در موضوع: مکانیک سنگ
بررسی اجمالی کاربرد میل مهارهای ظرفیت بالا در مغار نیروگاه طرح توسعه سد و نیروگاه مسجد سلیمان
:خلاصه مطالب
بررسی سیر تحول نگهداری از فضاهای خالی ناشی از پروژه‌های مهندسی زیرزمینی مانند معدنکاری و احداث تونل‌ها و نیروگاه‌ها و نیز پایدارسازی پروژه‌های سنگی سطح‌الارضی نظیر ترانشه‌ها و دیواره‌های سنگی نشان می‌دهد که با پیشرفت علم مکانیک سنگ، استفاده از تکنیک‌های تقویت سنگ به کمک انواع سنگ‌دوزها به تدریج جایگزین نگهداری‌های سنتی می‌شود. درسالهای اخیر استفاده ازبولت‌های ظرفیت بالا وکابل‌های فولادی به عنوان مکمل روشهای دیگر تقویت سنگ مانند استفاده از بولت‌های معمولی و الیافی جهت نگهداری فضاهای بزرگ زیرزمینی مرسوم شده است. در کشور ما نیز جهت پایدارسازی فضاهای بزرگ زیرزمینی در پروژه‌هایی مانند مغار نیروگاه‌های برق- آبی سد کارون 3 و سد مسجد سلیمان از این تکنیک‌ها استفاده شده است.
تاندونها، انکرهای با ظرفیت بالا هستند که از تعدادی رشته کابل فولادی با قطرمعین تشکیل شده‌اند. طول تاندونها بسته به مورد مصرف آنها متفاوت بوده و برای استقرار در داخل چال با چند ابزار جانبی همراه می‌باشند. ازطرف دیگر، مونوبارها، میل‌مهارهای تک میله‌ای هستند که‌جهت پایدارسازی لایه‌های زمین درفضاهای زیرزمینی و روباز و درشرایط خاص برای ظرفیت‌های باربری متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرند. این میل مهارها باتوجه به طول و صلبیت آنها بایستی درمحل کارگاه به صورت دو یا سه قطعه‌ای به هم مونتار شوند. مهاری‌های فوق برحسب شرایط ممکن است دارای یک یا دو پوشش محافظ دربرابر خوردگی باشند.
دراین مقاله ضمن بررسی کاربرد این مهاریها در مغار طرح توسعه سد نیروگاه زیرزمینی مسجد سلیمان، با توجه به مزایای آن، توجه بیشتر به این ابزار در سایر پروژه‌ها توصیه شده است.
واژه‌های کلیدی : تاندونها و مونوبارها، تقویت سنگ‌ها، فضاهای زیرزمینی
:پیش گفتار
میل مهارهای طویلی کابلی یا تاندونها (Tandons)و تک میله‌ای یا مونوبارها (Monobars)
تاندونها، انکرهای با ظرفیت بالا هستند که از تعدادی رشته کابل فولادی با قطر معین تشکیل شده‌اند. طول تاندونها بسته به مورد مصرف متفاوت بوده و ابزار جانبی آنها شامل تعدادی گیره فولادی که نقش درگیرکننده کابل‌ها را برعهده دارند، لوله‌های صاف و خرطومی‌که تاندونها در درون آنها قرار می‌گیرند و تعدادی فاصله گذار(Spacer) می‌باشد. تاندونها شامل دو قسمت طول آزاد (Free Length)وطول درگیر(Bond) می‌باشند که درقسمت درگیر، جهت محافظت، معمولاً از لوله‌های خرطومی موجدار استفاده می‌شود. به عنوان مثال تاندون‌های به کار رفته در طرح مسجدسلیمان دارای 11 رشته کابل با قطر هر رشته 5/ 0 اینچ می‌باشد.
مونوبارها، میل مهارهای تک میله‌ای هستند که جهت پایدارسازی لایه‌های زمین درفضاهای زیرزمینی و روباز ودرشرایط خاص برای ظرفیت‌های باربری متوسط(65- 20 تن) مورد استفاده قرار می‌گیرند. این میل مهارها باتوجه به طول و صلبیت آنها معمولاً در محل کارگاه به صورت دو یا سه قطعه‌ای به هم مونتار می‌شوند. همچنین برحسب شرایط ممکن است دارای یک یا دو پوشش محافظ در برابر خوردگی باشند[4]. جزئیات بیشتر این سیستم‌ها در شکل 1 دیده می‌شود.
متن اصلی:
موقعیت نیروگاه زیرزمینی سد مسجد سلیمان
پروژه طرح توسعه نیروگاه زیرزمینی سد مسجد سلیمان در ادامه طرح احداث نیروگاه‌های برق- آیی کشور و با هدف تامین 1000 مگاوات انرژی برق درمنطقه گدارلندر درحال اجرا می‌باشد[1]. سد مذکور در 25 کیلومتری شمال شرقی شهر مسجد سلیمان ودر 26 کیلومتری پائین دست سد کارون 1 بر روی رودخانه کارون واقع است. این نیروگاه دارای دو فضای بزرگ زیرزمینی ، یکی به نام مغار نیروگاه (powerhouse Cavern) با ابعاد 154 متر طول، 30 متر عرض و 5/50 متر ارتفاع از عمیق‌ترین نقطه خود و دیگری به نام مغار ترانسفورمر (Transformer Cavern) با ابعاد 110 متر طول، 6/13 متر عرض و 21 متر ارتفاع می‌باشد.
دراجرای تحکیمات این سازه‌ها ازشاتکریت، پیچ‌سنگ و انواع مختلفی از مهاری‌های تک‌میله‌ای (مونوبارها) و مهارهای کابلی (تاندونها) استفاده شده است. به عنوان مثال اتصال سازه بتنی جرثقیل موقت به دیواره‌های بالا دست و پائین دست مغار نیروگاه توسط تاندون‌های 20 متری دارای ظرفیت باربری 1000 کیلونیوتن و طول تزریق 8 متر انجام شده است. تیرموقت جرثقیل مغار نیروگاه (با مشخصات کلی ارتفاع 5/1 متر، عرض8/0 متر و طولی برابر با طول مغار نیروگاه) پس ازبتن‌ریزی توسط 50 عدد تاندون با ظرفیت یاد شده و زوایای 10 و 60 درجه (به تعداد برابر) به منظور نصب ریل جرثقیل موقت روی آن، به دیواره‌های مغار نیروگاه نصب شده است.
شکل 1-الف - جزئیات یک تاندون
شکل 1-ب-یک مونوبار
زمین شناسی ساختگاه مغارها:
مغارهای زیرزمینی سد مسجد سلیمان درتکیه‌گاه راست سد و در واحدهای 4 و 5 سازند بختیاری واقع شده اند[2 [ . این سازند در منطقه به 14 واحد چینه شناسی تقسیم شده که 11واحد آن در محل سد دارای رخنمون می‌باشند. عمده سنگ‌های تشکیل دهنده این سازند کنگلومرا، ماسه سنگ، لای سنگ و سنگ‌رس بوده که با توجه به قرار گرفتن فضاهای زیرزمینی در واحدهای4 و5 سازند بختیاری این واحدها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند. واحد 5 این سازند بخش بالایی مغارها (سقف وبخشی ازدیوارهای بالادست) واحد 4 بخش پایینی (دیواره‌ها) را تشکیل می‌دهد. با توجه به مطالب یاد شده و مقاومت کمی‌که سنگ‌های تشکیل‌دهنده این واحدها دارند تمایل به وارفتگی در آنها زیاد بوده و لذا نگهداری این بخش‌ها به عهده مونوبارها با ظرفیت باربری 65-20 تن گذاشته شده است]1[.
ضخامت کلی واحد 5 سازند بختیاری که در 12 نقطه اندازه‌گیری شده بین 30 تا 55 متر و مقدار متوسط آن 4/41 متر ارزیایی شده است. سنگ‌های آن را از نقطه نظر ژئوتکنیکی می‌توان به دوگروه تقسیم کرد. گروه اول سنگ‌های آواری مقاوم نظیر کنگلومرا و ماسه سنگ با سیمان شدگی خوب و گروه دوم سنگ‌های دانه‌ریز (گل سنگ) که اکثراً مقاومت کمی‌داشته و تمایل به وارفتگی دارند. علاوه براین دوگروه لایه‌های زیادی نیز وجود دارد که درشرایطی بینابین قرارگرفته، اما به‌طورکلی مقاومتی بیش ازگل سنگ دارند.
باتوجه به وجود لایه‌های ماسه سنگی و رسی با سطحی حدود 1383 مترمربع (9/28درصد ازکل سطح داخل مغار مبدل) جهت پایدارسازی این لایه‌ها ازمنوبارها به طور وسیع به‌صورت رضایت‌بخش استفاده گردیده است[2].
کاربرد مهاریها در نیروگاه زیرزمینی سد مسجد سلیمان
نصب بیش از 44 عدد منوبار با ظرفیت باربری 62 تن و مجهز به دو لایه محافظ در برابر خوردگی (Double Corrosion Protection) در محدوده سقف مغار نیروگاه و بیش از 200 عدد در محدوده دیوارهای مغار نیروگاه و ترانسفورمر به دلیل وجود لایه ماسه سنگی و رسی با سطحی حدود 383 مترمربع(28/9 درصد ازکل دیواره داخلی مغار مبدل) از دیگر تحکیمات در نظر گرفته شده برای نگهداری مغارها می‌باشد[2]. با توجه به قابلیت‌های شاخص این محصولات مانند ظرفیت باربری بالا، مقاومت زیاد در برابر خوردگی و فاکتور ایمنی مناسب چنین به نظر می‌رسد که این تجهیزات می‌توانند به عنوان گزینه‌های برتر درنگهداری چنین سازه‌هایی به طور گسترده‌تر استفاده شوند.
الف- مهاری‌های طویل کابلی یا تاندونها:
1- خصوصیات فیزیکی :
خصوصیات فیزیکی میل مهارهای استفاده شده دراین مغار به قرار زیر است [3 [ :
- طول 20 متر
- ظرفیت باربری 1000 کیلو نیوتن
- طول درگیر 8 متر
- مقاومت کششی نهایی 820 1 مگاپاسکال
- میزان رهاشدگی پس ازمدت 1000 ساعت در 70درصد مقاومت کشش نهایی حداکثر 5/2 درصد
- بار اسمی‌گسیختگی (شکست) 182 کیلو نیوتن
- قطر اسمی کابل‌ها 100 میلیمترمربع
- سطح مقطع اسمی‌کابل‌ها 100 میلیمترمربع
- وزن واحد طول 79/0 کیلوگرم
- حداکثر مقاومت گسیختگی 1640 مگاپاسکال
- مدول الاستیسیته 195 گیگا پاسکال
مهاری‌های کابلی مورد استفاده در تیر جرثقیل مغار نیروگاه دارای 11 رشته کابل 5/0 اینچی می‌باشد که در داخل فاصله دهنده‌های مخصوص قرار دارند و به صورت یک کلاف یک پارچه در می‌آیند. کابل‌های بخش درگیر عاری از هرگونه پوشش ولی کابل‌های قسمت آزاد دارای پوشش گریس و پوششی ازجنس پلی‌اتیلن با چگالی بالا است. بخش درگیر (8 متر انتهایی) با لوله موجدار و بخش آزاد(12 متر ابتدایی) با لوله صاف پوشش داده شده است. اتصال بین دو لوله با استفاده از لوله‌های مخصوصی که با حرارت سریعاً منقبض می‌شوند کاملاً نسبت به آب ایزوله می‌شود[4].
2- حفاری برای نصب تاندونها:
باتوجه به قطر خارجی تاندونها یعنی120 میلیمتر و قطر وسایل جانبی ، قطر نهایی حفاری برای چال 140 میلیمتر پیشنهاد شده است. این میزان به منظور انجام پوشش تزریق مناسب و ایجاد تماس بین انکر و دیواره چال برآورد شده است.
دستگاه حفاری باید کمترین انحراف را حین حفاری چال ایجاد نموده و درمناطقی که احتمال انحراف وجود دارد میزان تلورانس انحراف نباید بیش از1:30 طول انکر باشد. برای رعایت این منظور پس از هر 2متر حفاری با عقب بردن دستگاه حفار راستای چال به طور دقیق کنترل شده وپس از اطمینان در درست بودن آن حفاری ادامه می‌یابد. بدین منظور ازدستگاه SOILMEC که درآن چکش D.T.H تعبیه شده وتوان حفر چال با طول و قطر زیاد وکمترین میزان انحراف چال را داراست استفاده شده است. به منظور تکمیل عملیات حفاری پس از رعایت موارد عمومی (نظیر تمیز نمودن چال و کنترل عمق آن) بایستی به ازای هر5 متر پیشروی یک بار آزمایش فشار آب انجام گیرد. در این آزمایش اگر در مدت 10 دقیقه میزان آبخوری چال از 10 لیتر بیشتر گردد باید چال را تحت فشار تزریق نمود و پس ازخشک شدن ملات تزریق (حدود 12 ساعت) چال دوباره حفاری و آماده نصب تاندون می‌گردد[4].
3- نصب تاندونها و عملیات تزریق:
نصب تاندونها معمولاً بر اساس یکی از دو استاندارد D1N4125 یا BS 8081 صورت می‌پذیرد که استاندارد مورد استفاده در پروژه مذکور DIN 4125می‌باشد[ 5].
پس از حفاری چال نوبت به نصب تاندون می‌رسد که برای این منظور بایستی ازیک وینچ با ظرفیت اسمی500 کیلوگرم و 30 متر سیم بکسل استفاده گردد. تاندونها را درون چال وارد می‌کنند و یک متر طول اضافی کابل‌ها (که برای انجام عملیات کشش مورد استفاده قرار می‌گیرد) درون یک هد موقت قرار می‌گیرد و به دیوار محکم می‌شود. هر مهاری کابلی برای تزریق دارای سه لوله ازجنس پلی‌اتیلن می‌باشد. لوله سفید رنگ برای تزریق قسمت مسدودکننده و لوله سفید و قرمز برای خروج دوغاب قسمت مسدودکننده است. پس ازتزریق قسمت مسدودکننده باشستشوی لوله سفید و قرمز از آن برای لوله ورودی دوغاب استفاده می‌شود تا کل طول داخل تاندون تزریق شود. تزریق قسمت درونی بعد از سخت شدن دوغاب قسمت مسدودکننده (بعد از دو روز) انجام می‌شود. لوله سیاه رنگ برای خروج هوا و دوغاب درونی می‌باشد. درخصوص تزریق طول درگیری عملیات تزریق با فشار 5 بار به اضافه فشار ارتفاعی چال آغاز می‌شود و پس از پر شدن چال عمل تزریق آنقدر ادامه می‌یابد که از نبود هوا درمخلوط برگشتی اطمینان حاصل شود. سپس لوله هوا بسته شده و فشار تا 10 بار بالا برده می‌شود و نهایتاً لوله‌های تزریق بسقه شده وعملیات پایان می‌پذیرد[4].
برای عملیات تزریق بایستی از میکسرهای سرعت بالا، پمپ دوغابی با توان تزریق 30 لیتر بر دقیقه وفشار صفر تا 100 بار استفاده شود. ترکیب پیشنهادی دوغاب برای این مهاریها به صورت جدول 1 می‌باشد.
جدول 1- ترکیب پیشنهادی برای دو غاب مهاری های کابلی یا تاندونها
یادآوری می‌شود که باید آزمایش‌های بلید (Bleed)، ویسکوزیتی (Viscosity)، وزن مخصوص، زمان گیرش (Setting Time) و مقاومت‌های فشاری 3، 7، 14، 21 و 28 روزه انجام گیرد. (سه نمونه برای هر آزمایش). مقاومت 28 روزه دوغاب باید بیش از 30 مگاپاسکال باشد.