طريقة جديدة لحفر الأنفاق في النمسا
طريقة الأنفاق النمساوية الجديدة ( NATM )، والمعروفة أيضًا باسم طريقة الحفر المتسلسل ( SEM ) أو طريقة بطانة الخرسانة المرشوشة [1] ( SCL )، هي طريقة حديثة لتصميم وبناء الأنفاق تستخدم مراقبة متطورة لتحسين تقنيات تعزيز الجدار المختلفة بناءً على نوع الصخور التي يتم مواجهتها أثناء تقدم حفر الأنفاق. اكتسبت هذه التقنية الاهتمام لأول مرة في الستينيات بناءً على عمل لاديسلاوس فون رابسيفيتش وليوبولد مولر وفرانز باشر بين عامي 1957 و1965 في النمسا. كان اسم NATM يهدف إلى تمييزها عن الطرق السابقة، بميزتها الاقتصادية المتمثلة في استخدام القوة الجيولوجية المتأصلة المتاحة في كتلة الصخور المحيطة لتثبيت النفق حيثما أمكن بدلاً من تعزيز النفق بالكامل. [2]
يُعتقد عمومًا أن تقنية NATM/SEM ساعدت في إحداث ثورة في صناعة الأنفاق الحديثة. وقد استخدمت العديد من الأنفاق الحديثة تقنية الحفر هذه.
تعتبر طريقة الحفر المتسلسل فعالة للغاية من حيث التكلفة، حتى في ظروف الكارست . [3]
مبادئ
يدمج نموذج NATM مبادئ سلوك الكتل الصخرية تحت الحمل ومراقبة أداء البناء تحت الأرض أثناء البناء. غالبًا ما يُشار إلى نموذج NATM باعتباره نهج "التصميم أثناء التنفيذ"، من خلال توفير دعم مُحسَّن بناءً على ظروف الأرض المُلاحظة. وبشكل أكثر دقة يمكن وصفه بأنه نهج "التصميم أثناء المراقبة"، بناءً على التقارب والتباعد الملحوظ في بطانة ورسم خرائط الظروف الصخرية السائدة. إنه ليس مجموعة من تقنيات الحفر والدعم المحددة.
يحتوي NATM على سبعة عناصر:
- استغلال قوة كتلة الصخور الأصلية – يعتمد على الحفاظ على القوة الكامنة في كتلة الصخور المحيطة كمكون رئيسي لدعم النفق. يتم توجيه الدعم الأساسي لتمكين الصخور من دعم نفسها.
- حماية الخرسانة الرشاشة – يجب التقليل من التراخي والتشوه المفرط للصخور . ويتم تحقيق ذلك من خلال وضع طبقة رقيقة من الخرسانة الرشاشة فورًا بعد تقدم السطح.
- القياس والمراقبة – يجب مراقبة التشوهات المحتملة في الحفر بعناية. يتطلب NATM تركيب أجهزة قياس متطورة. يتم دمجها في البطانة والأرض والآبار . في حالة ملاحظة الحركات، يتم تثبيت دعامات إضافية فقط عند الحاجة، مع تحقيق اقتصاد إجمالي في التكلفة الإجمالية للمشروع.
- دعم مرن – البطانة الأساسية رقيقة وتعكس ظروف الطبقات الأخيرة . يتم استخدام الدعم النشط بدلاً من الدعم السلبي ويتم تعزيز النفق بمزيج مرن من مسامير الصخور والشبكة السلكية والأضلاع الفولاذية، وليس ببطانة خرسانية أكثر سمكًا.
- إغلاق الجزء المقلوب - يعد الإغلاق السريع للجزء المقلوب (الجزء السفلي من النفق) أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص في الأرض اللينة، حيث أنه يخلق حلقة تحمل الحمل، وله ميزة إشراك القوة الكامنة في كتلة الصخور المحيطة بالنفق.
- الترتيبات التعاقدية - بما أن NATM يعتمد على مراقبة القياسات، فإن التغييرات في طريقة الدعم والبناء ممكنة، ولكن فقط إذا سمح النظام التعاقدي بذلك.
- إن تصنيف كتلة الصخور ، والتي تتراوح من شديدة الصلابة إلى شديدة الليونة، يحدد الحد الأدنى من تدابير الدعم المطلوبة ويتجنب الهدر الاقتصادي الناتج عن تدابير الدعم القوية غير الضرورية. توجد تصميمات لأنظمة الدعم لكل فئة من فئات الصخور الرئيسية. وتعمل هذه التصميمات كدليل لتقوية الأنفاق.
بناءً على حساب المقطع العرضي الأمثل ، لا يلزم سوى طبقة رقيقة من الحماية الخرسانية. يتم تطبيقها مباشرة خلف وجه النفق المحفور لإنشاء حلقة تحمل حمولة طبيعية وتقليل تشوه الصخور. يتم تثبيت أدوات جيوتقنية لقياس التشوه اللاحق للحفر . من الممكن مراقبة توزيع الإجهاد داخل الصخور.
يجعل هذا الرصد الطريقة مرنة للغاية، حتى لو واجهت الفرق تغييرات غير متوقعة في اتساق الصخور الجيوميكانيكية ، على سبيل المثال عن طريق الشقوق أو مياه الحفر . يتم التعزيز باستخدام الخرسانة السلكية التي يمكن دمجها مع أضلاع فولاذية أو مسامير، وليس باستخدام الخرسانة الرشاشة السميكة.
تشير خصائص الصخور المقاسة إلى الأدوات المناسبة لتقوية الأنفاق، حيث يمكن تقدير متطلبات الدعم تقليديًا باستخدام نظام RMR أو Q. [4] منذ مطلع القرن الحادي والعشرين، تم استخدام NATM لحفريات الأرض اللينة وصنع الأنفاق في الرواسب المسامية . يتيح NATM إجراء تعديلات فورية في تفاصيل البناء، ولكنه يتطلب نظامًا تعاقديًا مرنًا لدعم مثل هذه التغييرات.
أسماء مختلفة
تم تطوير NATM في الأصل للاستخدام في جبال الألب، حيث يتم حفر الأنفاق عادةً على عمق وفي ظروف إجهاد عالية في الموقع . مبادئ NATM أساسية لحفر الأنفاق في العصر الحديث، وتتضمن NATM بشكل أساسي معالجة ظروف التربة المحددة التي يتم مواجهتها. يتم بناء معظم أنفاق المدن على عمق ضحل ولا تحتاج إلى التحكم في إطلاق الإجهاد في الموقع، كما كانت الحال مع NATM الأصلي في جبال الألب. تضع المشاريع في المدن أولوية أعلى لتقليل الاستيطان وبالتالي تميل إلى استخدام طرق دعم مختلفة عن NATM الأصلي. وقد أدى ذلك إلى ارتباك في المصطلحات حيث يستخدم مهندسو الأنفاق "NATM" للإشارة إلى أشياء مختلفة.
وقد ظهرت مصطلحات جديدة ، وتم تبني أسماء بديلة لبعض جوانب NATM مع انتشار استخدامها. ويرجع ذلك جزئيًا إلى زيادة استخدام طريقة الأنفاق في الولايات المتحدة، وخاصة في الأنفاق الضحلة ذات الأرض اللينة.
تُرى تسميات أخرى لهذا الأسلوب الحديث في حفر الأنفاق؛ حيث تُستخدم غالبًا طريقة الحفر المتسلسل (SEM) أو بطانة الخرسانة المرشوشة (SCL) في الأنفاق الضحلة. وفي اليابان، تُستخدم مصطلحات جدار التقسيم المركزي (NATM) أو طريقة الحجاب الحاجز المتقاطع (يُختصر كلاهما إلى CDM) وطريقة التقسيم الرأسي للنصف العلوي (UHVS).
تعرف الجمعية النمساوية للمهندسين والمعماريين تقنية NATM بأنها "طريقة يتم فيها دمج التكوينات الصخرية أو التربة المحيطة بالنفق في هيكل دعم حلقي شامل. وبالتالي فإن التكوينات الداعمة ستكون في حد ذاتها جزءًا من هذا الهيكل الداعم". [5]
يستخدم بعض المهندسين مصطلح NATM كلما اقترحوا استخدام الخرسانة الرشاشة لدعم الأرض في نفق مفتوح. قد يكون مصطلح NATM مضللاً فيما يتعلق بالأنفاق ذات الأرض اللينة. وكما لاحظ إيميت براون، يمكن أن يشير مصطلح NATM إلى فلسفة التصميم وطريقة البناء . [6]
الميزات الرئيسية
الميزات الرئيسية لفلسفة تصميم NATM هي:
- يتم حشد قوة الأرض حول النفق عمداً إلى أقصى حد ممكن .
- يتم تحقيق تعبئة القوة الأرضية من خلال السماح بالتشوه المتحكم فيه للأرض.
- يتم تثبيت الدعم الأساسي الأولي الذي يتمتع بخصائص تشوه الحمل المناسبة لظروف الأرض، ويتم توقيت التثبيت فيما يتعلق بتشوهات الأرض.
- يتم تركيب الأجهزة لمراقبة التشوهات في نظام الدعم الأولي، وكذلك لتشكيل الأساس لتغيير تصميم الدعم الأولي وتسلسل الحفر .
عندما ننظر إلى NATM كطريقة بناء، فإن الميزات الرئيسية هي:
- يتم حفر النفق ودعمه بشكل متسلسل، ويمكن تغيير تسلسل الحفر للتعامل بشكل فعال مع الظروف الصخرية المحددة التي يتم مواجهتها.
- يتم توفير الدعم الأرضي الأولي من خلال الخرسانة الرشاشة بالاشتراك مع التعزيزات المصنوعة من الألياف أو الأسلاك الملحومة، والأقواس الفولاذية (عادةً عوارض شبكية)، وأحيانًا التعزيزات الأرضية (مثل مسامير التربة ، والتسريب ).
- عادة ما يكون الدعم الدائم عبارة عن بطانة خرسانية مصبوبة في الموقع توضع فوق غشاء مقاوم للماء.
- يتم إغلاق سريع للجزء المقلوب، أي الجزء السفلي من النفق، لإنشاء حلقة هيكلية تستفيد من قوس الصخور أو التربة الذي تم إنشاؤه بشكل طبيعي في الجزء العلوي من قسم النفق.
أمان
أدى انهيار نفق مطار هيثرو عام 1994 إلى إثارة تساؤلات حول سلامة NATM. ومع ذلك، ألقت المحاكمة اللاحقة اللوم في الانهيار على سوء الصنعة والعيوب في إدارة البناء، وليس على NATM. [7]
انظر أيضا
مراجع
- ^ ألون توماس (2019). أنفاق مبطنة بالخرسانة المرشوشة – الطبعة الثانية . أبينجدون، المملكة المتحدة: تايلور وفرانسيس. ص. 288. رقم ISBN 9780367209759.
- ^ Levent Özdemir (2006). North American Tunneling . Abingdon, UK: Taylor & Francis. p. 246. ISBN 0-415-40128-3.
- ^ تشانغ، د.، شيونغ إف، تشانغ إل، 2016
- ^ نظام RMR و Q
- ^ آلان موير وود (2002). النفق: الإدارة بالتصميم . أبينجدون، المملكة المتحدة: تايلور وفرانسيس. ص. 328. ISBN 978-0-419-23200-1.
- ^ فيكتور روميرو (2002). "NATM في أرض لينة: تناقض المصطلحات؟". جاكوبس وشركاه .
- ^ شاني واليس. "فشل مطار هيثرو يسلط الضوء على سوء الفهم (إساءة استخدام؟) NATM". إصدار خاص: دراسات الحالة في المملكة المتحدة. TunnelTalk. ص 47-50.
قراءة إضافية
- يوهان جولسر، طريقة الأنفاق النمساوية الجديدة (NATM)، الخلفية النظرية والخبرات العملية. المؤتمر الثاني للخرسانة الرشاشة ، إيستون، بنسلفانيا (الولايات المتحدة الأمريكية)، 4-8 أكتوبر 1976.
