عملکرد دستگاه غول­ پیکر حفاری مکانیزه TBM در زیر بافت مسکونی شهر تهران

صنعت حمل و نقل آنلاین: قطعه جنوبی تونل خط 6 مترو تهران به طول10770 متر از ایستگاه دولت­آباد آغاز و تا ایستگاه میدان سپاه ادامه می‌یابد. با توجه به شرایط زمین‌شناسی و به ویژه تراز بالای آب زیرزمینی و همچنین وجود بافت فرسوده مسکونی و تجاری در بخش‌هایی از مسیر، حفاری این قطعه به روش مکانیزه و با استفاده از ماشین EPB-TBM انجام شده است.

کلیات ماشین EPB-TBM

در این ماشین، با اعمال نیروی پیشران به سپر و چرخش کاترهد، خاک از جبهه‌کار جدا شده و در اتاقک حفاری یا چمبر انباشته می‌شود. حفر تونل با این ماشین مبتنی بر نگهداری جبهه‌کار با مصالح حفاری شده است. این مصالح در اتاقک حفاری انباشته می‌شود و با کنترل سرعت ورود و خروج آن‌ها توسط نقاله مارپیچ و نیروی پیشران، فشاری متناسب با فشار زمین در جبهه‌کار اعمال می‌شود. هم‌زمان با حفاری، فضای خالی پشت سگمنت‌ها با تزریق دوغاب با استفاده از مجاری تزریق که در انتهای سپر تعیبه شده است پر می‌شود.

تغییر مدیریت در بخش مکانیزه خط 6

حفاری بخش مکانیزه تونل خط 6 متروی تهران از تیرماه1390 آغاز شد و در فروردین ماه 1396 به اتمام رسید. ولی نکته حایز اهمیت این است که تا آذرماه 1394 حدود 6500 متر از این تونل حفاری شده بود که متوسط حفاری سالانه آن کمتر از1500 متر است. در صورت ادامه حفاری با روند قبلی، حفاری تونل تا اواخر سال 1397 به طول می‌انجامید. با توجه به اولویت اجرای خط 6، ضرورت بازنگری در عملکرد ماشین و افزایش راندمان و پیشروی تونل تا حد نرم‌های جهانی احساس می‌شد. بر اساس این نیاز، در سطح کلان، مدیران پروژه تمرکز ویژه‌ای بر این موضوع اعمال کردند و اتمام حفاری تونل مکانیزه در سال 1395 مورد تاکید قرار گرفت.

اورهال دستگاه و بررسی علل تاخیرات حفاری

با بررسی­های فنی و تخصصی صورت پذیرفته و نظر به مشکلات جدی ایجاد شده برای ماشین از جمله فرسایش شدید کله حفار، ضرورت بازسازی و تعمیر کلی ماشین احساس شد. در این راستا برنامه جامع تعمیر و نگهداری ماشین تدوین شده و در مرحله اول کله حفار به طور کامل بازسازی و تعمیر شد.

پس از شروع مجدد حفاری و بررسی تاخیرات و زمان‌های صرف شده برای عملیات مختلف حفاری و پیشروی ماشین، بررسی‌های لازم برای کاهش تاخیرات و افزایش راندمان به عمل آمد و به صورت مرحله به مرحله به اجرا گذاشته شد. عمده تاخیرات مربوط به نرخ نفوذ پایین و زمان حفاری طولانی، مشکلات نوار نقاله و تخلیه گل، مشکلات سیستم ترابری و تامین مصالح بوده است.

افزایش راندمان حفاری

با انجام بررسی‌های فنی، پارامترهای حفاری دستگاه TBM بر اساس شرایط واقعی زمین‌شناسی مسیر تونل تعیین شد. به منظور دستیابی به این پارامترها و کاهش زمان حفاری از راه‌کارهای لازم مانند استفاده از فوم مناسب و اعمال پارامترهای مناسب به‌عمل‌آوری خاک (Soil conditioning)، تغییر آرایش ابزار برشی بر روی کاترهد و استفاده از ابزارهای حفاری مناسب، بازدید‌های دوره‌ای و تعویض به موقع ابزارهای فرسوده، تعمیرات و نگهداری به موقع بخش‌های مختلف ماشین و سیستم پشتیبانی استفاده شد.

بررسی تاخیرات در روند احداث تونل نشان‌ داد که عمده علل توقفات، مربوط به سیستم ترابری و نوارنقاله بوده است. طول زیاد مسیر پشتیبانی، باعث استهلاک بیش از حد ماشین‌آلات ترابری و پاره شدن مکرر نوار نقاله می‌شد. همچنین تداخل عملیات اجرایی ایستگاه‌های مسیر با سیستم پشتیبانی حفاری، موجب کاهش راندمان عملیات حفاری می‌شد. بنابراین با انجام بررسی‌های فنی به منظور تغییر دهانه پشتیبانی و کاهش طول مسیر مربوطه، نهایتا ایستگاه شهدا برای انتقال شفت پشتیبان انتخاب و در حداقل زمان طراحی و اجرا شد.

چالش‌های مسیر و ثبت رکوردهای خاص

با اقدامات انجام شده راندمان و نرخ پیشروی ماشین به طور محسوسی بهبود یافته و علی­رغم شرایط خاص مسیر از جمله عبور از فضای باز سه ایستگاه و سه راهی، حفاری در زیر بافت فرسوده شهری و حساسیت‌های موجود در زمینه حفاری ایمن در این محدوده­ها، عبور از زیر تونل امیرکبیر با روباره کم، عبور از زیر ایستگاه در حال بهره‌برداری امام حسین (ع) و همچنین حفاری در خاک درشت دانه و بسیار ساینده در این قسمت‌ها، در نهایت حفاری تونل در انتهای سال 1395 به انجام رسید و ماشین حفاری با موفقیت و ایمنی در 10 فروردین 1396 وارد ایستگاه میدان سپاه شد و به کار خود پایان داد.

رکوردهای ثبت شده در این مدت:

حداکثر پیشروی روزانه: 28.5 متر

حداکثر پیشروی ماهانه 489 متر

حدکثر پیشروی در 30 روز کاری متوالی 530 متر