تقنية البناء برافعة الحفر الدوارة لتنفيذ ركائز الحفر في الطبقات الكارستية شديدة التطور

تتكوّن الكارست نتيجة الانحلال الكيميائي طويل الأمد للصخور القابلة للذوبان مثل الحجر الجيري بفعل المياه. وتحتوي الطبقات الكارستية على قنوات وأخاديد وكهوف كارستية، ولا سيما أن أسقف (أو قيعان) الكهوف متداخلة مع فروق ارتفاع كبيرة. وتتكون الطبقات الصخرية من صلابة غير متساوية أو من مزيج نصف صخر ونصف تربة، ونصف صخر ونصف محلول، وصخور مائلة. وتُعد صعوبة حفر الجسور وبناء الركائز في التكوينات الكارستية المعقدة، بسبب العوامل الجيولوجية المعقدة، تحديًا تقنيًا. يستعرض هذا المقال، بالاستناد إلى أمثلة هندسية، تقنيةَ بناء ركائز الحفر في التكوينات المعقدة شديدة التطور الكارستي، ويشير إلى أساليب المعالجة الإنشائية والاحتياطات المطلوبة.

نظرة عامة على المشروع:

يقع جسر جينغه الكبير في المقطع الثالث من خط سكة حديد بكين-شنغهاي فائق السرعة في مدينة تينغتشو بمقاطعة شاندونغ. يبلغ الطول الإجمالي للجسر 11.445 كيلومترًا، ويتضمن توزيع البيفات 20 × 24 عارضة صندوقية مزدوجة المسار ببساطة، و328 × 32 عارضة صندوقية مزدوجة المسار ببساطة، و2-(32+48+32) عارضة صندوقية مزدوجة المسار مستمرة. ويعتمد تصميم أساسات جميع ركائز ودعائم الجسر على ركائز حفر، بأقطار 1.0 متر (1422 ركيزة، بطول إجمالي 44272.77 مترًا)، و1.25 متر (1538 ركيزة، بطول إجمالي 83527.39 مترًا)، و1.50 متر (108 ركائز، بطول إجمالي 14325.16 مترًا). ويبلغ قطر الركيزة 203 1.50 مترًا، ويبلغ أقصى طول للركيزة 85.5 مترًا.

الخصائص الجيولوجية الهندسية:

يتكون جسر جينغه الكبير بشكل أساسي من الحجر الجيري، مع بنية أحادية الميل في الطبقات الصخرية. وتتجه الطبقات الصخرية بزاوية 30°∠12°، وتكون المفاصل والشقوق الصخرية في منطقة الموقع متطورة. في المقطع Dk580+229~Dk582+100، يبلغ معدل مواجهة الكهوف الكارستية أثناء الحفر 76.9%، ويصل في المناطق شديدة التطور الكارستي إلى 90-100%. في المقطع Dk582+100 إلى Dk583+100، يتراوح معدل مواجهة الكهوف بين 60.8% و73.7%، وتتوزع الكهوف على شكل عنقود عنقودي. ويوجد عند الركيزة 203 ما يصل إلى 13 كهفًا عنقوديًا، وتتراوح ارتفاعات الكهوف عادة بين مترين و8 أمتار. ويبلغ ارتفاع الكهف عند الركيزة 286 25.5 مترًا. في المقطع من Dk583+100 إلى Dk586+100، يتراوح معدل مواجهة الكهوف أثناء الحفر بين 66.1% و71.9%. في المقطع Dk586+100~Dk587+100، بلغت نسبة مواجهة الكهوف 42.5%، وهي متطورة بشكل عنقودي. وتتكون الكهوف الترابية في منطقة الموقع بشكل أساسي من تفاعل الانجراف تحت السطحي والشفط الناتج عن تسرب المياه السطحية والجوفية في الطبقة الترابية العلوية للطبقات الكارستية.

تقنية بناء ركائز الحفر:

1. اختيار نوع جهاز الحفر

تعبر ركائز الحفر في جسر جينغه الكبير طبقات الطين، والطين الغريني، والرمال medium الخشنة، والحجر الطيني، والحجر الجيري. ووفقًا للظروف الجيولوجية، يُختار جهاز حفر صدمي من نوع الصاري، والذي يمكنه ضبط ارتفاع رفع المثقاب (الشوط) وفقًا لصلابة الطبقة الصخرية في أي وقت، ويتميز بطاقة صدم عالية.

2. تسلسل الحفر

يتم بناء ركائز حفر الجسور في طبقات كارستية معقدة شديدة التطور، وتُعقّد البنية الجيولوجية المعقدة من الحفر وتكوين الركيزة. قبل بناء ركائز الحفر، يجب فهم الظروف الجيولوجية بدقة. نعتمد مبدأ الجمع بين الحفر والمسح الجيوفيزيائي. وبناءً على الحفر الجيولوجي لكل ركيزة، أجرينا أيضًا مسحًا جيوفيزيائيًا مفصلاً للجسر ككل ركيزةً ركيزةً، لتحديد سماكة الطبقة الغطاسية، وموضع وعدد وحالة ملء كل ركيزة. من الأهمية بمكان اختيار تسلسل حفر مواقع الركائز بناءً على البنية الجيولوجية وبيانات المسح أثناء الحفر. والمبدأ الأساسي لاختيار تسلسل حفر الركائز في بناء جسر جينغه الكبير هو أنه، بالنسبة لركائز الدعائم ذات الأطوال غير المتساوية، يتبع بناء الحفر تسلسل الركائز الطويلة أولاً ثم القصيرة. ويكون تسلسل الحفر في الدعامة الواحدة من العميق إلى الضحل ومن الكثير (العنقودي) إلى القليل، مع تنفيذ ركائز الحواف والزوايا أولاً. ويفيد هذا البناء في إغلاق الكهوف في الوقت المناسب وسد ممراتها، مما يسهّل بناء الركيزة التالية.

3. تدعيم الجدران بالطين

يُعد تدعيم الجدران بالطين التدبير التقني الأساسي في بناء ركائز الحفر. ولتقوية هذا التدعيم، يجب استخدام طين ذي لزوجة جيدة لتحضير الطين. وأثناء الحفر الصدمي، يُحقن الطين مباشرة في البئر، ويُنتَج الطين بالضرب بواسطة المثقاب. في بناء ركائز الحفر لجسر جينغه الكبير، وبالنسبة للركائز الرئيسية والصعبة ذات الجيولوجيا المعقدة وكثرة تسرب وانهيار الطين، ولتحسين فعالية تدعيم الجدار، استُخدم أيضًا البنتونيت المخصص للحفر الجيولوجي لتحضير الطين وتحقيق تأثير تدعيم ملحوظ. عندما يكون مادة الملء في الكهف رملاً ناعمًا أو مادة لدنة انسيابية، فإن إضافة كمية مناسبة من الإسمنت إلى الطين يمكن أن تحسّن قدرة الطين على مقاومة النفاذية، وتزيد فعالية تدعيم الجدار، وتمنع بشكل فعال انهيار البئر والتسرب. وتبلغ جرعة الإسمنت عمومًا 10% إلى 20% من جرعة الطين.

4. الجدران الاصطناعية للبئر

يُعد تدعيم الجدران بالطين التدبير التقني الأساسي في بناء ركائز الحفر. ولتقوية هذا التدعيم، يجب استخدام طين ذي لزوجة جيدة لتحضير الطين. وأثناء الحفر الصدمي، يُحقن الطين مباشرة في البئر، ويُنتَج الطين بالضرب بواسطة المثقاب. في بناء ركائز الحفر لجسر جينغه الكبير، وبالنسبة للركائز الرئيسية والصعبة ذات الجيولوجيا المعقدة وكثرة تسرب وانهيار الطين، ولتحسين فعالية تدعيم الجدار، استُخدم أيضًا البنتونيت المخصص للحفر الجيولوجي لتحضير الطين وتحقيق تأثير تدعيم ملحوظ. عندما يكون مادة الملء في الكهف رملاً ناعمًا أو مادة لدنة انسيابية، فإن إضافة كمية مناسبة من الإسمنت إلى الطين يمكن أن تحسّن قدرة الطين على مقاومة النفاذية، وتزيد فعالية تدعيم الجدار، وتمنع بشكل فعال انهيار البئر والتسرب. وتبلغ جرعة الإسمنت عمومًا 10% إلى 20% من جرعة الطين.

5. الكهوف الكارستية ذات تسرب الطين

يتميز جسر جينغه الكبير بطبقات كارستية شديدة التطور، مع كهوف موزعة بشكل عنقودي. ويوجد عند الركيزة 203 ما يصل إلى 13 كهفًا عنقوديًا، وتتراوح ارتفاعاتها عادة بين مترين و8 أمتار. ويبلغ ارتفاع الكهف عند الركيزة 286 25.5 مترًا، بمعدل مواجهة للكهوف يتراوح بين 66.1% و71.9% أثناء الحفر. وتصل نسبة التطور الكارستي الشديد إلى 90-100%، وتكون كهوف الملء الجزئي وغير المملوءة ذات اتصالية جيدة. ولتسريع تقدم البناء وضمان المدة الزمنية، تُستخدم 2-3 آلات حفر بشكل متزامن للحفر في نفس موقع الدعامة، مما يؤدي غالبًا إلى تكرار تسرب الطين في تجاويف الكهوف. وإن استخدام ردم الصخور المكسرة مع الطين لمعالجة تسرب الطين في تجاويف الكهوف غير فعّال. يمكن أن تتمثل معالجة تسرب الطين في الكهوف في حقن الخرسانة تحت الماء لإغلاق الكهوف وسد ممراتها؛ يُرفع المثقاب خارج البئر وتُصب الخرسانة تحت الماء في التجويف، ويجب أن يكون سطح الصب أعلى من سقف الكهف بمقدار 2-3 أمتار. يُنتظر 0.5-1.0 ساعة حتى يستقر سطح صب الخرسانة تحت الماء قبل سحب الأنبوب، لضمان إغلاق الخرسانة للكهف بالكامل. يُنتظر حتى تكتسب الخرسانة تحت الماء قوة معينة (1-2 يوم) قبل الحفر. وقد عولج التكرار المتسرب للطين في كهوف دعائم الجسر مثل 289# و290# في جسر جينغه الكبير بصب الخرسانة تحت الماء لإغلاق الكهوف وسد ممراتها، وتحقق نجاح ملحوظًا.

المزيد من الأخبار >>