Embed Size (px)
Citation preview
تهران دانشگاه 1391مهر ماه 26تا 24
EPB-TBM تاثیر آب و فوم بر سایندگی خاک در حفاری با ماشین
1محمد غفوری و غالمرضا لشکری پور
2هاشم هاشم نژاد
3صادق طریق ازلی
4بابارئیسی ابراهیم زند
1 اساتید زمین شناسی دانشگاه فردوسی مشهد 2 [email protected]دانشجوی کارشناسی ارشد زمین شناسی مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد،
52324642220 3 دانشجوی دکتری زمین شناسی مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد 4 دانشجوی کارشناسی ارشد زمین شناسی مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد
تهران دانشگاه 1391مهر ماه 26تا 24
چكيده در خاکهای درشت دانه، سایش و EPB-TBMیکی از مهمترین مخاطرات حفاری مکانیزه با ماشینهای
خوردگی ابزار و قطعات حفاری خصوصا کاترهد میباشد. در حالت خشک میزان سایش خاک تنها به جنس و
ترکیب خاک وابسته است، اما در حالت غیر خشک، آب و فوم به عنوان مهمترین عوامل تاثیر گذار بر روی سایش
آورند. در این مقاله برای بررسی میزان این تاثیرات، سایش بوجود میخاک، تغییرات قابل مالحظه ای را در مقدار
مقادیر مختلفی از آب و فوم به آنها اضافه مقادیر سایش و شکنندگی برخی از کانیهای شاخص،پس از معرفی
( LCPCمیشود. اثرات این دو ماده بر روی میزان سایش خاک، با استفاده از دستگاه تعیین میزان سایش در خاک )
که به ترتیب مربوط به P18-560 AFNORو AFNOR P18-553 ،AFNOR P18-579سه استاندارد با مطابق و
مراحل آماده سازی نمونه برای انجام آزمایش، روش انجام آزمایش و آنالیز اندازه دانه ها به کمک الک های
اندازه گیری شده است. پس از بررسی میزان اثر گذاری و کسب اطمینان از تاثیر معنی دار آزمایشگاهی میباشد،
کاربرد آمار، دقت روش آزمون، که مربوط به ISO 5725 NFبر اساس استاندارد ، بر سایندگی نمونه ها دو مادهاین
)با شاخص طبقه آزمایشگاهی تعیین تکرار پذیری و قابلیت تولید مجدد یک روش استاندارد با آزمایشهای درون
این نتایج نشان میدهد که مقدار بهینه در تزریق .نتایج نهایی حاصل شده است( میباشد، فرانسه X 06-041بندی
فوم برای جلوگیری از سایش در مقادیر متناظر برای خیس شدگی سطح دانه ها میباشد، در صورتیکه در مورد آب
ین مقدار سایش در رطوبت متناظر برای خیس شدگی سطح دانه ها رخ شرایط بالعکس میباشد یعنی بیشتر
میدهد.
مقدمه -1
در حفاری زمین های نرم توسط دستگاه حفار، فوم بصورت عاملی خارجی وارد محیط سینه کار
به طور کلی مواد افزودنی در جبهه کار تونل، محفظه پشت کاترهد )چمبر( و نقاله مارپیچ میشود.
تزریق در جبهه کار و از طریق نازل های طراحی شده بر روی کاترهد، می تواند تزریق می گردد.
و بدنه کاترهد با خاک و (Cutter Head)سبب کاهش اصطکاک بین کاترهد و ابزارهای برشی
. همچنین تزریق مواد افزودنی در محفظه [1][2][3]جلوگیری و کاهش سایش این قطعات شود
کاهش اصطکاک و سایش در بین خاک و قطعات محفظه پشت سبب پشت سر کاترهد می تواند
Primary) تاثیر خاک ساینده بر روی ماشین به صورت سایش اولیه .[4][5]سر کاترهد گردد
Wearثانویه ( و (Secondary Wear) منظور از سایش اولیه، سایندگی و [6]تعریف می گردد .
، دیسک کاتر و (Drag bits) تیغه ای یا مته ای ابزار فرسایش ابزار و سطوح حفاری از قبیل
می باشند. از سوی دیگر سایش ثانویه وقتی رخ خواهد داد که سایش اولیه اسکریپر یا خراشنده
بیش از اندازه گسترش یابد که در نهایت یه سایندگی سازه هایی که برای نگهداشتن یا پشتیبانی
سایندگی معموال به عنوان ویژگی از اینرو خواهد شد.ابزارهای حفاری طراحی شده اند ، منجر
شود. این پدیده زمین که علت سایش و خوردگی ابزار و قطعات ماشین است، درک و تعریف می
تهران دانشگاه 1391مهر ماه 26تا 24
شود. همچنین تاخیرات زمانی ناشی از توقف سبب کاهش قابل توجه در راندمان فرآیند حفاری می
شود، غیر قابل اجتناب است. صرف می ها و قطعات ساییده شدهکه برای تعویض ابزار
شده در نتیجه کاهش اصطکاک داخلی خاکاستفاده از فوم های ضد سایش مناسب باعث
سایش ابزار و در نتیجه، همچنین باعث کاهش گشتاور چرخ تراش و نوار نقاله پیچ خواهد شد.
زمین های نرم توسط در حفاری .[7]ار کاهش می یابدیبس نیز سازه های فلزی در اتاقک حفاری
دستگاه حفار، از آنجائیکه فوم بصورت عاملی خارجی وارد محیط سینه کار میشود، تغییراتی را در
آورد. این تغییرات که نقطه باز خوردش کاتر هد میزان سایش نمونه خاک این منطقه بوجود می
بطور خالصه به آن اشاره دستگاه حفار است در نهایت میتواند بوجود آورنده مشکالتی باشد که
ور کاهش ظبه من (NTNU/SINTEF) یشگاهادر آزم، برخی از آزمایشات تجربی 2551از سال .شد
. این آزمایش ([6] 2552)برای مثال نیلسن و همکاران سایندگی با استفاده از فوم انجام شده است
انجام شده است. پیشینBASF (MBT )ها برای اولین بار توسط شرکت ساخت مواد شیمیایی
Nordic BALL)) بال میل این تست ها با استفاده از ابزار آزمایشگاهی اصالح شده ای به نام
MILL Test برای نمونه خاک و مواد اضافه شده به آن به طور وسیعی مورد 2552در سال
ونه استفاده قرار گرفت. این آزمایش ها به منظور تخمین میزان کاهش سایندگی برای چهار نم
انجام شدند. ABR2و Meyco SLF30خاک با استفاده از
LCPCدستگاه -2
P18-579 استاندارد شماره ابکه در کتاب استاندارد فرانسه LCPCدستگاه آزمایش سایش
میلی متر( 4-3/6برای اندازه گیری سایش ذرات در حد پبل های ریز )شناخته میشود (1990)
وات )سه چهارم اسب بخار( است که 205یک موتور این دستگاه دارای .[8]است طراحی شده
انتهای شفت قطعه فلزی رچرخاند. دمی rpm4055 را با سرعت شفت خروجی از گیربکس
این قطعه فلز .(1)شکل یا پالت قرار میگیرد (Impeller)مستطیل شکل و یکبار مصرف به نام ایمپلر
در B-ROCKWELL، دارای سختی 12 XC (CK-15)از جنس استیل نورد دارای کالس
بر .( شده، میباشدSand-blastingو سطحی سند بالست )( HRB 20-65) 20تا 65محدوده
3/6تا 4 نمونه خشک به ابعاد گرم 055 اساس استاندارد کشور فرانسه، در هر بار آزمایش مقدار
0از طریق فنل تیوب وارد ظرف نمونه میشود تا شفت و ایمپلر متصل به آن به مدت میلیمتر
.بچرخد rpm 4055 دقیقه با سرعت
برای اندازه گیری میزان سایش نمونه ها الزم است تا وزن ایمپلر قبل و بعد از آزمایش و با دقت
gr 51/5 بایستی برای یک آزمایش واضح است که هر ایمپلر تنها نبنابرای اندازه گیری شود
استفاده شود.
تهران دانشگاه 1391مهر ماه 26تا 24
)رابطه هر آزمایش معیاری برای میزان سایندگی نمونه است پس ازمیزان کاهش وزن ایمپلر
این تغییر شکل به میزان سایش ، با کاهش وزن ایمپلر شکل آن نیز تغییر میکند نهمزما(. 1
شکل ایمپلر نیز باشد تغییرات ایمپلر وابسته است، به گونه ای که هر چقدر میزان سایش بیشتر
بیشتر خواهد بود.
(1 )
وزن نمونه آزمایش شده mوزن ایمپلر قبل و پس از آزمایش بر حسب گرم و mو m0در این رابطه
های طبیعی خاک است.برای نمونه 2555تا 5بین LACبر حسب تن است. محدوده تغییرات
LACرده بندی پتانسیل سایش ابزار همراه با نمونه خاک و سنگ بر اساس مقادیر 1در جدول
آورده شده است.
برای اندازه گیری تقریبی میزان چسبندگی خاکه تولیدی ، LCPCپس از انجام آزمایش سایش
بصورت رابطه زیر محاسبه میشود: میتوان از ضریب شکنندگی نمونه استفاده کرد. این ضریب
(2 )
وزن نمونه Mمیلی متر بر حسب گرم و 6/1وزن ذرات کوچکتر از m1.6در این رابطه
نمونه تمامی برای 155تا 5بین LBCمیباشد. محدوده تغییرات تنآزمایش شده بر حسب
واضح است هر چقدر ضریب شکنندگی نمونه باالتر باشد خرد شدگی های خاک و سنگ است.
و چسبندگی خاکه تولید شده بیشتر میباشد.
نمونه ها -3
هیچ نمونه ای به تنهایی نمیتواند بطور کامل یک مدل را برای اهداف مهندسی از آنجائیکه
و بدلیل آنکه هرگز نمیتوان تعداد بیشماری از نمونه ها را برای انجام بطور کمی تشریح کند
نمونه ها راه دسترسی به یک طرح عملی را امکانپذیر هدف دارلذا جمع آوری آزمایش تهیه کرد،
مهمترین بحث در جمع آوری از اینرو یعی در نتایج نهایی تاثیر گذار میباشد. بطور وس ساخته،
نمونه ها انتخاب ضمنی پارامترهایی است که بیشترین اهمیت را دارا باشند چرا که نمونه های
مختلف درجات اهمیت مختلفی دارند و در صورت در کنار هم قرار گرفتن همه آنها با هم، میتوان
، به موارد زیر دقت خش را ترسیم کرد. طی مطالعات اولیه برای انتخاب نمونهیک مدل رضایت ب
.فراوان شده است
در برابر تزریق آب و فوم. نمونه های مختلف پاسخفراهم نمودن مبنایی جهت درک -
.تقسیم نمودن ویژگیهای نمونه های مختلف در قسمتهای با رفتار مشابه -
تهران دانشگاه 1391مهر ماه 26تا 24
در برخورد با آب و فوم. نمونه ها پاسخامکان تهیه اطالعات کمی از -
پیش بینی شرایط واقعیِ حفاری مکانیزه با ماشین برای میان داده ها امکان بر قراری ارتباط -EPB-TBM.
تفاوتها را مهمترین تفاوت میان سایش دانه که تورو و کاسلینگ با توجه به توضیحات باال و نظر
، برای بررسی هر چه بهتر تاثیرات تزریق [9][10]اند میزان سختی سایشی مطلق دانه ها دانسته در
نمونه که دارای سختی 4نشان داده شده است از 2آب و فوم بر روی سایش، آنگونه که در شکل
سایشی نسبی و مطلق متفاوت با یکدیگر میباشند، استفاده شده است. همچنین برای اندازه گیری
در مقیاس 2تا 2(، از نمونه هایی با سختی 0شکل و تهیه جدول اولیه میزان سایش دانه ها )
موس استفاده شده است.
عوامل تاثير گذار بر سايندگی خاک -4
شکل ذرات، در خاکها عوامل متعددی همچون نوع کانی های تشکیل دهنده دانه های خاک،
گرد شدگی ذرات خاک به عنوان عوامل زمین شناسی موثر در سایش تاثیر و توزیع دانه بندی
، از اینرو برای آنکه تنها تاثیرات آب و فوم بر روی میزان سایش خاک [10][11][12][13]گذارند
مورد بررسی قرار گیرد تمام پارامترهای تاثیر گذار بر روی سایش که در باال ذکر شد در طول
نشان داده شده 3بدین منظور آنگونه که در شکل نه ها یکسان میباشد.آزمایش برای تمام نمو
.استفاده شده است مقالهین در ا 4است تنها از دانه های شماره
سختی موس -4-1
مقاومت سطح یک کانی در برابر خراشیده شدن، سختی آن کانی میباشد. برآورد سختی در
در .[14]وارده، بدون ایجاد گسیختگی در آن است واقع بررسی واکنش یک ساختار بلوری به تنش
موادی با پیوند فلزی ) همانند ایمپلر( که میتوانند بطور پالستیکی جریان پیدا کنند، خراشیدگی
باعث ایجاد یک شیار میشود و واکنش مواد شکننده دارای پیوند های یونی و یا کوواالنسی )
ثر الف ا -4همانند نمونه های مورد آزمایش( به آزمون سختی ایجاد شکستگی میباشد. در شکل
اندازه یونی در ساختار هایی با پیوند یونی بررسی شده است. همه مواردی که در این شکل نشان
داده شده است ساختاری یکسان دارند و پیوند آنها را میتوان یونی در نظر گرفت. در ارتباط دادن
یبی از سختی یک ساختار بلوری به پیوند های آن، باید توجه داشت که مقاومت کلی ساختار، ترک
کلیه پیوند ها میباشد در حالیکه سختی همان ساختار، نمودی از ضعیفترین پیوند است. برای
مثال در نمونه های سیلیکاته انتخابی برای این پژوهش که همگی بر مبنای آرایشهای گوناگون
لذا در کوارتز، تغییر کند، 2، مثال در مسکوویت تا 2هستند سختی میتواند از SiO2چهاروجهی
مهمترین تفاوت میان سایش دانه ها تفاوت عدد سختی موس آنها میباشد. اگر سختی مطلق
تهران دانشگاه 1391مهر ماه 26تا 24
ب نشان داده شده است ترسیم شود -4بصورت آنچه که در شکل کانیهای موجود در جدول موس
. دلیل این امر بسادگی مشخص خواهد شد
(. نتایج نشان داده 0ل با افزایش عدد سختی موس میزان سایندگی نمونه افزایش میابد)شک
2/0، با اندازه موثر 3در شکل نشان داده شده 4شده در این شکل تنها برای نمونه شماره
و در شرایط خشک مورد تایید میباشد. (3)رابطه میلیمتری
(
) (
) (
) (
) (3)
به و درصد و 65و 35، 15قطر ذرات کمتر از به ترتیب d60و d10 ،d30در این رابطه
باشد.ترتیب قطر حداقل و حداکثری ذرات مورد آزمایش می
تاثير تزريق آب -4-2
آب یکی از مهمترین مشکالت ضمن حفاری در پروژه های حفاری مکانیزه میباشد. هجوم آب
آسیب رساندن به داخل تونل میتواند سبب ناپایداری دیواره ها، به تاخیر افتادن عملیات حفاری،
اما آنچه که کمتر به ،سیستم برق دستگاه حفار و بسیاری دیگر از ضرر های مالی و جانی شود به
مهمترین توجه شده است تاثیراتی است که آب در میزان سایش مصالح زمین بوجود میآورد. آن
این تاثیرات را میتوان بصورت زیر خالصه کرد:
در اثر کاهش تماس اصطکاکی میان دانه و مته. جلوگیری از خرد شدگی سریع دانه ها -
و قبل از برخورد با مته.سایش و خرد شدگی دانه ها در اثر تماس با یکدیگر جلوگیری از -
چسبندگی میان دانه های خرد نشده و خاکه حاصل از خردایش دانه ها )پدیده ایجاد -
.کلوخه شدگی(
.شستشوی دائم سطح ابزار برشی و جلوگیری از انباشت خاکه در سطح آن -
همه این موارد سبب افزایش میزان سایش در نمونه مرطوب نسبت به نمونه خشک میشود. اما آب
با تاثیرات زیر سبب کاهش میزان شکنندگی نمونه میشود:
جلوگیری از قفل شدگی دانه ها در یکدیگر )کاهش اصطکاک بین دانه ای( -
حاصل از خردایش دانه ها گلدر ها دفن شدگی دانه -
خنثی سازی قسمتی از نیروی پیشران دستگاه و جلوگیری از وارد شدن این نیرو به -
نمونه خاک
نشان داده شده است. 6ز انجام آزمایش تزریق آب بر روی نمونه کوارتز در شکل نمونه ای ا
آنگونه که نشان داده شده است. 2و 2 اشکالنتایج تاثیر تزریق آب بر روی سایندگی در همچنین
در صد اشباع شدگی ، 35در مقیاس موس و با 2دیده میشود در نمونه ای با سختی 2در شکل
تهران دانشگاه 1391مهر ماه 26تا 24
برابر نمونه خشک میرسد. همچنین تاثیر آب بر روی شکنندگی نمونه نیز در 40/1سایش نمونه به
الف نشان داده شده است. -11شکل
تاثير تزريق فوم -4-3
فوم ها به عنوان یکی از مهمترین مواد افزودنی به سینه EPB-TBMدر حفاری با ماشینهای
کار نقش مهمی در تسهیل خارج سازی خاک کنده شده از سینه کار به خارج از تونل را ایفا
میکنند. این مواد همراه با پلیمر ها و مواد ضد رس در بسیاری مواقع از ملزومات اصلی حفاری در
ز ویژگیهای مطلوبی که این مواد دارند، استفاده بی رویه آنها زمینهای نرم میباشند، اما صرفنظر ا
میتواند سبب باالرفتن پتانسیل سایش مواد خاکی، افزایش مصرف مته حفاری و در نهایت باالرفتن
میزان اثر گذاری فوم بر روی سایش، پنج بررسی در این مقاله برای هزینه تمام شده پروژه شوند.
تلف تزریق شده است. از مجموع پنج نمونه فوم مورد آزمایش، دو نمونه های مخخاک فوم به نمونه
(. نمونه ای از انجام آزمایش تزریق فوم بر روی 2فوم داخلی و سه نمونه فوم خارجی میباشد)شکل
نشان داده 15در شکل نتایج تزریق فوم نشان داده شده است. همچنین 6نمونه کوارتز در شکل
این شکل افزایش فوم تا حد خیس شدگی سطح دانه ها سبب کاهش میزان شده است. با توجه به
ز آن به بعد سبب افزایش این میزان میشود. همچنین همانند آب، تزریق فوم نیز سبب اسایش و
به منظور کاهش فرسایش و سایندگی در ب(. از اینرو -11کاهش شکنندگی نمونه میشود )شکل
آب و عامل کف ساز )سورفاکتانت( با نسبت مشخص شده در محیط های مرطوب، ابزار حفاری
بیان کننده مقدار Cfبرای تولید محلول فوم را میتوان با هم مخلوط کرد. غلظت سورفاکتانت
می %35تا % 1/5)آب و سورفاکتانت( بوده و محدوده آن بین درصد جرمی سورفاکتانت در محلول
باشد.
تهران دانشگاه 1391مهر ماه 26تا 24
ها شكلوهاجدول -5
-2موتور، -LCPC1 ( : شكل شماتيک دستگاه B )دانشگاه فردوسی مشهد(، LCPC شيسا دستگاه: A – 1شكل
(HRB 66ايمپلر ) سختی راکول اندازه گيری : D، نمونه ايمپلر: C؛ ) وبيت انلف -4، نمونه ظرف -3، ايمپلر
(CAIبرداشت شده از جدول طبقه بندی اصلی ) LAC بر اساس مقاديرخشک رده بندی سايندگی خاک و سنگ -1جدول
LAC (gr/ton) توصيف
سايندگی
سايش پتانسيل
ابزار
سنگ نمونه يا ترکيب خاک
)خشک(
خاک
)خشک(
رس سیلتی و سیلت رس چوب، زغال خیلی کم غیر ساینده 5 -05
مارنسیلتستون، گلسنگ، کم خیلی کم 05-155 دار، ماسه کربناتی
متوسط کم 205-155
اسلیت، ماسه سنگ ریز دانه
با میان الیه های رس،
دولومیت، مرمر
گراول غنی از کربنات
باال متوسط 055-205سنگ آهک ماسه دار و ماسه
سنگ، فیلیت و شیست
ماسه غنی از کریستال و
کوارتز
خیلی باال باال 1205-055
ماسه سنگ
کوارتزی،آندزیت،بازالت،میکا
مفیبولیت سستآ شیست،
گراول غنی از کریستال
و کوارتز، خاکهای دانه
ریز دارای کوارتز یا گراول
کریستالی،
پبل و کوبل بینهایت باال خیلی باال 2555-1205
کوارتزیت، کوارتز رگه ای،
سینیت، دیوریت، گرانیت،
گنیس،اکلوژیت،آمفیبولیت
تهران دانشگاه 1391مهر ماه 26تا 24
53، ب : ارتوز با سختی سايشی مطلق 22؛ الف : کلسيت با سختی سايشی مطلق برای تزريق فوم های مورد آزمايشنمونه -2شكل
115، د : کوارتز با سختی سايشی مطلق 86ج : گارنت )قبل از خردايش( با سختی سايشی مطلق
اع شكل، ب : انواع زاويه داری؛ الف : انوانواع دانه های حاصل از خردايش -3شكل
تهران دانشگاه 1391مهر ماه 26تا 24
؛ الف : منحنی سختی در برابر فاصله بين يونی ، ب : مقايسه سختی موس و سختی سايشی مطلق4شكل
در برابر عدد سختی موس LACمقادير -5شكل
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
12345678910
یخت
س
قطل
می
یشسا
سختی موس
ب
A
B
C
D E 3
4
5
6
7
8
9
10
1.5 2 2.5 3
سمو
ی خت
س
( A)فاصله میان یونی
الف
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2-2
.5 (
Bio
tite
)
2.5
-3 (
Cal
cite
)
3-3
.5 (
Cel
esti
ne)
3.5
-4 (
Flo
uri
te)
4-4
.5 (
Iro
n)
4.5
-5 (
Ap
atit
e)
5-5
.5 (
Nat
. gla
ss)
5.5
-6 (
Ort
ho
slas
e)
6-6
.5 (
Gro
ssu
lar)
6.5
-7 (
Qu
artz
)
7-7
.5 (
Alm
and
ine)
LA
C (
gr/
ton
)
LA
C (
gr/
ton
)
Moh's Hardness مقادیر سایش برای کانی راهنما
LAC = 8.951MH2 + 266.85MH - 618.8
R² = 0.9937
تهران دانشگاه 1391مهر ماه 26تا 24
نمونه کوارتز + آزمايش سايش: A ، d,e,fفوم ميلی ليتر 44 +نمونه کوارتز آزمايش سايش: a,b,c ؛ LCPCسايش آزمايش -6شكل
ميلی ليتر آب؛ )تفاوت در ميزان سايش دو ايمپلر مشهود است( 64
ميليمتر 3/6تا 4 بر روی سايش مصالح دانه ای با اندازه آب تاثير -8شكل
نمونهآب بر روی سايش با توجه به درجه اشباع تزريق تاثير -6 شكل
100
400
700
1000
1300
1600
1900
2200
2500
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
LAC
(gr
/to
n)
(gr) وزن آب اضافه شده Q.= Quartz Orth.= Orthoclass M.= Muscovite
آندالوزیت
کوارتز
گارنت
ارتوز
فلوریت
مرمریت
کلسیت
10 Q. + 90 Orth.
20 Q. + 80 Orth.
40 Q. + 60 Orth.
20 Orth. + 20 M. + 60 Q
20 M . + 40 Orth. + 40 Q
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
1.25
1.30
1.35
1.40
1.45
1.50
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
LAC
W≠0
/LA
C W
=0
Saturation
H=7
H=6 H=5
H=4
H=3
H= Moh's Hardness
تهران دانشگاه 1391مهر ماه 26تا 24
فومهای مورد استفادهنمونه -9شكل
43با تخلخل ، ب : در نمونه گارنتدرصد 46با تخلخل الف : در نمونه کوارتز تاثيرات تزريق فوم بر روی سايش؛ -14ادامه شكل
درصد 44کلسيت با تخلخل : در نمونه د، درصد 42ارتوز با تخلخل : در نمونه ، ج درصد
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
0 20 40 60 80 100
LA
C (
gr/
ton
)
foam volume (ml)
A B C D E
ب
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
0 20 40 60 80 100
LA
C (
gr/
ton
)
foam volume (ml)
A B C D E
الف
200
250
300
350
400
450
500
550
600
0 20 40 60 80 100
LA
C (
gr/
ton
)
foam volume (ml)
A B C D E
د
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
0 20 40 60 80 100
LA
C (
gr/
ton
)
foam volume (ml)
A B C D E
ج
تهران دانشگاه 1391مهر ماه 26تا 24
نمونه کوارتزبر روی ، ب : تاثير فومنمونه مختلف 4بر روی شكنندگی ؛ الف : تاثير آب تاثيرات آب و فوم بر روی -11شكل
نتيجه گيری -6نشان داده شده است با سختی موس رابطه ای 0میزان پتانسیل سایشی نمونه خشک آنگونه که در شکل
شی نمونه تلقی میشود، تقریبا خطی دارد و این مهمترین دلیل محیطی و زمین شناختی موثر در پتانسیل سای
اما آب و فوم به عنوان دو ماده تر کننده با تاثیرات شدیدتری که در میزان سایش نمونه ها ایجاد میکنند، به
عنوان اصلی ترین دالیل افزایش میزان سایش متاثر از فعالیت های انسان شناخته میشوند. تزریق فوم اگرچه
15میباشد اما آنگونه که در شکل EPBاز نوع کانیزه با دستگاه حفار در بسیاری از مواقع از ملزومات حفاری م
در صدِ تخلخلِ نمونهِ خاک، سبب افزایش سریع در میزان 35نشان داده شده است مقادیر تزریقی بیش از
سایش میشود. همچنین مقادیر شکنندگی نمونه در اثر تزریق فوم مرتبا کاهش میابد و شاید این ویژگی
نشان 2و 2دلیل توجیه کننده تزریق بیش از حد فوم باشد. همچنین حضور آب آنگونه که در شکل مهمترین
)در حالت اشباع کامل خاک( و در بدترین حالت 1:1داده شده است در بهترین حالت سایش نمونه را با نسبت
آب نیز سبب کاهش ) در محدوده خیس شدگی سطح دانه ها( تغییر میدهد. همانند فوم، 40/1:1با نسبت
میزان شکنندگی نمونه میشود اما به دلیل ویسکوزیته کمتر نسبت به فوم سبب روان شدن سریع خاک و
خروج مشکلتر مواد کنده شده در جلوی کاتر هد میشود. بنابر آنچه که گفته شد در هنگام استفاده فوم در
بهتر است مقدار تزریق فوم تنها در جبهه کار محیطهای خاک خشک برای جلوگیری از سایش مته حفاری
محدوده خیس شدگی سطح دانه ها باشد و در محیطهای مرطوب نیز تزریق فوم بایستی در حدی باشد که
در صد باشد. 15غلظت سورفاکتانت در حدود
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
LB
C (
%)
درجه اشباع
A B C E D
ب
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
LB
C (
%)
درجه اشباع
گارنت کلسیت ارتوز کوارتز
الف
تهران دانشگاه 1391مهر ماه 26تا 24
مراجع
[1] Psomas, S>, Houlsby, G.T.>, (2001), "Soil conditioning for EPBM tunnelling:
compressibility behavior of foam/sand mixtures" Conference & Exhibition Underground
Construction, Excel, London 18-20 September, pp128-138
[2] Psomas, S>, (2001), " Properties of foam/sand mixtures for tunnelling applications"
MSc Thesis, Oxford University
[3] Langmaack, L>, (2000), "Advanced Technology of Soil Conditioning" North
American Tunnelling Congress, Boston, p. 525
[4] Langmaack, L>, (2001), "Application of new TBM Additives" BAUMA, 6th int.
symposium for tunnel construction Verlag Glückauf GmbH, p. 27
[5] Martinotto, A>, (2008), "soil conditioning in difficult ground conditions", p. 6
[6] Nilsen, B>, Dahl, F>, Holzhäuser, J>, Raleigh, P>, (2006), "SAT: NTNU’s new soil
abrasion test." Tunnels & Tunnelling Int.5, 43–45.
[7] Langmaack, L>, (2009), " Chemistry, shotcrete and manipulators around the TBM " CIA Seminar Brisbane, p. 59
[8] Normalisation Française P18-579, (1990), granulates: Essai d’abrasivite et de
broyabilite. AFNOR Association Française de normalisation, Paris.
[9] Thuro, K>, Frenzel, Ch>, Käsling, H>, (2008), Factors Influencing Disc Cutter Wear.
Geomechanics and Tunneling 1(1), 55–60.
[10] Thuro, K>, (1997). Drillability prediction - Geological influences in hard rock and
blast tunneling. Geol. Rundsch. 86, 426-37.
[11] Thuro, K>, Singer, J>, Käsling, H> Bauer, M> (2007), Determining abrasiveness
with the LCPC Test. Proceedings of the 1st Canada– U.S. Rock Mechanics Symposium,
Vancouver B.C..
[12] Thuro, K>, Käsling, H> (2011), Geomechanics and Tunnelling 5(1), 179-188.
[13] Thuro, K>, Singer, J>, Käsling, H>, Bauer, M> (2006), Soil abrasiveness assessment
using the LCPC testing device. Felsbau 24, 37–45
[14] Klein, C>, Hurlbut, C>, (1999), "Manual of Mineralogy" Jr. John Wiley & Sons,
Volume 1, p, 267-273
