إنشاء أنفاق تحت الأرض. طرق جديدة لبناء الأنفاق عن طريق التعدين. ملامح بناء الأنفاق عن طريق التعدين مع بناء بطانة مسبقة الصنع
TUNNEL (أ. نفق ؛ نفق ؛ و. نفق ، جاليري ، قطار سفلي ؛ و. نفق) - هيكل ممتد تحت الأرض (تحت الماء) لأغراض النقل ، ووضع الاتصالات الهندسية ، إلخ. حسب الغرض ، يتم تقسيم الأنفاق إلى النقل (انظر) ، والمشاة (انظر) ، والهيدروليكي (انظر) ، والمرافق (المجاري ، والكابلات ، والمجمع ، وإمدادات الحرارة والغاز ، وما إلى ذلك) ، والتعدين (لإزالة الصخور والخامات ، والتهوية ، الصرف الصحي) والخاصة (الأغراض الدفاعية ، للبحث العلمي). الأنفاق تختلف في الطول (من عدة عشرات من الأمتار إلى عدة عشرات من الكيلومترات) والشكل والحجم. المقطع العرضي، العمق (من عدة أمتار إلى عدة كيلومترات) ، الهياكل ، طريقة البناء ، ظروف التشغيل ، إلخ. (انظر نفق الطريق ، نفق السكك الحديدية ، النفق تحت الماء ، متروبوليتان ،).
يتكون درع برونيل من 12 إطارًا مرتبطًا ، محميًا من الأعلى والجوانب بألواح ثقيلة تسمى المواكب. قام بتقسيم كل إطار إلى ثلاث مساحات عمل ، أو خلايا ، حيث يمكن للحفارات العمل بأمان. يفصل جدار من الصخور القصيرة أو ألواح الصدر كل خلية عن وجه النفق. سيزيل الصندوق لوحة الصندوق ويقطع ثلاث أو أربع بوصات من الطين ويستبدل اللوح. عندما أكملت جميع الحفارات في جميع الخلايا هذه العملية في قسم واحد ، دفعت المقابس اللولبية القوية الدرع للأمام.
قام Barlow و James Henry Wordhead بتحسين تصميم Brunel من خلال بناء درع دائري مبطن بقطاعات من الحديد الزهر. استخدموا في البداية درعًا مصممًا حديثًا لحفر نفق ثانٍ تحت نهر التايمز لحركة السير على الأقدام. زيادة الضغط على الهواء المضغوط داخل النفق. عندما تجاوز ضغط الهواء داخل النفق ضغط الماء بالخارج ، ظل الماء بالخارج.
بدأ بناء الأنفاق في العصور القديمة. في عام 2180 ق في بابل تحت النهر. نهر الفرات: تم بناء نفق للمشاة بطول 920 م عام 700 قبل الميلاد. تم بناء أنفاق لتوفير المياه بطول 1600 متر في جزيرة ساموس في بحر إيجه. ومنذ نهاية القرن السابع عشر ، بدأ بناء أنفاق الشحن ، في منتصف القرن التاسع عشر - السكك الحديدية ، وفي بداية القرن العشرون - أنفاق الطرق ؛ بدأ تشغيل أول مترو أنفاق في لندن عام 1863. خلال الفترة من 1900 إلى 1980 ، تم بناء حوالي مليون كيلومتر من الأنفاق لأغراض مختلفة في العالم. من الحجم الإجمالي ، ما يقرب من 60 ٪ من الأنفاق الهيدروليكية والمرافق و 40 ٪ للنقل. خلال هذه الفترة ، زاد معدل حفر الأنفاق بمعدل 90 مرة ، ومن 1980 إلى 1987 - تضاعف. وفقًا للتوقعات ، بحلول عام 2000 ، سيتعين بناء حوالي مليون كيلومتر من الأنفاق ، وفي المستقبل ، سيتضاعف حجم إنشاء الأنفاق كل 10 سنوات.
يستخدم العمال سقالة تسمى سقالة عملاقة لوضع المتفجرات بسرعة وأمان. يتحرك الجمبو نحو سطح النفق ، وتحدث التدريبات العملاقة عدة ثقوب في الصخر. يمكن أن يختلف عمق الثقوب اعتمادًا على نوع الصخرة ، لكن الحفرة النموذجية يبلغ عمقها حوالي 10 أقدام وقطرها بضع بوصات فقط. ثم يقوم العمال بحزم المتفجرات في الثقوب ، وإخلاء النفق ، وتفجير العبوات الناسفة. بعد إخلاء الأبخرة الضارة التي نشأت أثناء الانفجار ، يمكن للعمال إحضار الحطام والبدء في تدمير الحطام ، المعروف باسم الوحل ، باستخدام عربات.
مع تطور تقنية الأنفاق ، يزداد طول الأنفاق وأبعادها المستعرضة. في عام 1987 كان في العالم حوالي 30 نفقا بطول يزيد عن 10 كم. أنفاق النقل ثنائية وثلاثية المستويات بمساحة مقطعية 120-150 م 2 وأكثر أصبحت منتشرة على نطاق واسع. على سبيل المثال ، في مدينة سياتل () ، تم بناء نفق كبير من مستويين بقطر خارجي يبلغ 24.4 مترًا ، والذي يستوعب مسارين على مستويات مختلفة ، ومقصورة لراكبي الدراجات والمشاة ، فضلاً عن قنوات التهوية (الشكل. 1).
ثم يكررون العملية ، التي تقدم النفق ببطء عبر الصخر. مكافحة الحرائق بديل للانفجار. في هذه الطريقة ، يتم تسخين جدار النفق بالنار ثم تبريده بالماء. يؤدي التمدد والانكماش السريع الناجم عن التغير المفاجئ في درجة الحرارة إلى تكسر قطع كبيرة من الحجر.
يمكن قياس وقت معالجة الصخور الصلبة جدًا على مدى قرون. في هذه البيئة ، قد يتطلب الأمر دعمًا إضافيًا لسقف وجدران النفق. ومع ذلك ، فإن معظم الأنفاق تمر عبر الصخور التي تحتوي على كسور أو جيوب من الصخور المكسورة ، لذلك يجب على المهندسين إضافة دعم إضافي على شكل براغي أو خرسانة مرشوشة أو حلقات ذات شعاع فولاذي. في معظم الحالات ، يضيفون كسوة خرسانية دائمة.
التكاليف الكبيرة لبناء الأنفاق (تكلفة بناء كيلومتر واحد من أنفاق النقل هي 10-30 مليون روبل) يتم سدادها من خلال تحسين روابط النقل ، وحل مشاكل الطاقة ، وتبسيط أنظمة الاقتصاد الحضري ، وتحويل البيئة وحمايتها.
سننظر إلى النفق الذي يمر عبر الصخور الناعمة ويؤدي تحت الماء. بينما تشمل التطبيقات النموذجية أحجام كبيرةصخور معززة بشدة الهياكل الخرسانيةأو خبث الصلب ، فإنه يستخدم أيضًا بنجاح في حفر الأنفاق. إنه يعمل بشكل أساسي على آليتين للقرصنة - اختراق التدمير والتأثير. يشير الفشل الاختراقي إلى مواد أكثر ليونة يتم تدميرها من خلال مزيج من موجات الضغط وتأثير الإسفين. لهذا الغرض ، يتم استخدام إزميل أو أداة من نقطة إلى نقطة.
في كسر الصدمة ، يتم استخدام أداة غير حادة لنقل موجات الإجهاد فقط ، لأن تأثير الإسفين غير مرغوب فيه هنا. تعتمد الإنتاجية على العديد من العوامل التي تشمل: طاقة التأثير والتردد ، وقوة المواد والمتانة ، ومهارة وتقنية المشغل ، وظروف المشغل ، واللوجستيات في مكان العمل.
يتم تشغيل أكثر من 50 كيلومترًا من الأنفاق المائية والتقنية وأنفاق المترو وأنفاق التعدين وما إلى ذلك سنويًا في CCCP. بدأ إنشاء أنفاق تحت الماء تحت القنال الإنجليزي بطول حوالي 50 كم (تكلفة المشروع 2.3 مليار جنيه إسترليني). من المخطط إنشاء أنفاق كبيرة تحت الماء تحت مضيق البوسفور (12 كم) ، جبل طارق (50 كم) ، تحت خليج بوثنيا (22 كم) ، إلخ. تم تطوير مشاريع لأربعة أنفاق أساسية للسكك الحديدية في جبال الألب بطول من 49 إلى 60 كم (جدول).
يعتمد الموزع بشكل أساسي على أنواع رؤوس القطع ، المستعرضة أو الطولية ، وعلى أساس أنواع تجميعات التحميل - الأقواس الجاهزة ، وآلات الفرز ، والرافعات الناقلة للكاشطة ، وعوارض التحميل الجانبية أو عارضة تحميل مركزية واحدة.
يتم إعطاء معلومات موجزة عنها أدناه. 
مزايا الطولي فوق العرضي. يمكن أن تعمل مع الحد الأدنى من الحمل الزائد ؛ عرضية أقل استهلاك منخفض للطاقة بشكل أساسي نتيجة لانخفاض سرعة القطع. 
مزايا عرضية طولية. 
يمكن التعامل مع كميات كبيرة من المكسرات عند استخدامها في تطبيقات التعدين مثل مناجم الفحم. 
- سرعة قص أسرع.
- يتم قطعه في اتجاه الوجه وهو أكثر ثباتًا من الوجه الطولي.
- أقل عرضة للتغيرات في ظروف الصخور والصخور الأكثر صلابة.
- من الأفضل استخدام الطائرات القابلة للطي ، خاصة في طبقة الصخور الرسوبية.
- تنوع أكبر ونطاق أوسع من التطبيقات.
- الأنسب للتعامل مع الأوساخ الخشنة والممتلئة والمتماسكة والمبللة.
- جيد للعمل في الأنفاق.
- للمواد الجافة والمربوطة وغير اللاصقة.
- مقاومة التآكل ، صيانة منخفضة.
- للمواد غير المكدسة وغير الكاشطة.
يتم تحديد الغرض ، وموقع الأنفاق ، وطولها وعمقها ، ومخططها في المخطط والملف الشخصي ، وشكل وأبعاد المقطع العرضي من خلال الظروف الطبوغرافية والمناخية والجيولوجية الهندسية ، وطريقة البناء ، وكذلك الاقتصادية والبيئية الاعتبارات.
من أجل التصميم السليم وبناء الأنفاق ، يتم إجراء المسوحات والدراسات الهندسية ، حيث يتم استخدام الاستكشاف الجيوفيزيائي ، ومسوحات قياس الجاذبية والانبعاثات ، والأنفاق الكبيرة ، إلى جانب الطرق التقليدية (حفر الآبار ، وحفر الأعمال الاستكشافية). دقة التصوير الجوي الساتلي. تكلفة إنتاج المسوحات والأبحاث الهندسية والجيولوجية تصل إلى 3-5٪ من تكلفة البناء.
في قسم المنشورات أدناه. آلات حفر الأنفاق. نظرًا لقدرتها على تحقيق معدل مرتفع من التطور في بناء الأنفاق المدنية ، فإن آلة حفر الأنفاق تكتسب المزيد والمزيد من الشعبية والاهتمام بتطبيقها في تطوير المناجم تحت الأرض.
هذه هي أكثر طرق حفر الأنفاق تقليدية ولا تزال تمارس وتستخدم في الأنفاق الأقصر في الصخور الصلبة وحيث لا يمثل الوقت قيدًا. تعتمد طرق حفر الأنفاق عن طريق الحفر والتفجير بشكل أساسي على نوع التضاريس التي يتم عبورها. وبالتالي ، يمكن تمييز تعدين الأنفاق في الصخور وتعدين الأنفاق في التربة أو المناطق الرخوة بشكل منفصل. في هذه المقالة ، سنركز دائمًا على الحفريات الأكثر شيوعًا في أنفاق الطرق.
يتم بناء الأنفاق ، حسب موقعها وعمقها وظروفها الجيولوجية الهندسية ، بواسطة الجبل أو الدرع أو طرق مفتوحة؛ في بعض الحالات ، طريقة التثقيب وخفض الأقسام و طرق خاصةيعمل (انظر البناء تحت الأرض).
لتحميل ونقل كتلة الصخور ، آلات تحميل الصخور المستمرة القوية (قدرة تقنية تصل إلى 360 م 3 / ساعة) ، حفارات أنفاق مع دلاء بسعة تصل إلى 2-3 م 3 ، شاحنات قلاب ثقيلة وسيارات ذاتية الدفع (تصل السعة إلى 10 م 3 وأكثر) في عجلة الهواء وتشغيل السكك الحديدية والنقل وخطوط الأنابيب. للتثبيت المؤقت لأعمال النفق ، يتم استخدام البطانة المقوسة والمثبتة (انظر) والبطانة الخرسانية بالرش. في الصخور المضطربة والمستقرة بشكل ضعيف ، يكون الدعم الرئيسي فعالاً في شكل شاشات مصنوعة من أنابيب بقطر 200-300 مم مثبتة في الآبار المحفورة على طول محيط عمل مستقبلي ، أو أقبية خرسانية ، مرتبة عن طريق صب فجوة كفاف رئيسية بعرض 12-15 سم يتم تنفيذها بذبح مستمر أو متدرج مع بناء بطانة دائمة في قالب متحرك (انظر). يتم إدخال خليط الخرسانة في الأنفاق في خلاطات الشاحنات ويتم وضعه خلف القوالب بواسطة مضخات الخرسانة أو منفاخ الهواء. تم إنشاء قطارات خرسانية خاصة ، بما في ذلك العربات ذات القواديس للأسمنت والركام ، والمنصات ذات خلاطات الخرسانة ، والناقلات الحزامية ، وما إلى ذلك. يتم التحكم في تشغيل التركيبات بواسطة الكمبيوتر. في بعض الصخور ذات الزحف الرطب ، يسمى. طريقة نمساوية جديدة للقيادة مع تطوير ، أولاً وقبل كل شيء ، الجزء المحيطي للحفر والتثبيت السريع لمحيطه بقشرة مرنة من الخرسانة والمراسي. بعد استقرار الكتلة الصخرية ، فإنها تتطور جزء مركزيالعمل وتركيب تبطين الخرسانة المرشوشة أو الخرسانة في الموقع.
التفاصيل أو الأعمال الأولية لدورة العمل المميزة للحفر عن طريق الحفر والتفجير هي كما يلي.
- قم بتمييز مقدمة جدول التصوير.
- تدريبات الحفر.
- حمولة الحفر بالمتفجرات.
- الانفجار والتهوية.
- إزالة الأنقاض والصرف الصحي للجبهة والقبو والجملونات.
تستخدم طريقة الدرع بشكل أساسي في الصخور الناعمة والضعيفة. للاختراق في الصخور الناعمة ، فإن الدروع الآلية مع أجسام عمل مستمرة (دوارة ، كوكبية) أو انتقائية (طحن ، حفر) ، إلخ. - 1250 م / شهر. في التربة غير المتماسكة ذات الرطوبة الطبيعية ، يتم استخدام الدروع الآلية ذات الأرفف التشريح الأفقية والرافعات الفكية ، وفي التربة الضعيفة المشبعة بالمياه (الشكل 2) - الدروع ذات غرف التحميل ذات الفتحات السفلية المملوءة تحت الضغط بالهواء المضغوط أو الماء أو محلول الطين (تعليق البنتونيت) ؛ كما تم إنشاء دروع بأوزان التربة والحمأة.
بعد ذلك ، على طول الحفريات في النفق ، يتم تعديلها وفقًا للنتائج التي تم الحصول عليها في كل انفجار. يتميز التفجير المتفجر ذو الثقوب الأفقية بميزة استخدام نفس نظام العمل والمعدات كمرحلة متقدمة ويمكن قطعها بالشكل النظري للنفق. بالإضافة إلى ذلك ، فإن النفخ في البنك يكون أسرع مع استهلاك أقل للانفجار ، ولا يلزم إزالته بواسطة الحطام في كل انفجار ، ولكنه يتطلب تشذيبًا لاحقًا للحصول على ملف تعريف نفق في الجملونات.
إلى عن على الأداء الطبيعيأنفاق النقل والتجميع مجهزة بأنظمة تشغيلية للتهوية (انظر. تهوية الأنفاق) ، والإنارة ، والصرف ، وفي أنفاق النقل توفر وسائل إطفاء الحرائق ومنع حدوثها ، فضلاً عن الأجهزة التي تساهم في سلامة السيارة. حركة المرور. تصل تكلفة المعدات التشغيلية لأنفاق النقل إلى 30٪ من تكلفة إنشائها.
يجب أن تكون الثقوب أطول من 5 إلى 10٪ من المسافة التي تريد أن تتقدم بها بالعصا ، تسمى طول السلك ، حيث توجد دائمًا خسائر تجعل من المستحيل زيادة طول الثقوب. يتراوح طول السكتة الدماغية النموذجية بين 1 و 4 أمتار ويتم تثبيتها اعتمادًا على جودة الصخرة جودة أفضلالتضاريس ، كلما كان التقدم ممكنًا.
بالنسبة للحفر والتفجير ، يتم تقسيم القسم النظري من النفق إلى مناطق تختلف فيها متطلبات كل من كثافة الحفر والشحنة المتفجرة المحددة وتسلسل الإشعال. والغرض منه هو إنشاء ثقب أول في الصخر يوفر لبقية المراحل سطحًا حرًا يمكن أن تنزلق عليه الصخور ، مما يجعل إطلاقه ممكنًا وأسهل. في الأنفاق ذات مناطق الحفر المنخفضة ، لا تسمح هذه الأجواء بمكاسب كبيرة من التفجير.
التقدم في مجال حفر الأنفاق يجعل من الضروري زيادة الوتيرة وتقليل كثافة اليد العاملة وتكلفة البناء. للقيام بذلك ، من الضروري ضمان: التنبؤ الموثوق به للظروف الهندسية الجيولوجية على طول مسار النفق ، وتوحيد وتوحيد أشكال وأحجام المقطع العرضي للأنفاق لأغراض مختلفة ، وكذلك هياكل الأنفاق ؛ إنشاء بطانات ودعامات صناعية واقتصادية باستخدام مواد إنشائية تقليدية وجديدة ؛ تطوير وتنفيذ أنظمة تصميم الأنفاق الآلية ؛ تحسين تكنولوجيا بناء الأنفاق على أساس الميكنة المعقدة والروبوتات لجميع عمليات التعدين ، إلخ.
يتكون من مثقاب فارغ ، بدون متفجرات ، بقطر أكبر من الآخرين ، وحولها ثلاثة أو أربعة أقسام من التدريبات المحملة التي تنفجر بالتتابع بعد تسلسل محدد مسبقًا. تتمثل مهمة التوسعة في توفير سطح حر يمنع تسرب الصخور بطريقة تسهل البدء.
في بعض الأحيان يمكن استبداله بفتحتين فارغتين بقطر أصغر. Shoemaker هي منطقة انفجار تقع في قاعدة الجبهة ، تتساقط مع الأرض. وعادة ما يتم "وخز" الفتحات الطرفية قليلاً للخارج لترك مساحة كافية لحفر الوجبة التالية. ثقوب صانعي الأحذية هي تلك التي تحتوي على أكثر العبوات المتفجرة ، لأنه بالإضافة إلى تكسير الصخرة ، يجب عليهم رفعها. لتجنب الزواحف ، يتم "ضغطها" قليلاً وإطلاقها أخيرًا.
نفق - هيكل تحت الأرض اصطناعي أفقي أو مائل مصمم للنقل أو ممر المياه أو وضع الاتصالات أو المؤسسات الصناعية.
حسب الغرض ، تنقسم الأنفاق إلى سبع مجموعات:
- سكة حديدية
- طريق
- مترو الانفاق
- المائي
- خدمات
- التعدين
- خاص
حسب الموقع ، تنقسم الأنفاق إلى:
تعتبر التدريبات المحيطية أو الكنتورية مهمة لأنها ستعتمد على شكل محيط الحفرة الناتجة. من الناحية المثالية ، يجب أن يكون الشكل الفعلي لمحيط النفق أقرب ما يكون إلى الشكل النظري قدر الإمكان ، على الرغم من أن عدم استقرار الصخور والتمزق يجعل هذا الأمر صعبًا.
هناك طريقتان لأخذ لقطات محيطية: الشق والمعالجة المسبقة. القطع ، وهو الأسلوب الأكثر استخدامًا ، يتكون من حفر عدد كبير من الثقوب الموازية لمحور النفق في الكفاف ، على مسافة مناسبة وبتركيز ضئيل أو معدوم للانفجار. في تسلسل الإشعال توجد فتحات الطرق الأخيرة. تتطلب هذه الطريقة حفرًا دقيقًا للغاية ، مما يضمن توازيًا جيدًا وفصلًا موحدًا بين التدريبات.
- جبلية (تقع في مناطق جبلية - من خلال التلال ومستجمعات المياه والتلال الفردية) ؛
- تحت الماء (أنفاق مبنية تحت مجرى مائي (أو تحت حاجز مائي آخر ، مثل مضيق البحر) ، لمرور المركبات ووضع المرافق) ؛
- مسطحة أو حضرية (على سبيل المثال ، أنفاق المترو).
يعتمد عمق النفق وطوله وموقعه وشكله المقطعي على الغرض من النفق والظروف الطبوغرافية والجيولوجية والمناخية. يمكن أن يكون المظهر الجانبي الطولي للنفق منحدر واحد أو اثنين (مع منحدر في كلا الاتجاهين من منتصف النفق).
يعد حفر الأنفاق من أصعب أنواع أعمال البناء. يتم تنفيذ النفق من خلال أقسام متطابقة محدودة الطول - توقف. طول المقطع - عمق المدخل - يعتمد على الظروف الهندسية والجيولوجية لوضع النفق ، وأبعاد المقطع العرضي ، وأهمها العرض ، وطريقة الاختراق ، ومادة التبطين. عند قيادة نفق في التربة الصخرية وشبه الصخرية ، يكون عمق الاختراق ، والذي يتم تحديده بشكل أساسي من خلال درجة ثبات تربة الحفر ، من 2 إلى 4 أمتار.
يتم تنظيم أعمال النفق وفقًا للطريقة المتوافقة مع التنفيذ الدوري. عملية البناءبناء النفق مقسم حسب نوع العمل. يكمن مبدأ تنظيم العمل بالطريقة المباشرة في حقيقة أن تقدم واجهة العمل لكل منطقة عمل بعد الوجه الأمامي يتم بسرعة ثابتة. في هذه الحالة ، تكون جميع الأعمال في بناء النفق عبارة عن تدفق بناء واحد ، مما يضمن بناء النفق النهائي بسرعة تقدم الواجهة الأمامية. يمكن أن تكون السرعة القصوى الممكنة لتقدم واجهة العمل في كل منطقة عمل مختلفة ويتم تحديدها من خلال القدرات التكنولوجية.
المبدأ الثاني لتنظيم عمل الأنفاق هو الطبيعة الدورية لتنفيذها. تُفهم الدورة على أنها عملية مكتملة لأداء قدر معين من العمل ، تتكرر على فترات منتظمة. يجب أن تكون مدة الدورة بحيث يتم إكمال عدد كامل من الدورات في كل وردية أو يوم. يتيح لك ذلك تنظيم عمل فرق العمل بنظام الورديات بشكل أفضل ويزيد من مسؤوليتهم عن جودة العمل.