X
تبلیغات
وبلاگ مهندسی مکانیک CMسیدمهدی کریم نیا

وبلاگ مهندسی مکانیک CMسیدمهدی کریم نیا
دانستنیهای مفید در مورد مکانیک وآنالیز روغنCM (نویسنده ومحقق:مهندس سید مهدی کریم نیا)

فال انبیاء

فال حافظ

.

ولادت باسعادت مولا علی (ع) وروز پدر بر تمام مسلمین جهان مبارک باد

یاعلی گفتیمو عشق آغاز شد

[ چهارشنبه بیست و پنجم خرداد 1390 ] [ 12:21 ] [ مهندس سید مهدی کریم نیا ]

A tunnel boring machine that was used at Yucca Mountain nuclear waste repository

A tunnel boring machine (TBM) also known as a "mole", is a machine used to excavate tunnels with a circular cross section through a variety of soil and rock strata. They can bore through anything from hard rock to sand. Tunnel diameters can range from a metre (done with micro-TBMs) to almost 16 metres to date. Tunnels of less than a metre or so in diameter are typically done using trenchless construction methods or horizontal directional drilling rather than TBMs.

Tunnel boring machines are used as an alternative to drilling and blasting (D&B) methods in rock and conventional 'hand mining' in soil. TBMs have the advantages of limiting the disturbance to the surrounding ground and producing a smooth tunnel wall. This significantly reduces the cost of lining the tunnel, and makes them suitable to use in heavily urbanized areas. The major disadvantage is the upfront cost. TBMs are expensive to construct, and can be difficult to transport. However, as modern tunnels become longer, the cost of tunnel boring machines versus drill and blast is actually less—this is because tunnelling with TBMs is much more efficient and results in a shorter project.

The largest diameter TBM, at 15.43 m, was built by Herrenknecht AG for a recent project in Shanghai, China. The machine was built to bore through soft ground including sand and clay. The largest diameter hard rock TBM, at 14.4 m, was manufactured by The Robbins Company for Canada's Niagara Tunnel Project. The machine was used to bore a hydroelectric tunnel beneath Niagara Falls, the machine has been named "Big Becky" in reference to the Sir Adam Beck hydroelectric dams to which it is tunnelling to provide an additional hydroelectric tunnel.


Cutting shield used for the New Elbe Tunnel.
Top view of a model of the TBM used on the Gotthard Base Tunnel.
Looking towards the cutting shield at the hydraulic jacks.
Hydraulic jacks holding a TBM in place.
The support structures at the rear of a TBM. This machine was used to excavate the main tunnel of the Yucca Mountain nuclear waste repository in Nevada.
Tunnel boring machine at the site of Weinberg tunnell Altstetten-Zürich-Oerlikon near Zürich Oerlikon train station.

The first successful tunnelling shield was developed by Sir Marc Isambard Brunel to excavate the Thames Tunnel in 1825. However, this was only the invention of the shield concept and did not involve the construction of a complete tunnel boring machine, the digging still having to be accomplished by the then standard excavation methods.

The first boring machine reported to have been built was Henri-Joseph Maus' Mountain Slicer. Commissioned by the King of Sardinia in 1845 to dig the Fréjus Rail Tunnel between France and Italy through the Alps, Maus had it built in 1846 in an arms factory near Turin. It consisted of more than 100 percussion drills mounted in the front of a locomotive-sized machine, mechanically power-driven from the entrance of the tunnel. The Revolutions of 1848 affected the funding, and the tunnel was not completed until 10 years later, by using innovative but less expensive methods such as pneumatic drills.[1]

In the United States, the first boring machine to have been built was used in 1853 during the construction of the Hoosac Tunnel.[citation needed] Made of cast iron, it was known as Wilson's Patented Stone-Cutting Machine, after inventor Charles Wilson. It drilled 10 feet into the rock before breaking down. The tunnel was eventually completed more than 20 years later, and as with the Fréjus Rail Tunnel, by using less ambitious methods.[citation needed]

In the early 1950s, F.K. Mitry won a dam diversion contract for the Oahe Dam in Pierre, South Dakota, and consulted with James S. Robbins, founder of The Robbins Company, to dig through what was the most difficult shale to excavate at that time, the Pierre Shale. Robbins built a machine that was able to cut 160 feet in 24 hours in the shale, ten times faster than any other method at that time.

The breakthrough that made tunnel boring machines efficient and reliable was the invention of the rotating head mounted with disc cutters. Initially, Robbins' tunnel boring machine used steel picks rotating in a circular motion to dig the excavation front, but he quickly discovered that these picks, no matter how strong they were, had to be changed frequently as they broke or tore off. By replacing the picks with longer lasting disc cutters, this problem was significantly reduced. The design was first utilized successfully at the Humber River Sewer Tunnel in 1956 (Foley, 2009). Since then, all successful hard rock tunnel boring machines have utilized rotating cutting wheels with circular disc cutters.

[ Description

Modern TBMs typically consist of the rotating cutting wheel, called a cutter head, followed by a main bearing, a thrust system and trailing support mechanisms. The type of machine used depends on the particular geology of the project, the amount of ground water present and other factors.

[Hard rock TBMs

In hard rock, either shielded or open-type TBMs can be used. All types of hard rock TBMs excavate rock using disc cutters mounted in the cutter head. The disc cutters create compressive stress fractures in the rock, causing it to chip away from the rock in front of the machine, called the tunnel face. The excavated rock, known as muck, is transferred through openings in the cutter head to a belt conveyor, where it runs through the machine to a system of conveyors or muck cars for removal from the tunnel.

Open-type TBMs have no shield, leaving the area behind the cutter head open for rock support. To advance, the machine uses a gripper system that pushes against the side walls of the tunnel. The machine can be continuously steered while gripper shoes push on the side-walls to react the machine's forward thrust. At the end of a stroke, the rear legs of the machine are lowered, the grippers and propel cylinders are retracted. The retraction of the propel cylinders repositions the gripper assembly for the next boring cycle. The grippers are extended, the rear legs lifted, and boring begins again. The open-type, or Main Beam, TBM does not install concrete segments behind it as other machines do. Instead, the rock is held up using ground support methods such as ring beams, rock bolts, shotcrete, steel straps, and wire mesh (Stack, 1995).

In fractured rock, shielded hard rock TBMs can be used, which erect concrete segments to support unstable tunnel walls behind the machine. Double Shield TBMs are so called because they have two modes; in stable ground they can grip against the tunnel walls to advance forward. In unstable, fractured ground, the thrust is shifted to thrust cylinders that push off against the tunnel segments behind the machine. This keeps the significant thrust forces from impacting fragile tunnel walls. Single Shield TBMs operate in the same way, but are used only in fractured ground, as they can only push off against the concrete segments (Stack, 1995).

[ Soft ground TBMs

In soft ground, there are two main types of TBMs: Earth Pressure Balance Machines (EPB) and Slurry Shield (SS). Both types of machines operate like Single Shield TBMs, using thrust cylinders to advance forward by pushing off against concrete segments. Earth Pressure Balance Machines are used in soft ground with less than 7 bar of pressure. The cutter head does not use disc cutters only, but instead a combination of tungsten carbide cutting bits, carbide disc cutters, and/or hard rock disc cutters. The EPB gets its name because it is capable of holding up soft ground by maintaining a balance between earth and pressure. The TBM operator and automated systems keep the rate of soil removal equal to the rate of machine advance. Thus, a stable environment is maintained. In addition, additives such as bentonite, polymers and foam are injected into the ground to further stabilize it.

In soft ground with very high water pressure and large amounts of ground water, Slurry Shield TBMs are needed. These machines offer a completely enclosed working environment. Soils are mixed with bentonite slurry, which must be removed from the tunnel through a system of slurry tubes that exit the tunnel. Large slurry separation plants are needed on the surface for this process, which separate the dirt from the slurry so it can be recycled back into the tunnel.

While the use of TBMs relieves the need for large numbers of workers at high pressures, a caisson system is sometimes formed at the cutting head for slurry shield TBMs.[2][3] Workers entering this space for inspection, maintenance and repair need to be medically cleared as "fit to dive" and trained in the operation of the locks.[2][3]

[ Back-up systems

Behind all types of tunnel boring machines, inside the finished part of the tunnel, are trailing support decks known as the back-up system. Support mechanisms located on the back-up can include: conveyors or other systems for muck removal, slurry pipelines if applicable, control rooms, electrical systems, dust removal, ventilation and mechanisms for transport of pre-cast segments.

[edit] Urban tunnelling and near surface tunnelling

Urban tunnelling has the special challenge of requiring that the ground surface be undisturbed. This means that ground subsidence must be avoided. The normal method of doing this in soft ground is to maintain the soil pressures during and after the tunnel construction. There is some difficulty in doing this, particularly in varied strata (e.g., boring through a region where the upper portion of the tunnel face is wet sand and the lower portion is hard rock).

TBMs with positive face control, such as EPB and SS, are used in such situations. Both types (EPB and SS) are capable of reducing the risk of surface subsidence and voids if operated properly and if the ground conditions are well documented.

When tunnelling in urban environments, other tunnels, existing utility lines and deep foundations need to be addressed in the early planning stages. The project must accommodate measures to mitigate any detrimental effects to other infrastructure.

[ چهارشنبه بیست و پنجم خرداد 1390 ] [ 12:19 ] [ مهندس سید مهدی کریم نیا ]

از اواخر قرن نوزدم تا اوایل قرن بیستم مهندسان تلاش میکردند تا دستگاهی برای حفر تونل بدون استفاده از انفجار ابداع کنند.  اختراع دریل چکشی و دریل مته ها با نیروش پیشرانه باد و روغن از این دست بودند. کم کم تلاش ها برای رسیدن به این مهم به سمت سیستم هایی با روش مته زنی و تراش متریال پیش رفت. آنها در پی اختراع یک مته سنگ شکن غول پیکر بودند اما نیروی لازم برای راه انداختن چنین دستگاهی بسیار زیاد بود.


اما در دهه چهل "جیمز رابینز" که خود در ابتدا یک معدن کار بود و بعد ها مهندس شد یک دستگاه حفاری برای زغال سنگ اختراع کرد.


 جیمز چیدمان تجهیزات مکانیکی و موتورها را طوری انجام داد تا نیروی کافی تأمین شود و هر بخش بتواند با نیروی رسیده کار درستش را انجام دهد.


یکی دیگر از اختراعات بسیار جیمز "دیسک کاتر" بود.


آنها تیغه های غلتکی بودند که سنگ ها را خرد میکردند و هنوز کاربرد فراوان دارند.


 


در سال 1952 یک پیمانکار تونل به نام "نف کی میتری" جیمز را استخدام کرد تا به کمک او یک تونل انحراف آب برای پروژه سد نزدیک شهر "پی یر" در داکوتای جنوبی حفر کند. او وظیفه داشت تونلی حفر کند تا در مسیر رودخانه میسوری انحراف ایجاد نماید. به همین دلیل آنها باید تونلی حفر میکردند که قطر آن حدود هشت متر باشد. جیمز به این فکر افتاد که دستگاهی دایره ای شکل اختراع کند تا سنگ را بتراشد و برای تیغه ها نیز از همان تیغه های غلتکی ساخت خود استفاده کرد. این دستگاه میچرخید و با نیروی مکانیکی به جلو هل داده میشد. اما مصالح در پشت آن انبار میشد.


این دستگاه که بعد ها "موش کور میتری" نامیده شد یک سیلندر بزرگ 125 تنی به طول 90 فوت بود که با کمک دو موتور دیزلی با قدرت 200 اسب بخار به جلو رانده میشد. تیغه ها از جنس کاربیت تنگستن بود و روزانه در حدود 160 فوت حفاری میکرد. کار خارج کردن مصالح و نیز تقویت بدنه تونل به صورت دستی و توسط کارگران انجام میشد. تقویت بدنه توسط الوار هایی که با روغن آمیخته شده بودند و در کنار یکدیگر قرار میگرفتند انجام میشد.


این رویای تونل سازان و معدنچیان بود...


 


اما اکنون این دستگاه تکمیل شده و به سیستم هدایت لیزری و تخلیه مصالح و کنترل کننده ها مجهز شده و از نظر کارایی ، سرعت و دقت بیشتر به یک معجزه شبیه است.

[ پنجشنبه پنجم خرداد 1390 ] [ 23:19 ] [ مهندس سید مهدی کریم نیا ]

دسته بندی دستگاه های حفاری مکانیزه بیشتر بر اساس تکنیک حفاری یاهمان  طراحی مکانیکی و اصول نحوه حفاری در نوع خاصی از متریال انجام میگیرد.  به زبان ساده تر ، این موضوع که دستگاه در چه نوع زمینی قصد انجام عملیات حفاری را دارد و زمین چه نوع متریال یا مصالحی از نظر سختی و بافت دارد تعیین کننده نوع طراحی دستگاه خواهد بود.


به عنوان مثال:


1- زمین هایی با سنگ یکدست و درجه سختی متعادل در تمامی لایه ها (سنگ خارا)


2- زمین هایی با سنگ لایه ای و درجه سختی نا متعادل در لایه ها (سنگ سخت با لایه های رسی یا آهکی)


3- زمین هایی با بافت سنگ ریزه ای یا شنی همراه با لایه های سنگی (شیست های رسی یا آهکی متخلخل با لایه های سنگی سیلیس دار و سنگ ریزه ای)


4- و زمین هایی با بافت خاکی یا شن ریزه ای متخلخل با بافت های سنگی (خاک یا شن همراه با تکه های سنگی در بافت خاک)


 


برای این چهار نوع بافت متفاوت مصالح، از دو تکنیک متفاوت استفاده شده و دستگاه های متناسب با آن تکنیک طراحی و ساخته شده اند.


تکنیک Hard Rock


تکنیک E.P.B


دستگاه هایی که برای این دو تکنیک طراحی و ساخته شده اند شامل انواع گوناگونی هستند ، اما پر آوازه ترین و پر کاربرد ترین آنها این دو گروه اند:


Gripper T.B.M


Shielded T.B.M


 


در زمین های دسته 1و2 از Gripper T.B.M ها و در دسته 3و4 بیشتر از Shielded T.B.M استفاده می شود.


خود این دو دسته به انواع خاصی دسته بندی می شوند.


Grippe T.B.M به دو گروه Single Gripper و Double Gripper و دسته Shielded T.B.M به دو گروه Single Shield و Double Shielded



در ادامه به توضیح تفاوت و نحوه عملکرد این گروه از T.B.M ها خواهم پرداخت.

[ پنجشنبه پنجم خرداد 1390 ] [ 23:16 ] [ مهندس سید مهدی کریم نیا ]

T.B.M ها دستگاه های بسیار مجهز و پیشرفته ای هستند و از جدید ترین فن آوری ها بهره می برند. وجود تمامی این تجهیزات و امکانات و نیز اندازه بسیار بزرگ آن ها موجب شده تا این دستگاه بیشتر به غول هایی از فلز و ابزار شبیه باشد. این حجم و اندازه در چنین ابعاد بزرگی گاه موجب میشود تا وزن این غول به بیش از 2000 تن برسد. طول این دستگاه نیز در برخی از انواع  آن تا 800 متر میرسد. البته بدون احتساب سیستم نوار نقاله (Conveyer) که گاه تا چندین کیلومتر درازا دارد!!


 


این دستگاه ها از چندین بخش اصلی تشکیل شده اند که در تمامی دستگاه های حفاری تمام مقطع مشترک هستند. اما در انواع خاصی بسته به تکنیک حفاری بخش هایی اضافه یا حذف می شوند.


بخش های اصلی شامل:


سر برش (Cutter Head )


سیستم پیشروی و جک ها (Advance-thrust Cylinder)


سیستم تخلیه مصالح (Conveyer)


سیستم تقویت دیواره (Lining)


مجموعه سیستم های پشتیبان (Back Up)


 


در خانواده Shielded T.B.M چند بخش دیگر نیز اضافه میشود که شامل:


سیستم تقویت پیشروی (Auxilary-thrust Cylinder)


مجموعه جداره محافظ(Shield)


محفظه تقویت فشار سیال- تخلیه مصالح(Manlock)

[ پنجشنبه پنجم خرداد 1390 ] [ 23:11 ] [ مهندس سید مهدی کریم نیا ]

.: Weblog Themes By Iran Skin :.

درباره وبلاگ

سلام به وبلاگ مهندسی مکانیک وآنالیز روغن خوش آمدید . در این وبلاگ سعی شده است از مکانیک خودرو وآنالیز روغنCM مطالبی را که طی سالیان زیاد اندوخته ام در اختیار شما عزیزان قرار دهم هدفم از طراحی این وبلاگ گسترش و پیشرفت علم و دانش و افزایش اطلاعات خودم و کاربران گرامی است . پیشنهادات و انتقادات خود را می توانید از طریق پست الکترونیک زیر با من مطرح کنید. امیدوارم لحظات خوبی رو در این وبلاگ داشته باشید. خانم فاطمه زهرا(س) نگهدار شما باشد. سیدمهدی کریم نیا مدیر وبلاگ.seyedmahdi96@yahoo.com

.


مشاهده جدول کامل ليگ برتر ايران