متمركز شدن و افزايش سطح تنش در نقاطي واقع در اطراف فضاهاي مزبور مي‌گردد، به نحويكه تنش موضعي در اين نقاط از حد مقاومت سنگها فراتر مي‌رود همچنين بسته به عواملي نظير شكل تونل وضعيت اوليه تنش ممكن است تنشهاي كششي در نقاطي توسعه پيدا كنند و چون مقاومتها سنگها به كشش به مراتب كمتر از مقاومت آنها به فشار است لذا منجر به ريزش مي‌گردد.
1ـ2ـ4 تعريف تمركز تنش
نسبت تمركز تنش طبق تعريف عيارتند از نسبت تنش در يك نقطه مشخص يك جسم به ميانگين يكي از تنش‌هاي مؤثر بر جسم در شكل 3ـ2 داريم:
  (ميانگين تنش مؤثر در نقطه P1)
  (ميانگين تنش مؤثر در نقطه P2)
 
حال اگر سطح A1 مثلاً برابر سطح A2 باشد خواهيم داشت
 تمركز تنشي
بدين ترتيب تنش متوسط مؤثر  در نقطه P2 تمركزي برابر با   ايجاد مي‌نمايد.
 
چگونگي تمركز تنش در اجسام باريك شده

اين موضوع در مورد فضاهاي زيرزميني نيز پيش مي‌آيد و بنابراين ضريب تمركز تنش در نقطه پس از ساختمان فضاي موردنظر عبارت است از: نسبت تنش در يك نقطه مربوطه پس از ايجاد ساختمان به تنش در همان نقطه قبل از ايجاد ساختمان مزبور در شكل بالا قسمت‌هاي هاشورخورده را مي‌توان قسمت‌هايي از دو تونل موازي فرض نمود كه در توده سنگ موردنظر حفر شده‌اند. نتايج بالا را نيز مي‌توان در مورد آنها تعميم داد. اگر علامت scf مثبت باشد تنش تمركز يافته با تنش اوليه هم علامت است ولي اگر scf منفي باشد تنش تمركز يافته داراي علامت خلاف تنش اوليه است.
2ـ2ـ4 توزيع تنش
اگر چنانچه مولفه‌هاي تنش (يا تنش‌هاي اصلي) در هر نقطه از جسمي مشخص باشد در اين صورت مي‌گوييم ميدان توزيع تنش مشخص است براي مثال در يك ميدان تنش ثقلي ساده، تنش در هر نقطه تابع مستقيمي از وزن طبقات فوقاني و به عبارت ديگر عمق نقطه (فاصله آن از سطح مي‌باشد) در بررسي وزن تنش‌ها در اطراف فضاهاي زيرزميني معمولاً تنش در هر نقطه را با تنش قائم اوليه Sv يا(  مقايسه نموده و ضريب تمركز تنش را تعيين مي‌نمايند يعني
 
بنابراين در حالت بكر و دست نخورده ضريب تمركز تنش براي كليه نقاط دروني زمين برابر با 1+ است ولي به محض ايجاد يك فضاي زيرزميني، اين وضعيت اوليه به هم مي‌خورد و نتيجتاً تنش در برخي نقاط نسبت به وضع اوليه خود افزايش يا كاهش يا تغيير علامت مي‌دهد. اين تغيير بستگي مستقيم به شكل هندسي فضاي حفر شده دارد تا مسافتي دور از فضاي مربوطه مشاهده مي‌گردد ولي پس از آن فاصله تنش‌ها به حالت اوليه خود باقي مي‌ماند به عنوان مثال اگر در يك ميدان تنش ثقلي ساده فضايي دايره‌اي حفر شود نقاطي كه بيش از 5 برابر شعاع دايره از مركز آن فاصله دارند دچار اغتشاش تنش نمي‌گردند و وضع اوليه خود را حفظ مي‌كنند.
3ـ2ـ4 تنش‌هاي مرزي يا جداره‌اي (Boundary stresses)
معمولاً بحراني‌ترين تمركز تنش در جداره تونل (يا فضايي ديگر) به وجود مي‌آيد. در هر نقطه از جداره تونل مولفه‌هاي مختلفي از تنش را مي‌توان در نظر گرفت. به عنوان مثال در شكل 4ـ2 تنش‌هاي شعاعي  ، مماسي   و برشي (Tro) را مي‌توان به هر جزء از جداره مؤثر دانست. در بين مولفه‌ها معمولاً تنش مماسي  داراي تأثير بيشتري در پايداري بوده و لذا در بررسي وضعيت تمركز تنش در جداره اين مولفه را در نظر قرار مي‌دهند.
تنشهاي مؤثر بر جزء سطح جداره تونل
4ـ2ـ4 ضريب ايمني (Safety factor)
طبق تعريف نسبت مقاومت سنگ (كه طبق يكي از ملاك‌هاي تسليم تعريف مي‌شود) به تنش اعمال شده را ضريب ايمني گويند.
تنش مؤثر / مقاومت سنگي = ضريب ايمني
همانطوري كه مي‌دانيد معمولاً اختلاف قابل توجهي بين اندازه مقاومت نمونه سنگ در آزمايشگاه و مقاومت واقعي توده بر جاي سنگ وجود دارد. با منظور نمودن ضريب ايمني در محاسبات مي‌توان اين اختلاف را موردنظر قرار داد.
اين امر در مورد ساير خواص سنگ نيز صادق است. و با احتساب يك ضريب ايمني مناسب مي‌توان مقادير بدست آمده براي مشخصه‌هاي ماده سنگ را در مورد توده سنگ بكار برد. با به كارگيري يك ضريب ايمني همچنين اثر خطاهاي احتمالي را كه به بواسطه فرضيات متعدد در طول محاسبه تنش يا تغيير شكل ممكن است پيش آيد خنثي مي‌نمائيم.
در عمل مقادير متفاوتي از ضريب ايمني براي كارهاي مختلف پيشنهاد مي‌گردد يكي از مقادير متداول كه در طراحي ساختارهاي زيرزميني توصيه مي‌شود. (abert and durall) به قرار زير است.
1ـ براي قسمت‌هاي تحت فشار (نظير پايه‌ها و ديواره‌هاي معدني) S.F=2-4
2ـ براي قسمت‌هاي تحت كشش (نظير سقف تونل در سنگهاي مطبق) SF=4-8
مقادير كمتر ضريب ايمني در طراحي ساختارهاي كم عمر و مقادير بيشتر در ساختارهاي طويل‌العمر به كار برده مي‌شود.
5ـ2ـ4 تنش حول فضاي زيرزميني با مقطع دايره‌اي
شكل 5ـ2 وضع تمركز تنش را در طول محورهاي تقارن يك فضاي دايره‌اي نشان مي‌دهد. كه تحت تأثير يك ميدان تنش يك محوري در امتداد قائم قرار دارد. تمركز تنش تابعي از ميزان اغتشاش تنش حاصل از صفر فضاي زيرزميني بوده و برحسب تعريف
ميانگين تنش مؤثر خارج از وزن اغتشاش / تنش در نقطه موردنظر = تمركز تنش
تنش مماسي  در مرز فضاي زيرزميني و در امتداد محور افقي ماكزيمم است و ضريب تمركز تنش در اينحالت برابر 3 است. همانطوريكه در شكل ملاحظه مي‌شود با دور شدن از فضاي زيرزميني بسرعت به حالت نرمال ميل مي‌كند. تنش مماسي روي محور قائم و در مرز فضا، برابر تنش متوسط مؤثر ولي با علامت مخالف مي‌باشد، يعني كه تنش فشاري وارده ايجاد تنش مماسي كششي و برابر همان تنش فشاري خواهد نمود.
به هم خوردگي در وضع تنشهاي شعاعي  كمتر مي‌باشد كليه اغتشاشات براي نواحي كه فاصله آنها از مركز دايره از دو برابر قطر دايره بيشتر است عملاً از بين مي‌رود (r=4a) كه در آن a شعاع دايره و r فاصله شعاعي از مركز فضاي مربوطه است.
فشار محصوركننده نيز بر وضعيت جديد تنش در اطراف فضاي زيرزميني مؤثر است. شكل 6ـ2 توزيع تنشهاي مماسي را روي مرز فضاي زيرزميني در سطوح مختلف فشارهاي محصوركننده نشان مي‌دهد.
شكل تمركز تنش در امتداد محور تقارن يك فضاي دايره تحت اثر ميدان تنش يك محوري
شكل تمركز تنش در جداره يك فضاي دايره‌اي شكل
بدليل تقارن تنها يك ربع از دايره در اين شكل نشان داده شده است. M عبارت است از نسبت تنشهاي افقي (محصوركننده) به تنشهاي مؤثر قائم بنابراين برحسب تعريف M=0 نشاندهنده تنش يك محوري و M=1 ميدان تنش هيدرواستاتيكي خواهد بود. همانطور كه مشاهده مي‌شود با افزايش فشار محصوركننده، تنش مماسي در امتداد محور افقي كاهش مي‌يابد ولي تنش مماسي كششي در محور قائم به ازاي M=1/3 يكي است و مقدار آن برابر  مي‌باشد.
6ـ2ـ4 فضاي زيرزميني با مقطع تخم‌مرغي
در شكل 7ـ4 توزيع تنشهاي مماسي  در اطراف فضاهاي زيرزميني با مقطع تخم‌مرغي و يا نسبت‌هاي مختلف عرض به ارتفاع نشان داده شده است. تنش مماسي كششي در مركز دهانه سقف و حوالي آن يعني روي محور قائم ايجاد مي‌گردد. تنش در محور افقي (يعني نيمه ديواره‌هاي كناري) فشاري مي‌گردد وقتيكه M=1/3 باشد حداكثر تنش فشاري در امتداد محور كوچكتر اعمال مي‌گردد وقتيكه M>1/3 باشد با افزيش فشارهاي محصوركننده تنش مماسي كششي در محور بزرگتر كاهش يافته و تبديل به تنش فشاري مي‌گردد. براي مقدار M=1 تنش فشاري در نيمه ارتفاع ديواره كناري به حداقل مي‌رسد.
با تغيير وضع هندسي (نسبت عرض به ارتفاع) فضاي زيرزميني، وضع توزيع تنش نيز تغيير مي‌كند. توزيع تنش براي بعد كوچكتر و عرض يا ارتفاع) نسبت به تغييرات فشار محصوركننده حساس‌تر است. (شكل 7ـ2)
تمركز تنش روي جداره فضاهاي زيرزميني تخم‌مرغي شكل
7ـ2ـ4 فضاهاي زيرزميني با مقطع مستطيل
در يك مقطع مستطيلي كامل تمركز تنش فوق‌العاده‌اي در گوشه‌هاي قائم الزاويه ايجاد مي‌شود كه نهايتاً باعث تغيير شكل آن گوشه‌ها به زواياي گرد مي‌گردد. شكل (8ـ4) تغييرات تنش مماسي را در اطراف مرز فضاي زيرزميني مستطيل شكل براي حالات مختلف نشان مي‌دهد. صرفنظر از اندازه شكل توزيع تنشها و تغييرات آن براي نسبت‌هاي مختلف، عرض به ارتفاع و فشارهاي محصوركننده شبيه به فضاهاي با مقطع تخم‌مرغي مي‌باشد و شكل 8ـ2) در صفحه بعد.
«مثال: تونل تخم‌مرغي شكل به نسبت عرض به ارتفاع 2 در يك لايه رسوبي در عمق 200 متري حفر گرديده ضريب ايمني تونل را با مشخصات زير بدست آورد.
=300Kg/cm3 مقاومت فشاري لايه رسوبي
=2.5gr/cm3 وزن مخصوص طبقات
4ـ1ـ3 روش‌هاي طراحي يك فضاي زيرزميني منفرد
هر فضاي زيرزميني اگر حداكثر تنش مؤثر بر اطراف آن كمتر از مقاومت سنگ (كه طبق يكي از ملاك‌هاي تسليم تعريف مي‌شود) باشد پايدار مي‌ماند. بنابراين روش براي طراحي يك فضاي زيرزميني منفرد (نظير يك تونل يا يك گالري واحد) اين است كه مشخص مي‌كنيم چه نوع فضايي و با چه شكل هندسي كمتر مقدار حداكثر تنش را بدست مي‌دهد. سپس آن را با مقاومت سنگ مقايسه نمائيم فضايي كه حداكثر تنش بحراني آن كمتر از مقاومت سنگ بوده و در ميان اشكال مختلف كمترين مقدار را دارد. مناسب‌ترين طرح خواهد بود.
بايد خاطر نشان ساخت كه فرم و شكل توزيع تنش با شكل هندسي فضاي زيرزميني (يعني نسبت عرض ارتفاع) تغيير مي‌كند ولي به اندازه مطلق آن تغيير نمي‌كند.
تمركز تنش در جداره تونلهاي با مقطع مستطيلي و گردگوشه
مثال: تونلي با مقطع مربع مستطيل به عرض 6 و ارتفاع 2 متر در يك محيط رسوبي در عمق 300 متري واقع است ضريب ايمني تونل را بدست آوريد لايه رسوبي و طبقات رويي آن داراي مشخصات زير هستند
مقاومت فشاري لايه‌ها         
مقاومت كششي لايه (مدول Rupture) لايه          
ضريب پواسون لايه         
وزن مخصوص طبقات فوقاني          
چنانچه تنش‌هاي تكتونيكي وجود نداشته باشد ميزان تنش، حاصل از اعمال وزن طبقات فوقاني است بنابراين
=6/2=3 ارتفاع/عرض = W/H
حداكثر تمركز تنش فشاري بحراني براي يك تونل مستطيل شكل با نسبت عرض به ارتفاع 3 از شكل 6ـ1ـ2 بدست مي‌آيد كه برابر 8/4 مي‌باشد براي حداكثر تمركز تنش كششي از شكل 8ـ1ـ2 برابر 4/0 بدست خواهد آمد، بنابراين
  حداكثر تنش فشاري بحراني
  حداكثر تنش كششي بحراني
ضريب ايمني (Sf) نسبت مقاومت فشاري سنگ به حداكثر تنش فشاري و نسبت مقاومت كششي سنگ به حداكثر تنش كششي مي‌باشد بنابراين
براي ميدان تنش فشاري          
بايد توجه داشت كه ضريب ايمني بدست آمده به ترتيب بالا حد پاييني و نتيجتاً طراحي، حافظه‌كارانه خواهد بود، زيرا در عمل ديواره‌هاي تونل تحت تمركز تنش فوق‌العاده اوليه بحد تسليم رسيده و حداكثر تنش بحراني را به اندازه‌اي كمتر به نقطه‌اي در ديواره‌ها منتقل مي‌نمايد.
شكل تمركز تنش فشاري بحراني براي مقاطع مختلف تحت اثر ميدان تنش يك محوري M=0
شكل تمركز تنش فشاري بحراني براي مقاطع گوناگون تحت اثر ميدان تنش دو محوري 
شكل تمركز تنش كششي بحراني براي مقاطع گوناگون

نظري براي اين محصول ثبت نشده است.


نوشتن نظر خودتان

براي نوشتن نظر وارد شويد.

محصولات
نظر سنجي
نظرتون در مورد ویکی پروژه چیه؟
  •   مراحل ثبت نام خیلی زیاده!
  •   مطلب درخواستیم رو نداشت!
  •   ایمیل نداشتم که ثبت نام کنم!
  •   مطلبی که میخواستم گرون بود!
نظرنتيجه