حفاری و بتن ریزی تونل ها

روش های حفر تونل موارد زیر می باشد:

1- حفر تونل به روش سنتی یا آتش باری - (BLASTING)

برای اینکه راندمان حفر تونل را بالا ببرند، در قسمت های میانی جبهه کار تعدادی چال نزدیک بهم و با زوایای مخصوص حفر می کنند و نقشه انفجار را طوری در نظر گرفته می شود که ابتدا این چال ها منفجر شده و یک جبهه کار آزاد برای سایر چاله ها فراهم سازد.

2- حفرتونل به روش موازی

برش های موازی اغلب برای تونل های کوچک مقطع به کار می رونداما می توان برای حفر تونل های بزگ مقطع نیزاستفاده کرد.دربرش موازی یک یاچندچال خالی به صورت افقی وبا قطرزیاد(۶۵تا۱۷۵میلی متر)موازی یکدیگروعمود برسینه کارحفرکرده ودراطراف آنهاوبه فاصله۱۰تا۲۰سانتی متری چالهایی باقطرکم ونزدیک به یکدیگرو باخرج گذاری مناسب به وجود می آورند.چال های قطور که خرج گذاری نمی شوند، نقش سطح آزادرابرای چال های کوچک دارندوچال های کوچک باتاخیرهای ۲۰تا۳۰میلی ثانیه آتش می شوند.

3- حفرتونل به روش غیرموازی (زاویه ای)

دربرش غیرموازی حفره ای که درابتدای انفجار و مرکزتونل بوجود می اید شکل مخروط دارد و نتیجه انفجارچال هایی است که افقی اند، باامتدادتونل موازی نیستندو برسینه کارتونل عمود نمی باشند. این برش رادرجایی بکارمی برندکه سطح مقطع تونل زیادباشد زیرا حفر چال درامتدادی غیرموازی با محورتونل مستلزم وجودفضای کافی برای استقرار دستگاه چال زنی می باشد.

4- حفر تونل به کمک ماشینهای تمام مقطع -(TBM)

با توجه به تنوع شرایط زمین شناسی و ترکیبات خاک و سنگ موجود در مسیر یک تونل بسته به شرایط انواع مختلفی از ماشین حفار تمام مقطع ساخته شده است. در سال ۱۹۸۰ I(SRM) تعریف انجمن بین المللی مکانیک سنگ :

در مورد سنگ سخت، مقاومت بیش از ۵۰ تا ۱۰۰ مگا پاسکال و در مورد سنگ های نرم کمتر از۵۰ مگا پاسکال

5- حفر تونل به کمک ماشینهای بازویی -ROAD HEADER

6- حفر تونل به کمک سپر -(SHIELD TUNNELING)

حفر تونل در زمین های سست و ریزشی، معمولا با استفاده از سپرهای فولادی انجام میگیرد.این سپرها غالبا مقطع دایره ای دارندو فضای تونل ممکن است طی شرایط هوای آزاد یا تحت تاثیر هوای فشرده باشد . وجود سپر سبب می شود که بتوان حفاری را درشرایط ایمن انجام داد و سیستم نگهداری اولیه را برپاساخت و نشست زمین را کنترل کرد .

7- حفر تونل به کمک کند وپوش -(CUT and COVER)

عمده بارهای وارد شده بر ساختار تونل، فشار آب های زیر زمینی و همچنین فشار توده سنگ های در برگیرنده است. از مشکلاتی که در عملیات حفاری تونل ها رخ می دهد موضوع ریزش دیواره هاست و برای رفع آن از روش های مختلفی استفاده می شود و یکی از رایج ترین آنها استفاده از مواد شاتکریت یا بتن پاششی است.

بتن پاششی (شاتکریت) به عنوان یک بتن یا ملاتی که از طریق شیلنگ های الاستیکی حمل می گردد متداول می باشد و با استفاده از هوای فشرده با سرعت بالا به سطح مورد نظر پاشیده میشود. در سال 1930 زمانیکه واژه شاتکریتاز طرف انجمن مهندسان راه آهن آمریکا مورد استفاده قرار گرفت و همچنان نیز استفاده می گردد. شاتکریت یا بتن پاششی در سرتاسر دنیا در دو نوع مخلوط تر و مخلوط خشک، تکنولوژی شناخته شده ای برای استقرار بتن می باشد. بیشترین کاربرد بتن پاششی (شاتکریت) در فضاهای زیرزمینی و برای پایدارسازی سنگ ها می باشد. بتن پاششی در حفاری های روباز نیز استفاده می شود.

در یک تعریف کلی، بتن پاششی یا شاتکریت به بتنی اطلاق می شود که از ترکیب سیمان، شن و ماسه، سنگ و مقدار مشخصی از ماده تنظیم کننده زودگیر تشکیل شده است و توسط تجهیز پاشش مورد استفاده قرار می گیرد. این تجهیز از بخش هایی مانند لوله انتقال دهنده و دستگاه پنوماتیکی با سرعت بالا تشکیل شده که عمل پاشیدن مخلوط بتن پاششی را بر روی سنگ یا سطح مورد نظر انجام می دهد. ماده افزودنی زودگیر کننده باید به درستی به طرح اختلاط بتن پاششی اضافه شود تا در چند دقیقه، گیرش بتن اتفاق افتاده و دستیابی به مقاومت اولیه آن را بهبود بخشد. کیفیت عملیات شاتکریت نیز بستگی به نوع سیمان دارد و سیمان معمولی پرتلند می تواند به خوبی با ماده زودگیر کننده بتن پاششی سازگار باشد به همین دلیل، استفاده از آن بیشتر ترجیح داده می شود.

انواع بتن پاششی به لحاظ روش اجرا

1- بتن پاششی خشک

در این روش سنگدانه ها با سیمان ترکیب شده (با حداکثر آب 5 درصد برای جلوگیری از گردوخاک) و به وسیله دستگاهی موسوم به پمپ شاتکریت توسط هوای فشرده به داخل لوله های لاستیکی پمپ شده و از طریق افشانه به سطح موردنظر پاشیده می شود.. دستگاه های اجرای این روش کوچک بوده و نیاز به کامیون های حمل و مخلوط بتن نمی باشد. یکی از معایب این روش استهلاک تجهیزات و تولید گرد و خاک می باشد.

2- بتن پاششی تر

در این روش نخست مصالح مربوط به بتن پاششی و آب به وسیله مخلوط کن بچینگ با یدگیر اختلاط پیدا کرده و توسط کامیون مخلوط کن به محل اجرای آن منتقل می شود و توسط پمپ های ویژه روش تر روی سطح حفاری شده پاشیده می شود. سهولت کنترل کیفیت مخلوط، کم بودن آلودگی محیط وشدت جریان بالا از مزایای این روش می باشد. در افشانه، هوای فشرده با شدت جریان 3 تا 20 مترمکعب بر دقیقه و با فشار 3 بار افزوده میشود. هوای فشرده باعث افزایش سرعت بتن شده و بتن را به خوبی به سطح می چسباند.

شتاب دهنده های بتن پاششی

از بین همه الزامات و شاخص های مطرح شده، شاخص تنظیم زمان گیرش در عملیات بتن پاششی یکی از اصلی ترین ملاک های انتخاب افزودنی شتاب دهنده می باشد و شتاب دهنده ها به طور فزایندهای در هر دو کاربرد بتن پاششی خشک و تر مورد استفاده قرار میگیرند. اما شتاب دهنده ها در فرایند خشک رایج تر هستند تا قدرت گیرش اولیه را افزایش دهند و گرد و غبار و ریزش مخلوط پاششی از سطح را کاهش دهند. اما در عملیات بتن پاششی تر تمرکز بیشتر بر گیرش اولیه می باشد.

از لحاظ شیمیایی، شتاب دهنده های بتن پاششی عموما به دو دسته اصلی تقسیم شوند: سیلیکات ها و نمک های آلومینیومی. سیلیکاتها اولین نسل مورد استفاده بودند که عملکرد پایین تری نسبت به محصولات مبتنی بر آلومینیوم داشتند. استفاده از این بنیان در عملیات بتن پاششی برای اجرای لایه ضخیم محدودیت ایجاد میکند. با این حال، به صرفه بودن آن به لحاظ اقتصادی دلیل اصلی بالا بودن مصرف این بنیان در برخی از نقاط جهان (مانند چین) میباشد.

افزودنی های شتاب دهنده ساخته شده با بنیان نمکهای آلومینیم به دو دسته تقسیم میشوند: مواد بازی و مواد بدون باز (قلیا). مواد بازی به طور عمومی از نمک های آلومینیوم تهیه میشوند. آنها برای دستیابی مقاومت سریع در سنین پایین بتن پاشی بسیار مؤثر هستند، لیکن مقاومت آنها در درازمدت بسیار پایینتر است. شتابدهندههای بتن پاششی بازی ضعف های مهمی از نظر بهداشت و ایمنی دارند زیرا ممکن است هنگام تماس با پوست باعث سوختگی شدید شوند. از جدیدترین موارد هم میتوان به نابینا نمودن عوامل اجرائی در صورت تماس با چشم اشاره نمود.

شتاب دهنده های بدون باز، محلولهای اسیدی از نمکهای آلومینیوم هستند. اقبال بازار مصرف به این دسته مواد بسیار بیشتر است زیرا بدون عوارض سلامت و ایمنی در مقایسه با گونه بازی می باشند. از نگاه کیفیت و ویژگی ها باید به این موضوع توجه داشت که مواد افزودنی بتن پاششی بدون باز، منجر به کاهش مقاومت دراز مدت نخواهند شد. از نظر شیمیایی هم باید آگاه باشیم که غلظت بسیار زیاد محلول های آلومینیوم سولفات هرگز باعث بروز رسوب در آنها نمیشود زیرا با استفاده از مواد معدنی مؤثر و یا اسیدهای آلی پایدار میشوند. مطالعات اولیه شتاب دهنده های بتن پاششی نشان میدهد که تشکیل کریستال های اترینگایت حاصل شده از واکنش فاز آلومینیوم شتاب داده شده با سیمان موجب انقباض سریع سامانه سیستم مخلوط میشود، لیکن این امر تأثیر چندانی بر هیدراسیون فاز آلیت ندارد. برای رسیدن به زمان گیرش دلخواه، ماده شتاب دهنده باید دارای غلظت آلومینیوم زیادی باشد. بنابراین در فرموله کردن و تولید صنعتی گونه های با غلظت زیاد که دارای نمک های آلومینیوم

هستند. به موضوع تشکیل رسوب در طول زمان توجه میشود. زیرا تشکل رسوب به روشنی از نظر عمر نگهداری ماده افزودنی ناخواسته است. برای تثبیت مخلوط های دارای غلظت آلومینیوم بالا، اسیدهای گوناگونی مورد استفاده قرار میگیرند. انتخاب درست این اسیدها میتواند به بهبود مقاومت کمک فراوانی نماید. اما انتخاب اشتباه هم به شدت در تخریب هیدراسیون آلیت اثر داشته و می تواند ثبات بتن پاششی را به مخاطره بیاندازد.

الزامات بتن پاششی

در سال 1990 میلادی، کمیته ASTM  تصمیم گرفت که این فناوری به اندازه کافی رشد کرده است که باید یک کمیته فرعی برای بتن پاششی با کد ASTM C09.46 سازماندهی شود. در آن زمان این کمیته به صورت مکمل کمیته موسسه بتن آمریکا با کد 506 برای عملیات بتن پاششی در نظر گرفته شد.

اجزای تشکیل دهنده بتن پاششی

مواد تشکیل دهنده بتن پاششی شباهت زیادی به مواد تشکیل دهنده بتن معمولی دارد. سیمان، سنگدانه های شکسته و گردگوشه، آب، افزودنی ها و الیاف از مهمترین اجزای تشکیل دهنده بتن های پاششی محسوب میشوند. انتخاب هریک از مواد نام برده باید چنان باشد که الزامات فنی و ایمنی و بهداشت را برآورده نماید. ضمن اینکه همه ی مشخصات فنی مربوط به بتن پاششی مانند مقاومت های مورد نیاز به همراه ضخامت اجرا، شکل و سطح تمام شده اجرا (چگونگی پرداخت) باید بر اساس الزامات و نیاز پروژه به طور دقیق مشخص شود.

افزودنی های مورد استفاده رده بتن های پاششی بسته به نوع دستگاه پاشش و تجهیزات موجود، به دو نوع شاتکریت مایع و پودری و هریک به 9 رده مختلف تقسیم می شود.

سیمان:

سیمان در بتن پاششی مانند سایر مخلوط های سیمانی، نقش جزء چسباننده را بازی می کند. بنابراین مقدار و نوع سیمان مصرفی بر روی ویژگی هایی چون زمان گیرش و مقاومت های مکانیکی تاثیر مستقیم دارد.

ض

آب:

آب آشامیدنی بهترین انتخاب به منظور ساخت بتن پاششی می باشد. در صورتی که از آب آشامیدنی در ساخت بتن پاششی استفاده شود، نیاز به انجام آزمون خاصی نمی باشد.

سنگدانه:

سنگدانه های ریز و درشت حدود 75 درصد از حجم بتن پاششی را تشکیل می دهند. از این رو در بتن پاششی همانند بتن معمولی کیفیت مصالح سنگی از اهمیت بالایی برخوردار است. از مراجع دسته بندی سنگدانه ها، به استاندارد ملی ایران ، ACI 506  و ASTM C1436 می توان اشاره کرد.

به طور کلی موارد زیر را می توان به عنوان نقش سنگدانه ها در بتن پاششی برشمرد:

• تاثیر چشمگیر بر یکنواختی بتن پاششی
• یکی از شاخص های اولیه در تعیین آب موردنیاز
• نقش پرکنندگی اقتصادی
• تاثیر مستقیم بر مقاومت مکانیکی
• تاثیر به سزا در کارایی مخلوط تازه
• تاثیر به سزا در دوام سازه
• تاثیر مستقیم بر کیفیت اجرا و درصد برگشت مصالح

الیاف:

الیاف مطابق با انچه در ASTM C1116 تعریف شده است به منظور تامین خواص موردنظر به بتن پاششی اضافه می گردد. از مزایای آن می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• افزایش استحکام بتن
• یهیود چسبندگی به مقاطع صخره ای و سنگی
• بهود پیوستگی و یکپارچگی بتن پاشیده شده
• کنترل ترک خوردگی ناشی از انقباض پلاستیک
• کنترل ترک خوردگی گرمایی
• بهبود استحکام در برابر سایش و ضربه
• بهبود مقاومت در برابر آتش
• بهبود شکل پذیری

از جمله انواع آنها می توان به الیاف فولادی، سنتزی، شیشه، طبیعی، میکرو و ماکرواشاره کرد.

افزودنی های فیزیکی:

• دوده سیلیسی:

یکی از بهترین و موثرترین نمونه های افزونه ها دوده سیلیسی (میکروسیلیس) است که به عنوان یک فیلر معدنی (یا یک ماده پوزولانی فعال) شناخته می شود. عملکرد مثبت این ماده بیشتر بر روی ویژگی های رئولوژِی، چگالی، مقاومت های فشاری و دوام نمایان است.

• سرباره :

از دیگر مواد پوزولانی، استفاده از افزونه هایی مانند سرباره بر اساس سوابق مصرف این ماده و احتمال افزایش برگشت مصالح توصیه نمی گردد.

• رنگدانه ها:

رنگدانه های معدنی در بتن پاششی برای کاربردهای معماری و نما استفاده می گردند.

افزودنی های شیمیایی:

افزودنی های شیمیایی مورداستفاده در بتن پاششی توسط دو استاندارد اروپایی EN 934-5 و آمریکایی ASTM C1141 طبقه بندی و تعریف شده اند. استاندارد ملی ایران به شماره ISIRI 2930-5 برگرفته از استاندارد اروپایی بوده و تمرکز بیشتری روی افزودنی های ویژه بتن پاششی دارد.

در میان تمامی موارد افزودنی بتن پاششی توسعه یافته در شرکت صنایع شیمی ساختمان آبادگران، افزودنی‌های زودگیر بتن پاششی دسته ای از مواد افزودنی هستند که پس از اضافه شدن به بتن پاششی منجر به بهبود مقاومت فشاری، چسبندگی، پیوستگی، مقاومت در برابر یخ‌زدگی بتن، سایش و کاهش پس‌زدن بتن پاشیده شده می‌شوند. این مواد در فرایند پاشش خشک منجر به کاهش میزان گرد و غبار و همچنین کاهش پس‌زده شدن مواد و افزایش مقاومت زودرس شده و در فرآیند پاشش تر نیز سبب گیرش سریع و مقاومت زودرس می‌گردند. شرکت صنایع شیمی ساختمان آبادگران به عنوان یک واحد دانش‌بنیان شناخته شده در ابعاد ملی و بین‌المللی با تکیه بر تمامی سرمایه‌های علمی و تجربی خود در زمینه نوع‌آوری، تولید و توسعه این فناوری در آغاز سیر توسعه با مطالعه برروی افزودنی‌های زودگیر بتن پاششی موفق به ارائه و تکوین این افزودنی‌ها در بنیان قلیای محدود وکنترل شده با نام‌های ABAQUICK-L وABAQUICK-P گردید. شیمی این مواد به نحوی طراحی شده تا از لحاظ عملکردی تمامی استاندارد‌ها، الزامات و مشخصات در نظر گرفته شده در آیین‌نامه‌های ملی و بین‌المللی در زمینه بتن پاششی را رعایت نموده و همزمان بتواند از لحاظ اقتصادی، مقرون‌به‌صرفه بوده و نیاز بازار داخلی و سفارشات مشتریان (CUSTOMIZED PRODUCTS) را برآورده سازد. مواد افزودنی زودگیر شاتکریت برپایه غیرقلیاها و نمک‌های معدنی (مدرن) در دو حالت مایع و پودری با نام‌های به ترتیب ABAQUICK-AFL وABAQUICK-AFP طراحی گردیده‌اند. به طور کلی انتخاب هر کدام از محصولات افزودنی پودری یا مایع، با توجه به شرایط کار، تجهیزات، فرآیند اجرا و تکنولوژی اجرا انجام می‌پذیرد. در طراحی محتویات شیمیایی این محصولات توجه به آیین‌نامه ملی ISIRI 2930-5 مورد توجه و اصل و اساس کار قرار گرفته است.