ارزيابي كيفيت اجرايي ماشين هاي حفاري

فهرست جداول
جدول 4-نتايج ازمايش شميايي در تونل [9].    13
جدول 5- پارامترهاي ژئوتکنيکي نمونه هاي سنگي در زون هاي مختلف[9].    13
جدول 6- نتايج عملکرد رودهدر در زون هاي مختلف [9].    14
جدول 7- طبقه بندي اطلاعات حاصل از حفاري در نقاط مختلف جهان توسط مدرسه عالي معدن[10].    14
جدول 8- رده بندي سنگ‌ها براي TBM [6].    23
جدول 9- جدول  مقاومت فشاري - نرخ نفوذ  [6]    28
جدول 10- اطلاعات توصيفي و تجهيزات لازم براي حفاري تونلها [12]    35
جدول 11- مشخصات ژئوتکنيکي و زمين شناسي تونلها [12]    36
جدول 12 - پارامتر هاي لازم براي روش QTBM [12]    46






مقدمه :
    با پيشرفت علم و پيشرفت در ساخت ماشين هاي حفاري، استفاده وسيع ماشين آلات حفاري به جاي عمليات آتشباري براي حفاريات زيرزميني کاربرد وسيعي پيدا کرده است. در حفاري مکانيزه از ابزار و ماشين آلات براي حفر فضاهاي زير زميني استفاده مي شود و هدف اصلي آن رسيدن به سرعت بالا در احداث و حفر اين فضاها مي باشد. عمليات حفاري يکي از پرهزينه ترين عمليات اجراي در حفريات زيرزميني مي باشد. از طرفي در انتخاب دستگاه حفاري محدوديت زيادي وجود دارد و يا به بيان ديگر در انتخاب دستگاه حفاري انعطاف پذيري وجود ندارد يعني در يک پروژه استفاده از چندين ماشين حفاري, به دليل بحث اقتصادي و هزينه بالايي ماشين آلات حفاري کمتر استفاد مي شود. بنابراين بايد قبل از انجام عمليات، نوع دستگاه و ماشين آلات حفاري مشخص شده باشد. در انتخاب نوع ماشين حفاري بررسي و کارايي آن، يکي از عوامل بسيار مهم مي باشد. در نتيجه بررسي عملکرد و کارايي هريک از ماشين الات حفاري يکي از عوامل بسيار حياتي در حفريات زير زميني مي باشد. در اين جا بحث در مورد عوامل تعيين کننده در انتخاب نوع دستگاه نمي باشد بلکه عملکرد دستگاه حفاري رودهدر و TBM به طور جداگانه مورد بررسي قرار گرفته شده است.

 
 عملکرد و کارايي عمليات حفاري:

     عوامل مؤثر بر عملكرد عمليات حفاري را به طور كلي مي‌توان به چهار گروه اصلي تقسيم‌بندي كرد(شکل 1). اين چهار گروه عبارتند از:

•    پارامترهاي ماده سنگ : مقاومت فشاري و كششي سنگ، درصد سختي و كاني‌‌هاي ساينده(كوارتز)، نوع بافت و ماتريس سنگ، وجود خواص مكانيكي جهت‌دار در تركيب معدني و رفتار الاستيك مواد سنگي، خواص انرژي سنگ مانند شاخص سفتي، ميزان آزاد شدن انرژي بحراني، .

•    پارامترهاي توده سنگ : از قبيل درجة درزه‌داري(RQD)، تعداد درزه‌ها، جهت يافتگي ناپيوستگي‌ها (هر چه زاوية برخورد اين ناپيوستگي‌ها با محور تونل به حالت عمود نزديكتر باشد، حفر تونل آسانتر است)، وضعيت درزه‌ها (درزه‌هاي بسته تأثيري بر روي نرخ‌هاي نفوذ نمي‌گذارد ولي درزه‌هاي باز خيلي مؤثر هستند، درزه‌هاي كششي در ديواره‌ها نيز كه بعضاً جوش خورده هستند تأثير مثبتي بر افزايش نرخ حفاري دارند)، آب زيرزميني، نواحي گسله، موقعيت جبهه‌كار پيچيده، طبقه‌بندي عمومي تودة سنگ و نيازهاي نگهداري، تنش‌هاي زمين.

•    خصوصيات ماشين : وزن، توان كاج يا كلگي، نيروهاي ماشين ، نوع ابزار برنده، تعداد، ترتيب قرارگيري ابزار برنده و ظرفيت سيستم پشتيباني.

•    پارامترهاي عملياتي : شكل، اندازه و طول بازكننده، شيب، قوس مسير، ترتيب حفاري، عمليات تعريض، شماره و تعداد سازندهاي سنگي در مسير تونل، روش نگهداري زمين، برنامة زمان‌بندي كاري به معني تعداد شيفت‌هاي كاري در روز و روزهاي هفته.

     تركيبي از اين پارامترها ظرفيت توليد يك ماشين خاص در يك سازند و شرايط سنگي را مشخص مي‌كند. در ميان اين پارامترها، چند پارامتر وجود دارد كه قابل كنترل نيستند آنها شامل وضعيت زمين و سنگ و برخي پارامترهاي عملياتي هستند. به عبارت ديگر در يك پروژة‌ تونلسازي تنها پارامتر‌هاي قابل كنترل، پارامترهاي مربوط به ماشين هستند

    
مدل‌هاي تئوري
   اساس اين مدل‌ها، نيروهاي وارد بر ابزار برنده و يا كار انجام شده براي حفر يك واحد حجمي سنگ (انرژي ويژه) است.
خصوصيات اين مدل‌ها را مي‌توان به صورت زير بيان كرد :
1.    اساس آنها تعادل نيرو يا انرژي است .
2.    در حالت شكست هر دو تنش كششي و برشي را در نظر مي‌گيرند .
3.    در اين مدل‌ها معمولاً مواد همگن فرض شده و تأثير شكستگي‌هايي را كه از قبل وجود داشته‌اند، ناديده فرض مي‌شود .
4.    حالت توزيع تنش را بصورت دو بعدي در نظر مي‌گيرد (مانند بارگذاري خطي يا نقطه‌اي) .

    اين مدل‌ها داراي نقاط ضعف نيز مي‌باشند؛ از جمله نقاط ضعف اين مدل‌ها مي‌توان به موارد زير اشاره كرد :
1.    درك ضعيف از حالت گسترش تنش در سنگ در اثر نيروها و مكانيك آغاز شكست
2.    در اين مدل‌ها شكستگي‌هايي كه از قبل در سنگ وجود داشته‌اند؛ ناديده گرفته مي‌شود
3.    حالت توزيع تنش سه بعدي يعني اندركنش ابزار برنده را در نظر نمي‌گيرند
4.    به طور كلي اين روش‌ها از دقت مناسبي برخوردار نيستند و گاهي اوقات انحرافاتي در استفاده از اين مدل‌ها پيش مي‌آيد.

اين مدل‌ها گاهي با استفاده از عمق نفوذ حفاري، نيروهاي عمودي و چرخشي را تخمين مي‌زنند و گاهي نيز از اين مدل‌ها براي پيش‌بيني ميزان عمق حفاري استفاده مي‌كنند. در نهايت مي‌توان گفت كه اين مدل‌ها بيشتر براي دستگاه‌هاي مكانيزة تمام مقطع توسعه يافته‌اند و در مورد رودهدرها كمتر از آنها استفاده مي‌شود.


  مدل‌هاي تجربي
استفاده از مدل‌هاي تجربي بيشتر به علت محدوديت‌ها و مشكلاتي كه به صورت ذاتي در روش‌ها و مدل‌هاي تئوريكي وجود دارد، گسترش يافتند. اين روش‌ها ادعا مي‌كنند كه مدل‌هاي تئوري برخي از پارامترهاي مؤثر بر عملكرد را در نظر نمي‌گيرند. از خصوصيات اين روش‌ها مي‌توان به موارد زير اشاره كرد :
1.    اين روش‌ها هميشه از چند پارامتر ثابت و بدون بعد استفاده مي‌كند
2.    اساس اين مدل‌ها بر پاية اطلاعات واقعي محلي است كه در يك پايگاه اطلاعاتي ثبت مي‌شود
3.    روابط بين سنگ و ماشين را به صورت ساده نشان مي‌دهد
از ضعف‌هاي اين مدل‌ها مي‌توان به موارد زير اشاره كرد :
1.    جمع‌آوري داده‌هاي باكيفيت براي اين مدل‌ها مشكل است
2.    در بيشتر موارد از روابط تجربي نمي‌توان در دو محل خاص استفاده كرد.
تا اينجا عوامل تاثير گذار در عملکرد و انواع مدل پيش بيني عملکرد مورد بررسي قرار گرفته شده است. از آنجايي که بررسي هريک از اين عوامل در رودهدر و ماشين تمام مقطع بسيار وسيع مي باشد ، سعي شده با بررسي عوامل موثر در عملکرد ماشين رودهدر و پيش بيني تجربي عملکرد ماشين تمام مقطع تمام موضوعات وابسته ارائه شود.