پایان نامه حفاری

فصل اول
مطالعات مقدماتی و اصول عمومی طراحی فضاهای زیرزمینی
مقدمه
هدفهای اصلی اکتشافات زمین‌شناسی
مـراحـل اکتشـافی زمین‌شناسی از دیدگاه حفر و احداث حفریات زیرزمینی
نتیجه‌گیری
بررسی نیروهای وارده بر فضاهای زیرزمینی
1ـ تنش در پوسته زمین
2ـ4 تنش در اطراف فضاهای زیرزمینی
1ـ2ـ4 تعریف تمرکز تنش
2ـ2ـ4 توزیع تنش
3ـ2ـ4 تنش‌های مرزی یا جداره‌ای (Boundary stresses)
4ـ2ـ4 ضریب ایمنی (Safety factor)
5ـ2ـ4 تنش حول فضای زیرزمینی با مقطع دایره‌ای
6ـ2ـ4 فضای زیرزمینی با مقطع تخم‌مرغی
7ـ2ـ4 فضاهای زیرزمینی با مقطع مستطیل
4ـ1ـ3 روش‌های طراحی یک فضای زیرزمینی منفرد

فصل دوم
طـراحی چنـدفضـای زیـرزمینی مجـاور هم
2ـ3 طراحی فضاهای زیرزمینی
1ـ2ـ3 فضاهای با مقطع دایره‌ای
11ـ4ـ4 تنش حول فضاهای زیرزمینی تخم‌مرغی شکل
12ـ2ـ4 روش طراحی فضاهای زیرزمینی متعدد

فصل سوم
روش طراحی سازه‌های زیرزمینی
مقدمه
طبقه‌بنـدی روش‌هـای گـونـاگـون در تعیین شاخص‌های طراحی سازه‌های زیرزمینی
1ـ3 طبقه‌بندی انواع سازه‌های زیرزمینی (توسط LUNDE , LIEN , BARTON)
2ـ3 طبقه‌بندی ناپایداری سنگهای فضای حفر شده
تازه‌های تحقیقاتی در شیوه‌های اجرائی

فصل چهارم
مقدمه
1ـ4 طبقه‌بندی سنگها براساس مقدار مقاومت فشاری تک محوره
2ـ4 طبقه‌بندی برحسب تعداد درزه‌ها “joint sets”
3ـ4 طبقه‌بندی برحسب جهت امتداد درزه‌ها نسبت به محور تونل
4ـ4 طبقه‌بندی برحسب فاصله درزه‌ها (S)
5ـ4 طبقه‌بندی عوامل هیدرواوژیکی
6ـ4 طبقه‌بندی برحسب عمق اجرای کار از سطح زمین
7ـ4 طبقه‌بندی برحسب ابعاد فضای حفاری “D”
8ـ4 طبقه‌بندی روشهار اجرائی
تفاوتها و ویژگیهای تونلهای معدنی و راه
فشارهای دینامیکی
نگاهداری
اندازه سطح مقطع
عمق تونل
تعداد تونل‌ها
عمر تونل
تعمیرات تونل
راندمان حفاری
ویژگی‌های کف تونل
تئوری و عمل

فصل پنجم
حـفـاری تـونـلهـای مـعـدنـی و راه
مقدمه
برش دقیق با ماده منفجره
کنترل لرزشهای مخرب(2)
1ـ معیارهای خسارت
2ـ اندازه‌گیری سرعت لرزش
3ـ تأثیر آتشباری و پارامترهای لرزش بر ساختمان
4ـ پیش‌بینی اثرات یک آتشباری
2ـ حفاری مکانیکی تونلها در سنگ
1ـ انواع ماشینهای حفاری تونل
1ـ ماشینهای حفاری تونل تمام مقطع
1ـ اجزای اصلی ماشین و مکانیزم عمل
ابزار برنده
بدنه ماشین
سیستم پشتیبانی
اکتشافات زمین‌شناسی
داده‌های زمین‌شناسی موردنیاز
اقتصاد طرح
طول
قطر
3ـ شیب
4ـ نوع زمین یا سنگ
5ـ تجهیزات و نیروی انسانی
6ـ دسترسی به تونل و نصب تجهیزات

فصل ششم
روشهای نـگهـداری تـونلهای معـدنی و راه
مقدمه
برش دقیق با ماده منفجره
کنترل لرزشهای مخرب(2)
1ـ معیارهای خسارت
2ـ اندازه‌گیری سرعت لرزش
3ـ تأثیر آتشباری و پارامترهای لرزش بر ساختمان
4ـ پیش‌بینی اثرات یک آتشباری
2ـ حفاری مکانیکی تونلها در سنگ
1ـ انواع ماشینهای حفاری تونل
1ـ ماشینهای حفاری تونل تمام مقطع
1ـ اجزای اصلی ماشین و مکانیزم عمل
ابزار برنده
بدنه ماشین
سیستم پشتیبانی
اکتشافات زمین‌شناسی
داده‌های زمین‌شناسی موردنیاز
اقتصاد طرح
طول
قطر
3ـ شیب
4ـ نوع زمین یا سنگ
5ـ تجهیزات و نیروی انسانی
6ـ دسترسی به تونل و نصب تجهیزات

بخش هایی از پایان نامه حفاری

فصل اول
مطالعات مقدماتي و اصول عمومي طراحي فضاهاي زيرزميني
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.

دریافت کد تاریخ شمسی

آیا در رابطه با پایان نامه حفاری سوالی دارید؟