توسعه روشی نوین برای طراحی الگوی آتش‌کاری تونل با برش‌های موازی براساس مطالعات پارامتریک علمی و میدانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد؛ دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران.

2 کارشناسی ارشد؛ دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

3 دانشجوی دکتری؛ دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

4 کارشناسی ارشد؛ دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان.

5 عضو پیوسته انجمن تونل ایران، کارگروه تونل‌های عمیق و طویل، تهران.

چکیده

بررسی الگوهای چالزنی و آتشکاری در تونل به منظور بهینه کردن خرج ویژه و حفاری ویژه، کاهش بیش شکست در تونل و غیره باعث صرفه اقتصادی در چرخه های عملیاتی تونل می شود. ویژگی های ژئومکانیکی تودهسنگ به منظور آتشکاری به صورت شاخصهای مختلف قابلیت آتشکاری بیان شده است. روش های مختلفی برای طراحی الگوهای چالزنی و آتشکاری در تونل ایجاد شده است که می توان روش های انتقال انرژی، نروژی و سوئدی را نام برد. در روش‌های ارائه شده برای طراحی الگوی چالزنی و آتشکاری تونل‌ها، تاثیر قابلیت انفجارپذیری توده‌سنگ به‌طور کامل لحاظ نشده است. در این تحقیق با استفاده از پارامترهای سیستم ردهبندی تودهسنگ(RMR) و اندیس انفجارپذیری تودهسنگ(BI)، پارامتر قابلیت آتشکاری تودهسنگ (RMB) ارائه شده است. با توجه به قابلیت آتشکاری تودهسنگ(RMB)، پارامترهای مقاومت فشاری تک محوره، جهت صفحات درزه، فاصله داری درزه ها، بازشدگی درزه ها و چگالی سنگ امتیاز بندی شده اند که در نهایت با توجه به مقادیر بدست آمده، مقدار پارامتر RMB محاسبه می شود. کمترین و بیشترین مقدار این پارامتر به ترتیب برابر با 8 و 115 میباشد. هر چه مقدار RMB بیشتر باشد، نشان از سختی سنگ است. در ادامه به منظور بررسی نوع ماده منفجره از شاخص مقاومت زمین شناسی(GSI) استفاده شده است. با توجه به نتایج بدست آمده، دستورالعمل های روش جدید برای برش موازی ارائه شده است. در ادامه با توجه به روش ارائه شده، برای تونل سد نرگسی، الگوهای چالزنی و آتشکاری برای برش موازی طراحی شده است. نتایج طراحی های انجام شده نشان داده است که مقدار بیش شکست و پس شکست های ایجاد شده به ترتیب برابر با 6 و 4 درصد بوده است. حداکثر ابعاد سنگ بدست آمده برابر با 25 سانتیمتر و مقدار خردایش مناسب را داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  1. Agyei, G., & Nkrumah, M. O. (2021). A review on the prediction and assessment of powder factor in blast fragmentation. Nigerian Journal of Technology, 40(2), 275–283. https://doi.org/10.4314/njt.v40i2.13

    Alipour, A., Mokhtarian-Asl, M., & Asadizadeh, M. (2021). Support vector machines for the estimation of specific chargin tunnel blasting. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 65(3), 967–976. https://doi.org/10.3311/PPci.17790

    Azimi, Y., Osanloo, M., Aakbarpour-Shirazi, M., & Aghajani Bazzazi, A. (2010). Prediction of the blastability designation of rock masses using fuzzy sets. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 47(7), 1126–1140. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2010.06.016

    Barton, N. R. (1974). Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support. Rock mechanics, 189-236.

    Bienawski, Z. T. (1976). Rock mass classifications in rock engineering.

    Berta, G. (1990) Explosive: An Engineering Tool, Italesplosive

    Chatziangelou, M. C. (2016). geological classification of rock mass quality and blast ability for widely spaced formations. . Journal of Geological Resource and Engineering, 160–174

    Chakraborty, A. K., Jethwa, J. L., & Paithankar, A. G. (1994). Assessing the effects of joint orientation and rock mass quality on fragmentation and overbreak in tunnel blasting. Tunnelling and Underground Space Technology Incorporating Trenchless, 9(4), 471–482. https://doi.org/10.1016/0886-7798(94)90106-6

    Chakraborty, A. K., Raina, A. K., Ramulu, M., Choudhury, P. B., Haldar, A., Sahu, P., & Bandopadhyay, C. (2004). Parametric study to develop guidelines for blast fragmentation improvement in jointed and massive formations. Engineering Geology, 73(1–2), 105–116. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2003.12.003

    Chen, J., Qiu, W., Zhao, X., Rai, P., Ai, X., & Wang, H. (2021). Experimental and numerical investigation on overbreak control considering the influence of initial support in tunnels. Tunnelling and Underground Space Technology, 115(January), 104017. https://doi.org/10.1016/j.tust.2021.104017.

     

    Chapman, David, Nicole Metje, Alfred Stark, and David N. Chapman.  Introduction to tunnel construction. Crc Press, 2017.

    Dey, K., & Murthy, V. M. S. R. (2012). Prediction of blast-induced overbreak from uncontrolled burn-cut blasting in tunnels driven through medium rock class. Tunnelling and Underground Space Technology, 28(1), 49–56. https://doi.org/10.1016/j.tust.2011.09.004.

    Dyno Nobel, Explosives Engineers Guide,2020.

    Girmscheid, G., & Schexnayder, C. (2002). Drill and Blast Tunneling Practices. Practice Periodical on Structural Design and Construction, 7(3), 125–133. https://doi.org/10.1061/(asce)1084-0680(2002)7:3(125)

    1. Tsiambaos , H. Saroglou. (2010). Excavatability assessment of rock masses using the Geological Strength Index (GSI). Bull Eng Geol Environ.

    Hoek, E., & Brown, E. T. (2019). The Hoek–Brown failure criterion and GSI – 2018 edition. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 11(3), 445–463. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2018.08.001

    Hindistan, M. Ali, and Özgür SATICI. (2006). Drilling & Blasting as a Tunnel             Excavation Method.

    Hustrulid, William A., and Stephen R. Iverson. (2013). "A new perimeter control        blast design concept for underground metal/nonmetal drifting applications.    

    Koopialipoor, M., Jahed Armaghani, D., Haghighi, M., & Ghaleini, E. N. (2019). A neuro-genetic predictive model to approximate overbreak induced by drilling and blasting operation in tunnels. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 78(2), 981–990. https://doi.org/10.1007/s10064-017-1116-2.

    Konya, C.J. (1995) Blast Design, Inter Continental Development Corporation..

    Jalali, S. E., & Eftekari, M. (2008). An Experimental Criterion to Determine Pillar Strength in Salt Mines. Modern Management of Mine Prouducting, Geology & Environmental Protection (pp. 27-34). Albena: International Scientific GeoConference.

    Jalali, S. E., & Forouhandeh, S. F. (2011, June). Reliability Estimation of Auxiliary Ventilation Systems in Long Tunnels during Construction. Safety Science, 49(5), 664-669.

    Jalali, S. M., Emami, M., Najafi, M., Gharib-Bolok, F., Mohammadi, H., & Ramezanzadeh, A. (2015). Underground Coal Gasification as a Strategy to Improve Energy Economy of Iran. Iranian Energy Economics, 4(13), 63-88. Retrieved from http://jiee.atu.ac.ir/article_852_202.html

    Lee, J. S., Ahn, S. K., & Sagong, M. (2016). Attenuation of blast vibration in tunneling using a pre-cut discontinuity. Tunnelling and Underground Space Technology, 52, 30–37. https://doi.org/10.1016/j.tust.2015.11.010

    Langfors, U. and kihlistrom, B. (1978) The Modern Technique of Rock Blasting (3rd edn), Holsted press.

    Lilly, P. A. (1986). An empirical method of assessing rock mass blastability.

    Olofsson, S. (1998). Applications Explosive Technology for Construction and Mining,. Applex Publishe.

    Ostovar, R. (2017). Blasting in mines. (J. D. Industrial unit) Amirkabir

    Jimeno, C. Lopez and Jimeno, E. Lopez. (1995) Drilling and Blasting of Rocks,  A.A.Balkema.

    Maria Chatziangelou, & Basile Christaras. (2017). A New Development of BQS (Blastability Quality System) for Closely Spaced Formations. Journal of Geological Resource and Engineering, 5(1), 24–37. https://doi.org/10.17265/2328-2193/2017.01.003

    Mohammadi, H., & Barati, B. (2018). Development of a Rock Fragmentation Model for Using in Tunnel Blasts. Geotechnical and Geological Engineering, 36(4), 2379–2390. https://doi.org/10.1007/s10706-018-0469-z

    Monjezi, M., Bahrami, A., & Yazdian Varjani, A. (2010). Simultaneous prediction of fragmentation and flyrock in blasting operation using artificial neural networks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 47(3), 476–480. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2009.09.008

    Murthy, V. M. S. R., & Dey, K. (2003). Predicting overbreak from blast vibration monitoring in a lake tap tunnel - A success story. Fragblast, 7(3), 149–166. https://doi.org/10.1076/frag.7.3.149.16787.

    Maidl, Bernhard, Markus Thewes, and Ulrich Maidl. Handbook of Tunnel Engineering, Vol. 1 and Vol. II. Ernst, Wilhelm & Sohn, 2013.

    Paithankar, A. (1998). Agyei, G. and Nkrumah, M.O., 2021. A review on the prediction and assessment of powder factor in blast fragmentation. Nigerian Journal of Technology, 40(2),275-283

    Pells, P. B. (2016). Rock quality designation (RQD): time to rest in peace. Can. Geotech. J. . 54, 825–834.

    Salmi, E. F., & Sellers, E. J. (2021). A review of the methods to incorporate the geological and geotechnical characteristics of rock masses in blastability assessments for selective blast design. Engineering Geology, 281(June 2019), 105970. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2020.105970.

    Singh, Bhawani, and R. K. Goel. Tunnelling in Weak Rocks. Elsevier Geo-Engineering Book Series, Volume 5. Elsevier Science & Technology, 2006.

    Salum, A. H., & Murthy, V. M. S. R. (2019). Optimising blast pulls and controlling blast-induced excavation damage zone in tunnelling through varied rock classes. Tunnelling and Underground Space Technology, 85(July 2017), 307–318. https://doi.org/10.1016/j.tust.2018.11.029

    Salehi,E., Moghadam, M., Khani, J., haji hasani, M., Rostamabadi, S. (2022). Investigation of optimal methods for drilling and blasting tunnels pattern in P-Cut under the influence of economic indices of blasting. Tunnel engineering and underground spaces, doi: 10.22044/tuse.2022.11927.1455

    Sanchidri´an, J. S. (2018). Energy efficiency in rock blasting. In: Awuah-Offei, K. (Ed.), Energy Efficiency in the Minerals Industry. . Springer, pp. 87–118.

    Singh, B., & Goel, R. K. (2006). Tunnelling in Weak Rocks. (J. A. Hudson, Ed.) Amsterdam: Elsevier B.V.

    Soroush, K., Mehdi, Y., & Arash, E. (2015). Trend analysis and comparison of basic parameters for tunnel blast design models. International Journal of Mining Science and Technology, 25(4), 595–599. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2015.05.012.

    NORWEGIAN TUNNELLING SOCIETY. NORWEGIAN TUNNELLING TECHNOLOGY. Publication No. 23. (2014).

    1. Shan, B. H. (2011). Case study on new technology application of quasi-parallel cut blasting in rock roadway drivage,” Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. pp. 225–232.

    USACE, Engineering and Design blasting for rock excavations. Engineering Manual EM 1110-2-3800, US Army Corps of Engineers, 20189

    Verma, H. K., Samadhiya, N. K., Singh, M., Goel, R. K., & Singh, P. K. (2018). Blast induced rock mass damage around tunnels. Tunnelling and Underground Space Technology, 71(March 2017), 149–158. https://doi.org/10.1016/j.tust.2017.08.019

    Wang, M., Zhao, S., Tong, J., Wang, Z., Yao, M., Li, J., & Yi, W. (2021). Intelligent classification model of surrounding rock of tunnel using drilling and blasting method. Underground Space (China), 6(5), 539–550. https://doi.org/10.1016/j.undsp.2020.10.001.

    Weidong Duan, Shigao Hu. The best choice of empty blasting hole spacing in the presplit blasting[J]. Mineral Engineering Research, 2012.

    Yang, Z., He, B., Liu, Y., Wang, D., & Zhu, G. (2021). Classification of rock fragments produced by tunnel boring machine using convolutional neural networks. Automation in Construction, 125(January), 103612. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2021.103612

    Tatiya, Ratan. Civil excavations and tunnelling: A practical guide. Thomas Telford, 2005.

    Zare, S., & Bruland, A. (2006). Comparison of tunnel blast design models. Tunnelling and Underground Space Technology, 21(5), 533–541.

    Zou, Dingxiang. (2017). Theory and technology of rock excavation for civil engineering. Springer Singapore.