پایان نامه روشهای پیش بینی ضریب بهره وری TBM
این فایل در قالب ورد وقابل ویرایش در 140 صفحه می باشد.
چکیده:
در این پایان نامه پس از بررسی اصول پایه شکست سنگ توسط برش دهنده آزمایشهای
استفاده شده در روشهای مختلف پیش بینی نرخ نفوذ و ضریب بهره وری شرح داده شده
و پارا مترهای ورودی – خروجی و دامنه کاربرد هر یک از روشهای پیش بینی مورد
بحث قرار گرفته است.
روشهای مختلف با هم مقایسه شده و شباهت ها – تفاوتها – مزایا و معایب هر کدام عنوان
گردیده و روشهای که می توانند جهت بهینه کردن طرح تاج حفار و دستیابی به بهره وری
بیشینه مورد استفاده قرار گیرند شرح داده شده است . در میان روشهای ارائه شده دو روش
CSM وNTH کاربرد بیشتری دارند. روش CSM بر اساس تخمین نیروهای اعما ل
شده بر برش دهنده و روش NTH بر مبنای تجربیات حاصل از حفاری می باشد.
هنگامی که داده های حاصل از آ زمونهای بزرگ مقیاس موجود باشد استفاده از روش
CSM برای تخمین نرخ نفوذ و روش NTH جهت پیش بینی نرخ پیشروی توصیه میشود.
مقدمه:
ضریب بهره وری زمان تکمیل پروژه و به تبع ان هزینه را تحت تا ثیر قرار می دهد لذا
نقش اساسی در انتخاب شدن یا نشدن حفر مکانیزه به عنوان روش حفر بازی می کند.زمان
حفر ماشین به کل زمان پروژه یا عملیات روزانه را ضریب بهره وری می گویند.
این ضریب تابعی از شرایط زمین – نوع ماشین – تاسیسات پشتیبانی – مدیریت پروژه و
در نهایت تجربه کارکنان است. حاصلضرب نرخ نفوذ در ضریب بهره وری را نرخ
پیشروی می گویند. نرخ نفوذ نرخ پیشروی انی ماشین است و از هندسه تونل و ویژگیهای
سنگ و پارامترهای ماشین تا ثیر می پذیرد.
تاکنون مدلهای زیادی جهت پیش بینی نرخ نفوذ ارائه شده است و هر کدام تعدادی از
پارامترهای موثر را منظور کرده اند. در این مطالعه به پیش بینی نرخ نفوذ بر مبنای تردی
در فصل چهارم و بر مبنای نتایج آزمون پانچ در فصل پنجم پرداخته شده است.
آزمایشهای زیادی جهت پیش بینی نرخ نفوذ و بهره وری ایجاد شده اند که برخی از آنها
در فصل دوم مورد بحث قرار گرفته است. فرایند برش سنگ توسط برش دهنده های
دیسکی – توزیع فشار پیرامون دیسکها و نحوه محاسبه نیروهای وارد بر دیسک در فصل
سوم مفصل توضیح داده شده است.
در این مطالعه بر مبنای فاکتور پایداری در تاج تونل و مقاومت سنگ پیشروی پیش بینی
شده است و در مورد روشهای پیش بینی CSM و NTH بحث شده است.
فهرست
مقدمه
فصل اول
1- اشنایی و سابقه.............................................................................. 1
1-1- نرخ پیشروی.......................................................................... 3
1-2- نرخ نفوذ.............................................................................. 3
فصل دوم
2- آزمون های مورد نیاز برای پیش بینی بهره وری TBM ........................... 11
2-1- آزمون تعیین تردی................................................................... 11
2-2- آزمایش اندیس جی سیورز.......................................................... 12
2-3- آزمون سایش......................................................................... 12
2-4- آزمون اندیس سوشار................................................................ 13
2-5- آزمون های برش ازمایشگاهی..................................................... 14
2-5-1- آزمون برش خطی............................................................. 14
2-5-2- آزمون برش دورانی........................................................... 16
6-2- آزمون پانچ........................................................................... 16
2-6-1- تاریخچه آزمون................................................................ 18
7-2- آزمون های تعیین سختی............................................................ 18
8-2- آزمون های مقاومت سنگ.......................................................... 19
9-2- خواص توده سنگ.................................................................. 19
فصل سوم
3- تحلیل مکانیسم برش سنگ توسط برش دهنده های دیسکی......................... 21
3-1- فرضیات پایه......................................................................... 22
3-2- توزیع فشار و فرایند برش......................................................... 26
3-3- طراحی ماشین و محاسبات......................................................... 33
3-4- پیش بینی نرخ نفوذ................................................................. 33
فصل چهارم
4- پیش بینی نرخ نفوذ بر اساس تردی................................................... 37
4-1- ارزیابی برخی داده های حاصل از آزمایش...................................... 38
فصل پنجم
5- پیش بینی نرخ نفوذ با استفاده از نتایج آزمون پانچ................................. 48
5-1- تعیین نرخ نفوذ..................................................................... 48
5-2- رده بندی سنگ با استفاده از آزمون پانچ....................................... 51
5-3- آزمون پانچ ابزاری جهت ارزیابی پارامترهای ماشین......................... 54
فصل ششم
6- پیش بینی نرخ نفوذ بر مبنای مدل فازی – عصبی و نرخ پیشروی با بهره گیری از
شبکه عصبی............................................................................... 56
6-1- روش فازی – عصبی............................................................. 56
6-1-1- اجزاء منطقی................................................................ 58
6-1-2- اجزاء عددی................................................................. 59
6-2- مدل نرخ نفوذ ( روش عصبی – فازی).......................................... 60
6-2-1- ویژگیهای توده سنگ........................................................ 60
6-2-2- ویژگیهای ماشین............................................................. 60
6-2-3- هندسه تونل................................................................... 61
6-2-4- تحلیل داده ها................................................................. 62
6-2-5- مدلهای عصبی – فازی ( روش تاکاگی – سوگنو)....................... 64
6-3- مقایسه با روشهای مختلف........................................................ 68
6-4- مدل نرخ پیش روی ( بر مبنای شبکه عصبی)................................. 69
6-4-1- انتخاب ساختار مدل و کاهش متغییرها.................................... 69
6-4-2- الگوریتم آموزش شبکه عصبی............................................ 71
6-4-3- توپولوژی شبکه عصبی.................................................... 71
6-4-4- بهبود قابلیت تعمیم شبکه عصبی.......................................... 71
6-4-5- نتایج – تفسیر – اعتبار و توان تعمیم مدل............................... 73
6-4-6- مقایسه با مدلهای آماری.................................................... 73
فصل هفتم
7- پیش بینی بهره وری TBM با استفاده از.................................. 74
7-1- و ....................................................................... 74
7-2- سایش برش دهنده............................................................... 81
7-3- رابطه میان نرخ نفوذ و نرخ پیشروی با .............................. 82
7-4- تخمین زمان اتمام تونل......................................................... 84
فصل هشتم
8- پیش بینی بهره وری TBM براساس فاکتور پایداری تونل..................... 85
8-1- تخمین ضریب بهره وری....................................................... 86
8-2- تخمین نرخ پیشروی............................................................ 87
8-3- مثالی از کاربرد مدل............................................................ 89
8-4- تخمین زمان اتمام تونل........................................................ 92
فصل نهم
9- پیش بینی بهره وری TBM برمبنای روش NTH............................. 94
فصل دهم
10- پیش بینی بهره وری TBM بر مبنای روش CSM......................... 106
10-1- نیروهای عمودی روی برش دهنده ............................... 108
10-2- نیروهای غلتشی ....................................................... 109
10-3- رابطه مدرسه عالی معدن کلرادو جهت تعیین نیروهای روی برش دهنده در
یک نفوذ مشخص.......................................................... 113
10-4- تصحیح نرخ نفوذ.......................................................... 116
10-4-1- شاخص دشواری زمین (GDI )................................... 116
10-4-2- انرژی ویژه........................................................... 117
10-4-3- اصلاحات پیشنهادی روش CSM جهت تخمین نرخ پیشروی... 117
نتیجه گیری............................................................................ 122
منابع................................................................................... 124
فصل اول
________________
اشنایی و سابقه
در طول چند دهه گذشته تکنولوژی TBM های سنگ توسعه زیادی پیدا کرد. این ماشین ها
اکنون به مرحله ای رسیده اند که می توانند در هر نوع سنگ یا خاکی حفر کنند ولی به هر
حال حفر با ماشین پر خطر بوده زیرا همیشه امکان روبرو شدن با زمینی که ماشین توانایی
حفردر آن را ندارد وجود دارد. پیش بینی ضریب بهره وری بخش مهمی از هر پروژه حفر
مکانیزه است. تعداد برش دهنده های مورد نیاز هزینه های آزمایشگاهی – هزینه های
سرمایه ای و عملیاتی همه از دوره ساخت پروژه و دوره ساخت پروژه از ضریب بهره
وری و نرخ نفوذ تاثیر می پذیرد که تخمین این دو بسیار مشکل ا ست. تاکنون تلاش های
زیادی جهت گسترش روشهای پیش بینی بهره وری و پیش بینی دقیق نرخ پیشروی در یک
شرایط زمین شناسی شده است. در کشورهای مختلف و توسط شرکت های مختلف سازنده
TBM دامنه وسیعی از روشهای پیش بینی ضریب بهره وری استفاده می شود.
اصولا" این روشها بر مبنای تحلیل نظری و داده های تجربی بنا نهاده شده اند. در حالت
کلی می توان روشهای ارائه شده را به دو گروه تقسیم کرد. روشهای کاملا" تجربی و
روشهای تئوری/ تجربی. گروه اول بر مبنای داده های جمع اوری شده از زمین و استفاده
از تحلیل رگرسیون میان پارامترهای ماشین خواص سنگ و نرخ نفوذ حاصل شده اند.
1
روش NTH یک نمونه از این روشها است. گروه های دیگر بر جزئیات فرایند برش
در سنگ تحلیل نظری فرایند شکست سنگ با ابزار مکانیکی و نیروهای وارد بر هر برش
دهنده به منظور دستیابی به یک نرخ نفوذ مشخص متمرکز شده اند.
روش CSM و برخی از روشها که توسط کارخانه های سازنده TBM توسعه داده شده اند
در این گروه قرار می گیرند. این روشها می توانند در بهینه کردن طرح تاج حفار به کار
گرفته شوند. نیروهای اعمال شده بر برش دهنده که توسط این روشها تعیین می شوند میتواند
در تخمین نیروی محوری گشتاور و توان مورد نیاز نیز استفاده شود.
در حالت عمومی روشهای پیش بینی بهره وری بر مبنای قواعد زیر پایه گذاری شده اند:
1) داده های حاصل از زمین یا آزمایش
2) آزمایشهای کوچک مقیاس ( ازمونهای شاخص)
3) آزمایشهای بزرگ مقیاس
4) روشهای تجربی
5) مدلهای تئوری
به عنوان مثال روش پیش بینی NTH ترکیبی از قواعد 1- 2- 4 است و روش CSM
شامل تمامی قواعد ذکر شده می شود.
در تمام روشهای پیش بینی بهره وری نمونه گیری صحیح یک عامل کلیدی است. اگر نمونه
های مورد ازمایش معرف ( نماینده شرایط واقعی زمین) نباشند نتایج پیش بینی قا بل اعتماد
نخواهد بود. تخمین بهره وری TBM در سنگهای سخت یک فرایند بسیار پیچیده است که به
شرایط زمین شناسی خواص توده سنگ و جزئیات ماشین( مانند اندازه برش دهنده ها-
فاصله و بار اعمالی بر آنها) مربوط می شود. فرایند برش و نفوذ در سنگ توسط برش
دهنده مستلزم شکست کششی- برشی و فشاری سنگ است.
2
درزه ها و شکستگی ها تا حدودی نرخ نفوذ ماشین را بهبود می بخشند.
بر اساس مطالعات صورت گرفته میان و نرخ نفوذ همبستگی خوبی در TBM های
سنگ سخت وجود دارد.
در این رابطه میزان تنش های برجا و مقاومت فشاری
توده سنگ می باشد.
دانلود پایان نامه رشته عمران با موضوع پروژه تونل امام زاده هاشم
پروژه تونل امامزاده هاشم
فصل اول
کلیات پروژه
مشخصات کلی پروژه :
پیمانکار این طرح ابتدا در زمستان 1379 شروع به تجهیز کارگاه نمود و در بهار 1380 عملیات حفاری را در دو جبهه ورودی و خروجی با مبلغ ریالی 120میلیارد ریال آغاز کرد.
قطعه یک واریانت گردنه امامزاده هاشم به طول 4/5 کیلومتر شامل یک قطعه تونل 3189 متری با سطح مقطع تقریبی 85 متر مربع، شیب 5/2 درصد و عرض مقطع 9/11 متر که پس از لاینینگ به 5/8 متر خواهد رسید، به همراه گالریها ی ورودی و خروجی آن، پنج دهانه پل و عملیات راهسازی به طول 22/2 کیلومتر می باشد.
گردنه امامزاده هاشم که در حدود 25 کیلومتر طول داشته و بخش مهم و صعب العبور جاده هراز را تشکیل می دهد، دارای شیبهای صعودی و نزولی (حتی تا 9 درصد) و شعاع قوسهای کوچک و بزرگ تا 35 متر می باشد، لذا این قسمت از محور هراز جدا از مسائل ایمنی و مشکلات سرما، یخبندان و نزول بهمن از مشخصات هندسی بسیار پائینی برخوردار بوده و حدود 40 درصد مشکلات کلی جاده آمل- رودهن و بیش از 70 درصد مشکلات زمستانی محور فوق مربوط به این بخش از جاده هراز می باشد.
با ارائه مطالب فوق اهمیت احداث تونل قطعه یک و پس از آن قطعه دوم در ایمن سازی مسیر و جلوگیری از تلفات انسانی مشخص می شود، لذا تسریع در اجرای پروژه و در پی آن بهره برداری از پروژه اهمیت بسزایی در این امر خواهد داشت.
موقعیت جغرافیایی مسیر پروژه :
از لحاظ موقعیت جغرافیایی این تونل در حدواسط بین استان تهران و مازندران در کیلومتر 95 جاده تهران- آمل نرسیده به آبشار پلور واقع شده است.
این واریانت از کیلومتر 100+107 جاده هراز از سمت آمل و در حدود 5/4 کیلومتری جنوب پلور آغاز و در کیلومتر 448+1 وارد تونل شده و پس از خروج از تونل، مسیر تا کیلومتر 400+5 در دره مشاء امتداد می یابد. از نظر تقسیمات کشوری شروع واریانت در محدوده استان مازندران (پلور) و انتهای واریانت در محدوده استان تهران (مشاء- دماوند) واقع می باشد.
هدف از اجرای پروژه :
در فصل زمستان به دلیل ریزشی بودن ترانشه های منطقه آبعلی و نیز بهمن گیر بودن گردنه امامزاده هاشم و شیبهای طولانی جاده موجود مشکلات ترافیکی شدیدی بوجود می آید، لذا برای جلوگیری از ترافیک و کاهش خسارات مالی و جانی و نیز کاهش مسافت راه از 25 کیلومتر به 9 کیلومتر، تصمیم به احداث تونل در این منطقه گرفته شد.
وضعیت رشد ترافیکی محور هراز در مقاطع مختلفی از سال و متعاقب با آن روند افزایش هزینه سوخت تلف شده، در ادامه بحث آورده شده است که تجزیه و تحلیل آن، لزوم اجرای این پروژه را بیشتر نمایان می سازد.
وضعیت ترافیک(عبور ومرور) محورهراز :
باتوجه به مدل انتخابی برای تعیین روند و جریان ترافیکی محور هراز، وضعیت ترافیک در سالهای ذکر شده در جدول زیر آورده شده است.
لازم به ذکر است برآورد ارائه شده در این گزارش بر اساس گزارش مشاور و بررسی های صورت گرفته بر روی ترافیک عبوری از این جاده می باشد که نشان دهنده میزان صرفه جوئی در هزینه تأمین سوخت توسط دستگاه های اجرائی کشور می باشد.
فصل دوم
زمین شناسی منطقه
نگاهی کلی
این تونل با طولی نزدیک به 3200 متروبه قطر11متروباراستای شمال شرق- جنوب غرب در بخش غربی بارگاه امامزاده هاشم در دست احداث است.
از لحاظ زمین شناسی این تونل در زون البرز مرکزی واقع شده و بدلیل آنکه این زون بیشترین مراحل تکتونیزه را در البرز تحمل نموده است، لذا سنگهای دربرگیرنده تونل تحت تأثیر عملکرد تکتونیک منطقه قرار گرفته بطوریکه در قسمت جنوبی این تونل گسل معروف مشا- فشم که خود جزء گسلهای اصلی و معروف درایران می باشد، واقع شده است.
در قسمت شمالی تونل، گسلهای اصلی مانند گسل پلور و نیاک در فاصله چند کیلومتری آن قرار گرفته اند. با توجه به عملکرد این گسلها و نیروهای اصلی بوجود آورنده آنها، گسلهای موضعی نیز در منطقه زیاد بوده که بعضی از آنها در طول تونل سبب خرد شدگی و در نتیجه پائین آمدن مقاومت و کیفیت سنگ در مسیر حفاری تونل می شود.
– سازندهای منطقه :
به لحاظ سازندهای تشکیل دهنده منطقه حفاری تونل، 5 سازند اصلی مشاهده می گردد که به ترتیب از سمت دهانه ورودی به خروجی عبارتند از:
سازند شمشک (ژوراسیک)سازند الیکا (تریاس)سازند مبارک (کربونیفر)سازند جیرود (دونین)سازند لالون (کامبرین فوقانی)سازند شمشک :دارای لیتولوژی متفاوتی بوده که شامل شیلهای سیلتی و رس دار، لایه های شیلی ذغالدار و ماسه سنگهای کوارتزی، ماسه سنگهای خاکستری و هوازده است. ماسه سنگها دارای 4 سیستم درزه می باشند که حالتی کاملاً بلوکه را به سنگ داده و به لحاظ مقاومت فشاری بسته به دارا بودن درصد سیلیس و یا هوازدگی آنها، مقاومتی در حدود 120 مگاپاسکال تا 150 مگاپاسکال را دارا می باشند.
طولی معادل 1400 متر رز این تونل در این تشکیلات واقع می گردد. مقاومت فشاری در شیلها بسته به نوع آنها در حالت طبیعی حدود 27 تا 55 مگاپاسکال ودر حالت اشباع حدود 60 تا 75 مگاپاسکال می باشند. درشیلها 3 سیستم درزه مشاهده شده که دارای خصوصیات زیر می باشند:
پرشدگی (Filling) آنها بیشتر از رس (Clay) می باشند.ب) باز شدگی دهانه آنها حداگثر به یک سانتیمتر رسیده و سطح درزه ها بیشتر دارای حالت مواج است که این مورد در ماسه سنگها بصورت زبر و پله کانی دیده می شوند.
یادآور می گردد که زونهای گسله (موضعی) کیفیت سنگ را بسیار پائین آورده ودر تمامی موارد با اضافه شدن دبی آب همراه می باشند.