موضوع پروژه : ماشین آلات مکانیزه ی حفاری تونل

2. موضوع پروژه :ماشین آلات مکانیزه ی حفاری تونل تهیه کننده: صادق جهان تیغ

3. مربوط به درس:ماشین آلات ساختمانی جهت ارائه به : استاد مهندس احمدیان

4. انواع ماشین های بررسی شده: رود هدر سبک 1GPKS رود هدر فوق سبک 1PK3R رود هدر فوق سنگین KP-200T رود هدر سنگین KP-200

5. وTunelBoring Machine

6. Tunnel Boring Machine T.B.M ماشین آلات حفاری تونل

7. تکنیک حفر تونل تونلها و فضاهای زیزمینی برای مقاصد متنوعی ایجاد می‌شود که از آن میان می‌توان موارد زیر را نام برد:تونلهای حمل و نقل و دسترسی ، تونلهای آب بر ، فضاهای زیرزمینی بزرگ (ایستگاههای مترو ، نیروگاهها ، انبارهای زیرزمینی و کارگاههای استخراج مواد معدنی).طراحی هر یک از فضاهای فوق مستلزم دسترسی به داده‌های مناسب و به کارگیری تمهیدات ویژه است. در هر مورد طراح باید ضمن آگاهی دقیق از شرایط زمین ، ابتدا در جهت بهبود کیفیت مصالحی که قرار است تونل در آن حفر شود، اقدام نماید. در بسیاری از زمینها تونلهای حفر شده نمی‌توانند خودنگهدار باشند و برای پابرجا نگهداشتن آنها باید از حایلهایی استفاده کرد.به نظر می‌رسد که مهمترین عامل در طراحی تونل ، یا هر فضای زیرزمینی دیگر ، تامین پایداری آن است. قرارگیری این گونه سازه‌ها در میان مصالح طبیعی ، یعنی سنگ و خاک ، باعث شده است که شرایط زمین شناسی نقش اصلی را در پایداری ایفا نمایند.

8. دستگاه حفار دستگاه حفار يا TBM بر گرفته از نام كامل Tunnel Boring Machine مدل ME 170 SE در حال حاضر يكي از مدرنترين و پيشرفته ترين نوع حفار در جهان است كه در سال 1996 در كارخانه LOVAT ساخته شده است.

10. قطر آن 4,30 متر و طول دستگاه اصلي 7,5 متر و با احتساب قسمت پشتيباني و تداركات طول آن برابر 80 متر است. اين دستگاه از نوع EPB كامل است كه براحتي قادر به كار در زير عمق آب است.

11. طول قسمت سر مته و پوسته فوروارد ، 2,60 متر است و 8 دريچه كنترلي دارد كه با باز كردن آنها مواد حفاري شده از سينه تونل از اين دريچه ها به نوار نقاله هدايت مي شود. سر مته ، بوسيله سه موتور برقي اصلي كه قدرت هر كدام حدود 300 كيلو وات است و 16 پيستون يا جك به قدرت هر كدام 125 تن جمعا" 2,000 تن به حركت در مي آيد.

12. اين دستگاه در ضمن حركت دوراني بوسيله جك ها با فشار زياد به جلو رانده مي شود. نتيجه اين دو حركت ، كندن خاك از سينه تونل است كه از طريق دريچه ها به نوار نقاله هدايت مي شوند. پوسته ايستگاهي كه بعد از سر مته برش قرار دارد محل استقرار اپراتور ماشين حفار مي باشد. دستگاه تئودوليت ، كامپيوتر و تمام شاسيها و كليدهاي ماشين حفار در اين قسمت تعبيه شده است. آخرين قسمت اصلي ، شيلد انتهائي نام دارد. دستگاه نصب كننده قطعات پيش ساخته بتني و پوشش داخلي تونل در اين قسمت قرار دارد. مجموع طول اين سه قسمت ، 7,5 متر و وزن ماشين حدود 230 تن مي باشد خاكها و مواد حفاري شده از سينه تونل از طريق دريچه هاي كنترلي كه در كنار سر مته هاي حفاري تعبيه شده اند به نوار نقاله اوليه كه طول آن حدود 9 متر است هدايت مي شود و بعد بوسيله نوار نقاله انتهائي كه طول آن حدود 30 متر است به واگنهاي حمل خاك ريخته مي شود. اين واگنها خاكها را به خارج تونل برده و آنها را در محل مخصوصي تخليه مي كنند. خاكهاي دپو شده بعدا" بوسيله كاميون به خارج كارگاه حمل مي شوند.

14. پس از حفر1,20 متر طول كه حجم خاك آن حدود 15 متر مكعب و زمان اجراي آن حدود 20 دقيقه است ، عمليات حفاري متوقف شده و قطعات پيش ساخته بتني كه در كارگاه ديگري توليد و با تريلي به محل حفاري حمل شده ، توسط واگنهاي مخصوص حمل  SegmentCar به داخل تونل و جلوي دستگاه برده مي شوند. سپس اين قطعات پيش ساخته به ترتيب توسط دستگاه حمل كننده يا  Erector،كه قادر است 360 درجه حول محور خود بچرخد در جاي خود قرار گرفته و بلافاصله بوسيله پيچ و مهره هاي قوسي شكل به قطعات نصب شده قبلي متصل و تثبيت مي گردند.

16. هر رينگ بتني از 5 قطعه پيش ساخته بتني نوع A,B,C و يك قطعه كوچك بتني نوع Kيا Key تشكيل شده است. قطعات اصلي در محور 675 درجه و قطعه كليد شامل 225 درجه است و به همين جهت ، با تغيير موقعيت نصب قطعه كليد ، مي توان جدار تونل را در مسير مستقيم يا قوسي پوشش نمود.

17. ضخامت قطعات بتني 25 سانتي متر و عرض آنها 1,20 متر است. با توجه به اينكه حفاري 4,30 متر ، قطر داخلي تونل 3,70 متر و قطر خارجي 4,20 متر است بنابراين بين قطر حفاري و قطر خارجي تونل ، پس از نصب قطعات به فاصله 5 سانتي متر فضاي خالي باقي مي ماند. اين فضا بوسيله دوغاب سيماني با فشار پمپ از دستگاه تانكر مخصوص و از طريق سوراخهاي مخصوصي كه در وسط قطعات پيش ساخته تعبيه شده ، به پشت قطعات تزريق و پر مي گردد. دوغاب سيمان ياد شده در خارج تونل تهيه و سپس بوسيله پمپ به تانكر مخصوص تخليه مي گردد. دور هر قطعه پيش ساخته بتني ، يك نوار لاستيكي آب بند يا Gasket قرار داده مي شود بطوريكه با نصب قطعات در كنار يكديگر هيچگونه درز يا فاصله اي در محل اتصال آنها پيدا نمي شود و آب نمي تواند به خارج از تونل نفوذ نمايد. پس از عمليات نصب ، حفاري تونل مجددا" شروع و عمليات ساخت تونل دنبال مي گردد. ماشين حفار بطور معمولي در دو شيفت كار مي كند ، و بطور متوسط روزانه 20 رينگ يا 24 متر طول تونل حفاري و قطعات پيش ساخته آن نصب مي شود. در حالت معمولي ، ماشين در هر 55 دقيقه ، 1,20 متر حفاري و قطعات پيش ساخته بتني را نصب مي كند. حفاري مهمترین بخش شبکه جمع آوری و هدایت آبهای سطحی یعنی تونل خيام و تونل بهمنيار بوسيله اين دستگاه انجام گردید که راهبري و اجرای تونل بهمنیار تماماً بدست توانمند متخصصان ايراني انجام پذیرفت.

18. این ماشین هاتمام مقطعهای دایره ای را یک جا حفر می کنند و معمولا آنها را به نام ماشین های تونل حفر کن می نامند و با علامت اختصاریT.B.M که حروف اول نام انگلیسی دستگاه است از آنها نام می برند .تکامل و گسترش این دستگاه ها سبب شده است که آهنگ پیشروی تونل ها در حد قابل توجهی افزایش یابد.امروزه در سنگ های نسبتا سخت نیز برای حفر تونل از این ماشین ها استفاده می کنند. بعد از سال ها تلا ش و ساخت انواعی از این نوع ماشین ها کوشش های بعدی به منظور ساخت ماشین های تمام مقطعی بود که شرایط سخت زمبن شناختی قادر به حفر تونل باشد که آهنگ پیشرفت و تکامل در این زمینه در مقایسه با پیشرفت های اولیه این ماشین ها محدود تر است.در واقع شروع این تحقیقات کوشش های رابینز در سال 1957 میلادی برای ساخت ماشین هایی بود که بتواند در سنگ های خیلی سخت نیز با راندمان معقول تونل حفر کند. در آن زمان به تدریج این دستگاه ها سنگینتر و محکم تر شد ند و توان آنها نیز افزایش یافت اما پیشرفت آنها در زمینه حفر سنگ های محکم کند است.به عنوان مثال عملکرد نوعی از این دستگاه ها که مجهز به هر دو سیستم برش ناخنی و دسکی بود برای حفر در سنگهای آهکی سیلیتی که در بین آنها لایه هایی با مقاومت 140 Mpa وجود داشت راضی کننده نبود. سر انجام ناخن ها به طور کلی حذف شد و حفر تونل تنها با استفاده از دیسک های حفار ادامه یافت.

19. تقسیم بندی ماشین های T.B.M ) Tunnel Boring Machine(: • 1. Open T.B.M • 2. Single Shield T.B.M • 3. Double Shield T.B.M • قسمت های اصلی این نوع ماشین ها به شرح زیر است: • بد نه • 2.صفحه حفار • 3.ابزار برش • 4.چنگ زنها • 5.جک های رانش صفحه حفار

22. نحوه تخلیه مواد حفر شده توسط ماشین : مواد حفر شده به وسیله سیستم ویزه ای که معمولا مرکب از سطل های تعبیه شده پیرامون صفحه حفار است از جلوی جبحه کار جمع آوری شده و به داخل نوار نقاله ای که از داخل دستگاه می گذرد به پشت ماشین هدایت می شود گرچه معمولا محدودیتی برای ابعاد مواد حفر شده و انتقال آنها وجود ندارد اما اگر ابعاد حفر شده خیلی زیاد باشد ممکن است گیر کنند وعمل اتقال را متوقف سازند. از طرفی مواد خیلی نرم نیز علاوه بر مشکل تهویه ممکن است مخلوتی را تولید کنند که به شدت ساینده باشند. در بعضی از این نوع ماشین ها در مجاورت صفحه حفار پرده هائی تعبیه می شود که گرد و غبار را می گیرند این ذرات در اثر اسپری آب جدا می شوند. قیمت این ماشین ها : قیمت T.B.M گران است و بیشتر به نوع سفارش داده شده به کارخانه سازنده و نوع سنگ های حفر شونده بستگی دارد . ولی در کل قیمت آنها را می توان در حدود 7 یا 8 میلیارد تومان در نظر گرفت باید دوباره بگویم که حدود قیمت این است و بسته به شرایط قیمت آنها ممکن است کمتر یا بیشتر باشد.

25. مقایسه انواع ماشین های حفر تونل (TBM)

26. کارخانه ماشين سازيYasinovatsky (اکراين)يکي از بزرگترين و تنها توليدکنندة T.B.M رود هدر رايز بويرينگ در اتحاد جماهير شوروي سابق بوده که داراي کاملترين خط توليد ماشين آلات حفاري مي باشد. کارخانة ماشين سازي Yasinovatskyدر شهري به همين نام در ٨٠٠ کيلومتري شرق کيف قرار گرفته است. اين کارخانه حدود نيم قرن پيش تأسيس گرديده و در حدود ١٣٠٠ نفر پرسنل دارد. از محصولات اين کارخانه، T.B.Mسپر دار، انواع رود هدر، لودر خاک برسر و رايزبورينگ مي باشد. بسياري از تونلها و معادن سراسر شوروي سابق با T.B.M و رودهدرهاي ساخت اين کارخانه حفاري گرديده است. کيفيت، کارائي و دوام از ويژگيهايي است که باعث موفقيت اين دستگاه در ايران گرديده است. دستگاههاي اين کارخانه علاوه بر کشورهاي تازه استقلال يافته به آرژانتين، چکسلواکي، کوبا، آلمان، مصر، بلژيک، کانادا، چين، اسپانيا، انگلستان، مجارستان و ايران فروخته شده است. تا کنون بيش از چهار هزار دستگاه رودهدر، T.B.M و رايزبورينگ توسط کارخانة مذکور توليد گرديده که ١١ دستگاه رودهدر آن به ايران فروخته شده است. با توجه به کارائي بسيار خوب و هزينه هاي نگهداري بسيار پائين، اين دستگاهها مورد توجه خاص پيمانکاران قرار گرفته است. امروزه قيمت ماشين آلات در سبد هزينه هاي پروژه هاي عمراني تعيين کننده بوده و سهم عظيمي از بودجه را به خود اختصاص مي دهد. با توجه به بهاي دستگاههاي ساخت کارخانة ياسيناواتايا در مقايسه با مدلهاي مشابه و همچنين قابليت هاي بسيار بالاي اين دستگاه از قبيل: ظرفيت حفاري، استحکام، قدرت مانور، موجب شده که کارشناسان شرکت توان کاو ضمن بررسي همه جانبه، اين دستگاه را جهت انجام پروژه هاي حفاري تونل به شرکتهاي مختلف پيشنهاد نمايند.

27. ۱- حفاري به روش روتاري يا چرخشي • - Road header- TBM- Raise Borer- Drum Cutter۲- حفاري به روش انفجاري • Jumbo Drill- Drill Wagon- Drilling Rig۳- حفاري به روش دستي • - چکش هاي آبي- بادي- استاپرهاي سقف زن۴- حفاري به روش تخريبي • - چکش هاي هيدروليکي- چکش هاي دستي

28. دستگاه رودهدر مدل PK-8MA ساخت کارخانه Yasinovatsky (اکراين)

29. انواع TBM ساخت کارخانه Yasinovatsky- KT-2.6B2 - KT-5.6E22 - KT-5.6B21 - KT1-5.6M