مرجع تخصصی آب و فاضلاب

میکروتونلینگ (Microtunneling): روشها، محاسبات، ساخت دستگاه، و شیوه اجرا

۱. روشهای اجرای میکروتونلینگ

میکروتونلینگ یک فناوری بدون حفاری باز برای نصب لوله ها با قطر کوچک تا متوسط (معمولاً ۶۰۰–۳۵۰۰ میلیمتر) است. این روش به دو دسته اصلی تقسیم میشود:

• روش هدایتشونده (Guided Microtunneling):

  • استفاده از سیستمهای هدایت لیزری یا ژیروسکوپی برای کنترل دقیق مسیر.

  • مناسب برای مسیرهای مستقیم یا منحنی با شعاع زیاد.

• روش غیرهدایتشونده (Unmanned Microtunneling):

  • بدون نیاز به اپراتور در داخل دستگاه.

  • ایدهآل برای مسیرهای کوتاه و مستقیم.

۲. محاسبات کلیدی

• طراحی مسیر:

  • شعاع خمش (R):
    R=(L2)/(8×D)+D/2​
    L=طول مسیر، D=عمق حفاریL=طول مسیر،D=عمق حفاری.

  • حداکثر زاویۀ انحراف: ۱-۲ درجه (برای دقت بالا).

• محاسبۀ نیروی رانش (Thrust Force):
  F=μ×W×L+Fسیال+Fخاک

  • μ=ضریب اصطکاک، W=وزن لوله، L=طول مسیر

  • Fسیال=مقاومت ناشی از سیال حفاری

  • Fخاک=مقاومت خاک

• فشار سیال حفاری:
  P=(Q×ρ)/A​
  Q=دبی سیال، ρ=چگالی، A=سطح مقطع چاه

۳. ساخت دستگاه و تجهیزات

• دستگاه میکروتونلینگ (MTBM):

  • سر مته (Cutterhead): مجهز به تیغههای فولادی یا الماسه برای خاکهای سخت.

  • سیستم هدایت: لیزر، ژیروسکوپ، یا سیستم های اینرشیال.

  • سیستم رانش: جکهای هیدرولیک با ظرفیت ۱۰۰-۱۰۰۰ تُن.

• لوله های پیشساخته:

  • جنس: بتن مسلح، فولاد، یا GRP (فایبرگلاس).

  • اتصالات: آببند با گسکتهای لاستیکی.

• سیستم سیال حفاری:

  • دوغاب بنتونیت: برای روانکاری، خنک‌سازی، و حمل خاک.

  • پمپ و مخزن: تزریق مداوم سیال.

• سیستم جداسازی خاک:

  • هیدروسیکلون و فیلتر: جداسازی خاک از سیال حفاری.

۴. شیوه اجرا

۱. بررسی اولیه و طراحی:

• مطالعات ژئوتکنیک برای تعیین نوع خاک و سطح آب زیرزمینی.

• طراحی مسیر با نرم‌افزارهای تخصصی (مانند Plaxis یا FLAC).

۲. حفر چاله های ورودی و خروجی:

• چالۀ ورودی (Launch Shaft): برای نصب دستگاه.

• چالۀ خروجی (Receiving Shaft): برای جمع‌آوری دستگاه پس از اتمام کار.

۳. نصب دستگاه میکروتونلینگ:

• مونتاژ دستگاه در چالۀ ورودی و اتصال به سیستم رانش.

• کالیبراسیون سیستم هدایت.

۴. فرآیند حفاری:

• شروع حفاری با سر مته و تزریق سیال حفاری.

• حمل خاک به سطح با سیستم پمپاژ.

• نصب لوله ها بهصورت مرحله ای با جک های هیدرولیک.

۵. هدایت و کنترل مسیر:

• نظارت بر مسیر با سیستم های لیزری یا ژیروسکوپی.

• اصلاح انحرافات با تنظیم جک های هیدرولیک.

۶. پایان کار و تست نهایی:

• خارج‌کردن دستگاه از چالۀ خروجی.

• تست فشار و آببندی لوله ها.

۵. چالش ها و راهکارها

• ریزش خاک:

  • راهکار: افزایش فشار سیال حفاری یا استفاده از افزودنی های پلیمری.

• برخورد با موانع (سنگ یا لوله های قدیمی):

  • راهکار: تغییر مسیر یا استفاده از متههای الماسه.

• انحراف از مسیر:

  • راهکار: کالیبراسیون دقیق سیستم هدایت و نظارت مداوم.

۶. مزایای میکروتونلینگ

• دقت بالا: انحراف کمتر از ۲۵ میلیمتر در مسیرهای طولانی.

• حداقل تخریب سطح: مناسب برای مناطق شهری و محیط‌ های حساس.

• سرعت اجرا: پیشروی ۱۰-۳۰ متر در روز (بسته به شرایط).

• امنیت: عدم نیاز به حضور اپراتور در داخل تونل.

۷. کاربردهای اصلی

• نصب خطوط فاضلاب، آب، و گاز.

• عبور از زیر رودخانه ها، بزرگراه ها، فرودگاه ها، و مناطق تاریخی.

میکروتونلینگ بهعنوان یک روش پیشرفته و دقیق، برای پروژه‌های زیرزمینی با نیاز به دقت بالا و حداقل اختلال در سطح زمین ایده‌آل است. انتخاب تجهیزات و روش اجرا به شرایط خاک، عمق، و طول مسیر بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب