طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية

ما هي طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية؟

اكتسبت طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية، شهرة خلال عمليات حفر الأنفاق في جبال الألب النمساوية. حيث أثبتت هذه التقنية أنها مفيدة للغاية في الظروف الجيولوجية المعقدة والمتنوعة حيث يصعب التنبؤ بالكتلة الصخرية بسبب التغير السريع في الجيولوجيا.

إنّ طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية ليست مجرد طريقة بناء لأداء عمليات الأنفاق، ولكنها أيضًا نهج نحو تسلسل مبسط لأنشطة البناء الضرورية مع اعتبار الأمن والسلامة والاقتصاد العناصر المحورية. كما تعد تعددية الاستخدامات في أعمال التشغيل والبناء هي الميزة الأساسية لتقنية التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية حيث يمكن استخدامها للصخور الصلبة والصخور الناعمة وظروف الأرض الممزوجة.

قبل تطبيق طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية على أي أعمال بناء، من الأهمية بمكان فهم الظروف الجيولوجية والجيوتقنية للأرض. وبعد ذلك، تم تطوير معلمات تصميم مختلفة لعمليات النفق السلس باستخدام طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية.

السمات المميزة وفلسفة طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية:

تُعدّ طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية فلسفة أكثر من كونها طريقة بناء وتستند إلى مبادئ معينة مذكورة أدناه:

1. الكتلة الصخرية المحيطة هي الهيكل الأساسي الحامل. لذلك، يجب الحفاظ على قدرتها الاستيعابية دون تعطيل كتلة الصخور.
   
2. يجب الحفاظ على القوة الأساسية للتربة أو الصخور حول مجال النفق وتعبئتها إلى أقصى درجة ممكنة.
   
3. يمكن تحقيق التعبئة من خلال تنظيم تشوه الأرض. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي التشوّه الشديد إلى فقدان القوة واستقرار مساحة السطح العالية. كما يجب منع مثل هذه الظروف.
   
4. يجب توفير مجموعة دعم أولية بعد الحفريات مباشرة خلال وقت الوقوف. وبشكل عام، تشتمل مجموعة الدعم الأولية على مسامير صخرية وبطانة رقيقة شبه مرنة من الخرسانة المرشوشة. كما يتم تقديم الدعم الدائم في مرحلة لاحقة.
   
5. يجب أن تكون البطانة المرشوشة رقيقة الجدران. وإذا كانت هناك حاجة إلى دعم إضافي، فيجب استخدام دعامة شبكية وأضلاع نفق ومثبتات بدلاً من تكثيف بطانة الخرسانة المرشوشة.
   
6. يجب أن يكون طول الفترة غير المدعومة موجزًا ​​قدر الإمكان.
   
7. يجب مراقبة تشوّه الدعم والأرضي بعد تركيب الدعامة الأولية.
   
8. يحتاج أولئك المرتبطون بعملية التنفيذ والمراقبة لنهج طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية إلى فهم وقبول هذا النهج والاستجابة بشكل تعاوني لحل أي مشكلات.
   

معايير التصميم وخصائص طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية:

يمكن تقسيم مفهوم نهج التصميم المناسب لطريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية إلى مجموعتين أساسيتين. حيث تتضمن المجموعة الأولى المتطلبات الفنية لطريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية مع التطبيق في الأرضية الناعمة أو الصلبة. والمجموعة الثانية تشمل القيود الخارجية، مثل مشاكل التسوية والآثار البيئية والسلامة والتكنولوجيا الهندسية والقيود التعاقدية والمالية.

كوجهة نظر تصميم أساسية لطريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية، سيتم مناقشة العناصر الضرورية للتصميم أدناه بالتفصيل. حيث أن كل عنصر هو جزء من إجراء التصميم بأكمله. وإذا لم يتم دمج تصميم هذه العناصر مع بعضها البعض، فمن المحتمل أن يفشل التصميم الكامل لطريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية.

1- معايير التصميم المتعلقة بالمتطلبات الفنية لطريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية:

تشمل معايير التصميم الفني لطريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية فهم وظائف الجيولوجيا والجيوتقنية للأرض، وتصميم نظام الدعم والمراقبة. حيث تشكل هذه المعايير الهيكل الداخلي للأنفاق باستخدام طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية وتتم مناقشتها أدناه:

تصميم الدعم الأساسي والنهائي لطريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية:

تصميم الدعم الأساسي (الخرسانة المرشوشة، البراغي الصخرية، إلخ) والدعم النهائي هما المكونات الرئيسية للتصميم الفني لطريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية. حيث يجب مراعاة مرونة وسماكة الدعامة الأولية مع إضافة تقوية من الألياف الفولاذية ومسامير صخرية ومقدمة في تصميم الدعامات. وبالمثل ،يجب أن يأخذ تصميم الدعامات النهائية التشوه كمعايير أولية بحيث يقل التشوه حول محيط النفق إلى الصفر.

بشكل عام، يجب مراعاة النقاط التالية لتصميم الدعم الأساسي والنهائي:

1. يجب الحصول على خصائص الأرض، مثل القوة ووقت الوقوف بعناية.
   
2. يجب تحديد منحنى تفاعل الدعم الأرضي بناءً على خصائص الأرض.
   
3. يجب أخذ التصميم التفصيلي للمياه الجوفية في الاعتبار. على سبيل المثال، يتضمن التصميم التفصيلي تصميم نظام عزل المياه والصرف.
   
4. إذا تم النظر في نظام الصرف، فيجب تحديد الاستقرار طويل المدى لفتحات التصريف.
   
5. إذا تم أخذ الغشاء المقاوم للماء في الاعتبار، فيجب مراعاة ضغط الماء في التصميم لحساب الأحمال على البطانة.
   
6. يجب استخدام دعامات إضافية مثل البراغي الصخرية والعوارض الشبكية والشبكات الفولاذية والألياف الفولاذية لزيادة قوة الخرسانة المرشوشة.
   
7. يجب إجراء مراقبة مستمرة للضغوط والتشوه على البطانة.
   
8. يمكن إجراء التصميم الأولي للبطانة الأولية باستخدام الأساليب التجريبية والحسابية والنماذج المادية.
   
9. وعادة ما تكون البطانة الثانوية عبارة عن قطعة خرسانية مسبقة الصب.
   

متطلبات التصميم الجيوتقني لطريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية:

وفقًا للمبدأ الرئيسي لطريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية، فإنّ الجسم المحيط بالفتحة هو الهيكل الرئيسي الذي يحمل الحمولة. لذلك، يجب إنشاء منحنى رد فعل الدعم الأرضي المميز لتحسين قدرة تحمل الأحمال للوسيط. ولتصميم منحنى رد فعل الدعم الأرضي، فإنّ الخصائص الجيوتقنية لوسيط حمل الأحمال ضرورية.

بشكل عام، يجب مراعاة النقاط التالية لتصميم منحنى رد فعل الدعم الأرضي:

1. قوة الأرض أي قوة الشد والقص والضغط.
   
2. وقت الوقوف.
   
3. مياه المسام وظروف الصرف.
   
4. التجانس وعدم الخطية للأرض.
   
5. الاعتماد على الوقت أو السلوك الزاحف.
   
6. الانقطاعات الرئيسية للمفاصل.
   
7. ضغط الأرض عند السكون.
   
8. حجم الضغط المثقل.
   
9. بالإضافة إلى منحنى الدعم الأرضي، يجب اختيار معلمات التصميم الجيوتقني المناسبة لتحقيق التصميم التحليلي أو الحسابي الأولي لأنماط الحفر والهندسة.
   

نظام المراقبة لطريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية:

إنّ تصميم نظام المراقبة ضروري لمعرفة الأرض ودعم التشوه بعد حفر النفق. على وجه الخصوص، هناك هدفان رئيسيان لنظام المراقبة: مراقبة التصميم ومراقبة البناء. باختصار، يجب إجراء المراقبة للتأكد من سلامة التصميم والبناء. وبالتالي، يجب أن يتم تقييم البيانات وتحليلها من قِبل المتخصصين الجيولوجيين ومصممي الأنفاق ومشرفي البناء.

2- معايير التصميم المتعلقة بالقيود الخارجية لطريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية:

يمكن أن يؤدي تطبيق طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية في الأرض الناعمة للأسف إلى انهيار نفق. ونتيجة لذلك، قد يتضرر الهيكل المحيط. وقد يؤدي أيضًا إلى إحداث تأثير بيئي من خلال تطوير المجاري في المدن. لذلك، يجب تضمين قيود خارجية معينة في تصميم طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية بحيث يمكن تجنب مثل هذه المواقف. كما تشكل هذه المعايير الهيكل الخارجي للأنفاق باستخدام طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية وتتم مناقشتها أدناه.

تكنولوجيا الهندسة لطريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية:

ينبغي النظر في التحسينات التكنولوجية في أجهزة الأنفاق للاستفادة منها. حيث يجب استخدام التطورات التكنولوجية الجديدة لتعزيز إجراءات بناء الأنفاق. لذلك، يجب إجراء تباين بين الابتكارات السابقة والجديدة لاختيار الأفضل بينها.

سلامة النفق خلال طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية:

عنوان النفق هو جزء من النفق تم حفره قبل الوجه النهائي للنفق. حيث تحدث معظم حالات الفشل أثناء حفر هذا الجزء من النفق. لذلك، لحماية أولئك الذين يعملون داخل النفق وفي الهياكل فوق النفق، يجب الحفاظ على ثبات الوجه باستخدام دعائم إضافية مثل الأعمدة الأمامية وأنابيب الصرف والمسامير الصخرية وما إلى ذلك.

إجراءات مراقبة التسوية الأرضية لطريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية:

يجب إدارة التسوية الناتجة عن حفر النفق عن طريق البناء المناسب لعنوان النفق ودعم الهياكل القائمة والتعويض عن الحشو لتقليل خطر الضرر الذي يلحق بهياكل مساحة السطح.

التسلسل العام لبناء النفق:

طريقة التصميم والتشغيل للأنفاق الخرسانية هو نهج يتضمن أنشطة بناء متنوعة يتم إجراؤها بتسلسل مناسب مع مراعاة المرونة والقدرة على التكيف. حيث سيتم مناقشة تسلسل هذه الأنشطة أدناه:

1. تعليم ثقوب الحفر: يتم تحديد ثقوب الحفر على وجه النفق بناءً على نمط التفجير. حيث أن المتطلبات التالية ضرورية لتصميم نمط التفجير:
   
   1. قطر النفق.
      
   2. ظروف الأرض.
      
   3. خصائص الصخور، مثل عدم الاستمرارية ومجموعة الوصلات وما إلى ذلك.
      
2. حفر الثقوب: للطبقات الناعمة، يتم استخدام الحفار اليدوي لحفر الثقوب. بالنسبة للطبقات الصلبة، يتم استخدام آلات بومر لحفر الثقوب.
   
   1. آلة حفارة
      
   2. آلة حفر يدوية لحفر الثقوب
      
3. الشحن بالمتفجرات: يتم وضع المتفجرات في الثقوب المحفورة ويتم توصيلها بأجهزة تفجير متصلة بوصلة رئيسية واحدة.
   
4. الشحن والتفجير: يتم تفجير الوصلة الرئيسية حيث يتم توصيل جميع المفجرات ممّا يتيح على التوالي اندفاع كل متفجر موضوعة في كل حفرة محفورة.
   
5. الجرف: تبدأ عملية الجرف بعد الإزالة الكاملة للغبار والغازات الخطرة من خلال التهوية المناسبة. في هذه العملية، تتم إزالة جميع المواد المكسورة والحطام حول وجه النفق.
   
6. تثبيت الدعم الأساسي: وقت الوقوف هي الفترة التي تظل فيها الأرض غير المدعومة مستقرة من تلقاء نفسها بعد التفجير أو الحفر اليدوي. حيث يجب أن يتم تركيب الدعم الأساسي في وقت الوقوف. بشكل أساسي، يتم استخدام براغي الخرسانة المرشوشة والصخور كدعم أساسي.
   
7. الدعم الثانوي: إذا احتاجت الطبقات إلى مزيد من الدعم للاستقرار الهيكلي، فيمكن توفير الدعامات في شكل عوارض شبكية وأضلاع فولاذية وطبقة أخرى من الخرسانة المرشوشة، إلخ.
   
8. البطانة النهائية: أخيرًا، يتم تثبيت شرائح الخرسانة مسبقة الصب كبطانة على محيط منطقة النفق. حيث تُعرف هذه المقاطع سابقة الصب باسم حزم كيكر.