Zastosowania geologii w konstrukcjach inżynierskich

Ten artykuł rzuca światło na sześć najlepszych zastosowań geologii w budownictwie inżynieryjnym.

1. Budowanie kamieni:

Istnieją różne rodzaje skał, które należy ubrać i obrabiać w celu ich wykorzystania w konstrukcjach. Pewne właściwości geologiczne i fizyczne muszą być spełnione dla dobrego kamienia budowlanego. Trwałość, łatwość transportu i przyjemny wygląd, poza łatwym procesem wydobywania, to niektóre z ważnych właściwości wymaganych do budowy kamieni.

Konieczne jest poznanie składu mineralnego kamienia budowlanego w celu określenia jego przydatności i trwałości. Niektóre minerały, takie jak chert, piryt, wysoka zawartość miki, są szkodliwe i szkodliwe, a unikać należy ich zawierających skały. Obecność minerałów, takich jak piryt, który łatwo utlenia się tworząc brzydkie plamy, powoduje, że skały są niepożądane. Gruboziarniste skały są słabsze niż drobnoziarniste skały.

Aby kamień był trwały, musi zachowywać swój pierwotny rozmiar, wytrzymałość i wygląd przez bardzo długi czas. Są one możliwe tylko wtedy, gdy kamienie są odporne na działanie atmosferyczne i deszcz. Inne właściwości dla prac budowlanych i innych właściwości dla dobrych kamieni budowlanych to wytrzymałość na zgniatanie, odporność na ogień, absorpcję itp.

Zasadniczo używanymi skałami do budowy budynków i innych budowli są granitowe i inne powiązane skały magmowe oraz wapień, marmur, łupek, piaskowiec. Wśród skał metamorficznych i magmowych, ogólnie używanymi skałami są granity i gnejsy.

Granity, ze względu na ich granulowaną teksturę, przyjemny kolor i korzystne właściwości, takie jak wysoka wytrzymałość na ściskanie i niskie wchłanianie są najczęściej stosowane. Granity można łatwo wydobywać, ponieważ mają one dobrze rozwinięte połączenia i dywizjonalne samoloty. W przypadku drogowych metali odpowiednie są bazalty i dolerity. Zazwyczaj nie są one jednak preferowane do prac budowlanych, ponieważ są one ciemne lub matowe.

Piaskowce i kwarcyt występują obficie i są wykorzystywane do prac budowlanych. Kwarcyt ze względu na ekstremalną twardość utrudnia pracę i może nie być preferowany w murze. Wapienie, które są łatwo wydobywane, są głównie wykorzystywane do prac budowlanych. Są lekkie i dostępne w przyjemnych kolorach. Marmury są najczęściej używane do prac dekoracyjnych w budynkach.

Łupek, który jest metamorficzną skałą, może być równomiernie rozłożony na cienkie warstwy i jest stosowany do pokrywania dachów i brukowania w budynkach. Lateryt, trwała skała wykorzystywana jest jako kamień budowlany. Jest również używany jako metal drogowy, szczególnie w krajach tropikalnych, takich jak Indie. Dzięki szerokiemu stosowaniu betonu cementowego w budynkach i innych konstrukcjach skały kruszy się do kruszyw o niewielkich rozmiarach i wykorzystuje do produkcji cementu.

W przypadku kruszyw do produkcji granitów betonowych najczęściej stosuje się kwarcyt i bazalt. W dzisiejszych czasach betonowe i żelbetowe ściany są czasami pokryte kamieniem, aby uzyskać atrakcyjny wygląd, a także służyć jako warstwa ochronna przed deszczem i gazami atmosferycznymi.

Kamienie naturalne stanowią wspaniałość i piękno budynków. Oprócz tego, utrzymanie i konserwacja kamiennych konstrukcji nie jest trudna i dlatego granity i wapienie są szeroko stosowane jako kamienie licowe.

Indyjskie kamienie budowlane:

Większość świątyń i budowli publicznych w południowych Indiach zbudowano z granitów i gnejsów dostępnych w najstarszych skałach archaicznych w Indiach. Odmiana granitu o nazwie charnockite jest doskonałym kamieniem budowlanym, który jest wykorzystywany przy budowie siedmiu pagód w Mahabalipuram niedaleko Chennai. Piaskowce vindhyans, a także piaskowce innych starszych formacji są używane w Indiach jako dobre kamienie budowlane.

Piaskowce vindhyańskie zostały użyte w konstrukcjach wielkich budowli, takich jak buddyjskie stupy Saranath, Barhut, Sanchi, miasto Fatehpur Sikri w pobliżu Agry i słynne budynki Mughal w Agrze i Delhi, budynki Loksabha, Rashtrapati Bhavan i administracyjne budynki biurowe rządu Indii w New Delhi. Piaskowce vindhyan używane są do podłóg, pokryć dachowych, słupów telegraficznych, parapetów itp.

Piaskowce Athgarh górnych skał Gondwany w Orissie są różnorodnością wspaniałego piękna i trwałości. Te piaskowce były wykorzystywane w konstrukcjach słynnych świątyń Puri-Jagannath, Bhubaneswar, Konark i buddyjskich jaskiń w Kandagiri i Udayagiri. W budynkach wykorzystywane są piaskowce Tirupathi z Andhra Pradesh i piaskowce Sathyavedu w Tamil Nadu, a te piaskowce również pochodzą z formacji Gowanda.

Wapień znajduje się w wielu miejscach w Indiach. Służą one jako doskonałe kamienie budowlane i ozdobne. Prestiżowy Taj Mahal został zbudowany z marmurów Makrana Archaen Dharwars. Dobrej jakości wapienie znajdują się w dzielnicach Guntur i Kurnool w Andhra Pradesh.

Słynne płyty cadappa wykorzystywane jako kostki brukowe, blaty stołowe, stopnie i kamienie ogrodzeniowe pochodzą z wydobywanego wapienia w Andhra Pradesh niedaleko Yerraguntha (dzielnica Cadappa) i Betamcherla (dystrykt Kurnool). Mają dobry połysk i można je podzielić na płyty o grubości 12 mm lub większej, do 1, 25 m.

Maharashtra, Madhya Pradesh, zachodnie wybrzeże Malabaru i inne miejsca znane są z występowania dobrej jakości laterytu. Jest to trwały kamień budowlany. Pozwala na pocięcie na bloki świeżo wydobywanego. Staje się utwardzony podczas ekspozycji na powietrze. Ze względu na obfite występowanie stosowany jest również jako metal drogowy.

Łupki są wydobywane w pobliżu Dharmsala w okręgu Kangra, Kund w okręgu Gurgaon, Monghyr w Bihar i Markapur na granicy Nellore-Kurnool.

Wydobywanie kamieni:

Prowadzone są dwa odrębne rodzaje wydobywania. W jednym z kamieniołomów celem jest uzyskanie kamieni w postaci dużych i niezniszczonych bloków. W drugim typie celem jest uzyskanie szorstkich nieregularnych kształtów kamieni przeznaczonych do kruszywa betonowego, metalu drogowego i różnych procesów produkcyjnych.

Metody wydobywania zależą od struktury, rozkładu, twardości, składu i innych właściwości fizycznych, a także od położenia i charakteru złóż.

Podstawową zasadą w wydobywaniu jest to, że powierzchnia robocza kamieniołomu powinna być tak zaplanowana, aby oddzielona skała mogła się ześliznąć i przesuwać do przodu, głównie ze względu na własny ciężar. Może nie być uzasadnione rozpoczęcie prac rozwojowych depozytu, zanim będziemy mieć pewność, że kamień jest pożądany w pożądanej jakości iw obfitej ilości, która jest warta, aby zostać wykorzystanym w sposób opłacalny.

Ponieważ skarpa lub urwisko wzdłuż wąwozu lub potoku może służyć jako cenny wskaźnik do zrozumienia przekroju na różnych poziomach, a także pozwala na testy jakości na różnych poziomach. W sytuacjach, gdy takie warunki nie występują na miejscu, może być pożądane wiercenie otworów testowych w odstępach czasu w celu zebrania danych dotyczących jakości skały.

Jakość i właściwości kamienia, który ma być wydobywany, zależy od jego wykorzystania. Na przykład skład chemiczny skały jest ważnym czynnikiem, który należy uwzględnić jako strumień pieca, wapno lub cement. Właściwości fizyczne są ważniejsze tam, gdzie kamienie mają budować kamienie lub kamienie wymiarowe niż właściwości chemiczne. (Kamyki wymiarowe odnoszą się do mas kamieni wymaganych w postaci bloków o określonych kształtach i rozmiarach).

Metody wydobywania zależą od cech geologicznych. Istnieją trzy ważne metody wydobywania, a mianowicie. Metoda wtyczek i piór. Metoda wybuchowa lub piaskowanie i Łączenie za pomocą maszyn.

Metoda wtykania i wtapiania w klinowanie i cięcie odbywa się w piaskowcu wydobywczym. Metodę wybuchową lub obróbkę strumieniową stosuje się do kruszenia kamienia. Metoda polega na wierceniu, wybuchowi materiałem wybuchowym i kamieniołomowi. Metoda kierowania przez maszyny służy do wydobywania wapienia.

2. Zaopatrzenie w wodę:

Źródła zaopatrzenia w wodę to (i) wody powierzchniowe z rzek i zbiorników retencyjnych (ii) wody podziemne ze studni, głębokich otworów wiertniczych i studni artezyjskich. Gdy deszcz pada na ziemię, jest częściowo rozpraszany przez spływanie z powierzchni, a częściowo poprzez perkolację w głąb ziemi. W wilgotnych niskich temperaturach szacuje się, że jedna trzecia zebranych opadów deszczu spływa, jedna trzecia opada w głąb ziemi, a równowaga zostaje utracona przez odparowanie.

Źródła wody gruntowej:

Woda podpowierzchniowa pochodzi z wielu źródeł. Częściowo, woda podziemna jest bezpośrednim wkładem aktywności magmowej lub wulkanicznej. W procesie krystalizacji wyklucza się wodę, która przenosi się do sąsiedniej skały, aby stać się częścią podziemnego źródła. Taką wodę wykluczoną w krystalizacji skał magmowych nazywa się nieletnią wodą lub wodą magmową. (Wiele złóż rud i żył mineralnych zostało wytworzonych przez młodocianą wodę).

Pod morzami osadzone osady zatrzymują wodę w szczelinach. Po zdeponowaniu pewnych nieprzepuszczalnych osadów niektóre z tych wód mogą zostać uwięzione i zatrzymane w osadach, dopóki nie zostaną pobrane. Woda tak uwięziona w osadach w czasie ich osadzania nazywa się związaną wodą. Słona woda napotykana lokalnie w niektórych studniach śródlądowych jest związana z wodą.

Głównym źródłem wody podpowierzchniowej jest część opadów, która tonie w ziemi. Ta główna część wód gruntowych nazywana jest wodą meteorytową.

Dostawy wody ze źródeł powierzchniowych obejmują nie tylko wodę pozyskiwaną lokalnie z rzek i jezior, ale również ze zbiorników retencyjnych, znajdujących się w większości w pewnej odległości od obszaru, który ma być zasilany. Tak więc miasto leżące w pobliżu dużej rzeki często wykorzystuje wodę z tego źródła. Woda jest filtrowana iw razie potrzeby oczyszczona chemicznie i bakteriologicznie przed jej użyciem.

Źródła rzeki mogą być łatwo dostępne i często mniej kosztowne do uzyskania niż źródła zaopatrzenia, które mogą obejmować kosztowny program wierceń. Wręcz przeciwnie, koszt oczyszczenia wody rzecznej przed jej oddaniem do użytku publicznego jest większy niż koszty związane z uzdatnianiem wody studziennej.

Jeziora i rzeki były najłatwiejszym miejscem, z którego można było czerpać wodę. Jednak nawet w najwcześniejszej cywilizacji dobrze wiadomo, że istnieje potrzeba wiercenia studni, aby czerpać wodę z podziemia. Przestrzenie porowe skał trzymają wodę. W nie cementowanych piaskowcach pory tworzą od 20 do 25 procent skały.

W łupkach porowatość może być jeszcze wyższa. Jednakże możliwe jest otrzymanie wody tylko z takich kamieni, które oprócz porowatości wykazują znaczną przepuszczalność. Te skały zbiornikowe nazywane są warstwami wodonośnymi. Płyty wodonośne składają się głównie z piaskowców. Niektóre skały wapienne i inne zawierają wodę w pęknięciach. Tempo przepływu wody prawdopodobnie będzie wysokie wzdłuż stref zwarć i połączeń.

3. Stół wodny:

Stół wodny jest jedną z najważniejszych cech związanych z badaniem wód gruntowych. Stół wodny to poziom, poniżej którego grunt jest w pełni nasycony wodą, a nad nim przestrzenie porowe skał zawierają trochę wody, a także powietrza. Stół wodny wznosi się pod wzgórzami i opada w kierunku jezior i strumieni.

Rys. 18.1 Pokazuje typową zależność między lustrem wody a topografią. Staw wodny oczywiście będzie na poziomie rzek i jezior na ich obrzeżach. Głębokość od powierzchni ziemi do poziomu lustra wody zależy w dużej mierze od rodzaju skały i klimatu. W wilgotnych regionach nasycona ziemia może być osiągnięta kilka metrów pod powierzchnią.

Stół wodny na bagnach znajduje się na lub nieco ponad powierzchnią lądu. W przeciwieństwie do pustyń poziom wody może znajdować się setki metrów poniżej poziomu gruntu. Zasadniczo wszystkie skały znajdujące się poniżej poziomu zwierciadła wody nasycają się wodą, aż do osiągnięcia poziomu w dół, przy którym wysokie ciśnienie ze względu na ciężar nadmiernego obciążenia zmniejsza przestrzeń porów prawie do zera. Istnieją przypadki nieprzepuszczalnych warstw, które mogą utrzymywać pewną ilość wody na głębokości wyższej niż normalny poziom wód gruntowych obszaru.

Mogą istnieć sytuacje, w których nieprzepuszczalne warstwy mogą pomieścić zbiornik wody na poziomie wyższym niż poziom normalnego poziomu wód gruntowych. W takich przypadkach, jak pokazano na ryc. 18.2, jest oczywiste, że górna część wody może być penetrowana przez wiercenie otworu, podczas gdy podłoże może być praktycznie suche.

Warunki panujące na stole wodnym mogą się różnić w zależności od miejsca z powodu przemienności warstw przepuszczalnych i nieprzepuszczalnych, linii składania i uskoków. Nieprzepuszczalne warstwy mogą utrudniać przepływ wód podziemnych i izolować horyzonty wody, w wyniku czego każda grupa przepuszczalnej warstwy może mieć własny niezależny stół wodny. Plony tych warstw są generalnie odpowiedzialne za linie przerywanych sprężyn wzdłuż zbocza, jak na Rys. 18.3.

4. Studnie artezyjskie:

W niektórych miejscach woda gruntowa jest utrzymywana w przepuszczalnej strefie nieprzepuszczalnymi skałami z dwóch stron. Tak trzymana woda to woda ograniczona, a strefa przepuszczalna nazywana jest warstwą wodonośną. Ta ograniczona woda jest zwykle pod ciśnieniem, a tym samym wzrośnie w studzience, która ją wyczerpie. Taka ograniczona woda pod ciśnieniem nazywana jest wodą artezyjską. Studnia, w której woda wznosi się nad sąsiednim poziomem wód gruntowych, nazywana jest studnią artezyjską.

Następujące warunki są niezbędne do przepływu artezyjskiego:

(i) Strefę przepuszczalną lub łóżko, tj. warstwę wodonośną.

(ii) Względnie nieprzepuszczalne skały powyżej i poniżej tak, aby ograniczyć wodę do warstwy wodonośnej.

(iii) Odpowiednie zanurzenie warstwy wodonośnej w celu uzyskania gradientu hydraulicznego.

(iv) Obszar pobierania tak, aby warstwa wodonośna mogła być naładowana wodą.

Warunki te przedstawiono na ryc. 18.4. Nieprzepuszczalna warstwa skały powyżej i poniżej warstwy wodonośnej jest potrzebna, aby zabezpieczyć się przed utratą głowy. Nachylenie złożeń zapewnia gradient hydrauliczny, który rozciąga się od poziomu nasycenia w dół zanurzenia struktury aż do kontynuacji struktury. Wody artezyjskie występują najczęściej w przepuszczalnych warstwach piaskowca pokrytych nieprzepuszczalnymi łupkami lub innymi rodzajami skał osadowych.

Gdy woda jest pompowana w sposób ciągły z odwiertu, szybkość zrzutu przez skały jest zwykle znacznie mniejsza niż szybkość pompowania, a przepływ przez skały będzie niewystarczający, aby utrzymać pierwotną głowicę, a w konsekwencji poziom wody w zbiorniku jest obniżany wokół studni, prowadząc do zagłębiony stożkowy stół wodny zwany stożkiem depresji lub stożkiem wyczerpania. Głębokie odwierty, z których pompowana jest duża szybkość wypływu, mogą doprowadzić do stanu wyczerpania sąsiednie mniejsze odwierty znajdujące się w zasięgu stożka depresji.

Wody podziemne w regionach przybrzeżnych i na wyspach:

Obecność świeżej wody gruntowej w regionach przybrzeżnych i na wyspach jest przedmiotem zainteresowania. Warstwy w takich obszarach są przepuszczalne głównie w postaci piasku, gliny, koralowców, wapienia itp. W miarę opadania deszczu woda deszczowa przenika przez te warstwy i staje się świeżą wodą gruntową.

Słonowodne wody jednak przenikają do podłoża, popychając świeżą wodę tak, aby unosiła się nad nią, ponieważ woda morska jest gęstsza niż świeża woda. (Można zauważyć, że 12-metrowa kolumna słonej wody morskiej równoważy 12, 3-metrową kolumnę świeżej wody). Na rys. 18.6 świeża woda Colum H jest zrównoważona wysokością h soli w wodzie. Jeżeli wysokość świeżej wody nad poziomem morza wynosi t.

następnie, H = h + t = Sh

gdzie S = ciężar właściwy soli morskiej.

(S-1) h = t

H = t / S - 1

Wydarzenia w wodach gruntowych w Indiach:

Równiny rzeki Indus i Ganges są ogromnymi zbiornikami słodkiej wody, zasilającymi studnie. W regionach pagórkowatych istnieją sprężyny, w których przepuszczalne i nieprzepuszczalne skały są ściśnięte i pochylone lub złożone. Powstają tam, gdzie skały przechodzą przez stawy, szczeliny i uskoki.

Bazy podstawne tworzą dobre warstwy wodonośne w pułapkach Deccan w Maharastrze i Madhya Pradesh, dających dobrą wodę. Gujarat, South Arcot w Tamil Nadu, Pondicherry oraz East and West Godavari w Andhra Pradeś zawierają sprężyny artezyjskie.

W okolicach Tanjore, Maduraj i Trunelveli w Tamil Nadu podglebiem jest gliniasta lub miękka skała, dająca odpowiednią ilość dobrej wody. W regionach zachodniego wybrzeża, takich jak Kerala i Karnataka, substrat jest laterytem, ​​w większości dostarczającym dobrej ilości wody gruntowej. Źródła termalne i mineralne występują w kilku częściach Indii - Mumbaju, Pendżabie, Bihar, Assam, u podnóża Himalajów i Kaszmiru.

5. Tamy i zbiorniki zaporowe:

W odróżnieniu od zasobów rzecznych, górskie źródła powierzchni zapewniają wodę dla miast, a woda jest magazynowana w zbiornikach retencyjnych i transportowana do miast rurociągiem i wodociągiem. Zapory służą również do zatrzymywania wody do produkcji hydroelektrycznej wraz z tunelami do transportu wody.

Tam, gdzie w ten sposób wykorzystuje się spływ (który różni się od frakcji przesączającej opad deszczu) i woda jest zatrzymywana, istnieje wiele czynników geologicznych, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze miejsca zarówno dla zbiornika, jak i tamy. Zbiornik powinien mieć maksymalną skuteczność zatrzymywania wody, a zapora musi być solidnie założona.

Opinia geologiczna jest obecnie poszukiwana w przypadku większości dużych przedsięwzięć inżynieryjnych i jest zasadniczo niezbędna w przypadku wyboru miejsca o dowolnym rozmiarze zbiornika.

Kiedy warunki geologiczne są badane i okaże się, że są zadowalające, inżynier może je obsłużyć, ale inżynier powinien mieć wystarczającą wiedzę z zakresu geologii, aby rozpoznać prawdopodobne problemy, które mogą wystąpić i kiedy potrzebować porady eksperta.

Gruntowne badania geologiczne należy przeprowadzić przed rozpoczęciem prac, a wszelkie obserwacje powinny być kontynuowane w trakcie ich postępu, ponieważ dodatkowe informacje mogą stać się dostępne, a prognozy geologiczne mogą być potrzebne do poprowadzenia programu wykopu w miarę postępu budowy.

Należy sobie uświadomić, że upadek dużej zapory powoduje powszechną katastrofę w dół, katastrofę z udziałem odpowiednio i setek żywotów. Inżynierowie i ich personel mają zatem wyjątkową odpowiedzialność. Problemy geologiczne w niektórych lokalizacjach mogą pojawić się nieoczekiwanie i mogą być skomplikowane, wymagając wysoko wykwalifikowanych profesjonalnych analiz.

Nie może być nie na miejscu, aby wspomnieć, że prawdą jest, że wiele awarii zapory nie występuje z powodu błędnego zaprojektowania samej konstrukcji, ale z powodu takich warunków geologicznych, które nie zostały odpowiednio wcześnie zrozumiane. Jeśli intensywność przesiąkania gruntu nie została zauważona, a zapora jest budowana z dużymi wydatkami, tama może nawet pozostać silna i wytrzymała, ale bez podnoszenia poziomu wody w górę rzeki, tym samym pokonując sam cel tamy.

Autor kusi, by zacytować następujące, najbardziej poruszające słowa wielkiego geologa. Berkey w swojej pracy Obowiązki geologów w projektach inżynierskich.

Tamy muszą stać. Nie wszyscy z nich robią i są na wszystkich stopniach niepewności. Zbiorniki muszą posiadać wodę. Nie wszyscy to robią i istnieje wiele sposobów na utratę wody.

Praca musi być wykonana bezpiecznie jako praca budowlana. Nie wszystkie z nich istnieją, istnieje wiele źródeł niebezpieczeństwa.

Cała struktura musi być stała, a praca ma prawo do wykonania w pierwotnym oszacowaniu. Nie wszystkie z nich są, i istnieje wiele przyczyn ich niepowodzenia lub nadmiernych kosztów, w większości geologicznych lub zależnych od geologii.

Rodzaje i cele doków:

Zapory są zbudowane, aby działać jako bariery do zatrzymywania wody przeznaczonej do różnych celów. Główne zastosowania to zapewnienie regulacji i magazynowania strumienia dla zbiorowego lub przemysłowego zaopatrzenia w wodę, zasilania, nawadniania, ochrony przeciwpowodziowej, regulacji strumienia osadów itp.

Główne klasy zapór to zapory ziemne lub skalne i murarskie. Wybór typu ziemi lub typu "rock-fill" opiera się na fundamencie, źródłach materiału i oczywiście na ekonomii projektu. W sytuacjach, w których materiał bazowy jest zbyt słaby, aby utrzymać zaporę murarską, a silne skały występują tylko na bardzo dużych głębokościach, wykorzystuje się zapory wypełnione ziemią lub skałami.

W przypadku występowania nieprzepuszczalnych skał na niewielkich głębokościach, które są wystarczająco mocne, aby wytrzymać konstrukcję murowaną, można zbudować zaporę murarską lub zaporę ziemną. Wybór byłby wynikiem analizy ekonomicznej.

Zapory ziemne mogą być jednorodnie nieprzepuszczalne lub mogą mieć nieprzepuszczalne, rdzenie i okładziny. Typowymi rodzajami betonowych zapór są typy grawitacyjne, łukowe i przyporowe. Zapory ziemne i murarskie wymagają ekonomicznych źródeł wymaganego materiału potrzebnego do budowy.

6. Tunele:

Być może w żadnym innym projekcie inżynieryjnym nie ma wykonalności, planowanie, kalkulacja kosztów, projekt, zastosowane techniki i ryzyko poważnych wypadków podczas budowy są tak bardzo zależne od geologii witryny, jak i od tunelowania.

O ile strefa, w której budowany jest tunel, zależy od celu, o tyle decyzja o tunelowaniu (a nie budowaniu mostu) zależy od względnych trudności geologicznych. Dokładna linia tunelu może być określona przez wybór korzystnych lub trudnych lokalnych warunków geologicznych.

Względna łatwość wydobywania skał i stabilność skał i ścian są głównymi czynnikami w tempie postępu i ustalania kosztów, a także w ustalaniu, czy można zastosować wiertarkę do skał i czy grunt potrzebuje wsparcia i czy konieczne jest użycie sprężonego powietrza.

Na przykład, jeśli zakopany kanał lub głęboka plama wypełniona nasyconym piaskiem i żwirem spotka się z nieprzewidzianymi, konsekwencją spierzchnięcia wody przy ścianie tunelu może być poważny wypadek.

W projekcie tunelowania należy wziąć pod uwagę następujące czynniki geologiczne:

(a) Łatwość wydobywania skał i gleb.

(b) Siła skał i potrzeba ich wspierania.

(c) Ile materii skalnej zostało przypadkowo wykopane poza planowany obwód obrysu tunelu (tj. ponad przerwą), w którym wykorzystywane są materiały wybuchowe.

(d) Warunki związane z obecnością wody gruntowej i jej odprowadzeniem.

(e) możliwa wysoka temperatura panująca w bardzo długich tunelach i wynikająca z tego potrzeba wentylacji.

Stopień zmiany powyższych warunków wzdłuż linii tunelu jest istotny zarówno w planowaniu, jak i kosztach. Zmiana związana jest ze strukturą, która kontroluje, jaki rodzaj skały występuje w danym odcinku tunelu oraz w jaki sposób warstwy skały i inne właściwości anizotropowe są zorientowane względem powierzchni tunelu, a ile jest osłabione przez pęknięcie.

Do wykopu tunelu idealne warunki geologiczne są następujące:

(a) Napotkano jeden rodzaj skały.

(b) Strefy nieczułości i ingerencje są nieobecne.

(c) W pobliżu twarzy nie są potrzebne żadne specjalne ustalenia dotyczące wsparcia.

(d) Skały są nieprzepuszczalne.

W jednolitych warunkach geologicznych może istnieć jednolita stopa postępu bez czasochłonnej potrzeby wprowadzania zmian w technikach i wypracowania delikatnych rozwiązań. Zdolność kamienia do zniesienia cięcia i czynnik kosztów są ważnymi względami.

Konstrukcja jest bardzo kosztowna w następujących sytuacjach:

(a) Spełniona jest duża ilość wody.

(b) Ze względu na nadmierną temperaturę skał miejsce to jest nieodpowiednie dla pracowników.

(c) Skała jest naładowana szkodliwymi gazami.

Tunele w Loose Ground:

W przypadkach, w których tunel jest prowadzony na płytkich głębokościach (na przykład na głębokościach około 15 m), istnieje ryzyko zawalenia się dachu, a także zapadania się boków w wyniku nacisku promieniowego. Konieczne jest zatem podjęcie środków ostrożności podczas pracy i podszewki.

W przypadkach, gdy tunel jest prowadzony na dużej głębokości (na przykład na głębokości od 30 m do 60 m), skonsolidowany materiał może stać dobrze, chyba że jest silnie nasiąknięty wodą. W tym przypadku nacisk na dach i boki będzie mniejszy i mniejsze jest prawdopodobieństwo upadku skały od góry i boków. Tunel jednak musi być wyłożony w całym teście.

Tunele w skałach amonu:

W tym przypadku występują wysokie temperatury skalne. Im głębszy tunel, tym wyższa temperatura. Wysoką temperaturę można pokonać przez podlewanie lub przez dostarczanie zimnego podmuchu. W tym przypadku mało prawdopodobne jest wystąpienie wody źródlanej. Może zaistnieć potrzeba, aby nie występować szalunki, z wyjątkiem kilku przypadków. Można również unikać podszewek.

Tunele w skałach osadowych:

W takich przypadkach można spotkać ciężkie sprężyny. Dlatego konieczne jest zapewnienie podszewki. Czasami napotykane są gazy węglowe, które są przezwyciężane przez strumień wody.

Tunele w skałach metamorficznych:

Postęp tunelowania zależy od rodzaju skał i ich właściwości, takich jak twardość, spójność. Wykop dla tunelu jest dość łatwiejszy w skonsolidowanych skałach, takich jak skały magmowe i metamorficzne. Np .: granit, wapień, marmur.

W przypadku uwarstwionych skał osadowych prowadzenie tunelu powinno odbywać się wzdłuż uderzenia łóżek, aby te same łóżka zostały spełnione w kierunku postępu, a warunki pracy będą takie same. W formacjach osadowych główna część tunelu może znajdować się w łupkach ilastych, ponieważ proces cięcia będzie łatwy.

Dalej górny piaskowiec będzie służył jako dobry dach, podczas gdy dolny twardy kamień wapienny może służyć jako dobra podłoga. Zapewnienie tunelu w piaskowcu w pochyłych warstwach jest niebezpieczne. W warunkach suchej skały może nie być niebezpieczny stan, ale kiedy woda się przesącza, stan staje się niebezpieczny (Ryc. 18.17).

W uwarstwionych skałach cieńszych prześcieradeł jedno lub więcej łóżek jest wystawionych na działanie tunelu, a woda może znaleźć drogę. Są szanse na ruchy wzdłuż płaszczyzn łóżka i możliwe jest, że cała długość tunelu może zostać poddana ścinaniu.

Tam, gdzie łóżka są strome, nie należy umieszczać tunelu w piaskowcu. Ponadto nie jest wskazane umieszczanie tunelu między piaskowcem a łupkiem, ponieważ piaskowiec może ześlizgnąć się z łupków i zablokować tunel.

Tunele w ukośnych warstwach:

W tym przypadku, jeśli tunel jest przejeżdżany przez uderzenie przechylonej warstwy, najprawdopodobniej woda jest zaspokajana. Istnieje niebezpieczeństwo ześlizgnięcia się jednego łóżka w stosunku do sąsiedniego łóżka pod nim.

Tunele wzdłuż fałdy antyliniowej:

W tym przypadku istnieje strach przed spadkiem dachu pod sklepieniem fałdu tuż nad tunelem.

Tunele w fałdach synklinalnych:

W takim przypadku wystąpią poważne problemy z wodą w warunkach plastycznych w porowatych złożach sekcji.

Metody wykopaliskowe:

Kiedy tunel ma być budowany przez niespoistą ziemię lub słabe (miękkie) skały, głównym problemem jest podparcie ziemi, a nie jej wykopywanie. Zwykle wykopy prowadzone są za pomocą maszyny do drążenia gruntu wyposażonej w obrotową głowicę tnącą. Może to być pełnowymiarowy obrotowy układ piersiowy, który pozostaje w kontakcie z powierzchnią gruntu, gdy głowica tnąca przesuwa się.

Małe kawałki ziemi są podawane przez szczeliny w głowicy tnącej. Powierzchnia robocza jest podtrzymywana przez sprężony płyn, którym może być sprężone powietrze w tunelu lub gdy używana jest złożona maszyna, ograniczona do powierzchni czołowej przez grodź ciśnieniową.

Wcześniejszy sposób sprężania powietrza w samym tunelu wiąże się z ryzykiem niepełnosprawności dla pracowników i wymaga bezproduktywnego spędzenia czasu pod koniec każdej zmiany dekompresyjnej.

W późniejszych udanych opracowaniach zastosowano zawiesinę błota i wody z dodaną tiksotropową glinką na powierzchni zamiast powietrza. Glina jest odporna na osiadanie w zawiesinie i ma tendencję do formowania ciasta uszczelniającego na twarzy. Gdy maszyna pracuje naprzód, podpory są instalowane za nim.

Głównym czynnikiem decydującym o tempie postępu i kosztach budowy tunelu w twardych (twardych) skałach jest w większości względna łatwość wykopów. W tradycyjnej metodzie kolejne odcinki tunelu są niszczone przez wiercenie wzoru dziur w skale i ładowanie ich materiałami wybuchowymi i strzelaniem.

Konieczność jakiegokolwiek wsparcia i rodzaju wsparcia, które ma być zapewnione, zależy od względnej stabilności dachu, a także ścian tunelu. Szeroko rozstawione śruby skalne i siatka druciana mogą być stosowane do małych luźnych fragmentów, podczas gdy blisko rozstawione dźwigary pierścieniowe mogą być stosowane tam, gdzie istnieje ryzyko opadnięcia kamieni.

W ostatnim czasie wykorzystywanie materiałów wybuchowych jest stopniowo zastępowane przez maszyny do wiercenia skał dla niektórych typów dużych projektów tunelowania. Maszyny wyposażone w specjalne noże z blisko rozmieszczonymi wkładkami z węglika wolframu mogą pokonać skały o wytrzymałości na ściskanie przekraczającej 300 MN / m 2 .

Trudności wynikające z lokalnych warunków geologicznych:

Podczas manipulowania tunelami typu soft-rock heterogeniczne skały lub zmienne warunki występujące na ścianie tunelu mogą stwarzać poważne problemy, zwiększając koszty. Jeżeli glina zwałowa lub inna gleba z dużymi kamykami zostanie napotkana z prawie niemożliwym do rozwiązania problemem, można napotkać, gdy działają maszyny do gnojowicy.

Frezy walcowo-rockowe są skuteczne w przypadku twardych głazów, ale mogą nie być przydatne w przypadku miękkich gleb. Należy oczekiwać zmiany wytrzymałości gleb wzdłuż linii tunelu, aby można było zastosować odpowiednie podparcie podczas wykopywania ściany tunelu. Niezdolność do tego może prowadzić do nadmiernego wykopu.

Oprócz oczywistych różnic w wytrzymałości między rodzajami gleby (na przykład między nie spoistym piaskiem i częściowo zmieloną gliną), zmiany związane z porowatością i nasyceniem mogą powodować znaczne różnice. Niewielkie zróżnicowanie zawartości wody może zmienić stabilną podłoże w glebie. Gleby niestabilnego miejsca mogą być konsolidowane poprzez wstrzykiwanie do nich chemikaliów lub cementu lub zamrażanie ich.

W przypadku tunelowania przez twardą skałę względna trudność wydobycia poszczególnych skał zależy częściowo od tego, czy użyte są materiały wybuchowe, czy też używa się maszyny do wiercenia skał. Niemniej jednak obie metody mają pewne ważne czynniki. W obu przypadkach tempo wykopów jest odwrotnie proporcjonalne do wytrzymałości na zgniatanie skał i jest bezpośrednio związane z ilością pękania.

W procesie, w którym stosuje się materiały wybuchowe, związek z wytrzymałością komplikuje sposób, w jaki pewne słabe, nie kruche skały, takie jak łupka miki, reagują na wybuch i nie pociągają dobrze dla danego ładunku oraz o znacznie większą rolę, jaką ma pękanie. gra.

Złamania służą nie tylko jako drogi ekspansji gazów z wybuchu, ale także jako płaszczyznach słabości, wzdłuż których kamień się rozdzieli. W tunelowaniu łatwość wiercenia otworów strzałowych zależy od twardości i ścieralności powierzchni skalnej, a także od zmienności twardości w niej. Wiertło może mieć tendencję do odchylania się w ostrych granicach między stanami twardymi i miękkimi.

Najprawdopodobniej twardymi minerałami, które mogą stwarzać problemy, są odmiany krzemionki, takie jak kwarc, krzemień lub chert, które mogą występować w postaci żył lub konkrecji guzowatych. Łupiny zawierające bryły żelaza mogą również kłopotać się jako niezręczna mieszanka. Relatywnie twarde minerały i silne skały często powstają w wyniku metamorfizmu termicznego.

Słaba i miękka łupka wapienna może przekształcić się w silne twarde kalcornfels. Stwierdzono, że jest to znaczący czynnik geologiczny w niektórych projektach hydroelektrycznych, w których zbiornik znajduje się na terenie wysoko położonym, co odpowiada wykopywaniu dużego granitu.

Tunelowanie w strefie termicznej staje się coraz trudniejsze, gdy zbliża się granit. Nadmierna ekstrakcja materii skalnej wskutek słabych płaszczyzn może prowadzić do zerwania, a także do opadania skał z dachu.

Pewna część nadmiaru wykopu nad tą odpowiadającą sekcji doskonałej jest zwykle objęta umową. Przerwa, która występuje podczas wykopywania, zależy od intensywności łączenia i obecności innych płaszczyzn osłabienia, takich jak płaszczyzny ściółki, schistosity. Ogólnie rzecz biorąc, dobrze zbudowane skały ze złamaniami powodują wybuch, podczas gdy masywna, jednolita skała odpowiednio piaskowana da czysty odcinek.

Nadmierny wybuch i ryzyko upadku skały z dachu są odpowiedzialne w następujących sytuacjach:

(a) W strefach uskokowych, szczególnie w przypadku luźno zalegających brecci.

(b) Na wężach węższych niż w tunelu, w którym powstały stawy.

(c) W przypadku osi synklinalnych, w których istnieją połączenia rozciągające.

(d) Na warstwach luźno ubitych skał fragmentarycznych.

(e) Gdzie występują cienkie warstwy silnych i słabych skał (np. zmiany wapienia i łupków) na poziomie dachu lub uderzają wzdłuż tunelu i mają strome zanurzenie.

Przesyłaj do tunelu:

Zakres przesiąkania do tunelu przez przepuszczalne skały i stawy jest ważnym czynnikiem wartym rozważenia. Należy to ocenić na podstawie znajomości warunków wód podziemnych, przepuszczalności materiału skał i struktury geologicznej.

Na przykład, granit, gnejs, łupek i takie krystaliczne skały są zazwyczaj suche, z wyjątkiem możliwego przepływu wzdłuż stawów i uskoków, a być może na marginesie wszelkich wręgów, które je przecinają.

W przypadku przepuszczalnych skał przepływ wody gruntowej do tunelu prawdopodobnie wzrośnie w strefie uskoków i w osiach synklinicznych. Szczeliny wypełnione wodą, zwłaszcza w wapieniach, stanowią poważne zagrożenie. Musi to być ubezpieczone przez sondowanie przed twarzą roboczą małymi poziomymi otworami wiertniczymi.