تشکیل ناحیه خرد شده پیرامون تونل در حفاری مکانیزه توده سنگ سخت تحت تنش بالا و تاثیر آن بر انتخاب نوع دستگاه حفاری مکانیزه

چکیده

حفاری مکانیزه بر خلاف روش چالزنی و آتشباری، موجب حداقل آشفتگی در توده سنگ اطراف تونل می­شود. با این حال، حفاری در سنگ سخت تحت تنش بالا، ضمن تغییرات در سطح تنش می تواند باعث توسعه ترک و تخریب توده سنگ اطراف تونل شود. تشکیل ناحیه تخریب در چنین شرایطی به صورت پوسته شدگی سنگ ظاهر می­شود و می تواند در هنگام استفاده از دستگاه حفاری تونل (TBM)، به خصوص از نوع گریپردار، مشکلاتی ایجاد نماید. دستگاه گریپردار برای حفاری باید به دیواره تونل جک بزند. بنابراین، بروز پدیده پوسته شدگی، شرایط استقرار و جک زدن دستگاه به جداره تونل را با مشکل مواجه می­سازد و از پیشروی آن جلوگیری می کند. علاوه بر این، نفوذپذیری توده سنگ اطراف تونل به واسطه توسعه ترک و همچنین شرایط سازه سگمنت به واسطه تشکیل ضخامتی از توده سنگ آشفته و نهایتاً سیستم ابزار دقیق تونل، تغییر خواهد کرد. این مطالعه به بررسی آسیب در حفاری مکانیزه با قطرهای مختلف در شرایط تنش­های بالا ناشی از روباره زیاد و یا تکتونیک منطقه ناشی از گسلش پرداخته است. تعیین ضخامت ناحیه آسیب در اطراف فضای حفاری در سنگ سخت بر اساس روش شروع آسیب و حد پوسته شدگی (DISL) و با استفاده از مدل سازی عددی سه بعدی در نرم افزار Midas GTS NX به انجام رسیده است. بر اساس نتایج تحلیل­های صورتگرفته، مشخص شد توده سنگ سخت تحت روباره زیاد (بیش از 1000 متر) یا با روباره کم ولی تحت شرایط تکتونیکی (نسبت تنش افقی به عمودی بالا) مستعد تشکیل ناحیه تخریب در اطراف فضای حفاری می­باشد. نتایج این تحقیق نشان داد که ضخامت ناحیه تخریب^[1] با افزایش مقدار K و قطر تونل مطابقت دارد و از طرف دیگر ضخامت ناحیه بشدت آسیب دیده^[2] با افزایش روباره (تنش­های فشاری بالا) و قطر تونل افزایش می‌یابد به نحوی که ضخامت ناحیه HDZ بین 10 تا 50 سانتی‌متر در دیواره (محل نشیمنگاه کفشک) برای روباره­های بیشتر از 1000 متر و همچنین ضخامت ناحیه EDZ بین 65 تا 650 سانتیمتر با مقدار نسبت تنش افقی به قائم بالا (این نسبت تا 4 مورد ارزیابی قرار گرفت) و در شرایط تکتونیکی بالا با گسل معکوس خواهد بود.

[1] EDZ

[2] HDZ