ماشین الات مکانیزه حفر تونل
Download
Report
Transcript ماشین الات مکانیزه حفر تونل
موضوع پروژه :
ماشین آالت مکانیزه ی حفاری تونل
تهیه کننده:
صادق جهان تیغ
مربوط به درس:
ماشین آالت ساختمانی
جهت ارائه به :استاد مهندس احمدیان
انواع ماشین های بررسی شده:
رود هدر فوق سبک PK3R1
رود هدر فوق سنگین KP-200T
رود هدر سبک GPKS1
رود هدر سنگین KP-200
و
Tunel Boring Machine
Tunnel Boring Machine
T.B.M
ماشین آالت حفاری تونل
تکنیک حفر تونل
تونلها و فضاهای زیزمینی برای مقاصد متنوعی ایجاد میشود که از ان میان میتوان موارد زیر را نام برد:
تونلهای حمل و نقل و دسترسی ،تونلهای اب 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
اگاهی دقیق از شرایط زمین ،ابتدا در جهت بهبود کیفیت مصالحی که قرار است تونل در ان حفر شود ،اقدام نماید .در بسیاری از
زمینها تونلهای حفر شده نمیتوانند خودنگهدار باشند و برای پابرجا نگهداشتن انها باید از حایلهای ی استفاده کرد.
به نظر میرسد که مهمترین عامل در طراحی تونل ،یا هر فضای زیرزمینی دیگر ،تامین پایداری ان 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.
دستگاه حفار
دستگاه حفار يا TBMبر گرفته از نام كامل Tunnel Boring Machineمدل ME 170 SEدر حال حاضر يكي از مدرنترين و
پيشرفته ترين نوع حفار در جهان است كه در سال 1996در كارخانه LOVATساخته شده است.
قطر ان 4,30متر و طول دستگاه اصلي 7,5متر و با احتساب قسمت پشتيباني و تداركات طول ان برابر 80متر است .اين دستگاه
از نوع EPBكامل است كه براحتي قادر به كار در زير عمق اب است.
طول قسمت سر مته و پوسته فوروارد 2,60 ،متر است و 8دريچه كنترلي دارد كه با باز كردن انها 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 300كيلو وات است
و 16پيستون يا جك به قدرت هر كدام 125تن جمعا" 2,000تن به حركت در مي ايد.
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.
اخرين 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 230تن 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 ان حدود 9متر است هدايت مي شود و بعد بوسيله نوار نقاله انتهائي كه طول ان حدود 30متر است به واگنهاي حمل خاك
ريخته مي شود .اين واگنها خاكها را به خارج تونل برده و انها را در محل مخصوصي تخليه مي كنند .خاكهاي دپو شده بعدا" بوسيله
كاميون به خارج كارگاه حمل مي شوند.
پس از حفر 1,20متر طول كه حجم خاك ان حدود 15متر مكعب و زمان اجراي ان حدود 20دقيقه 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 SegmentCarبه داخل تونل و جلوي دستگاه برده مي شوند.
سپس اين قطعات پيش ساخته به ترتيب توسط دستگاه حمل كننده يا ،Erectorكه قادر است 360درجه حول محور خود بچرخد
در جاي خود قرار گرفته و بالفاصله بوسيله پيچ و مهره هاي قوسي شكل به قطعات نصب شده قبلي متصل و تثبيت مي گردند.
هر رينگ بتني از 5قطعه پيش ساخته بتني نوع C,B,Aو يك قطعه كوچك بتني نوع Kيا Keyتشكيل شده است .قطعات اصلي در
محور 675درجه و قطعه كليد شامل 225درجه است و به همين جهت ،با تغيير موقعيت نصب قطعه كليد ،مي توان جدار تونل را در
مسير مستقيم يا قوسي پوشش نمود.
ضخامت قطعات بتني 25سانتي متر و عرض انها 1,20متر است .با توجه به اينكه حفاري 4,30متر ،قطر داخلي تونل 3,70متر و قطر
خارجي 4,20متر است بنابراين بين قطر حفاري و قطر خارجي تونل ،پس از نصب قطعات به فاصله 5سانتي 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 الستيكي اب بند يا Gasketقرار داده مي شود بطوريكه با نصب قطعات در كنار يكديگر
هيچگونه درز يا فاصله اي در محل اتصال انها پيدا نمي شود و اب 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 20رينگ يا 24متر طول تونل حفاري و قطعات پيش ساخته ان نصب مي شود .در حالت معمولي ،
ماشين در هر 55دقيقه 1,20 ،متر حفاري و قطعات پيش ساخته بتني را نصب مي كند.
حفاري مهمترین بخش شبکه جمع اوری و هدایت ابهای سطحی یعنی تونل خيام و تونل بهمنيار بوسيله اين دستگاه انجام گردید که
راهبري و اجرای تونل بهمنیار ً
تماما بدست توانمند متخصصان ايراني انجام پذیرفت.
این ماشین هاتمام مقطعهای دایره ای را یک جا حفر می کنند و معموال انها را به نام ماشین های تونل حفر کن می نامند و با عالمت اختصاری
T.B.Mکه حروف اول نام انگلیسی دستگاه است از انها نام می برند .
تکامل و گسترش این دستگاه ها سبب شده است که اهنگ 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 تال 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 اهنگ 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 1957میالدی برای ساخت ماشین های ی بود که بتواند در سنگ های خیلی سخت نیز با
راندمان معقول تونل حفر کند.
در ان زمان به تدریج این دستگاه ها سنگین تر و محکم تر شد ند و توان انها نیز افزایش یافت اما پیشرفت انها 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 اهکی سیلیتی
که در بین انها الیه های ی با مقاومت 140 Mpaوجود 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.
تقسیم بندی ماشین های :( T.B.M ) Tunnel Boring Machine
Open T.B.M .1
Single Shield T.B.M .2
Double Shield T.B.M .3
قسمت های آصلی آین نوع ماشین ها به شرح زیر آست:
.1بد نه
.2صفحه حفار
.3آبزآر برش
.4چنگ زنها
.5جک های رآنش صفحه حفار
نحوه تخلیه موآد حفر شده توسط ماشین :
مواد حفر شده به وسیله سیستم ویزه ای که معموال مرکب از سطل های تعبیه شده پیرامون صفحه حفار است از جلوی جبحه کار جمع اوری شده
و به داخل نوار نقاله ای که از داخل دستگاه می گذرد به پشت ماشین هدایت می شود گرچه معموال محدودیتی برای ابعاد مواد حفر شده و انتقال
انها 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 عالوه 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 اب جدا می شوند.
قیمت آین ماشین ها :
قیمت T.B.Mگران است و بیشتر به نوع سفارش داده شده به کارخانه سازنده و نوع سنگ های حفر شونده بستگی دارد .ولی در کل قیمت
انها را می توان در حدود 7یا 8میلیارد تومان در نظر گرفت باید دوباره بگویم که حدود قیمت این است و بسته به شرایط قیمت انها ممکن است
کمتر یا بیشتر باشد.
مقایسه آنوآع ماشین های حفر تونل ()TBM
کارخانه ماشين سازي ( Yasinovatskyآکرآين)
يکي از بزرگ ترين و تنها توليدکنندة T.B.Mرود هدر رايز بويرينگ در اتحاد جماهير شوروي سابق بوده که داراي کاملترين خط توليد
ماشين االت حفاري مي باشد.
کارخانة ماشين سازي Yasinovatskyدر شهري به همين نام در ٨٠٠کيلومتري شرق کيف قرار گرفته است .اين کارخانه حدود نيم
قرن پيش تاسيس گرديده و در حدود ١٣٠٠نفر پرسنل دارد .از محصوالت اين کارخانهT.B.M ،سپر دار ،انواع رود هدر ،لودر خاک برسر
و رايزبورينگ مي باشد .بسياري از تونلها و معادن سراسر شوروي سابق با T.B.Mو رودهدرهاي ساخت اين کارخانه حفاري گرديده است.
کيفيت ،کارائي و دوام از ويژگيهاي ي است که باعث موفقيت اين دستگاه در ايران گرديده است .دستگاههاي اين کارخانه عالوه بر کشورهاي
تازه استقالل يافته به ارژانتين ،چکسلواکي ،کوبا ،المان ،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 ١١دستگاه رودهدر
ان 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 االت 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
باالي 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 شرک تهاي مختلف پيشنهاد نمايند.
-۱حفاري به روش روتاري يا چرخشي
Road header TBM Raise BorerDrum Cutter -
-۲حفاري به روش آنفجاري
Jumbo Drill Drill WagonDrilling Rig -
-۳حفاري به روش دستي
چکش هاي آبي -بادي آستاپرهاي سقف زن -۴حفاري به روش تخريبي
چکش هاي هيدروليکي -چکش هاي دستي
دستگاه رودهدر مدل PK-8MAساخت کارخانه ( Yasinovatskyآکرآين)
Yasinovatsky ساخت کارخانهTBM آنوآع
KT-2.6B2 -KT-5.6E22
-KT-5.6B21
-KT1-5.6M
ماشین حفاری ПК3Р1
•ماشین حفاری ПК3Р1به منظور حفاری و بارگیری سنگ توده در حال
حرکت بصورت افقی و شیبدار -تا 10+درجه -و در سنگ با مقاومت
فشاری تک محوری MPa 60 < σ compو مقاومت سایشی تا mg12
مطابق با Baron, Kuznetsovطراحی و تولید شده است.
•استفاده از این ماشین در معادن خطرناک ریزشی مستعد انفجار منع
شده است.
•این ماشین قادر به حفاری مقاطع مستطیلی ،زوذنقه ای و هاللی با
ارتفاع m2.1و عرض پایین ترین قسمت m4.05 -2.8و سطح مقطع - 5.3
2m 12می باشد.
•ماشین دارای سیستم آبپاش کاهش دهنده ی گرد وغبار و ضد جرقه
می باشد که بر روی هد ماشین در بین ناخن های حفاری تعبیه شده
است.
این ماشین در ورژن های زیر نیز تولید می شود:
•مجهز به سیستم ضد انفجار برای استفاده در معادن دارای گاز و غبار خطرناک.
•همراه با سیستم آبپاش خارجی برای استفاده در معادن بدون غبار خطرناک.
ماشین بصورت پایه برای کار با ولتاژ v660و برق متناوب با فرکانس Hz50طراحی شده
است .هم چنین بر حسب نیاز با توجه به درخواست مشتری برای کار با خصوصیات دیگر
الکتریکی نیز طراحی می شود.
ماشین حفاری gpks1
•این ماشین به منظور حفاری و بارگیری توده سنگ با مقاومت فشاری
تک محوری کمتر از 70مگا پاسکال و مقاومت سایشی تا ( mg15مطابق
با مقیاس بارون کوزنتسو) ،برای پیشروی درگالری های دارای گاز و غبار
خطرناک ،طراحی و تولید شده است.
•از این ماشین میتوان در معادنی که احتمال ریزش و انفجار ناگهانی
ذغالسنگ ،سنگ و گاز در آن ها باالست استفاده کرد و از وقوع چنین
رخدادهایی جلوگیری نمود.
•این ماشین میتواند مقاطع قوسی شکل ،ذوزنقه ای شکل و مستطیلی
شکل ،با ارتفاع m - 4.7m2.1و پهنای m - 4.7m2.6را حفاری کند.
•این ماشین مجهز به سیستم آبرسانی خارجی است که از مزیت های
این سیستم میتوان به کاهش میزان غبار و ایجاد یک پوشش ضد انفجار
بر روی جرقه های ناشی از سایش اشاره نمود که بهبود شرایط کار و باال
بردن ضریب ایمنی کارگاه و اپراتور را به ارمفان می آورد.
قسمت های متحرک ماشین از گیربکس چرخ زنجیر دستگاه مجزا عمل
می کند و بوسیله ی "پانل کنترول هیدرولیک" هدایت میشوند .این
قسمت ها با سیستم های توازن تعلیق دستگاه در ارتباط است و باعث
قابلیت مانور باال و آسودگی اپراتور می شود.
•بارکننده ی پیشررفته ی ماشرین ГПКС1ایرن امکران را دارد کره برارگیری
ترررروده ی سررررنگ را برررره وسرررریله ی هررررردو مرررردل زیررررر ارا رررره دهررررد:
پرررررررررررررررازن یرررررررررررررررا بازوهرررررررررررررررای جمرررررررررررررررع کننررررررررررررررردهصفحه ی گردان سه پر با شکل ستاره ای•استفاده از صفحه ی گردان ،در شرایط ویژه ،به طور قابل مالحظه کیفیت
عملیاتی ماشین را افزایش میدهد.
•قسمت انتهای (دم) نقاله ی قرار گرفته روی دستگاه قابلیت چرخش بره
طرفین دارد .این قابلیت ترثییر بسرزایی در برارکردن ماشرین هرای حمرل و
نقل دارد.
•استفاده از نقاله ی یانویه ی پیشرفته از نوع پل حمل کننده ،ایرن امکران
را فراهم میکند که مواد تا m20بیشتر منتقل شروند ،بردون اینکره قابلیرت
مانور ماشین کاهش پیدا کند.
•ایرررن ماشرررین مجهرررز بررره یرررک بررراالبر نگهدارنرررده ی پشرررتیبان اسرررت.
باالبرنگهدارنررده ی پشررتیبان ،یررک ابررزار قفررل کننررده اسررت کرره سرراخت
تجهیزات و تثسیسات نگهداری تونل را راحت و مطمئن می کند.
قطعات این ماشین درقسمت های به هم فشرده پیاده مری شرود.از ایرن
رو انتقال ماشین به پروژه های مختلف راحت خواهد بود.
ماشین حفاری مجهز به سیستم های متحرک هیدرولیکی در مدل های بهبود یافته ی زیر
قابل دسترسی است:
ГПКС1
مدل پایه ی ماشین ،برای پیشروی در گالری های افقی و شیبدار تا
±12°
ГПКС-011
مدل پایه ی ماشین ،به همراه نوار نقاله ی یانویه چرخی ،برای
پیشروی در گالری های افقی و شیبدار تا ±12°
ГПКС-021
ماشین حفاری مجهز به تجهیزات نگهدارنده ی دستگاه ،برای پیشروی
در گالری های افقی و شیبدار تا ±20°
ГПКС-031
ماشین حفاری مجهز به ابزار کار غلتکی و تجهیزات نگهدارنده ی
دستگاه ،برای پیشروی در گالری های افقی و شیبدار -25°
ГПКС-041
ماشین حفاری ،به همراه نوار نقاله ی یانویه از نوع پل حمل کننده،
برای پیشروی در گالری های افقی و شیبدار تا ±12°
ماشین حفاری تونل kp200
•اين ماشین به منظور حفاري و بارگیري توده سنک و پیشروي
در گالري هاي افقي و شیبدار تا ±12°طراحي و تولید شده
است
•اين ماشین قابلیت نفوذ در سنگهاي با مقاومت فشاري تک
محوری تا Mpa120وبا مقاومت سایشی تا mg18بر حسب
مقیاس Baron L. I. and Kuznetsov A.Vو توانایی حفاري
مقاطع هاللي شکل ،ذوزنقه اي شکل و مستطیل شکل با
سطح مقطع 3m39 -3m14با ارتفاع m- 5.5m2.8و عرض
حداقل پایه m- 7.1m4.9را دارد.
ماشین حفاری تونل KP200t
اين ماشین به منظور حفاري و بارگیري توده
سنک و پیشروي در گالري هاي افقي و
شیبدار تا ±12°طراحي و تولید شده است
اين ماشین قابلیت نفوذ در سنگهاي با
مقاومت فشاري تک محوری تا Mpa120وبا
مقاومت سایشی تا mg18بر حسب
مقیاس Baron L. I. and Kuznetsov A.Vو
توانایی حفاري مقاطع هاللي شکل،
ذوزنقه اي شکل و مستطیل شکل با ارتفاع
m -7m4.6و عرض حداقل پایه m -5.6
7.6mرا دارد.
• بهار 1390
• دانشگاه بین المللی چابهار
• مهندسی عمران