بتن پس کشيده

کاربرد پیش تنیدگی به 440 سال قبل ازمیلاد برمی گردد، زمانی که یونانی ها کشش و تنشهای خمشی دربدنه کشتی های جنگی خود را با پیش تنیدگی ساختار بدنه بوسیله طنابهای کشیده شده کاهش می دادند. یک مثال دیگرکه نشانگر سادگی پیش تنیدگی می باشد، بشکه های چوبی قدیمی است که کشش ایجاد شده در حلقه های فلزی بطور موثری قطعات چوبی را به یکدیگر می فشارد تا مقاومت و پایداری آنرا افزایش دهد. یکی از ساده ترین مثال های پیش تنیدگی تلاش برای بلند کردن یک ردیف کتاب می باشد. ابتدا لازم است به ردیف کتاب ها از دو طرف فشاری اعمال کنیم تا باعث افزایش مقاومت در مقابل لغزش بین کتابها شده بطوریکه بلند کردن آنها را ممکن سازد. این مثال همچنین نشانگر یکی از اصول متداول در بیشتر کاربردهای پیش تنیدگی می باشد. در اینجا وجود قابلیتی در کار جبران کننده نقصی است که کارائی و کاربرد آسانتری را در پی دارد. در مورد مثال فوق هیچ پیوستگی بین کتابها وجود ندارد ولی کتاب ها می توانند نیروهای فشاری را که به راحتی قابل اعمال هستند، تحمل نمایند. یک تعریف ساده از پیش تنیدگی که به خوبی با این مثال مربوط می شود به قرار زیر است: اعمال نیروهائی به سازه، علاوه بر بارهائی که سازه برای تحمل آنها طراحی می شود، بمنظور افزایش ظرفیت باربری سازه .

تونل سازی

تاریخچه تونل سازی و سازه‌های زیر زمین یاحتمالا اولین تونل‌ها در عصر حجر برای توسعه خانه‌ها با انجام حفریات توسط ساکنان شروع شد . این امرنشانگر این است که آنها در تلاشهایشان جهت ایجاد حفریات به دنبال راهی برای بهبود شرایط زندگی خود بوده اند. پیش ازتمدن روم باستان ، در مصر ، یونان ، هند و خاور دور و ایتالیای شمالی ، تماما تکنیکهای تونلسازی دستی مورد استفاده قرار می‌گرفت که در اغلب آنها نیز از فرایندهای مرتبط با آتش برای حفر تونل های نظامی ، انتقال آب و مقبره‌ها کمک گرفته شده است. در ایران نیز از چند هزار سال پیش، به منظور استفاده از آبهای زیر زمینی تونل هایی موسوم به قنات حفر شده است که طول بعضی از آنها به 70 کیلومتر و یا بیشتر نیز می‌رسد. تعداد قنات های ایران بالغ بر50000 رشته برآورده شده است. جالب توجه است که این قنات های متعدد، طویل و عمیق با وسایل بسیار ابتدایی حفر شده اند.رومی ها نیز در ساخت قنات‌ها و همچنین در حفاری تونل های راه پرکار بودند. آنها در ضمن اولین دوربینهای مهندسی اولیه را در جهت کنترل تراز وحفاری تونل ها به کار بردند.اهمیت احداث تونل ها دردوران های قدیم ، تا بدین جاست که کارشناسان کارهای احداث تونل درآن تمدن‌ها را نشانگر رشد فرهنگ و به ویژه رشد تکنیکی و توان اقتصادی آن جامعه دانسته‌اند. تمدنهای اولیه به سرعت ، به اهمیت تونل‌ها ، به عنوان راه‌های دسترسی به کانی ها و مواد طبیعی نظیر سنگ چخماق به واسطه اهمیتش برای زندگی، پی‌بردند. همچنین کاربرد آنها دامنه گسترده‌ای از طاق زدن بر روی قبرها تا انتقال آب و یا گذرگاههایی جهت رفت و آمد را شامل می شد. کاربردهای نظامی تونل‌ها ، به ویژه از جهت بالابردن توان گریز یا راههایی جهت یورش به قرارگاهها و قلعه های دشمن ، ازدیگر جنبه های مهم کاربرد تونلها در تمدن های اولیه بود.تونل سازی همزمان با انقلاب صنعتی، به ویژه به منظور حمل و نقل ، تحرک قابل ملاحظه ای یافت. تونلسازی به گسترش و پیشرفت کانال سازی کمک کرد و این امر در توسعه صنعت به ویژه در قرون 18 و 19 میلادی در انگلستان سهم بسزایی داشت. کانال‌ها یکی از پایه های انقلاب صنعتی بودند وتوانستند در مقیاس بسیار بزرگ هزینه‌های حمل و نقل را کاهش دهند. تونل مال پاس با طول 157 متر برروی کانال دومیدی در جنوب فرانسه اولین تونلی بود که در دوره‌های مدرن در سال 1681 ساخته شد. همچنین اولین تونل ساخته شده با کاربرد حفاری و انفجار باروت بود. در انگلستان، قرن 18 نیز جیمز بریندلی از خانواده ای مزرعه دار با نظارت بر طراحی و ساخت بیش از 580 کیلومتر کانال و تعدادی تونل به عنوان پدر کانال و تونل های کانالی ملقب شد. وی در سال 1759 با ساخت یک کانال به طول 16 کیلومتر مجموعه معدن زغال دوک بریدجواتر را به شهر منچستر متصل نمود. اثر اقتصادی تکمیل این کانال نصف شدن قیمت زغال در شهر و ایجاد یک انحصار واقعی برای معدن مذکور بود. در اوایل قرن نوزدهم به منظور عبور از قسمتهای پایین دست رودخانه تایمز هیچ سازه ای موجود نبود و 3700 عابر مجبور بودند با طی یک راه انحرافی 3 کیلو متری با قایق مسیر روترهایت به ویپنیگ را طی کنند. اقدام به ساخت یک تونل نیز به دلیل ریزشی بودن ومناسب نبودن رسوبات کف رودخانه متوقف شد. تا اینکه در حدود سال 1820 فردی بنام مارک ایرامبارد برونل از فرانسه ایده استفاده از سپر را مطرح نمود و در سال 1825 کار احداث تونل بین روترهایت و ویپنیگ را آغاز و علی رغم جاری شدن چند نوبت سیل در سال 1843 آن را باز گشایی نمود. این تونل تامس نام گرفته و اولین تونل زیر آبی بود که بدون هر گونه رودخانه انحرافی حفر شد. در دیگر موارد تونلهای زهکشی بزرگ ، نظیر تونلی با طول 7 کیلو متر در هیل کارن انگلستان ، اهمیت زیادی در توسعه صنعت معدنکاری داشته‌اند. البته بررسی تاریخچه پیشرفت در روش ها و تکنیک ها و به عبارتی در هنر تونل سازی نشانگر این مطلب است که مانند بسیاری دیگر از علوم و فنون بیشتر رشد این هنردر قرن گذشته صورت گرفته و تا حال نیز ادامه دارد.ویژگی های فضاهای زیرزمینی و نمونه های بارز آنهاهم اکنون در زمینه های مختلف کاربرد تونل‌ها ، مزایای متفاوت و گوناگونی را بر می شمرند. از آن جمله ویلت، استفاده فزاینده فعلی از فضاهای زیر زمینی را به دلایل زیر رو به افزایش دانسته است.1- تفوق محیط ساختاری به معنای وجود یک حصار وساختار طبیعی فراگیر.2-عایق سازی با سنگهای فراگیر که دارای ویژگیهای عالی عایق‌ها می باشند.3- محدودیت کمتر دراحداث سازه های بزرگ به دلیل نیاز کمتر به استفاده از وسایل نگهداری عمده در مقایسه با احداث همان سازه بر روی سطح زمین.4- کمتر بودن تأثیرات منفی زیست محیطی.5- کوتاهتر شدن مسیرها و افزایش راند مان ترافیکی 6-بهبود مشخصات هندسی مسیر7-جلوگیری از خطرات ریزش کوه و بهمن8-ایمنی بیشتر در برابر زلزله،مثال های متعددی می توان از نقش وتأثیر عمده تونلسازی و پروژه های بزرگ این صنعت از گذشته تا حال ذکر کرد . تونل مشهور مونت بلان دو کشور فرانسه و ایتالیا را به هم متصل می سازد. عملیات ساختمانی آن در سال 1959 آغاز گردید و حفر این تونل فاصله بین میلان و پاریس را به طول 304 کیلو متر کوتاهتر نموده است. از دیگر نمونه ها کشور فنلاند است که سازه های زیر زمینی را به صورت غارهای عظیم بدون پوشش بتنی ، به منظور انبار مواد نفتی مورد استفاده قرار داده و در حال حاضر بیش از 75 انبار نفتی در سراسر کشور فنلاند با گنجا یشی بیش از 10 میلیون متر مکعب ساخته شده.تونل سازي شغلي با خطر هاي پنهان تونل سازي پيشرفته و اتوماتيك در زير زمين اكنون به سمتي ميرود كه حـــذر از اشتبــاه در آن اجتناب ناپذير است. تونل سازي موفق به شكل و معماري تونل و كيفيت ساخت آن ، شناخته مي شود در حاليكه در پشت آن سرمايه گذاري سنگين تكنيك هاي حفاري توسط سيستم هاي لجستيكي پيچيده قرار گرفته است. چنين تكنيكهايي براي اجراي سريع و بدون توقف تونل سازي با قابليت محاسبه خطرات پيش رو و همچنين بالا بردن راندمان پيشرفت، طراحي مي شوند.خطرات پنهان در تونل سازيبستر زمين مي تواند با زونهاي خطرناك زمين ساختاري نهفته در آن همواره منبعــي از مشكـــلات غير قابل انتظار در تونل سازي باشد.تغييرات غير قابل پيش بيني در كيفيت سنگ اغلب سبب مشكلات و هزينه هاي تاخيــر غيــر ضروري مي گردد كه امروزه هيچكس براي آن پول كافي ندارد.بدون پيش بيني، شما با خطرات زير مواجه خواهيد شد: 1-حفره ها، ريزش ها، جريان شديد آب داخل تونل2-پرداخت هاي اضافه شامل تاخيرات پروژه3-مواجهه TBM با تله هاي پيش روي آن4-به خطر انداختن پرسنل و تجهيزات مورد استفاده آگاهي از آنچه پيش روي است:اطلاعات كافي از لايه هاي زمين ساختاري و تغيير در پارامترهاي مكانيك سنگ كه تاثير زيادي در انتخاب روشهاي اجرا دارد، اكنون فاكتور مهمي در توفيق تونل هاي پيشرفته امروزي است. چنين پيش بيني و هشدار هايي در اجرا، امكان بموقع برآورد دقيق هزينه ها و لجستيك آن را براي رفع موانع در طراحي تونل سبب شده و به دنبال آن پيش بيني هر چه دقيق تر، موجب تونل سازي مقرون به صرفه در خطرات هميشگي زير زمين است.کاربردهای زمين شناسی در تونل سازیفن تونل سازي سابقه ديرينه اي در كشور ما دارد. حدود 3000 سال پيش نياكان ما با حفر قناتها كه در واقع تونل هاي قديمي هستند، به آب زيرزميني دست مي يافتند. قديمي ترين تونل شناخته شده در حدود 4000 سال پيش دربين النهرين حفر شد. در ايران از چند هزار سال پيش به منظور استفاده از آبهاي زيرزميني تونل هايي موسوم به قنات حفر شده است كه طول برخي از آنها به 70 كيلومتر مي رسد.مراحل تونل سازي:مراحل احداث و آماده سازي تونل ها به شرح زير است:الف) تهيه طرح تونلب) نقشه برداري مسير و تحقيقات مهندسيج) حفر تونل د) نگهداري موقت تونل ه) انجام خدمات فني از قبيل تهويه، آبكشي، روشنايي و نظاير آنو) نگهداري دائم تونلطبقه بندي تونل ها:1- تونل هاي حمل و نقل - تونل هاي راه آهن- تونل هاي راه- تونل هاي پياده رو- تونل هاي ناوبري- تونل هاي مترو2- تونل هاي صنعتي- تونل هاي مربوط به نيروگاههاي آبي - تونل هاي انتقال آب - تونل هاي استفاده همگاني و پناهگاهها- تونل هاي فاضلاب- تونل هاي طرحهاي صنعتي- تونل هاي انبارهاي نظامي- تونل هاي دفن زباله اتمي 3- تونل هاي معدني- تونل هاي گشايش معدن- تونل هاي اكتشافي- تونل هاي استخراجي- تونل هاي خدماتي - تونل هاي زهكشي تفاوت تونل هاي حمل و نقل و تونل هاي معدني:تونل هاي معدني پس از استخراج معدن بصورت متروكه رها مي شدند ولي تونل هاي حمل و نقل سازه هايي دائمي هستند و براي استفاده طولاني مدت طراحي مي شوند.مطالعه ساختگاه تونل:قبل از حفر و احداث تونل، بايستي منطقه مورد نظر را مطالعه كرد و مناسب ترين مسير تونل را برگزيد و آنگاه مسير را مطالعه كرد. با وجود اينكه اين مطالعات بسيار پرهزينه و زمان بر است اما بدون انجام آن ممكن است اشكالات اساسي در ضمن احداث تونل رخ دهد كه در زير به مثالهايي از آن اشاره مي شود.1- تونل مورن واقع در مسير راه آهن پاريس به ورساي كه عمليات حفاري آن در سال 1900 ميلادي آغاز و در طول مسير با 45 متر ماسه سست مواجه شد كه عبور از آن 15 ماه به طول انجاميد.2- تونل لتسبرگ در فرانسه كه حفاري آن در سال 1908 ميلادي آغاز و پس از حفر 1200 متر از تونل به علت هجوم شديد آب زيرزميني متروك شد.3- تونل مربوط به نيروگاه برق آبي رزلند كه حفر 50 متر از آن 18 ماه طول كشيد.مطالعه ساختگاه تونل شامل مراحل زير است:1- جمع آوري اطلاعات:كه با مراجعه به سازمان ها و مؤسساتي كه احتمال دارد در منطقه كار كرده باشند مي توان اطلاعات احتمالي را به دست آورد.2- بررسي نقشه هاي توپوگرافي و عكسهاي هوايي منطقه:براي آگاهي از وضعيت توپوگرافي منطقه بايد بزرگ مقياس ترين نقشه موجود را مطالعه كرد. مطالعه عكسهاي هوايي منطقه در بسياري موارد اطلاعات با ارزشي دست مي دهد مانند چين خوردگي ها، درزه ها، گسل ها و ... .3- مطالعات زمين شناسي سطحي:آگاهي از وضعيت زمين شناسي منطقه از جمله ضروري ترين اطلاعات مورد نياز طراحي تونل ها است.4- مطالعات ژئوفيزيكي:مهمترين كاربرد روشهاي ژئوفيزيكي در اكتشاف ساختگاه تونل ها، تعيين موقعيت هاي غيرعادي است كه بايد به وسيله روشهاي مستقيم و دقيق تر، بررسي شود.5- حفر گمانه هاي اكتشافي:هدف از حفر گمانه هاي اكتشافي شناسايي وضعيت، ضخامت، جنس و مشخصات فيزيكي و مكانيكي سنگ هايي است كه تونل از آنها عبور مي كند.6- مطالعات آب شناسي:از آنجا كه وضعيت آبهاي زيرزميني منطقه و نفوذپذيري سنگها چه از نقطه نظر حفر تونل و چه از نظر طراحي سيستم نگهداري آن اهميت زيادي دارد. لذا بعضي مطالعات آب شناسي نيز انجام مي گيرد.7- آزمايش هاي برجا:روشهاي تعيين مشخصات ژئوتكنيكي زمين به حالت برجا از جمله مهمترين مطالعاتي است كه قبل از احداث تونل انجام مي گيرد.8- پيش بيني نشست زمين:با توجه به اهميت پديده نشست زمين بايد روشهايي را براي حفر و نگهداري تونل ها برگزيد كه نشست به حداقل ممكن برسد.طراحي تونل:طراحي شكل و ابعاد مقطع تونل بسته به نوع كاربري آن و شرايط زمين شناختي منطقه فرق مي كند. به عنوان مثال تونل هاي معادن داراي سطح مقطع ذوزنقه اي شكل، تونل هاي راه به شكل هلالي، تونل هاي راه آهن به شكل دايره و چهارگوش، و تونل هاي آبرساني نيز با توجه به حداكثر توان پيش بيني شده نيروگاه فرق مي كند.نقش شرايط زمين شناختي در طراحي تونل:1- چين خوردگي: وجود چين خوردگي در سنگ سبب كاهش مقاومت آن مي شود و در اثر احداث تونل ممكن است درز و شكافهاي بيشتري را در سنگ سبب شود.2- گسل: وجود گسل سبب ايجاد صفحات شكستگي در سنگ مي شود كه پس از حفر تونل احتمال لغزش قطعات سنگ را به دنبال دارد.3- آب زيرزميني: وجود آب زيرزميني از جمله مسائلي است كه علاوه بر آنكه عمليات تونل سازي را با مشكل مواجه مي سازد خطراتي را نيز در پي دارد.مواردي كه در بالا اشاره شد از جمله مهمترين مسائلي بود كه در طراحي تونل نقش دارند ولي مواردي مانند زمين هاي آماس پذير، درزه ها، گازهاي موجود در سنگ ها، دماي سنگها، زمين هاي رانشي و ... نيز در طراحي تونل ها نقش دارند كه از اهميت كمتري برخوردارند

صنعت تونل ایرانسالهای طولانی است که متخصصان و کارگران زحمتکش ايران زمين در صنعت تونل آثار ارزشمندی را به تمدن بشری اهدا نموده‌اند بطوريکه از چند هزار سال پيش تونلهايی موسوم به قنات حفر می‌شده است که يکی از ابتکارات شگفت‌انگيز ايرانيان است. طول بعضی از اين سازه های زيرزمينی به 70 کيلومتر می رسد. تعداد قناتهای ايران بالغ بر 5000 رشته بر آورد شده و جالب توجه آن است که اين قناتهای متعدد، طويل و حساس از لحاظ جهت و شيب با وسايل بسيار ابتدايی حفر شده‌اند. قديمي‌ترين آثار و قنات که در دنيا کشف شده و باستان‌شناسان رد‌يابی و کاوش کرده‌اند، ناحيه‌ای در شمال ايران است که قدمت آن به حدود سه هزار سال قبل يعنی دوره ورود آريايی‌ها می‌رسد. در دوره معاصر و ابتدای قرن سيزدهم هجری احداث اولين تونلهای راه وراه‌آهن در دستور کار دولت ايران قرار گرفت.بر اساس برنامه‌های پنج ساله و بالاخص چشم انداز بيست ساله برنامه‌های توسعه کشور، نياز به ساختارهای زيربنايی در کشور بيش از پيش تجلی می‌کند.با توجه به شرايط اقليمی و جغرافيايی کشور و توسعه و گسترش شهرها و مراکزصنعتی ، تونل و فضاهای زيرزمينی برای استفاده‌های حمل و نقل داخل و خارج از شهر، انتقال آب و فاضلاب ، لوله رانی بدون حفاری سطحی برای انتقال مواد سوختنی و انرژی از قبيل نفت و گاز ، احداث فضاهای زيرزمينی استراتژيکی و دفاعی ، توليد برق ، ايستگاه‌های مترو و پارکينگ به‌طور فزاينده‌ای در حال مطالعه ، ساخت و يا بهره‌برداری هستند. عوامل زمين‌شناسی و اقتصادی در گذشته از جمله موانع توسعه فضاهای زيرزمينی بوده است. با توجه به توسعه علم و فناوری در مطالعات زمين‌شناسی و مهندسی ژئوتکنيک وآشنايی بهتر و بيشتر با شرايط زمين و ساخت و گسترش تجهيزات ساخت و بهره‌برداری تونلها باعث شده است که رويکرد به اين ساختار زيرزمينی بيشتر شود. اغلب شهرهای بزرگ توانايی و گنجايش داشتن حمل ونقل روی سطحی را نداشته و در نتيجه به سيستم های زير زمينی از قبيل مترو روی آورده و بدون دست‌خوردگی در سطح زمين ، با احداث خطوط متعدد مترو، شبکه وسيعی از حمل و نقل را در شهرها ايجاد نموده‌اند. برای انتقال آب وفاضلاب نيز مشابه حمل و نقل گزينه‌ای به جز استفاده از مجاری زيرزمينی وجود نداشته و شبکه‌های بزرگ و گسترده تونلهای آب و فاضلاب شهری در حال احداث می باشند. در حال حاضر در کشورهای توسعه يافته در برخی موارد، فضاهای زيرزمينی به عنوان تنها گزينه مناسب برای ايجاد فضاهای تفريحی ، فرهنگی و ورزشی مطرح می‌باشند. در اغلب موارد فضاهای زيرزمينی در دراز مدت با صرفه تر خواهد بود. از مزايای استفاده از فضاهای زيرزمينی و تونلها ،می‌توان به موارد زير اشاره کرد:- حفظ محيط زيست- تأمين ايمنی و امنيت بيشتر- صرفه‌جوئی در هزينه‌های تأمين انرژی- صرفه‌جوئی در هزينه‌های بهره‌برداری و نگهداری- صرفه‌جوئی در هز‌ينه‌های جابجائی تاسيسات شهری و هزينه تملک و خريد زميناز جمله تونلهای در حال ساخت کشور به موارد زير می توان اشاره کرد:الف- تونلهای راه: آزاد راه تهران-شمال(تالون،البرزو...) ، امام زاده هاشم ، تهران-رودهن ، تنگه هيچان-سرخه .ب- تونلهای راه آهن و مترو: قطعه چهارBيزد-هرمزگان ، متروی شيراز ، متروی تبريز ، خط تهران-کرج(خط پنج) ، خط 3و4 متروی تهران ، متروی اصفهان خطAشمالی وجنوبی ، متروی مشهد .ج- تونلهای انحراف و انتقال آب: کوهرنگ3 (چارمحال وبختياری) ، گاوشان(کردستان) ، چشمه لنگان(اصفهان) ، انتقال آب دز به قمرود ، رباط کريم تهران ، خيام و خروجی تهران ، سد کوثر(خوزستان) ، سد کرج به تهران ، نوسود کرمانشاه ، سولکان کرمان ، چشمه روزيه سمنان ، قشلاق سنندج ، سبزکوه(چهارمحال و بختياری) ، روانسر کرمانشاه ، سد نسای کرمان وآبرسانی بوشهرد- تونلهای معدنی: ضرورت تأمين مواد معدنی در راستای برنامه‌های توسعه و سياست های دولت ، حفر فضاهای گسترده زير زمينی را ايجاب می نمايد که از آن جمله می توان به معدن زير زمينی زغال سنگ مرکزی طبس اشاره کرد که استخراج آن به صورت مکانيزه طراحی شده و برآورد توليد ساليانه آن 5/1ميليون تن می باشد.دولت ايران نيز با توجه به کمبودها و نيازبه فضاهای زيرزمينی در رابطه با کاربردهای مختلف آنها ، سرمايه‌گذاری در بخش تونلسازی را بالاخص در سالهای اخير مورد توجه قرار داده و از جمله تحولات مهم چند سال گذشته صنعت تونل ايران احداث فضاهای زيرزمينی را با کاربردهای متفاوت در احجام و طولهای بسيار زياد می باشد. به‌طورکلی امروزه دولت در قالب وزارتخانه های نيرو ، راه و ترابری ، صنايع و معادن و کشور(شهرداری‌ها) به طور عمده و وزارتخانه‌های دفاع ، نفت و جهاد کشاورزی به ميزان کمتر به احداث سازه‌های زيرزمينی می‌پردازد. به تازگی در تمامی اين سازمان‌ها با تصويب قوانين و ايجاد امکان عقد قراردادهايی با ساختارهای متنوع امکان مشارکت شرکت های خارجی وداخلي در سرمايه‌گذاری و اجرای پروژه فراهم شده است. از ديگر اقدامات جديد انجام شده می توان به حضور موثر و بی سابقه متخصصان داخلی در پروژه‌های مختلف احداث فضاهای زيرزمينی اشاره داشت و بعضی در زمره بزرگترين سازه‌های زيرزمينی در دست احداث جهان می باشند که با رعايت استانداردهای جهانی و با طراحی واجرای کارشناسان ايرانی به انجام می رسد.تونلسازي سيريدر روش تونلسازي سپري متعارف و معمولي قطر تونل از ابتدا تا به انتها ثابت ميماند ولي با اين حال مواردي است که مانياز مند افزايش قطر موجود در نواحي خاصي از تونل ميباشيم در چنين مواردي قبل از معرفي روش گسترشي ما مجبور به ايجاد مقطع با استفاده از کند و آکند و يا روش ناتم بوديم که البته آن هم بايد پس از بهسازي توده سنگ در مقياس بزرگ انجام ميگرفت ...در ابتدا اين روش براي ايجاد و حفر تونل در زميني نرم و از زير رودخانه استفاده شد شيوه عمليات مبتني بود بر فشار و فرو بردن استوانه اي فلزي و انعطاف ناپذير در داخل خاک و سپس ايجاد ساختار تونل به طورکل عمليات شامل فرو راندن سپر در داخل خاک و ايجاد لاينينگ از پشت سر سپربود به اين طريق تونل در آن شرايط و بدون ريزش و تخريب در سطوح بالايي تونل مورد نظر حفر شد که البته رانش سپر در داخل توده خاک توسط جکهايي قابل اجراست . اين کار در 1823 در زير رودخانه thames لندن اجرا شد که سطح مقطع سپر به کار رفته نيز مستطيل شکل بود طراحي مقطع دايروي براي سپرهاي مذکور در سال 1869 و از جانب Greathead James Henry مهندس انگليسي ارائه شد استفاده از سگمنتهاي فولادي خاکريزي ونيز تزريق از سوي او در پروه اش به کار برده شد همانگونه که گفته شد سپر جسمي‏است فولادي معمولاً‌به شكل استوانه كه از ريزش مواد به داخل تونل جلوگيري كرده و خود را به جلو و داخل زمين مي‏راند. انواع سپرها عبارتند از :● سپرهاي باز● سپرهاي كور● سپرهاي تعادل فشار خاك● سپرهاي گل آبيميتوان گفت که کشور ژاپن نقشي عمده در توسعه اين روش داشته است در تونلهاي احداث شده در شهرهاي بزرگ ژاپن به دليل اينکه اکثرا در زمينهاي سست بوده و همچنين به دليل تراکم رفت و آمد در مناطق پر ترافيک و شلوغ بيشتر به روش سپري حفر شده اند . اين کشور همچنين در امر طراحي و ساخت انواع سپرها و ماشين آلات سپري بسيار پيشرفته ميباشد. از روش تونل سازي سپري در اواخر دهه شصت قرن نوزدهم و براي احداث تونلهاي زهکشي و فاضلاب استفاده شد و بعد از آن نيز براي ساخت انواع ديگر تونلها نظير تونلهاي کابلهاي انتقال برق و همچنين براي احداث تونلهاي زيرزميني و مترو که از آن به عنوان روش ايجاد تونل در مناطق شهري ياد ميشود تعميم يافت.دلايل استفاده از اين روش:با استفاده از روش تونلسازي گسترشي يا همان روش توسعه ي تونلهاي ايجاد شده به روش سپري ما ميتوانيم قطر تونل موجود را افزايش دهيم . در روش تونلسازي سپري متعارف و معمولي قطر تونل از ابتدا تا به انتها ثابت ميماند ولي با اين حال مواردي است که مانياز مند افزايش قطر موجود در نواحي خاصي از تونل ميباشيم در چنين مواردي قبل از معرفي روش گسترشي ما مجبور به ايجاد مقطع با استفاده از کند و آکند و يا روش ناتم بوديم که البته آن هم بايد پس از بهسازي توده سنگ در مقياس بزرگ انجام ميگرفت.

شمع کوب

شمعکوب علاوه بر تیر اصلی جرثقیل، تشکیل شده از صفحات مخصوص فوقانی که برای اتصال لوله هادی وزنه به انتهای تیر اصلی جرثقیل به کار می رود.در شمع کوب ، لوله هادی برای تعیین امتداد بالا بردن و سقوط وزنه و همچنین کمک در حفظ راستای صحیح شمع در هنگام کوبیدن به کار می رود. این لوله به بدنه ماشین به توسط تیرهای افقی متصل است.


شمعکوب بدون موتور روش نسبتاً آهسته ای برای کوبیدن شمع بوده و فقط در مواردی به کار می رود که شمع ها عمودی است. زیرا وقتی که لوله هادی وزنه عمودی نیست مقدار زیادی انرژی در اثر اصطکاک به هدر می رود. برای شمعکوبی مؤثر وزن وزنه باید حداقل مساوی وزن شمع باشد. بهترین نتیجه وقتی به دست می آید که وزن وزنه حدود دو برابر وزن شمع باشد. در مورد شمعکوبی شمع های مایل بهتر است از انواع موتوردار شمعکوب استفاده نمود. شمع کوب های هوای فشرده، هیدرولیک و بخاری معمولاً خیلی مؤثرتر از نوع یاد شده در فوق می باشند. استفاده از شمع کوب هیدرولیک بخاطر کم سر و صدا بودن آن خیلی رایج شده است. میزان انرژی وزنه باید با توجه به اندازه و نوع شمع انتخاب شود.
شمع کوبهای دیفرانسیلی را می شود جهت بیرون کشیدن شمع نیز به کار برد. شمع کوبهای دیزلی مورد استفاده زیادی پیدا کرده اند چون بدون دردسر کار می کنند، ولی از آنها نمی توان برای بیرون کشیدن شمع از زمین استفاده نمود.روشهای مختلفی برای پیش بینی ظرفیت شمع پس از کوبیده شدن پیشنهاد شده اند. مهندسین متخصص مکانیک خاک و متخصصین شمع کوبی باید با توجه به شرایط خاص هر کار روش معینی را برای تعیین انرژی لازم برای کوبیدن شمع و ظرفیت شمع انتخاب کنند. معمولاً کدهای ساختمانی فرمول لازم برای محاسبه ظرفیت شمع را تعیین می کند

مقاله انگلیسی تونل با ترجمه کامل

Materials other than rock that may be encountered in tunneling are sands of various densities and grain sizes :sands mixed with silt or clay :clays either pure or containing silt or sand and varying from relatively plastic with high water content to firm and dry and alluvial mixtures of sand and gravel or glacial till if not subject to hydrostatic pressure of free water these materials may be excavated by mining temporary support is given by timber or steel farming in headings whose size and number depend on local conditions.
Mining of headings in all these materials requires the driving of poling boards supported by cross timbers and posts to hold the roof as excavation is advanced on a face as steep as the material will stand these boards are driven further with the rear supported by the frame the front by the soil .a new support is set under the forward end of the poling boards supported by the posts as required
Steel supports are often used instead timber particularly for large headings steel lances made of small wide flange
Beams with wedge shaped point may be used instead of wood poling boards the lances are long enough to be supported on two frames and driven by jacks or air hammers into the soft face a distance equal to the support spacing in loose soil or running sand the face is supported by breast boards

Shallow slot about 2 ft deep and one or two poling board wide is excavated in top of the face, and a short vertical breast board is placed immediately, to hold the face and support the forward end of poling. After this slot has been excavated across the heating vertical breast set, a cap is installed, supported by short posts. The rest of the face may then be excavated downward and held by horizontal breast boards.
The size of the heading should be as large as soil characteristics allow, but not less than 5 ft wide by 7 ft high. Steel bents shaped to the tunnel arch are preferable to timber framing, if economical, considering both price and speed of operation. Poling may be timber or steel.
Steel liner plates are available in various shapes and sizes. They may be used to support the ground if a limited excavated area of the roof or arch will stand long enough for insertion of the liner plates, starting at the top of the arch and working down. The flange of each plate is bolted to the previously erected liner.
In small tunnels, ribbed or corrugated liner plates may give adequate support. In large tunnels or under heavier loads, the plates are backed up by steel ribs, against which they are blocked. Liner plates without flanges may also be used as lagging or poling.
To prevent settlement or unbalanced load all voids behind the liner plates should be filled by injection of pea gravel or cement grout
Small tunnels may consist of a single heading for large tunnels various combinations of headings are used .some of these are known by the country of their origin as American Austrian Belgian English German or Italian methods but are used in many variations originally the methods required wood supports but now steel supports are favored where economical




ترجمه
در تونل کنی شاید به جز سنگ به مصالحی برخورد کنیم که عبارت اند از :ماسه هایی که دارای چگالی ودانه بندی مختلف هستند ماسه هایی که با پودر سنگ یا رس مخلوط شده اند خاک رس که یا خالص است یا شامل پودر سنگ وماسه می باشد این مصالح یا خمیری که مقدار زیادی اب در ان وجود دارد و باید خشک ومحکم شوند با مخلوط رسوبی ماسه و شن یا رس یخچالی نسبتا فرق دارند.اگر این مصالح در معرض فشار هیدرو استاتیک رطوبت سطحی خاک قرار نگیرند ممکن است از طریق معدن کاری خاکبرداری شوند.در دهلیزهای شناساییکه اندازه وتعداد ان به شرایط محل بستگی دارد تکیه گاه موقتی قاب فولادی یا چوبی است
در همه این مصالح معدن کاری دهلیز شناسایی نیاز به کوبیدن تخته حاءل داردتخته حاءل به تیر و ستونهای چوبی متقاطع تکیه داده می شود تا سقف را نگه دارد هنگامی که خاکبرداری در سطح شیبداری که مصالح در ان قرار دارند پیشروی کند تخته حاءل بیشتر فرو می رود تکیه گاه تخته حاءل در قسمت عقب چارچوب و در قسمت جلو خاک می باشد در جلوی تخته حاءل تکیه گاه جدیدی قرار می دهند و این کار تکرار می شود .در هنگام لزوم کناره های دالان تونل از طریق تخته هایی نگه داشته می شود این تخته هارا به ستون هایی تکیه داده اند (کناره های دالان تونل به وسیله ی تخته هایی که به ستون ها تکیه داده اند نگه داشته می شوند)
در حفاری های وسیع به جای پایه های چوبی بیشتر از پایه های فولادی استفاده می شود ممکن است به جای تخته ی حاءل چوبی از نیزه های فولادی استفاده شود نیزه های فولادی از جنس پروفیل و گوه شکل هستند این نیزه ها به اندازه ی کافی بلند هستند که بر روی دو پایه نگه داشته شوند وه به وسیله ی چکش بادی به فاصله ای برابر با فاصله تکیه گاه در سطح نرمی کوبیده می شود در خاک دستی یا ماسه روان تکیه گاه سطح نرم تخته حاءل گود برداری است در بالای این سطح یک شیار به سطحی به عمق 2 و1 یا دو تخته حاءل عریض خاک برداری می شود و بلافاصله یک تخته حاءل گودبرداری کوتاه به صورت قاءم نصب می شود تا سطح نرم وجلوی تخته حاءل را نگه دارند بعد از اینکه سرتا سر شیار سطحی خاکبرداری شد تخته حاءل گودبرداری قاءم نصب و یک ستون کار گذاشته می شود تکیه گاه تخته ی حاءل گودبرداری ستون های کوتاه است سپس ممکن است بقیه ی سطح نرم به طرف پایین خاک برداری و به وسیله ی تخته حاءل گود برداری افقی نگه داشته شود
اندازه دالان تونل باید به همان اندازه ی مشخصات زمین مورد نظر بزرگ باشد یعنی عرض ان کمتر از 5پا و ارتفاع ان کمتر از7پا نباشد
اگر از لحاظ اقتصادی سرعت عمل را در نظر بگیریم برای طاق تونل قاب های فولادی از قاب های چوبی بهتر اند ممکن است که حاءل از جنس چوب یا فولاد باشد ورق های پوشش فولادی در اندازه و شکل های مختلف وجود دارند اگر بخش کمی از سقف یا طاق خاک برداری شود ممکن است که برای نگه داری آستر از ورقه ی پوشش فولادی استفاده شود به علت نصب ورقه ی پوشش فولادی مقاومت آستر به اندازه ی کافی زیاد خواهد شد ورقه ی پوشش فولادی ابتدا از بالای طاق نصب و کم کم به طرف پایین می ایند بال هر ورق پوشش فولادی به ورق نصب شده ی قبلی بسته می شود در تونل های کوچک ممکن است که ورقه های پوشش اج دار یا موج دار تکیه گاه مناسبی باشند در تونل های بزرگ یا تحت بار سنگین تر برای جلوگیری از مسدود شدن تونل ورقه های پوشش فولادی به وسیله ی تیرکهای فولادی نگاه داشته می شوند همچنین ممکن است که از ورق پوشش بدون بال به عنوان پوشش یا حاءل استفاده شودبرای جلوگیری از نشست یا بار نامتعادل باید تمام حفره هایی که در پشت ورقپوشش فولادی وجود دارند با تزریق شن ریز یا دوغ اب سیمان پر شوند.
در تونل های کوچک ممکن است که فقط یک دهلیز شناسایی وجود داشته باشد اما برای تونل های بزرگ از مجموعه ی مختلفی از دهلیزهای شناسایی استفاده می شود برخی از این دهلیز ها توسط کشور مبدا شناسایی می شوند .مانند شیوه تونل کنی امریکایی اتریشی بلزیکی انگلیسی المانی و ایتالیایی اما هر کدام از این شیوه ها با تغییرات زیادی مورد استفاده قرار می گیرند در ااصل برای استفاده از این روشها تکیه گاه و پایه چوبی لازم است اما اکنون پایه های فولادی بهتر از پایه های چوبی هستند زیرا از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه اند

کلامشل(بیلمنقاری)

کلامشل (جرثقیل خاکبردار) دستگاهی است مجهز به تیر مشبک جرثقیل، جام کلامشل و کابلهای لازم جهت کنترل دستگاه. کلامشل برای انجام عملیاتی از قبیل کندن چاه و گودال های عمودی یا پی کنی، انتقال مواد از محل دپو به انبارها و تخلیه مواد از واگنهای باری خط آهن مناسب است.
جام کلامشل از دو قطعه که به هم لولا شده اند تشکیل شده است. در هنگامی که کابلهای بستن جام و بالا بردن جام فاقد کشش باشند، از سرباره های اضافی باز کردن جام استفاده می شود. وقتی که جام باز باشد، وزن آن به وسیله کابل نگهدارنده تحمل می شود و کابل زیرین که از جام به وسط تیر مشبک متصل است برای جلوگیری از کج شدن و نوسانات جام در حین عملیات به کار می رود

گرچه کلامشل قادر به حفاری در سطح پایین تر از سطح اتکاء ماشین می باشد، ولی عمق عملیات نمی تواند از طول میله جام تجاوز نماید. انواع دیگر قسمتهای الحاقی (جام معکوس یا دراگلاین) وجود دارند که برای این کار در سطحی پایین تر از سطح اتکای ماشین مناسبتر می باشند. یکی از مزایای کلامشل این است که این ماشین در موقع حفاری در سطح زمین دارای راندمان بسیار بالاست بدین دلیل که می تواند در حین حفاری راه پیشروی خود را باز کند.در ضمن کلامشل قادر است که دیواره های قسمت حفاری شده را شکل داده و شیب ترانشه را اصلاح کند. مواد حفاری شده بوسیله کلامشل را می توان در کامیون یا مستقیماً در محل خاکریز تخلیه نمود.
مانور با کلامشل برای حفاری مؤثر کلامشل باید یک سطح عمودی در مقابل داشته باشد. این سطح را جبهه حفاری می نامند. اگر حفاری در کنار یک تپه یا عوارض سطحی نظیر آن باشد، این جبهه به زودی ایجاد می شود. اما اگر حفاری قرار است در زیر سطح زمین صورت گیرد، کلامشل باید اول یک سطح شیبدار تا رسیدن به جبهه حفاری در زمین ایجاد نماید و سپس اقدام به حفاری در جبهه نماید.

کاربرد کلامشل

1 -حمل و جابجا نمودن مواد کنده شده نظیر ماسه و شن و سنگهای شکسته 2- کندن چاه 3- کندن گودالهای عمودی 4 -پی کنی بخصوص پی کنی پایه پلها 5-برطرف کردن مواد خاکی از سدهای موقت،پایه های موج شکن،منهولهای فاضلاب و نهرها 6-حمل بار و بلند کردن قائم آنها از یک نقطه به نقطه دیگر نظیر تخلیه بار در داخل قیف 7-انتقال مواد از محل دپو به انبارها 8- تخلیه مواد از واگنهای باری خط آهن 9-لایروبی آبهای جریانهای تند و سری

انواع جام مورد استفاده در کلامشل و موارد استفاده از ان:

1-جام سنگین-برای کندن خاک های متوسط به کار می روند

2-جام متوسط-برای کندن خاک های سست به کار می روند

3-جام سبک-برای جابه جایی خاکهای کند شده به کار می روند

§ برای اقتصادی شدن کار با کلامشل باید نکات زیر مورد توجه قرار گیرد
§ 1-باید سعی شود از کلامشل و ماشینهای هم گروه ان در کارهای پر حجم استفاده شود
§ 2-برای هر کار باید کلامشل با ظرفیت معین وجام مناسب انتخاب شود
§ 3-بیل مکانیکی و ماشین های هم گروه ان باید در محلی مستقر شود که بازوی ان بتواند در جاهای مختلف مانور دهد
§ 4-بهتر است زاویه استقرار بیل مکانیکی وماشین های هم گروه ان با جبهه عملیات عمودی انتخاب شود واین کار در تخلیه وبارگیری وسایل حمل نیز باید رعایت شود
§ 5-برای راندمان بیشتر در مواقعی که جبهه عملیات بالاتر از محل استقرار است باید از جامهایی استفاده کرد که به طرف ماشین جمع شود
§ 6-برای راندمان بیشتر در مواقعی که جبهه عملیات بالاتر از محل استقرار است باید از جامهایی استفاده کرد که به طرف جلو عملیات را انجام می دهند 7-مقدار عمق بهینه برش در خاک برداری عمقی است که بیل مکانیکی در حال خاک برداری در ان عمق دارای بالاترین بازده وتولید باشد وبا طی مسیر حرکت جام از پایین ترین نقطه گودال تا سطح ان جام از خاک کاملا پر شده باشد مقدار بازده بیل مکانیکی بر حسب متر مکعب در ساعت بر اساس خاک طبیعی بیان می شود