حفاری تونل به روش اتریش

حفاری تونل به روش اتریشی یا روش جدید تونل زنی اتریشی (NATM) بین سال‌های 1957 و 1965 در اتریش توسعه یافت. این روش تونل زنی در سالزبورگ در سال 1962 برای اولین بار مورداستفاده قرار گرفت. مشارکت‌کنندگان اصلی در توسعه NATM، Ladislaus von Rabcewicz، Leopold Müller و Franz Pacher بودند.

ایده اصلی استفاده از تنش زمین‌شناسی توده سنگی اطراف برای تثبیت خود تونل بود. هم‌اکنون از روش حفاری تونل به روش اتریشی در بیشتر کشورهای دنیا استفاده می‌شود. در این مقاله از آرمیکو می‌خواهیم در رابطه با این روش تونل زنی باهم به گفتگو بپردازیم.

مطلب پیشنهادی: کمپرسور چیست؟

اصول حفاری تونل به روش اتریشی

حفاری تونل به روش اتریشی اصول رفتار توده سنگ تحت بار و نظارت بر عملکرد ساخت‌وساز زیرزمینی در طول ساخت‌وساز را ادغام می‌کند. این روش حاوی مجموعه‌ای از تکنیک‌های حفاری و پشتیبانی خاص نیست و اغلب به عنوان یک رویکرد «طراحی در حین حرکت» برای تونل‌زنی نامیده می‌شود که یک پشتیبانی بهینه بر اساس شرایط زمین مشاهده‌شده ارائه می‌کند، اما به‌طور صحیح‌تر این یک «طراحی در حین نظارت» است. در این روش تونل زنی رویکرد مبتنی بر همگرایی و واگرایی مشاهده‌شده در پوشش و همچنین شرایط سنگ غالب است.

مطلب پیشنهادی: قیمت حفاری

هفت ویژگی مهم حفاری تونل به روش اتریشی:

1. استحکام توده سنگ – این روش متکی بر استحکام ذاتی توده سنگ اطراف است که به عنوان جزء اصلی پشتیبانی تونل از آن یاد می‌شود. تکیه‌گاه اولیه به‌گونه‌ای است که سنگ را قادر می‌سازد تا خود را نگه دارد و استحکام خود را حفظ کند.
2. حفاظت شاتکریت (پاشیدن بتن و مصالح روی سطح تونل) – شل شدن و تغییر شکل بیش‌ازحد سنگ باید به حداقل برسد. این امر با استفاده از یک لایه نازک شاتکریت بلافاصله پس از پیشرفت صورت حاصل می‌شود.
3. اندازه‌گیری‌ها – هر تغییر شکل حفاری باید اندازه‌گیری شود. حفاری تونل به روش اتریشی نیاز به نصب ابزار اندازه‌گیری پیچیده دارد.
4. پشتیبانی انعطاف‌پذیر – آستر اولیه در تونل زنی اتریشی نازک است و شرایط اخیر لایه را منعکس می‌کند. از تکیه‌گاه فعال به جای غیرفعال استفاده می‌شود و تونل نه با پوشش بتنی ضخیم‌تر بلکه با ترکیبی انعطاف‌پذیر از پیچ‌های سنگی، مش سیم و دنده‌های فولادی تقویت می‌شود.
5. بسته شدن معکوس – بستن معکوس و ایجاد یک حلقه باربر بسیار مهم است. در تونل‌های زمین نرم که هیچ بخشی از تونل نباید حتی به‌طور موقت باز بماند بسیار مهم است.
6. ترتیبات قراردادی – ازآنجایی‌که تونل زنی به روش اتریشی بر اساس اندازه‌گیری‌های نظارتی است، تغییرات در پشتیبانی و روش ساخت امکان‌پذیر است.
7. طبقه‌بندی توده سنگ برای تعیین معیارهای پشتیبانی – چندین نوع مختلف سنگ اصلی برای تونل‌ها و سیستم‌های پشتیبانی مربوطه برای هر کدام وجود دارد. نوع سنگ‌ها به عنوان دستورالعمل برای تقویت تونل عمل می‌کنند.

بر اساس محاسبه مقطع بهینه، فقط یک محافظ شاتکریت (پاشیدن بتن و مصالح روی سطح) نازک لازم است. بلافاصله در پشت دستگاه حفاری تونل اعمال می‌شود تا یک حلقه باربر طبیعی ایجاد کند و بنابراین تغییر شکل سنگ را به حداقل برساند. علاوه بر این، ابزارهای ژئوتکنیکی برای اندازه‌گیری تغییر شکل بعدی حفاری نصب می‌شوند؛ بنابراین نظارت بر توزیع تنش در سنگ با این روش امکان‌پذیر است.

این نظارت، حفاری تونل به روش اتریشی را بسیار انعطاف‌پذیر می‌کند، حتی در صورت تغییرات بسیار زیاد سنگ در طول کار تونل‌زنی بازهم امکان ادامه کار بدون افت کیفیت وجود دارد. به‌عنوان‌مثال: تغیر سنگ به علت برداشتن شکاف یک تغییر معمول است. چنین مشکلاتی با شاتکریت ضخیم‌تر حل نمی‌شوند، اما تقویت توسط بتن سیمی انجام می‌شود که می‌تواند با دنده‌های فولادی یا پیچ و مهره‌های فولادی ترکیب شود.

خواص سنگ اندازه‌گیری شده منجر به ابزار مناسب برای تقویت تونل می‌شود؛ بنابراین در دهه گذشته تونل زنی اتریشی برای حفاری‌های زمین نرم و تونل‌های رسوبات متخلخل نیز به کار گرفته شد. تکنیک حفاری تونل به روش اتریشی انعطاف‌پذیر فوری در جزئیات ساخت‌وساز را امکان‌پذیر می‌کند، اما روش تونل زنی نیاز به یک سیستم قراردادی انعطاف‌پذیر نیز دارد.

ویژگی‌های کلیدی حفاری تونل با روش اتریشی

به گفته کارشناسان برجسته تونل زنی مطرح در دنیا ویژگی‌های کلیدی تونل زنی به روش اتریشی شامل موارد زیر است:

• استحکام زمین در اطراف یک تونل عمداً تا حداکثر ممکن باید فراهم شود.
• تحرک استحکام زمین با اجازه دادن به تغییر شکل کنترل شده زمین به دست می‌آید.
• تکیه‌گاه اولیه متناسب با ویژگی‌های بار و تغییر شکل متناسب با شرایط زمین نصب می‌شود و نصب با توجه به تغییر شکل‌های زمین زمان‌بندی می‌شود.
• ابزار دقیق برای نظارت بر تغییر شکل‌ها در سیستم پشتیبانی اولیه و همچنین برای ایجاد مبنایی برای تغییر طراحی اولیه پشتیبانی و ترتیب حفاری نصب می‌شود.

هنگامی‌که این روش به عنوان یک روش ساخت در نظر گرفته می‌شود، ویژگی‌های کلیدی عبارت‌اند از:

• تونل به‌صورت متوالی حفاری و پشتیبانی می‌شود و توالی حفاری می‌تواند متفاوت باشد.
• تکیه‌گاه اولیه زمین توسط شاتکریت در ترکیب با الیاف یا آرماتورهای پارچه‌ای با سیم جوش، قوس‌های فولادی و گاهی آرماتورهای زمینی ایجاد می‌شود.
• تکیه‌گاه دائمی معمولاً یک پوشش بتنی در محل است.

مزایای تونل زنی به روش اتریشی

این روش تونل زنی دارای مزایای بسیار زیادی است که ازجمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• انعطاف‌پذیر – این روش تونل زنی پشتیبانی را مطابق با شرایط زمین فراهم می‌کند.
• ایمن – قادر به مقابله با شرایط غیرمنتظره زمین محلی و به حداقل رساندن ریسک‌ها می‌شود.
• مقرون به صرفه – این روش در بلند مدت نسبت به روش‌های TBM مقرون به صرفه تر است.
• بدترین حالت بار – این روش متناسب با بدترین و سنگین‌ترین حالت بار روی تونل ساخته‌شده است و ریسک و خطرات را تا حدود بسیار زیادی کاهش می‌دهد.
• انطباق پذیر – بهینه‌سازی تجهیزات و خدمه، امکان انجام هم‌زمان عملیات چندگانه.

معایب تونل زنی به روش اتریشی

در کنار تمام مزایایی که این رو تونل زنی ارائه می‌دهد، معایبی نیز دارد که مهم‌ترین معایب حفاری تونل به روش اتریشی عبارت‌اند از:

• به سطح بالایی از هماهنگی، همکاری و ارتباطات نیاز دارد که امکان دارد این شرایط برای هر پروژه‌ای فراهم نباشد.
• نرخ تولید پایین‌تر
• تا حد امکان باید از وقفه در کارهای حفاری و پشتیبانی اجتناب شود.
• معمولی – 1 تا 3 متر در روز حفاری قابل انجام است و هزینه‌های واقعی به شرایط زمین و قطر تونل بستگی دارد.