دریفترها نوع دیگری از سیستم حفاری ضربه
ای هستند که مشابه چکشهای حفاری اند اما از آنها سنگین تر اند . به نحوی
که حفر آنها به کمک حفار امکان پذیر نیست . این نوع چکشها قادرند در جهات
مختلف ( افقی به سمت پایین،به سمت بالا ) چال حفر کنند از این نوع ماشینها
برای چالهایی با قطر بین 2/1 2 تا 6 اینچ و عمق 100 فوت (30متر ) طراحی شده
اند. سرعت چالزنی این نوع ماشینها برای سنگ های بسیار سخت مثل گرانیت بین 9
تا 18 متر در ساعت ( 30 تا 60 فوت در ساعت ) و برای سنگهای رسوبی (سخت )
بین (70 تا 150 فوت در ساعت ) متغییر است . وزن دریفترها 75 تا 260 پوند (
34 تا 115 کیلو گرم ) متغیر اند .
این ماشین حفاری عمدتا در معادن زیرزمینی و حفر تونل مورد استفاده زیاد
دارد. هنگامی که از دریفترها برای حفر چالهای افقی یا بالا سر استفاده می
شود و برای ایجاد تراست یا فشار کافی از سیلندر هیدرولیکی یا چنو ماتیکی
(هوا یا به طور کلی گاز ) استفاده می شود اما در حفر چالهای با جهت به سمت
پایین سنگینی خود ماشین ،تراست مناسب را ایجاد خواهد کرد. انواع جدید از
این نوع ماشین قادرند تا درهر دقیقه 2000 ضربه به لوله ی حفاری وارد کنند.
دریفترها و همچنین بر حسب قطر چالی که حفاری می کنند به چهار گروه تقسیم می شوند.
1- دریفترهای سبک که قادرند چالهایی با قطر تا 3 اینچ حفر کنند.
2- دریفترهای نیمه سنگین که قادرند چالهایی با قطر بین 3 تا 4/1 4 اینچ حفر کنند .
3- دریفترهای سنگین که قادرند چالهای با قطر 4 تا 5 اینچ را حفر کنند.
4- دریفترهای بسیار سنگین که قادرند چالهایی با قطر 5 تا 6 اینچ راحفر کنند.
انواع مته ها
نوع
مته ای که باید برای عملیات حفاری انتخاب شود در درجه اول به نوع سنگی
بستگی دارد که باید حفاری گردد . علاوه بر شاخص ذکر شده عامل اقتصادی نیز
باید مورد توجه قرار گیرد. به طور کلی شیلهای نرم ، سنگ های جوان رسوبی
توسط سیستم های حفاری که مجهز به مته های تیغه ای (dray typeor blade type
bit) باشند بازدهی مناسبی دارند و مته هایی که دندانه های دندان گونه دارند
( toothedtype bits ) مناسب ترین مته برای شیلهای سخت ماسه سنگ و آهک
هستند و به دلیل سختی الماس نسبت به کانی ها و سنگ های معمولی از نظر
اقتصادی از آن برای شرایط بسیار سخت استفاده می شود.
- مته های تیغه ای
این
نوع مته ها از دو یا سه یا چهار تیغه تشکیل شده اند که با فاصله 180 درجه ،
120 درجه ، 90 درجه در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. دو تیغه ای آن را از
نوع دم ماهی (fish-tail bit ) نیز می نامند. متداولترین مته های تیغه ای سه
تیغه دارند . مته های تیغه ای که گاهی به آنها مته های ثباتی نیز می گویند
مخصوص طبقات نرم می باشند و ابتدایی ترین مته ماشینهای چرخشی محسوب می
شوند.
جنس تیغه ها معمولا از کربور تنگستن است و
هر چه طول آنها کمتر باشد بازدهی مته بیشتر خواهد بود و به روی مته ها
منافذی (Nozzle ) تعبیه شده که گل حفاری پس از عبور از این منافذ (تحت فشار
) قطعات خرد شده ی ته چاه رابه سطح منتقل و باعث تمیز شدن ته چاه می شود.
این نوع مته ها بیشتر برای حفاری طبقات یا سنگ های نرم مانند رس ، شیلهای
نرم یا نیمه سخت ،ماسه سنگ و سنگ آهک نرم و سنگ های مشابه مورد استفاده
قرار می گیرد . و درجه ی نفوذ پذیری آن بین 60 فوت در ساعت (18 متر در ساعت
) و برای سنگ های نیمه سخت تا 600 فوت در ساعت (180 متر در ساعت ) و برای
سنگ های نرم همچون شیل نرم متغییر است . عمر مته هایی تیغه ای به دلیل
کاربرد آن در سنگ های نرم معمولا بیش از 1000 فوت (300 متر ) خواهد بود. و
مقدار بار روی مته برای سنگ های نیمه سخت بین 1000 تا 2000 پوند به ازای هر
اینچ مته است (شکل 15) انواع مختلف مته های تیغه ای را نشان می دهد.
2-مته های چرخشی مخروطی conetypeor rolling catter bit
مته
های چرخشی مخروطی یا غلتکی برحسب نوع ساختمان آنها به چند زیر گروه تقسیم
بندی می شوند. این تقسیم بندی اولین بار در سال 1909م. توسط "هوارد هیوز "
(Howard Hayhes ) ارائه شده است که در واقع تلاشی بوده است جهت توسعه بیشتر
سیستم حفاری چرخشی در مقابل ماشین های ضربه ای بالاخص از نوع کابلی که
بازدهی قابل توجه ای در سنگ های سخت دارد . بر روی مته های مخروطی دو تا
چهار ردیف دندانه به شکل v تعبیه گردیده است بدین جهت در بعضی موارد این
نوع مته ها را مته های چرخی دندانه دار نیز می گویند (toothed wheel bit )
در
سنگهای نرم طول دندانها و فاصله آنها از یکدیگر زیاد می باشد برای حفاری
سنگ های سخت تر اندازه ی دندانه ها کوتاه و فاصله ی آنها از یکدیگر نیز کم
است.
در بعضی از مته های مخروطی شکل نحوه قرار می گیرد مخروطی
نسبت به یکدیگر شبیه علامت بعلاوه ، ضربدر یا صلیبی است که به آنها مته های
مخروطی شکل تقاطعی (crosstypebit ) می نامند. این نوع مته ها در سنگهای
سخت ، بازدهی خوبی دارند.
تعداد مخروط های مته می تواند یک،دو،سه،چهار،پنج یا حتی به شش عدد برسد اما رایج ترین آنها مته های سه مخروطی است.
باید
توجه داشت که به دلیل نیاز به حفر چاه در سنگ های بسیار در سالیان اخیر
تغییراتی در این نوع مته ها به وجود آمده است . در این مته ها ارتفاع
دندانه ها بسیار کم و جنس آنها از کربور تنگستن (wc ) و سر این دندانه ها
کاملا گرد و صاف است و چون شبیه دگمه اند بدان مته های دگمه ای button bit
می گویند.
مته های مخروطی دندانه دار (غلتکی
دندانه دار ) قادرند در سنگ های سختی همچون گرانیت ،سنگ معدن بسیار سخت مس
دار ،سنگ معدن بسیار سخت آهن دار قابلیت نفوذ پذیری قابل توجهی داشته
باشند.
درجه ی نفوذ پذیری این نوع مته ها در این سنگ ها بین 17
تا 36 فوت در ساعت ( 5تا9متر در ساعت) متغییر است و در سنگهای آهکی و
دولومیتی بسیار سخت و نیز ماسه سنگ بسیار سخت درجه ی نفوذ پذیری بین 30 تا
80 فوت در ساعت (9تا 24 متر در ساعت) می تواند متغییر گردد و برای سنگ های
فاقد سختی رس،شیلها،و ماسه سنگ و سنگ های معدنی فاقد سختی درجه ی نفوذ
پذیری بین 100 تا 300 فوت در ساعت (30تا90 متر در ساعت)افزایش دارد.
3- مته های تک غلتکی ( یک مخروطی )
این
نوع مته ها در سیستم حفاری چرخشی برای سنگ های شکاف دار ، سنگ هایی با
خاصیت خراش اندازی ، سنگ هایی با سختی متوسط ، و برای طبقات شیبدار کاربرد
دارد. چون در این وضعیت امکان انحراف چاه با این نوع مته به مقدار ماکزیمم
خواهد رسید شکل مته تقریبا کروی و بر روی آن دندانه های نیمه کروی یا V شکل
که از آلیاژ سخت تشکیل شده تعبیه شده و برای عبور گل حفاری به ته چاه جهت
انتقال قطعات بریده شده ، معمولا یک سوراخ روی مته ایجاد می شود
- چگونگی انتقال قطعات خرد شده سنگها توسط مته های مخروطی:
به
طور کلی اجزای موثر مته های مخروطی در ته چاه به مقدار وسیع به نحوه ی
تمیز کردن ته چاه با گل حفاری بستگی دارد . بنابراین به هیچ وجه نباید
اجازه داد که ذرات خرده سنگ در ته چاه جمع گردند و از این طریق موجب کاهش
درجه ی نفوذ پذیری مته و استهلاک دندانه های مته شوند. بنابراین باید با
سرعت هر چه بیشتر ذرات خورد شده به سطح زمین منتقل گردند که این امر نه
تنها منوط به رساندن مقدار کافی گل حفاری است بلکه به طراحی مناسب جهت
تعبیه ی سوراخ یا سوراخهای کافی روی مته احتیاج دارد تا گل حفاری به طور
موثر به ته چاه برسد. در برخی مدلها ی مته های سه مخروطی یک سوراخ در مرکز
مته تعبیه گردیده و در این نوع مته ها گل حفاری مستقیما وارد مخروط شده و
در اثر عبور از آن ، موجب خنک کردن سر مته ( دندانه ها یا عامل خرد کننده) و
انتقال قطعات خرد شده سنگ و تمیزی ته چاه می گردد.
در
برخی دیگر از مدلهای مته های مخروطی سوراخ های ریز در اطراف یا سطح جانبی
مخروطهای تعبیه گردیده اند و در این مته ها فوران گل حفاری مستقیما از
مخروطهای به سمت سطح چاه است و از این طریق موجب خنک شدن مخروطها و انتقال
سنگ های خرد شده از ته چاه به دهانه چاه می گردد . این نوع مته ها را
ترجیحا مته های فورانی (Nozzed or jet type bit ) می نامند .
مته های الماسي diamond bits
الماس
سخت ترین ماده ای است که تاکنون شناخته شده است و از کربن خالص تشکیل شده
جسمی استمتبلور و به مراتب سخت تر از کانی ها و سنگ هایی است که باید حفاری
گردند و مته هایی که جنس آنها از الماس است برای سنگهای سخت و کانی و سنگ
هایی با خاصیت خراش اندازی از نظر فنی و اقتصادی مناسب ترین مته می باشند ،
از این نوع مته ها بیشتر برای تهیه مغزه یا نمونه برداری استفاده می شود و
در این نوع مته قطر نمونه ها کمتر از 3 اینچ است . برای ساختن مته هایی
الماسی ابتدا مته ساده از فولاد ساخته می شود و سپس این مته را به ناودان
یا لوله نگهدارنده مغزه (core barrel ) و یا وزنه اضافی حفاری متصلمی کنند و
بعد ذرات الماس به روی قالب مته جایگزاری می گردد. و روی الماسی به اشکال
مختلف ساخته می شوند
مته های الماسی معمولا برای
سنگ های سفت و سخت به کار برده می شود و با مقایسه با مته های تیغه ای و
مخروطی حساسیت آن نسبت به گل حفاری نسبتا کمتر می باشد اما اعتقاد بر این
است که گل حفاری هر چه دقیق تر باشد بازدهی مته بهتر و از نظر اقتصادی نیز
با صرفه تر است .
همچنین هر چه قطر مته ی الماسی کوچکتر باشد
صرف نظر از ارزان تر بودن هزینه اولیه مته ، بازدهی آن نیز نسبت به مته
دارای قطر زیاد تر بیشتر خواهد بود . یکی از مشکلات عمده ی مته های الماسی
صرفنظر از هزینه اولیه آن ،ظرافت و ترد بودن آن است . بنابراین توصیه می
شود هر بار که گل حفاری به جریان انداخته شود ( با پمپاژ گل حفاری ) چون
امکان به نوسان در آمدن لوله حفاری وجود خواهد داشت در این صورت باید مواظب
بود که این نوسان موجب کوبیدن مته به ته چاه نگردد . در غیر اینصورت امکان
شکستن این نوع مته وجود دارد
منبع : civilmaster
روش های متداول مهار بندی گود
روش های متداول مهار بندی گود
مهار بندی جداره ها توسط المان های پشت بندهای افقی و مایل
(Braced wall using wale struts)
این روش ساده برای نگهداری و حفاظت جداره های حاصل از گودبرداری و برای
جلوگیری از تغییر مکان های جانبی در گودهایی با عرض کم در محیط های شهری
استفاده می شود از معایب این روش اتلاف قابل توجهی از فضای کاری داخل گود و
محدودیت در بکارگیری ماشین آلات و تجهیزات مورد نیاز و همچنین افزایش ریسک
برخورد با المان ها و به مخاطره انداختن آنها می باشد.
مهاربندی توسط المان های کششی (Soldier beam& lagging)
از این روش بعنوان روش متداول در پایدار سازی موقت گود در مناطق شهری
استفاده می گردد. در این روش از پروفیل های معمول فولادی بصورت ستونهای
پیوسته که درون خاک فرو برده می شوند استفاده می گردد که تا عمق کف گود
اجرا خواهند شد. فاصله بین المان ها بین 2 الی 4 متر می باشد بطوریکه بتوان
فضای بین آنها را با الوارهای چوبی (لارده چینی) پرنمود. در این روش از
مهارهای کششی به منظور حفاظت جانبی گود استفاده می شود و اتصال ما بین
ستونها توسط میل مهارها و جوشکاری انجام می شود.
مهاربندی توسط سپر کوبی (Braced sheet pile)
در این روش صفحات فلزی Sheet pile داخل خاک و جداره گود توسط چکش
پنوماتیک و با استفاده از لرزش کوبیده می شوند و با انواع اتصالات بین خود
به یکدیگر متصل شده و یک جداره پیوسته را تشکیل می دهند از مزایای این روش
راحتی در کوبیدن ـ نصب و بیرون کشیدن آنها به دیگر روش ها برتری داشته و
مصالح آن مجددا قابل استفاده در پروژه های دیگر می باشد، همچنین در این روش
به المانهای افقی و مایل کمتری نیاز می باشد.
بنابراین محدودیت های اشغال فضای داخل گود کمتر وجود دارد. لیکن از جمله
معایب این روش وابستگی به نصب سپرهای فلزی می باشند که در محیط های شهری
بدلیل وجود تاسیسات زیربنایی شهری و ایجاد لرزش و صدای ناشی از کوبش سپرها
محدودیت هایی را بوجود می آورد. همچنین کوبیدن سپرها در زمین های سنگی و یا
خاک های بسیار متراکم به سختی انجام پذیر است و در زمین های با شرایط بالا
با محدودیت مواجهه می گردد.
مهار بندی توسط شمع های درجا (Bored pile walls)
یکی از روشهای متداول در پایداری و حفاظت جداره ها با شرایط متنوع اعم
از زمین سخت و سست و نرم استفاده از شمع های درجا می باشد و در برخی موارد
علاوه بر ایفای نقش حفاظت جانبی نقش آب بندی را نیز انجام می دهد و همواره
درصورت نیاز بار قائم نیز تحمل می کند. مهار بندی جداره ها توسط شمع های
درجا در موارد زیر بعنوان گزینه برتر برای سیستم های حفاظت جانبی گود مطرح
می باشند:
- در مواردیکه امکان اجرای سپر فولادی (کوبیدن و نصب) وجود ندارد و یا سختی
و تراکم زمین بیش از حد توان سپر کوبی و با دشواری زیادی مواجهه می باشد.
- در شرایطی که بدلیل وجود آبهای زیر زمینی و بالا بودن سطح آن نیاز به آب بند بودن جداره می باشد.
- در مواردیکه امکان ایجاد مهارهای جانبی (کششی) در زیر ساختمان های مجاور
ناشی از گودبرداری وجود ندارد و یا در تلاقی با تاسیسات زیر بنایی شهری و
مستحدثات زیرزمینی (تونل) باشد.
- در مواقعیکه امکان استفاده از سیستم حفاظت گود بعنوان بخشی از سازه اصلی و باربری وجود داشته باشد.
روشهای مختلف برای اجرای تکنیک های شمع های درجا ریز وجود دارد و متداولترین آنها عبارتند از:
الف) اجرای دیوار محافظت پیوسته (آب بند)
ب) اجرای دیوار محافظت ناپیوسته
الف) اجرای دیوار محافظ پیوسته (آب بند)
دراین روش ابتدا شمع هایی با بتن پلاستیک یک در میان حفاری و اجرا می
گردد و سپس با رعایت هم پوشانی شمع های اصلی و سازه ای با رعایت احداث
جداره زنجیره ای و پیوسته اجرا می گردد.
ب) اجرای دیوار محافظت ناپیوسته
در مواردیکه توده خاک و سنگ دارای چسبندگی زیاد بوده و سطح آبهای زیر
پایین بوده می توان از شمع های درجا ریز ناپیوسته و با فاصله استفاده نمود.
در این روش بدلیل چسبندگی بین دانه ها خاک بین شمع ها با وجود پدیده قوس
خوردگی پایداری جانبی وجود دارد . با در نظر گرفتن شرایط و پارامترهای
ژئوتکنیکی خاک معمولا حداکثر فاصله محور تا محور شمع های اصلی 2 برابر قطر
شمع ها می باشد همچنین در این روش پایداری در برابر نیروهای جانبی نیز
مدنظر قرار می گیرد این روش در پایداری های کوتاه مدت کارایی داشته و در
اثر مرور زمین احتمال هوازدگی بین شمع ها وجود دارد و در دراز مدت نیز
تغییر مشخصات خاک و برخی از پارامترهای آن مانند از دست دادن آب و یا حالت
اشباع پیدا نمودن آن باعث ریزش خاک بین شمع ها شده و برای جلوگیری از آن می
توان از بتن پاشی (شاتکریت) و با بستن مش پوشش لازم را جهت پایداری ایجاد
نمود.
مهار بندی توسط دیوار دیافراگمی (Diaphragm walls-Slurry wall)
یکی دیگر از روشهای محافظت از جداره گود احداث دیوار دیافراگمی و یا
دیوار دوغابی Slurry Wall می باشد. در این روش ابتدا توسط دستگاههای گراب
متناسب با شرایط زمین حفاری قسمتی از دیوار انجام می شود و همزمان با حفاری
جهت پایداری جداره دیواره حفاری شده و جلوگیری از ریزشهای موضعی از دوغاب
بنتونیت استفاده می شود تشکیل کیک بنتونیت در داخل دیواره حفاری شده و نفوذ
در لایه های دانه ای جداره باعث می گردد جداره همواره پایدار بماند و سپس
بلافاصله پس از رسیدن به عمق مورد نظر آرماتور گذاری شده و در نهایت بتن
ریزی می گردد. این روش در زیر هسته سدهای خاکی نیز کاربرد بسیار دارد و از
هرگونه نشتی را جلوگیری می نماید. استفاده از این تکنیک در مناطق شهری نیز
با محدودیت های نظیر استفاده از روش مهار بندی افقی و مایل و المانهای کششی
دارا می باشد.
جداره های مهاربندی شده توسط نیلینگ (Soil nailing)این روش از حدود سه ده اخیر آغاز شده و تاکنون نیز بعنوان یک تکنیک
برای پایداری ترانشه ها و حفاظت گود با انعطاف پذیری بالا استفاده می گردد.
روش اجرای نیلینگ (nailing)
تئوری استفاده از روش نیلینگ بر مبنای مسلح کردن و مقاوم نمودن توده
خاک با استفاده از دوختن توده خاک توسط مهارهای کششی فولادی Nail با فواصل
نزدیک به یکدیگر می باشد.
استفاده از این روش موجب:
1- افزایش مقاومت برشی توده خاک می گردد.
2- محدود نمودن و تحت کنترل در آوردن تغییر مکانهای خاک در اثر افزایش
مقاومت برشی در سطح لغزش Slid بدلیل افزایش نیروی قائم می شود.
3- باعث کاهش نیروی لغزش در سطح گسیختگی و لغزشی می شود.
باید توجه داشت کلیه سطوح ترانشه های حفاری شده که توسط نیلینگ بایستی مسلح
شوندبا استفاده از شبکه مش و شاتکریت ابتدا حفاظت شده و سپس سیستم نیلینگ
روی آنها اجرا می شوند.
کاربرد نیلینگ در پروژه های عمرانی
1- پایداری ترانشه ها در احداث بزرگراه ها و راه آهن ها.
2- پایداری جداره تونلها وسازه های زیر زمینی.
3- پایدار سازی و حفاظت گود در سازه های مناطق شهری، ساختمانهای مجاور گود، ایستگاه های زیر زمینی مترو و...
4- پایدار سازی کوله های مجاور پل ها در زمین های سست و ریزشی.
مهار کششی نیلینگ معمولا از آرماتورهای فولادی با قطر 20 الی 40 میلیمتر و
با حدتسلیم 420 الی 500 نیوتن بر میلیمتر مربع استفاده می شوند که درون یک
چال حفاری شده با قطر 76 الی 150 میلیمتر قرارگرفته و دور آن درون چال
تزریق می گردد. فواصل بین مهارهای کششی در حدود 1 الی 2 متر می باشد و طول
آنها نیز در حدود 70 الی 100 درصد ارتفاع گود می باشد و حداقل شیب نسبت به
افق حدودا 15 درجه می باشد.
باید توجه داشت که رویه شاتکریت شده روی ترانشه های حفاری شده نقش سازه ای
نداشته اما می توان جهت اطمینان برای پایداری موقت خاک بین مهارها استفاده
نمود.
مراحل اجرای سیستم نیلینگ (nailing)
مطابق با شکل مراحل اجرای نیلینگ بصورت شماتیک نشان داده شده است .
1- گودبرداری در مرحله اول ترانشه و یا گود و ایجاد پله بعدی عملیات.
2- حفاری چال جهت نصب مهار کششی Nail.
3- قراردادن آرماتور داخل چال و تزریق چال.
4- اجرای سیستم زهکشی و اجرای شاتکریت جداره و نصب ضخامت فولادی.
5- گودبرداری مرحله بعدی ترانشه و یا گود و ایجاد پله های بعدی علمیات.
6- اجرای پوشش شاتکریت نهایی پس از اتمام آخرین مرحله حفاری.
اصول طراحی نیلینگ (nailing)
مراحل طراحی سیستم نیلینگ مطابق زیر است:
• هندسه سازه مشخص گردد.
• عمق و زاویه شیب خاکبرداری مشخص گردد.
• بارگذاری و سربار بارهای وارده به Nail و موقعیت سطح افزایش تخمین زده شود.
• انتخاب نوع آرماتور شامل: سطح مقطع، طول و فاصله از یکدیگر و در هر تراز
مقاومت موضعی آنها تضمین گردد تا مقاومت از نظر استحکام و ظرفیت چسبندگی
برای تحمل نیروها تخمین زده شده و با ضریب اطمینان مناسب و قابل قبول کنترل
شوند.
• پایداری کل سازه نگهدارنده و خاک اطراف آن در زمان حفاری گود و ایجاد پله های حفاری و بررسی و کنترل ضریب اطمینان قابل قبول.
• تخمین نیروهای وارده بر صفحه فولادی Bearing plate
• در نظر گرفتن سطح پیزومتریک آبهای زیر زمینی و لحاظ نمودن سیستم زهکش
نتیجه گیری
استفاده از روش نیلینگ بعنوان یک سیستم حفاظت جداره ترانشه و گود در
مناطق شهری و فضاهای محدود بسیار کارا بوده و بدلیل امکان همزمانی اجرا در
چند جبهه کاری از سرعت خوبی برخوردار می باشد و با توجه به درجه پایداری
امکان اجرای گود قائم وجود داشته و همچنین در انواع شرایط خاک، اجرای آن
امکان پذیر می باشد که مهمترین ویژگی این روش محسوب می شود و برای سازه های
زیر زمینی بخصوص در فضای های محدود شهری مانند ایستگاه های مترو مناسب می
باشد.
مراجع
Soil Nailing Technical report IS SMFE- TC17,2004
Soil Nailing of High way slopes& excavations FHWA-RD-84-93
