استحکام جت دوغاب سیال و خواص تغییر شکل (مقاله ترجمه شده)

چکیده

استفاده از ستون‌های جت گروت زیر افقی در ساخت تونل‌های زمین نرم، روشی رایج برای پشتیبانی حفاری است. نصب متوالی ستون های جت گروت در یک محیط تونل زنی منجر به بارگیری ستون های جت گروت به صورت مرحله ای می شود که در نتیجه خواص مواد جت گروت و ترتیب نصب بر بزرگی و توزیع نشست های سطحی و تغییر شکل های صورت تأثیر می گذارد. یک برنامه آزمایشگاهی برای تعیین کمیت توسعه کوتاه مدت (کمتر از 24 ساعت) استحکام و سفتی یک دوغاب با ترکیبی شبیه به آنچه در ساخت ستون‌های جت گروت یافت می‌شود، انجام شد. آزمایشات آزمایشگاهی در دمای 8 درجه سانتیگراد برای شبیه سازی دمای زمین انجام شد. همچنین سیلندرهای آزمایش آزمایشگاهی برای شبیه‌سازی تفاوت‌های شرایط مرزی بین ستون‌های جت گروت با قطر 600 میلی‌متر در خاک و نمونه‌های آزمایشگاهی با قطر 76 میلی‌متر عایق‌سازی شدند.

مقدمه

استفاده از تزریق جت در ساخت تونل های عمیق، خصوصا تونل های بزرگ با پروفیلی غیر دایره ای در حال افزایش است. این روش از نصب تعدادی ستون های جت ملات برای تولید طاقی از ماسه سیمان شده در جلوی تونل  به منظور پشتیبان حفاری استفاده می کند. این طاق ها در چند مرحله نصب می شوند تا چند بخش مخروط ناقص روی هم افتاده تشکیل شود (شکل 1).

در محیطی شهری یکی از الزامات برای تونل های عمیق این است که روش تولید باید نشست سطح را در تولرانسی مشخص نگه دارد. گرچه، با این روش یک تاخیر بین نصب دوغاب ملات جت و سفت شدن مخلوط ماسه-سیمان وجود دارد. اگر این سفت شدن به اندازه کافی به تاخیر بیافتد، ستون ملات جت استحکام برشی کافی برای تحمل بارهای اضافی را نخواهد داشت و باعث نشست زیاد در بالای تونل و تغییر شکل سطح می شود. از آنجایی که ستون های ملات جت در گروه های چهار تایی یا بیشتر نصب می شوند (شکل c.1)، این روش باعث تحریک نشست سطح در صورت عدم وجود روش های سختگیرانه کنترل کیفیت خواهد شد.

تاریخچه تزریق جت

این روش در دهه 1970 در ژاپن ابداع شد و سپس در اروپا رونق گرفت و در دهه 1980 در آمریکا استفاده می شد. بر خلاف تزریق نفوذی، که نسبت به نوع ماسه استفاده شده بسیار حساس است، تزریق جت برای عملیات بر روی هر نوع ماسه ای قابل استفاده است. سیستم اصلی از یک سیستم تک سیاله شامل سیمان پورتلند و آب تشکیل شده بود. سیستم تک سیاله می تواند ستون هایی با قطر 500 تا 1000 میلی متر تولید کند که معمولا برای تولید ستون های ملات جت در تونل استفاده می شود.

ترکیب ملات جت

ترکیب ملات جت تا حدودی وابسته به ماسه مورد استفاده است. محاسبات عددی ملات جت به دلیل فرایندهای پیچیده سایش، اختلاط، جایگزینی، پر کردن منفذها و پارامترهای تزریق جت در عمل ممکن نیست. بنابراین پیش بینی ترکیب ملات جت باید بر اساس مشاهدات صورت بگیرد. کروچه و فلورا کشف کردند که درصد برداشت ماسه در آزمایش های میدانی تزریق جت تک سیاله در شن و ماسه بین 30 تا 60 درصد است(جدول 1 را ببینید).

تست آزمایشگاهی خواص ملات جت

به منظور تعیین خصوصیات ملات جت، 41 نمونه برای تعیین نمو استحکام و سفتی بر حسب تابعی از زمان مورد تست قرار گرفتند. تمرکز تست از زمان شروع آن تا 24 ساعت بعد بود. مدول یانگ، استحکام فشاری تک محوره و استحکام کششی برزیلی در ساعت های 6، 7، 8.5، 10.5، 13.75، 18.5 و 24 و همچنین روزهای 2،3 و 28 اندازه گیری شد.

رویه تست

نسبت آب به سیمان ملات جت تست شده 1 به 1 وزنی بود. ملات نیز همانند تزریق جت با 50 درصد برداشت ماسه بود. توده نیز شن و ماسه از ته نشین یخبندان در ادمونتون، منطقه کانادا و سیمان از انجمن استاندارد کانادایی (CSA) نوع 30 است که یک سیمان پورتلند با استحکام فوق سریع است.

بحث

یک برنامه تست آزمایشگاهی برای بررسی خواص ملات میکس شده ای انجام شد که در نصب ستون های افقی ملات جت به منظور ایجاد حفاظ برای ساخت تونل، استفاده می شود. تفاوت اندازه بین ستون ملات جت 600 میلی متری و نمونه های آزمایشگاهی 76 میلی متری توسط قرار دادن نمونه های آزمایشگاهی در یک سیلندر عایق در اتاقی با دمای ثابت جبران شد. تکنیک تفاوت محدود برای تعیین ضخامت عایق استفاده شد به طوری که تولید حرارت و انتقال به خاک در شرایط آزمایشگاهی شبیه سازی شدند. دمای اولیه نمونه های آزمایشگاهی و اتاق پخت در ? 8 نگه داری شد تا دمایی که در تونل زنی عمیق در بسیاری از کشورهای معتدل تجربه می شود، شبیه سازی شود.

نتایج آزمایشگاهی به وضوح دوره ای 6 ساعته قبل از شروع سفت شدن را نشان می دهد. در این مرحله ملات هیچ استحکام فشاری تک محوره یا سفتی قابل اندازه گیری ندارد. بعد از این دوره 6 ساعته، افزایش شدیدی در استحکام و سفتی رخ می دهد که تا 12 ساعت بعد از میکس اولیه ادامه دارد. بعد از آن، فرایند سفت شدن با نرخ کمتر ادامه می یابد. خواص استحکام و سفتی رابطه قوی با دما را نشان می دهند و بنابراین اندازه گیری دما در میدان کار می تواند شاخصی مفید برای تخمین استحکام و سفتی باشد.

نشست سطح و تغییر شکل نما با استفاده از ستون های ملات جت افقی برای پشتیبانی از حفاری کنترل می شود. با این وجود، همان طور که این تحقیق مشخص کرد، ترتیب نصب ستون های ملات جت باید مرتبط با خواص استحکام و تغییر شکل ملات باشد. باید زمان کافی بین نصب ستون های مجاور داده شود تا ملات طوری سفت شود که تقویت کافی تونل توسط حفاظ ملات جت فراهم گردد. خواص آزمایشگاهی به دست آمده از این تحقیق به طراحان و پیمانکاران برای بهینه سازی ترتیب نصب حفاظ ملات جت کمک خواهد کرد. گرچه، باید به خاطر سپرد که با وجود کیفیت این تست های آزمایشگاهی، شرایط کاری می تواند تفاوت های قابل توجهی از خود نشان دهد.

این مقاله ISI در سال 2006 در نشریه الزویر و در مجله تونل زنی و فناوری فضای زیرزمینی، توسط گروه مهندسی عمران و محیط زیست منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله استحکام جت دوغاب سیال و خواص تغییر شکل در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.