نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

بررسی امکان‌سجنی استفاده از پودر بازالت بجای سیمان در دوغاب پرکننده دو جزئی در تونل‌سازی مکانیزه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی انگلیسی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تبریز، ایران
2 دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی سهند
10.22034/irsrm.2026.511043.1196
چکیده
امروزه با توجه به گسترش شهرنشینی، نیاز به حفاری تونل در محیط‌های شهری به‌صورت فزاینده‌ای در حال افزایش می‌باشد. در محیط‌های شهری، با توجه به عمق کم تونل، اغلب، حفاری در داخل محیط‌های خاکی و با استفاده از اشین حفاری مکانیزه EPB-TBM انجام می شود. به منظور کاهش نشست زمین، یکی از پارامترهای مهم این نوع ماشین ها، دوغاب پشت سگمنت و خصوصیات فیزیکی و مقاومتی این نوع دوغاب‌ها می‌باشد. از طرف دیگر، با توجه به حجم بالای تزریق دوغاب در این نوع حفاری، استفاده از مواد جایگزین سیمان مناسب می‌باشد. یکی از موادی که می‌تواند علاوه بر کاهش هزینه، موجب کاهش خطرات زیست محیطی دوغاب دوجزئی گردد، پودر بازالت حاصل از خردایش سنگ معدنی بازالت می‌باشد. در این مطالعه، به منظور امکان سنجی استفاده از پودر بازالت در محدوده مورد مطالعه، از مدلسازی آزمایشگاهی استفاده شد و ضمن بررسی شرایط تزریق پشت سگمنت، پارامترهای فیزیکی و مقاومتی دوغاب دوجزئی حاوی بازالت (جایگزین سیمان) و نفوذ آن در خاک اطراف بررسی شد. نتایج حاصل از مطالعات، نشان داد استفاده از پودر بازالت می‌تواند جایگزین مناسبی برای سیمان در ترکیب دوغاب دوجزئی باشد، ‌طوری که مقاومت دوغاب دوجزئی حاوی بازالت تقریباً برابر مقاومت دوغاب حاوی سیمان با درصد مشابه می‌باشد. این موضوع می‌تواند تأثیر زیادی در کاهش هزینه‌های دوغاب تزریقی و همچنین کاهش خطرات زیست محیطی دوغاب به دلیل استفاده از ضایعات صنعتی داشته ‌باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] Khodaei, S., Chakeri, H., Darbor, M., Nickjouye Tabrizi, AH. (2025). The Effect of foam concrete grouting on urban structure vibrations in Tabriz metro lines 1 and 2, Scientific Reports, 15.
[2] Moosavi, SE., Bakhshandeh Amnieh, H. (2022). Investigating the performance of data-driven models in determining cement slurry pressure using a combined gamma test and genetic algorithm (GA-GT) method, Journal of Rock Mechanics, 5(4): 29-38.
[3] Rezaei, S., Khosravi, F., Alilou Kasjini, Y., Khani, J. (2024). Investigating the effect of using steel fibers on the strength parameters of concrete, Journal of Rock Mechanics, 7(4): 57-72.
[4] Chakeri, H., Bazargan, Sh., Mirzaei, R., Darbor, M. (Corresponding Author), Karimi Ansari, H. (2025). The Estimation of TBM Penetration Rate using Artificial Neural Network Optimized with Particle Swarm Optimization and Firefly Algorithms, Case Study: Tabriz Metro Line 2, Journal of Rock Mechanics, 9(1): 47-60.
[5] Kouhi, H., Chakeri, H., Darbor, M., Baghali, H., Mousapour, H. (2025). Investigation into the effect of the grout properties injected behind the segment on surface settlement in mechanized tunneling, International Journal of Geo-Engineering, 16.
[6] Jin, H., Wang, E., Yuan, D, Liu, X., Wu, Sh. (2025). Optimization of synchronous grout properties and construction
parameters for shield tunnels in soft soil, Scientific Reports, 15.
[7] Chakeri, H., Darbor, M. (Corresponding Author), Sh. Maleki, F., Minaee, T. (2023). Experimental investigation of steel fibers’ effect on the improvement of mechanical properties of concrete segmental lining in mechanized tunneling, Rudarsko-geološko-naftni zbornik, 38(3), 55-63.
[8] Khoshzaher, E., Miri Darmarani, Sh., Chakeri, H., Darbor, M., Haghkish, H. (2025). The influence of fiber-reinforced shotcrete on the ground settlement in tunnel excavation: A case study of Tabriz metro line 2, International Journal of Mining and Geo-Engineering, 59(1), 21-29.
[9] Toutanji HA (1999) Properties of polypropylene fiber reinforced silica fume expansive cement concrete. Construction and Building Materials 13 (4): 171–177.
[10] Sharghi M, Chakeri H and Ozcelik Y (2017) Investigation into the effects of two component grout properties on surface settlements. Tunnelling and Underground Space Technology 63: 205-216.
[11] Pedrotti M, Wong C, El Mountassir G and Lunn RJ (2017) An analytical model for the control of silica grout penetration in natural groundwater systems. Tunnelling and Underground Space Technology 70: 105-113.
[12] Hallaji Dibavar B, Ahmadi MH, Davarpanah SM (2019) 3D Numerical Investigation of Ground Settlements Induced by Construction of Istanbul Twin Metro Tunnels with Special Focus on Tunnel Spacing. Periodica Polytechnica Civil Engineering 63(4): 1225–1234. https://doi.org/10.3311/PPci.14591
[13] Mohtadinia M, Ahmadi MH, Fasaghandis MM, Dibavar BH, Davarpanah SM (2020) Statistical and Numerical Study of Chipping and Cracking in Segmental Lining. Periodica Polytechnica Civil Engineering 64(3): 869–886. 
[14] Sun X, Liu H, Tian Z, Ma Y, Wang Z and Fan H (2021) Feasibility and economic evaluation of grouting materials containing binary and ternary industrial waste. Construction and Building Materials 274: 122021.
[15] Koksal F, Kocabeyoglu ET, Gencel O and Benli A (2021) The effects of high temperature and cooling regimes on the mechanical and durability properties of basalt fiber reinforced mortars with silica fume. Cement and Concrete Composites 121: 104107.
[16] Vijayan DS, Devarajan P and Sivasuriyan A (2023) A review on eminent application and performance of nano based silica and silica fume in the cement concrete. Sustainable Energy Technologies and Assessments 56: 103105.
[17] Barri F, Chakeri H, Haghkish H, and Manafi M (2024) Investigation of the Feasibility of Increasing the Tail-grouting Zone during Mechanized Tunneling in Sandy Soils. Periodica Polytechnica Civil Engineering 68(2): 435–444, https://doi.org/10.3311/PPci.23309 .
[18] Rahmati S, Chakeri H, Sharghi M and Dias D (2022) Experimental study of the mechanical properties of two-component backfilling grout. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Ground Improvement 175(4): 277-289.
[19] Dobiszewska M, Pichór, W. and Szołdra, P. (2019) Effect of basalt powder addition on properties of mortar. In MATEC Web of Conferences (Vol. 262, p. 06002). EDP Sciences.
[20] Barri, F., Chakeri, H., Darbor, M. and Haghkish, H (2024). The effect of soil and grout mixture on the ground surface settlement in mechanized excavation. Journal of Mining and
Environment
, 15(4), pp.1607-1626.
[21] Miri Darmarani, S., Khoshzaher, E. and Chakeri, H. (2025). Investigation of the feasibility of using recycled fibers to improve the mechanical properties of shotcrete. Journal of Mining
and Environmen
t, 16(5), pp.1795-1807.   
[22] Li, SH., Liu, R., Zhang, Q., Zhang, X. (2016). Protection against water or mud inrush in tunnels by grouting: A review, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 8, 753-766.
[23] ASTM (2018) D1293-Standard Test Methods for pH of Water. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.
[24] ASTM (2017) ASTM C618- Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.
[25] ASTM (1999) C940-Standard Test Method for Expansion and Bleeding of Freshly Mixed Grouts for Preplaced-Aggregate Concrete in the Laboratory. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.
[26] ASTM (2004) D6910-Standard Test Method for Marsh Funnel Viscosity of Clay Construction Slurries. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.
[27] ASTM (2004) C191- Standard Test Method for Time of Setting of Hydraulic Cement by Vicat Needle. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.
[28] ASTM (2008) C109-Standard Test Method for compressive strength of hydraulic cement mortars. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.
[29] Narimani S, Chakeri H, Davarpanah SM (2018) Simple and Non-Linear Regression Techniques Used in Sandy-Clayey Soils to Predict the Pressuremeter Modulus and Limit Pressure: A Case Study of Tabriz Subway. Periodica Polytechnica Civil Engineering 62(3): 825–839. https://doi.org/10.3311/PPci.
[30] Gao T, Shen L, Shen M, Liu L, Chen F and Gao Li (2017) Evolution and projection of CO2 emissions for China’s cement industry from 1980 to 2020. Renewable & Sustainable Energy Reviews 74: 522–537.
[31] Kurad R, Silvestre JD, de Brito J and Ahmed H (2017) Effect of incorporation of high volume of recycled concrete aggregates and fly ash on the strength and global warming potential of concrete. Journal of Cleaner Production 166: 485–502.

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 29 اسفند 1404