نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

تاثیر تراشه شدن سنگ بر نرخ نفوذ ماشین حفاری تونل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
سید سجاد کراری 1
مجتبی حیدری 1
ابراهیم شریفی تشنیزی 2
1 گروه زمین شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
2 گروه زمین شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
10.22034/irsrm.2023.210687
چکیده
پیش‌بینی نرخ نفوذ دستگاه حفاری تونل (TBM) به کمک ویژگی­‌های زمین شناسی سنگ‌های مسیر تونل باعث توسعه مدل‌­های تجربی نرخ نفوذ شده است. در این پژوهش ارتباط بین فاکتورهای زمین شناسی تراشه شدن سنگ­‌ها شامل: کانی شناسی، اندازه دانه، فابریک دانه با نرخ نفوذ و سیستم‌­های طبقه‌بندی­ توده‌سنگ مورد بررسی قرار گرفته است. برای این هدف از داده‌­های واحدهای زمین شناسی مهندسی مسیر تونل انتقال آب گلاس در نزدیکی شهرستان نقده استفاده شده است. ارزیابی فاکتورهای تراشه شدن سنگ‌­ها با روش‌­های آماری رگرسیون ساده، رگرسیون چندگانه خطی و غیرخطی انجام شده است. بهترین رابطه رگرسیونی چندگانه غیرخطی بین نرخ نفوذ با تراشه شدن (CP1) و شاخص کیفیت توده‌سنگ (RQD)، با ضریب تعیین0.816 و درصد میانگین خطای مطلق (MAPE) برابر با 8.821 برقرار است. براساس حد و مرزهای ژئوتکنیکی پیشنهاد شده، بیشترین نرخ نفوذ (بیش از 8 میلی متر بر دور) در فاکتور تراشه شدن کمتر از 1500 و کمترین نرخ نفوذ (کمتر از 3 میلی‌متر بر دور) در فاکتور تراشه شدن بیشتر از 4000 رخ داده است. نتایج بدست آمده در این پژوهش می‌­تواند به پیش‌بینی دقیق­‌تر نرخ نفوذ TBM و کاهش هزینه و زمان حفاری کمک کند.
کلیدواژه‌ها
ماشین حفاری تونل
تراشه شدن سنگ
کانی شناسی
اندازه دانه
فابریک دانه
  1. Roxborough, F. & Phillips, H. (1975). Rock excavation by disc cutter. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science & Geomechanics Abstracts, 12 (12), 361-366. https://doi.org/10.1016/0148-9062 (75)90547-1.
  2. Ozdemir, L., Miller, R. & Wang, F. (1977). Mechanical tunnel boring prediction and machine design. Annual report: Colorado School of Mines, Excavation Engineering and Earth mechanics Inst report, Washington, 332p. https://doi.org/10.1016/0148-9062 (78)91060-4.
  3. Buchi, E. (1984). Einfluss geologischer Parameter auf die Vortriebsleistung einer Tunnelbohrmaschine. Dissertation Thesis, Philosophisch-naturwissenschaftliche Fakultät, Universität Bern, Bern, 136 p.
  4. Rostami, J. (1997). Development of a force estimation model for rock fragmentation with disc cutters trough theoretical modeling and physical measurement of crushed zone pressure. Dissertation Thesis, Colorado School of Mines, 384 p.
  5. Gehring, K. (1997). Classification of drillability, cuttability, boreability and abrasivity in tunneling. Felsbau Magazine, 15(3), 183-191.
  6. Yagiz, S., & Yazitova, A. (2019). Using intact rock brittleness for assessing TBM penetration. Proceedings of the 4th World Congress on Civil, Structural, and Environmental Engineering. Rome, Italy, (122), 1-9. https://doi.org/10.11159/icgre19.122.
  7. Jeong, H, Choi, S., Lee, S. & Jeon, S. (2019). Relationship between brittleness of rock, CAI and cutting performance of a TBM disc cutter. The 2019 World Congress on Advances in Structural Engineering and Mechanics (ASEM19) Jeju Island, Korea, 17-21, 1-15. http://www.i-asem.org/publication_conf/asem19/7.TS/XH5D.6.TS1401_5704F1.pdf
  8. Lindqvist, P.A. & Lai, H.H. (1983). Behavior of the crushed zone in rock indentation. Rock Mechechanics and Rock Engineering, 16, 199-207. https://doi.org/10.1007/BF01033280
  9. Gong, Q., Zhao, J. & Jiao, Y. (2005). Numerical modeling of the effects of joint orientation on rock fragmentation by TBM cutters. Tunnelling and Underground Space Technology, 20 (2), 183-191. https://doi.org/10.1016/j.tust.2004.08.006.
  10. Barton, N. (2000). TBM tunnelling in jointed and faulted rock. Rotterdam (Balkema), ISBN 9789058093417
  11. Gertsch, R. (2000). Rock toughness and disc cutting. Dissertation Thesis, Univ. of Missouri-Rolla, Missouri.
  12. Kasling, H. (2009). Bestimmung der Gesteinsabrasivität - Grundlagen, Anwendung und Einsatzgrenzen bei maschinellen Tunnelvortrieben. Dissertation Thesis, Technische Universität München, München.
  13. Lislerud, A. (1997). Principles of mechanical excavation, Helsinki (Finland), 186 p. ISBN-13: ‎ 978-9516520370
  14. Villeneuve, M.C. (2008). Examination of geological influence on machine excavation of highly stressed tunnels in massive hard rock. Queen’s University Kingston, Ontario, Canada, 832p. http://hdl.handle.net/1974/1517.
  15. Pourhashemi, S.M, Ahangari, K., Hassanpour, J., & Eftekhari, S.M. (2021). Analysis of Grinding and Chipping Processes beneath Disc Cutters of Hard Rock Tunnel Boring Machines (Case study: Uma-Oya water Conveyance Tunnel, SriLanka), Journal of Mining and Environment, 12 (1), 281-297, https://doi.org/10.22044/jme.2021.10425.1993.
  16. Pourhashemi, S.M, Ahangari, K., Hassanpour, J., & Eftekhari, S.M. (2021). Penetration rate analysis for tunnel boring machine in grinding conditions. Journal of Mining Engineering. 16 (52), 79-88. [In Persian]. Doi:22034/IJME.2021.136708.1831.
  17. Villeneuve, M.C., Diederichs, M.S. & Kaiser, P.K. (2012). Effects of Grain Scale Heterogeneity on Rock Strength and the Chipping Process. International Journal of Geomechanics, 12, 632-647. https://doi.org/10.1061/ (ASCE) GM.1943-5622.0000194. 
  18. Shea, W.T. & Kronenberg, A.K. (1993). Strength and anisotropy of foliated rocks with varied mica contents. Journal of Structural Geology, 15(9-10), 1097-1121, https://doi.org/10.1016/0191-8141 (93)90158-7.
  19. Nasseri, M.H., Rao, K.S., & Ramamurthy, T. (1997). Failure Mechanism in Schistose International Journal of Rock Mechanics & Mining Science, 34(3-4), 219e1-219e15, https://doi.org/10.1016/S1365-1609 (97)00099-3
  20. Aghanabati, A. (2010). Geology of Iran. 3rd Edition, Geological Survey of Iran, 586 p. [In Persian]
  21. Imensazan Consulting Engineers Company, (2014). Engineering geology report. Gelas conveyor tunnel part 2, 218p. [In Persian]
  22. ISRM, (2007). The Complete ISRM Suggested Methods for Rock Characterization. Testing and Monitoring (1974-2006) Suggested Methods Prepared by The Commission Testing Methods, International Society for Rock Mechanics, R Ulusay and J A Hudson (Eds.) Compilation Arranged by The ISRM Turkish National Group, Ankara, Turkey. ISBN: 978-3-319-07713-0.
  23. ISRM, (1981). Rock characterization testing and monitoring ISRM suggested methods, suggested methods for determining hardness and abrasiveness of rocks, Part 3, 21, 101- ISBN: 978-3-319-07712-3
  24. Grima, M.A. & Babuska, R. (1999). Fuzzy model for the prediction of unconfined compressive strength of rock samples. International Journal of Rock Mechanics & Mining Science, 36 (3), 339-349, https://doi.org/10.1016/S0148-9062 (99)00007-8.
  25. Kianpour, M., Sayari, M. and Oromiea, A. (2010). A fuzzy model to predict the uniaxial compressive strength and the modulus of elasticity of Shemshak formation shales. Scientific Quarterly Journal of Geosciences. 21(83), 103-110. [In Persian with English Abstract]. https://doi.org/10.22071/gsj.2012.54525.
  26. Leys, C., Ley, C., Klein, O., Bernard, P. & Licata, L. (2013). Detecting outliers: Do not use standard deviation around the mean, use absolute deviation around the median. Journal of Experimental Social Psychology, 49 (4), 764-766. DOI:10.1016/J.JESP.2013.03.013.
  27. McKenzie, J. (2011). Mean absolute percentage error and bias in economic forecasting. Economics Letters, 113(3), 259-262. https://doi.org/10.1016/j.econlet.2011.08.010
  28. Jamshidi, A. (2018). Prediction of TBM penetration rate from brittleness indexes using multiple regression analysis, Modeling Earth Systems and Environment, 4, 383-394, https://doi.org/10.1007/s40808-018-0432-2.
  29. Karrari, S.S., Haidari, M., Khademi Hamidi, J. and Sharifi Teshnizi, E. (2022). The assessment of rock brittleness effect on drillability. Advanced applied geology. 11 (4), 671-689. [In Persian with English Abstract]. Doi: 10.22055/AAG.2020.31787.2063.
  30. Villeneuve, M.C. (2017). Hard rock tunnel boring machine penetration test as an indicator of chipping process efficiency, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 9, 611- 622. http://dx.doi.org/10.1016/j.jrmge.2016.12.008
نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ
دوره 7، شماره 1
بهار 1402
صفحه 23-43