تبلیغات
دختر زمین شناس
قالب وبلاگ

دختر زمین شناس
تنها جایی که برای زندگی کردن داریم زمین است...مواظبش باشیم 
بررسی روش تزریق جهت تثبیت خاكهای مسیر قطار شهری شیراز

حسین کاظمی ، رسول اجل لوئیان ، محمد خسروتاش
 
چكیده:  
تزریق (Grouting ) شامل مجموعه عملیات فنی مهندسی جهت افزایش مقاومت خاكها و سنگهای اطراف تونلها و سدها و آب بند نمودن آنها می باشد. در این راستا روش تزریق نیز باید بر اساس خواص ژئوتكنیكی مواد موجود در مسیر انتخاب شود، در این مقاله نیز سعی  شده است كه ،  با توجه به یكسری عوامل ژئوتكنیكی، همچون نفوذپذیری و نسبت تزریق پذیری خاكها، به انتخاب روش تزریق در تونلهای مسیر قطارشهری شیراز پرداخته شود.

 
Envestigation of Grouting Method For The Stabilization of Soils in The Route of Shiraz Subway.
                                                                     
Abstract:                                                                                                                   
Grouting incloud a set of technical engineering operation to increase the strength of soils and rocks around the tunnels and dams and to cut off them. Consecuently, The way of grouting should be adapted according to the geotechnical characterisitics of the materials in the way of tunnels.In this study attempt is made to select the type of grouting in the tunnels of Shiraz subway on the basis of some geotechnical factors such as permeability and the proportion of some geotechnical of the soils.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   
 
مقدمه:
عملیات تزریق غالبا بخشی از فعالیتهای اجرایی در پروژه های زیر زمینی مهندسی عمران و معدن كاری می باشد.  نوع و پارامترهای اجرایی سازوكار فضای زیرزمینی، شرایط زمین شناسی و آب زیرزمینی حاكم بر محل، تعیین کننده روش عملیات تزریق بوده، که می تواند هزینه و برنامه زمان بندی را تحت تاثیر قرار دهد. در حال حاضر، تكنولوژی تزریق سازه های زیر زمینی موجود در خاك و سنگ به حدی گسترش یافته كه مسائلی همچون طراحی عملیات تزریق، انتخاب تجهیزات و انتخاب مصالح مناسب، مد نظر قرار گرفته می شود. تزریق هایی كه در ارتباط با سازه های مهندسی نظیر تونل ها، اطاقك ها و عملیات معدنی بكار می رود، از لحاظ چارچوب اجرایی با عملیات تزریقی كه از سطح زمین انجام می گیرد مشابه است. در هر دو مورد عملیات تزریق برای پر كردن حفرات، شكاف هایا فضاهای خالی كوچك موجود در مصالح زمین شناسی میزبان انجام گرفته تا ضمن اینكه مقدار نشت را كاهش می دهند، مصالح شالوده را نیز تقویت و تحكیم نموده و همچنین اندركنش زمین-سازه را نیز بهبود بخشند.
تزریق در خاك را می توان از سطح و یا از همان فضای زیر سطحی انجام داد. تزریق زیر سطحی عموماً  در سینه كار تونل انجام می شود و عوامل محیطی همچون دانه بندی خاك، تراز های مختلف آب زیرزمینی، عمق سازه از سطح زمین و دسترسی سطحی به تجهیزات تزریق، تعیین کننده روش تزریق در پروژه می باشند.
 
روشهای تزریق:  این روشها شامل تزریق در خاك، تزریق در سنگ و تزریق سازه ای می باشند.
الف: انواع روشهای تزریق در خاكها:   
1- تزریق جت: این روش كه بیشتر در خاكها انجام می شود، تكنیك نسبتا جدیدی است كه از سال 1960 گسترش پیدا كرده است (-welsh1991 ). در این روش لایه های نازكی از ملات سیمانی تزریق، با فشار بسیار زیاد، به دیواره گمانه  برخورد می كند. پس از اصابت به دیواره گمانه، به طور همزمان، از یك سو مصالح موجود را حفاری نموده و از سوی دیگر نیز با خاك مخلوط می شود. هنگامی كه دوغاب تزریق با فشار بسیار بالا `پاشیده شود،  به درون بافت خاك نفوذ كرده و مشخصات ژئوتكنیكی خاك، مطابق با نیاز های پروژه، تغییر می نماید.
2- تزریق نفوذی: در این روش، ملات مورد نظر به داخل فضاهای خالی و حفرات خاك تزریق می گردد. از این تكنیك، برای كنترل جریان آب به داخل تونل و یا بهبود ساختار خاك، استفاده می شود. این نوع تزریق، قدیمی ترین و متداول ترین  روشهای تزریق بوده که در خاكها انجام می شود.
از انواع دیگر روشهای تزریق در خاكها، تزریق تراكمی و تزریق شكست هیدرولیكی می باشدكه از توضیح آنها صرفنظر می شود.
 
ب: انواع روشهای تزریق در سنگها:
1- تزریق تحكیمی:تزریق تحكیمی، مراحلی همچون پر كردن درزه های باز، سطوح لایه بندی باز، پهنه های گسله، حفرات ودیگر ناپیوستگی های ساختاری موجود در سنگ، را شامل گشته و از لحاظ اجرایی نیز تا فاصله ای معین ( حداقل یك برابر قطر تونل) از محدوده فضای حفاری شده، صورت می گیرد.
2- تزریق آب بندی: در این روش از تزریق عموما پرده تزریقی به صورت شعاعی و در تمامی محیط اطراف یك سازه اجرا می گردد. با اجرای پرده تزریق در شفت ها و تونل ها، نشت آب در پایین دست و یا در ماورای پرده، كاهش می یابد.
 
ج: انواع روشهای تزریق سازه ای: از این روشها برای بهبود سطح مشترك بین سازه و زمین استفاده می شود
كه شامل دو نوع می باشند:
1- تزریق تماسی: از این نوع تزریق، برای پر كردن حفرات و فضاهای خالی بین قطعات بتنی پیش ساخته استفاده می شود. در اینجا هر گونه فضای خالی كه هنگام عملیات اجرایی برجای گذاشته شده پر خواهد شد و با پر شدن كامل فضاهای خالی، اطمینان لازم از تماس كامل سازه با زمین حاصل می گردد و از این رو، انتقال بارهای بین مصالح تشكیل دهنده شالوده و سازه به حداكثر مقدار خود خواهد رسید. 
2- تزریق اتصالی: با این روش از تزریق می توان حفرات موجود بین ذراتی كه در بتن به یكدیگر متصل گردیده اند را تزریق نمود. حفراتی كه پر كردن آنها به تزریق اتصالی نیاز دارد، می توانند به خاطر انقباض بتن، هوای به تله افتاده در زمان بتن ریزی و یا به علت روش های بتن ریزی با كیفیت پایین، ایجاد شوند. 
 
محاسبه تزریق بر اساس خواص ژئوتكنیكی خاكهای مسیر:
طرح یك عملیات تزریق باید بر پایه طبیعت و سرشت زمین و مشخصات ژئوتكنیكی خاكهای در بر گیرنده سازه باشد، كه این مشخصات بر اساس نتایج آزمایشات ژئوتكنیكی انجام گرفته در پروژه مشخص می شود. بر اساس نتایج حاصل از گمانه ها و آزمایشات انجام گرفته در محل و دانه بندی خاك، خاكهای مسیرمورد نظر از لحاظ جنس طبق استاندارد های  ASTM ،CL  (Lean Clay  ) و در مواردی كه همراه با ماسه بودند، (كمتر از 10% ماسه ) Lean Clay with Sand نامگذاری شدند. البته در بعضی از نقاط مسیر با توجه به خصوصیات زمین شناسی منطقه كه شامل آبرفتهای كواترنر دوران چهارم و نهشته های دریاچه ای می باشند، سیلت های رسی و سیلتهای ماسه ای نیز دیده شده اند. در كل میتوان جنس اغلب خاكهای مسیر را از نوع رس دانه ریز لاغر دانست. مقاومت این خاكها نیز بر اساس نتایج حاصل از آزمایشات CPT  تا عمق 15 متری در رده خاكهای خیلی سفت ( Very Stiff )  و از آن به بعد عمدتا در رده سخت )  Hard  ( تعیین گردیده است. همچنین بر اساس نتایج حاصل از آزمایشات لوفران مقدار نفوذپذیری این خاكها بینm/s 3-10 تا m/s 5-10 می باشد  كه حد متوسط آن m/s 4-10 تعیین می گردد.از آنجا كه به دست آوردن یك روش مناسب از تزریق باید بر اساس آزمایشات نفوذپذیری و مقاومت و دانه بندی خاك تعیین شود ، در اینجا با توجه به نفوذپذیری خاك و آزمایشات مربوطه به آن، روشی مناسب از تزریق ارائه می گردد.
مطابق با معیار لوژن كه یك واحد آن معادل m/s 3- 10* 3/1K=  می باشد وطبق نظر آقای دوئیگ (Doig) چنانچه: 
مقدار لوژن بین 3-1 باشد، نیازی به تزریق نخواهد بود.
مقدار لوژن بین 10-3 باشد، فقط به تزریق با مواد شیمیایی نیاز خواهد بود.
مقدار لوژن بیش از 10 باشد، تزریق با ملات سیمانی قابل قبول است.
لذا بر همین اساس مقدار لوژن انتخابی برای خاكهای این مسیر بیش از 1 و كمتر از 3 در نظر گرفته شد، و بر همین اساس می توان گفت كه در خاک مورد نظر نیازی به تزریق نمی باشد. البته هنگام ارزیابی مقدار خورند گمانه های تزریق پی برده می شود که روش پیشنهادی دوئیگ، از جامعیت برخوردار نیست و موضوع نیاز به تزریق یا عدم نیاز به آن در سازه های زیر زمینی خیلی پیچیده تر از این پیشنهادات است. بر این اساس با توجه به مقدار آب ورودی به داخل تونل نیز مسئله تزریق مورد بررسی قرار داده شد. از آنجا كه یكی از كاربردهای تزریق محدود كردن و تحت كنترل در آوردن چرخش آب زیرزمینی در پروژه هایی كه به نحوی با آب در ارتباط هستند می باشد، در اینجا نیزبا توجه به مسیر پروژه كه كاملا در زیر سطح ایستایی می باشد، این مقوله مورد بررسی قرار داده شد. در این مورد گودمن و همكاران (1965) راه حل تقزیبی خوبی برای محاسبه مقدار جریان آب ورودی به داخل تونلی با مقطع دایره ای، ارائه دادند كه به صورت زیر بیان می شود:
Q0=[ 2KπH0]/[2.3Log(2H0/r)]  
Q0 :مقدار آب ورودی بر حسب حجم در واحد زمان در واحد زمان در واحد طول تونل.
 K : ثابت نفوذپذیری بر حسب طول بر واحد زمان
 H0 : فاصله از تراز آب تا ورودی تونل.
r :شعاع تونل.
حال با توجه به مشخصات تونل مترو شیرازكه به شرح زیر می باشد می توان مقدار آب ورودی به تونل را تخمین زد. با توجه به اطلاعات به دست آمده از پیزومترها، عمق آب زیر زمینی در محدوده مورد مطالعه در عمق m 2/4 از سطح زمین قرار دارد كه می توان فاصله تراز آب تا ورودی تونل را m 8/5 تعیین كرد (H0) و با توجه به اینكه شعاع تونل m 5/3 میباشد (r)، لذا مقدار آب ورودی به تونل Q0=26.9L/m2  به دست می آید، وبا توجه به اینكه مقدار آب ورودی مجاز به تونلها كه حدودا L/m2      Q0=0.8
پروژه های انتقال آب و Q=15 L/m2  برای تونل های فاضلاب و دیگر تونل ها می باشد، می توان گفت كه در این پروژه نیاز به تزریق آب بند جهت آسانتر و بهتر كاركردن لازم می باشد.
كارول در سال 1983 معیار تزریق پذیری خاكها و سنگها را بر اساس ثابت نفوذپذیری (k) به طرز زیر پیشنهاد كرد:
 اگر :k<10-5m/s خاك و توده سنگ مورد بررسی، تزریق پذیر نخواهد بود.
:10-5<k<10-3m/s   تزریق با ملاتی كه گرانروی آن كمتر از 5 سانتی پواز است مشكل خواهد بود و چنانچه گرانروی آن بیش از 5 سانتی پواز باشد تزریق امكان پذیر نمی باشد.   
10-3<k<10-1 m/s  :خاك و توده سنگ مورد بررسی با استفاده از تمامی ملات های شیمیایی تزریق پذیر می باشد.
k>10-1 m/s    : از جامدات معلق تزریق و یا ملات شیمیایی تزرق همراه با فیلتر بایستی استفاده كرد.
حال می توان گفت كه با توجه به مطالب بالا و مقدار k=10-4m/s موجود در پروژه، تزریق با ملاتی كه گرانروی آن كمتر از 10 سانتی پواز باشد، باید استفاده كرد.
 
بحث و نتیجه گیری:  
در این پروژه به دلایل زیر استفاده از تزریق سازه ای از نوع تماسی را نسبت به دیگر روش ها ترجیح داده شد:
 1- نوع خاكهای مسیر با توجه به سیلتی و رسی بودن آنها ریزشی بوده و امكان باز کردن جبهه كارهایی با طول چندین متر وجود نداشت، تا اینكه بتوان در حین اجرای عملیات حفاری، اقدام به حفر گمانه های تزریق كرد.
2- با توجه به اینكه حفاری با استفاده از دستگاه TBM انجام می شود، لذا استفاده از امكانات و وسایل تزریق های تحكیمی مشكل ساز بود.
3- با توجه به عمق سطح تاج تونل نسبت به سطح زمین كه كمتر از 10 متر می باشد و جنس خاك نیز از نوع آبرفت می باشد، لذا امكان حفر گمانه ها و تزریق تحكیمی با فشار بالا وجود ندارد.
4- از آنجا كه این پروژه علاوه بر بارهای استاتیكی، در آینده اعمال بارهای دینامیكی را نیز خواهد داشت، بالطبع مجبور به استفاده از سگمنت هایی با مقاومت بالا می باشد.
5- چون در اینجا از سگمنت های با مقاومت بالا و مسلح استفاده می شود، پس می توان عمل تزریق را به عنوان نقش پر كننده و اتصال زمین با سگمنت و جلوگیری از خورده شدن بتن با توجه به سولفاته بودن آب های منطقه انجام داد.
6- با توجه به میزان ورود آب به داخل تونل و میزان نفوذپذیری خاك و نسبت پوكی پائین آن استفاده
از دیگر روش های تزریق امكان پذیر نبود.
7- با توجه به اینكه طول مسیر تونل های رفت و برگشت كه تقریبا 22 كیلومتر می باشد، لذا اگر بنا باشد از تزریق های تحكیمی و غیره استفاده كنیم باید هزاران گمانه و عملیات تزریق بسیار زیادی را انجام دهیم كه از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نبود.
 
منابع و ما خذ:
1-  مهندسان مشاور خدمات مهندسی مكانیك خاك،1381، گزارش مطالعات ژئوتكنیك طرح مسیر قطار شهری شیراز،
2- طاهریان، ع.، 1379، راهنمای كاربردی تزریق در سازه های زیر زمینی، مهندسین مشاور لار،307 صفحه.
3- مهندسین مشاور زایندآب، 1375،  عملیات مهندسی تزریق، 400 صفحه.
                4 -  Shroff, A., and L. Shah, Dhananjay, 1999, Grouting Tecnology in Tunneling And Dam Constraction, 609p.                                                    
 
مشخصات نویسندگان:
  1.  رسول اجل لوئیان: دكترای زمین شناسی مهندسی و مكانیك خاك، عضو هیئت علمی دانشگاه اصفهان .
  2.  محمد خسرو تاش: كارشناسی ارشد مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیركبیر، شركت ساختمانی بام راه.
  3.  حسین كاظمی: دانشجوی دوره كارشناسی ارشد زمین شناسی مهندسی دانشگاه اصفهان.





طبقه بندی: مقالات زمین شناسی و معدن،
[ چهارشنبه 1 شهریور 1391 ] [ 09:31 قبل از ظهر ] [ راحله زمینی ] [ نظرات ]
.: Weblog Themes By WeblogSkin :.
درباره وبلاگ

این وبلاگ برای همه زمینی هاست...

مشاور پایان نامه های تخصصی کارشناسی زمین شناسی
بررسی های زمین شناسی
کار با gps و نرم افزار mapsurce و آموزش آن
رسم نقشه ( زمین شناسی، توپوگرافی، ...)
آموزش نرم افزار های زمین شناسی: ... gis , rockwork, surfer 8 & 9 , dips
rmazloomi.zamin@yahoo.com

نویسندگان
آخرین مطالب
لینک دوستان
نظر سنجی
نظر شما در مورد وبلاگ دختر زمین شناس چیست؟






ابر برچسب ها
آمار سایت
بازدیدهای امروز : نفر
بازدیدهای دیروز : نفر
كل بازدیدها : نفر
بازدید این ماه : نفر
بازدید ماه قبل : نفر
تعداد نویسندگان : عدد
كل مطالب : عدد
آخرین بروز رسانی :
امکانات وب