عمل‌آوری به‌عنوان راهکاری در مدیریت مخاطرات زمین‌شناسی در حفاری تونل با ماشین‌های EPB (مطالعه موردی: توسعه جنوبی خط ۶ متروی تهران)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته دکتری مهندسی معدن- مکانیک سنگ؛ دانشکده‌ی مهندسی معدن، دانشگاه تهران،

2 دانشیار؛ دانشکده‌ی مهندسی معدن، دانشگاه تهران

3 دانشیار؛ دانشکده زمین‌شناسی، دانشگاه تهران

4 دکتری مهندسی معدن – مکانیک سنگ، شرکت بهره‌برداری متروی تهران و حومه، مدیریت خط 6 متروی تهران

10.22044/tuse.2026.17726.1510

چکیده

امروزه با توجه به پیشرفت تکنولوژی و همچنین به صرفه بودن اقتصادی، فناوری EPB در زمین‌های درشت دانه و حتی همه انواع سنگ‌ها نیز با موفقیت اجرا می‌شود. عملکرد ماشین‌های EPB، چه در خاک و چه در سنگ، به طور چشمگیری به عمل‌آوری مناسب مواد حفاری شده بستگی دارد. در مسیر حفر تونل، ماشین‌های EPB-TBM با مخاطرات بسیاری همانند نبود یا کمبود ریزدانه در لایه‌های سنگی و خاکی تحت حفاری، انسداد، حد بالای نفوذپذیری مصالح حفاری شده، سایش و خورندگی روبرو خواهد شد. در این مقاله به معرفی این مخاطرات در بخش توسعه جنوبی خط 6 متروی تهران و به بررسی رفع آنها پرداخته شده است. با توجه به آزمایش‌های انجام شده، مشخص شد که حدود 5 درصد از خاک‌های مسیر این تونل در محدوده خطر انسداد کم،50 درصد در محدوده خطر متوسط، 35 درصد در محدوده خطر زیاد و 10 درصد از خاک‌های مسیر نیز میل به رفتار کلوخه شدن دارند. در متراژهای 500 تا 650 و 1850 تا 2100 تونل، لایه‌های حفر شده با کمترین مقادیر پارامتر درصد عبوری از الک 200 در مقطع تونل همراه بوده است. 68% از واحدهای خاکی تشکیل دهنده مسیر تونل، دارای نفوذپذیری کمتر ازm/sec 1× 10-07 هستند که شرایط ایده آلی برای حفاری با ماشین EPB است. مقدار شاخص سرِشار بین 96/1 تا 98/3 به دست آمده است که در رده سنگ‌های خیلی ساینده یا نزدیک به آن قرار می‌گیرند. مصالح حفاری‌شده در اتاقک فشار با استفاده از دوغاب آهک با دانسیته بالا، پرکننده‌ها و پلیمر عمل‌آوری شدند که موجب افزایش محتوای ذرات ریزدانه، بهبود قوام مصالح و کاهش نفوذپذیری و سایش مصالح در نقاله مارپیچ گردید. نتایج نشان داد که دوغاب آهک با غلظت 50 تا 70 درصد وزنی پودر سنگ آهک و نسبت تزریق10 تا 40 درصد، بسته به ویژگی‌های مصالح حفاری‌شده، عملکرد مناسبی در عمل‌آوری ایجاد می‌کند. همچنین، قوام بهینه مصالح عمل‌آوری‌شده با اسلامپ هدف در محدوده 15 تا 22 سانتی‌متر حاصل گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


ASTM. (2010). D762510: Standard test method for laboratory determination of abrasiveness of rock using the CERCHAR method. Philadelphia: American Society for Testing and Materials.
Bakhshandeh, H. A., & Zamzam, M. (2016). Geological Hazards analysis in Urban Tunneling by EPB Machine (Case study: Tehran subway line 7 tunnel). International Journal of Mining and Geo-Engineering, 50(1), 23-36. Retrieved from https://ijmge.ut.ac.ir/article_57306_4e76f7cacd4208de43dde1ea877a6c74.pdf.
Budach, C., & Thewes, M. (2015). Application ranges of EPB shields in coarse ground based on laboratory research. Tunnelling and Underground Space Technology(50), 296-304. doi:10.1016/j.tust.2015.08.006.
EFNARC. (2005). Specifications and Guidelines for the use of specialist products for Mechanized Tunnelling (TBM) in Soft Ground and Hard Rock. Recommendation of European Federation of Producers and Contractors of Specialist Products for Structures.
Huang, S., Wang, S., Xu, C., Shi, Y., & Ye, F. (2019). Effect of grain gradation on the permeability characteristics of coarse-grained soil conditioned with foam for EPB shield tunneling. KSCE Journal of Civil Engineering(23), 4662-4674. doi:10.1007/s12205-019-0717-7.
ISO. (2012). Geotechnical Investigation and Testing–Geohydraulic Testing–Part 2: Water Permeability Tests in a Borehole Using Open Systems. Vernier (Geneva), Switzerland: ISO 22282-2.
Kim, T.-H., Lee, I.-M., Chung, H.-Y., Park, J.-J., & Ryu, Y.-M. (2021). Application ranges of EPB shield TBM in weathered granite soil: a laboratory scale study. Applied Sciences, 7(11), 2995. doi:10.3390/app11072995.
Merritt, A. (2015). Soil conditioning for EPB tunnelling: some examples of laboratory testing and field monitoring. Crossrail Project: Infrastructure Design and Construction,, 2, 159-170.
Peila, D. (2014). Soil conditioning for EPB shield tunnelling. KSCE Journal of Civil Engineering,(18), 831-836. doi:10.1007/s12205-014-0023-3.
Peila, D., Picchio, A., & Chiere, A. (2013). Earth pressure balance tunnelling in rock masses: Laboratory feasibility study of the conditioning process. Tunnelling and Underground Space Technology(35), 55-66. doi:10.1016/j.tust.2.
Pourhashemi, M., Azali, , S., Amiri, A, & Khorasani, E. (2018). Rock Conditioning in EPB-Tunneling, Case Study: Southern Extension of Tehran Metro Line 6. ITA: International Tunnelling and Underground Space Association., (pp. 1-7). Dubai, UAE.
SCC. (2014). Soils–Determination of Permeability by the Lefranc Method. Ottawa, Ontario K1P 6N7, CANADA: Standards Council of Canada (SCC).
Taherkhani, H., Hassanpour, J., Bakhshandeh Amnieh, H., Khorasani, E., & Rostami, J. (2025). Investigating the role of bentonite on the conditioning of muck during tunneling through marly limestone with EPB machines. Canadian Geotechnical Journal(62), 1-18. doi:10.1139/cgj-2024-0773.
Taherkhani, H., Hassanpour, J., Bakhshandeh Amnieh, H., Khorasani, E., Rostami, J., & Saheb, A. (2025). GEP-Based Prediction of Workability of Conditioned Marly Limestone in EPB Machine Chambers. Geotechnical and Geological Engineering, 8(43), 1-22. doi:10.1007/s10706-025-03370-1.
Thewes, M., & Hollmann, F. (2016). Assessment of clay soils and clay-rich rock for clogging of TBMs. Tunnelling and Underground Space Technology(57), 122-128. doi:10.1016/j.tust.2016.01.010.
Wittke, W., Erichsen, C., & Gattermann, J. (2007). Conditioning of the intact rock. In W. e. Wittke, In: W. 6. V. G. G. E. Geotechnik in Forschung und Praxis, ed. Stability Analysis and Design for Mechanized Tunneling. (pp. 250-264). Aachen: Translated from the German edition: Statik und Konstruktion maschineller Tunnelvortriebe.
Ye, X., Wang, S., Yang, J., Yang, J., Sheng, D., & Xiao, C. (2017). Soil conditioning for EPB shield tunneling in argillaceous siltstone with high content of clay minerals: Case study. International Journal of Geomechanics(17(4)), 05016002: 1-8. doi:10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0000791.