کارست از انحلال شیمیایی طولانی‌مدت سنگ‌های محلول مانند سنگ آهک توسط آب تشکیل می‌شود. سازندهای کارستی دارای کانال‌های کارستی، فرورفتگی‌های کارستی و غارهای کارستی هستند، به‌ویژه صفحه‌های بالایی (پایینی) غارها در هم قفل شده‌اند، با تفاوت‌های ارتفاعی چشمگیر. لایه‌های سنگی سختی ناهموار دارند یا از نیمه سنگ، نیمه خاک، نیمه سنگ، نیمه محلول و سنگ‌های شیبدار تشکیل شده‌اند. دشواری ساخت حفاری و شمع پل در سازندهای کارستی پیچیده به‌دلیل عوامل زمین‌شناختی پیچیده یک چالش فنی است. این مقاله با ترکیب نمونه‌های مهندسی، فناوری ساخت شمع‌های حفاری در سازندهای پیچیده با توسعه کارستی قوی را معرفی می‌کند و روش‌های درمان ساخت و اقدامات احتیاطی ساخت متناظر را مشخص می‌کند.
معرفی پروژه:
پل فوق‌بزرگ Jinghe از بخش سوم راه‌آهن پرسرعت پکن-شانگهای در شهر Tengzhou، استان Shandong واقع شده است. طول کل پل ۱۱.۴۴۵ کیلومتر است، و آرایش دهانه شامل ۲۰ × ۲۴ تیر باکس تک‌تکیه دوخط، ۳۲۸ × ۳۲ تیر باکس تک‌تکیه دوخط، و ۲-(۳۲+۴۸+۳۲) تیر باکس پیوسته دوخط است. طراحی پی همه پایه‌ها و تکیه‌گاه‌های پل بر پایه شمع‌های حفاری است، با قطر ۱.۰ متر، ۱۴۲۲ شمع، طول کل ۴۴۲۷۲.۷۷ متر، قطر ۱.۲۵ متر، ۱۵۳۸ شمع، طول کل ۸۳۵۲۷.۳۹ متر، قطر ۱.۵۰ متر، ۱۰۸ شمع، و طول کل ۱۴۳۲۵.۱۶ متر. پایه ۲۰۳ دارای قطر ۱.۵۰ متر و حداکثر طول شمع ۸۵.۵ متر است.
ویژگی‌های زمین‌شناسی مهندسی:
پل بزرگ Jinghe عمدتاً از سنگ آهک تشکیل شده است، با ساختار مونوکلاین در لایه‌های سنگی. لایه‌های سنگی وضعیت ۳۰ درجه ∠ ۱۲ درجه دارند، و درزه‌ها و شکاف‌های سنگی در منطقه سایت پل توسعه‌یافته‌اند. قطعه Dk580+229~dk582+100؛ میزان برخورد با غارهای کارستی در حین حفاری به ۷۶.۹٪ می‌رسد، و در مناطق با توسعه کارستی قوی، به ۹۰-۱۰۰٪ می‌رسد. قطعات Dk582+100 تا dk583+100؛ میزان برخورد با غارهای کارستی در حین حفاری ۶۰.۸٪ تا ۷۳.۷٪ است، و غارها به‌صورت مهره‌ای توزیع شده‌اند. در میان آن‌ها، در پایه ۲۰۳ تا ۱۳ غار کارستی مهره‌ای وجود دارد، با ارتفاع غار عموماً بین ۲ تا ۸ متر. ارتفاع غار پایه ۲۸۶ برابر ۲۵.۵ متر است، و قطعه از dk583+100 تا dk586+100؛ میزان برخورد با غارهای کارستی در حین حفاری ۶۶.۱٪ تا ۷۱.۹٪ است. قطعه Dk586+100~dk587+100؛ حفاری با غارهای کارستی برخورد کرد که ۴۲.۵٪ را تشکیل می‌دهد، که به‌شکل مهره‌ای توسعه یافته است. غارهای خاکی در منطقه سایت پل عمدتاً از اثر متقابل فرسایش زیرسطحی و مکش فشار منفی ناشی از نفوذ آب سطحی و آب زیرزمینی در لایه خاک پوشاننده سازندهای کارستی تشکیل می‌شوند.
فناوری ساخت شمع حفاری:
۱. انتخاب نوع دکل حفاری
شمع‌های حفاری پل بزرگ Jinghe از خاک رس، خاک رس سیلتی، خاک شنی درشت‌متوسط، سنگ گل‌سنگ و سنگ آهک عبور می‌کنند. بر اساس شرایط زمین‌شناختی، یک دکل حفاری ضربه‌ای نوع دکل‌دار انتخاب کنید، که می‌تواند ارتفاع بالابری (کورس) مته را هر زمان بر اساس سختی لایه سنگ تنظیم کند و ویژگی انرژی ضربه بالا را دارد.
۲. ترتیب حفاری
ساخت شمع حفاری پل در سازندهای کارستی به‌شدت توسعه‌یافته و پیچیده انجام می‌شود، و ساختار زمین‌شناختی پیچیده حفاری و تشکیل شمع را دشوار می‌کند. پیش از ساخت شمع‌های حفاری، ضروری است که شرایط زمین‌شناختی به‌دقت درک شود. ما اصل ترکیب حفاری و اکتشاف ژئوفیزیکی را اتخاذ می‌کنیم. بر اساس حفاری زمین‌شناختی هر پایه و شمع، ما همچنین اکتشاف ژئوفیزیکی تفصیلی کل پل را پایه‌به‌پایه انجام دادیم تا ضخامت لایه پوششی، موقعیت، تعداد و وضعیت پرشدگی هر پایه و شمع روشن شود. انتخاب ترتیب حفاری موقعیت‌های شمع بر اساس ساختار زمین‌شناختی داده‌های حفاری و ژئوفیزیکی در طول ساخت حفاری اهمیت ویژه‌ای دارد. اصل اساسی انتخاب ترتیب حفاری موقعیت‌های شمع در ساخت پل فوق‌بزرگ Jinghe این است که برای پایه‌های شمع با طول نابرابر، ساخت حفاری از ترتیب ساخت شمع‌های بلندتر و سپس شمع‌های کوتاه‌تر پیروی می‌کند. ترتیب حفاری برای همان پایه از عمیق به کم‌عمق و از زیاد (مهره‌ای) به کم است، با شمع‌های لبه و گوشه که ابتدا ساخته می‌شوند. این ساخت برای آب‌بندی به‌موقع غار، مسدود کردن گذرگاه غار و تسهیل ساخت شمع بعدی سودمند است.
۳. پوشش دیواره با گل
پوشش دیواره با گل ابتدایی‌ترین اندازه فنی در ساخت شمع‌های حفاری است. برای تقویت پوشش دیواره با گل، ضروری است از خاک رس با ویسکوزیته خوب برای تهیه گل استفاده شود. در طول حفاری ضربه‌ای، خاک رس مستقیماً به گودال تزریق می‌شود، و گل با ضربه زدن توسط یک مته تولید می‌شود. در ساخت شمع‌های حفاری پل فوق‌بزرگ Jinghe، برای شمع‌های کلیدی و دشوار با زمین‌شناسی پیچیده و نشت و ریزش مکرر دوغاب، به‌منظور بهبود اثر پوشش دیواره دوغاب، از بنتونیت ویژه حفاری زمین‌شناختی نیز برای ساخت دوغاب استفاده شد و اثر پوشش دیواره چشمگیری حاصل شد. هنگامی که ماده پرکننده در غار ماسه ریز یا ماده روان‌پلاستیک است، افزودن مقدار مناسب سیمان به گل می‌تواند توان ضد نفوذ گل را بهبود بخشد، اثر پوشش دیواره را افزایش دهد و به‌طور مؤثر از ریزش و نشت گودال جلوگیری کند. دوز سیمان عموماً ۱۰٪ تا ۲۰٪ دوز خاک رس را تشکیل می‌دهد.
۴. دیواره‌های مصنوعی گودال
پوشش دیواره با گل ابتدایی‌ترین اندازه فنی در ساخت شمع‌های حفاری است. برای تقویت پوشش دیواره با گل، ضروری است از خاک رس با ویسکوزیته خوب برای تهیه گل استفاده شود. در طول حفاری ضربه‌ای، خاک رس مستقیماً به گودال تزریق می‌شود، و گل با ضربه زدن توسط یک مته تولید می‌شود. در ساخت شمع‌های حفاری پل فوق‌بزرگ Jinghe، برای شمع‌های کلیدی و دشوار با زمین‌شناسی پیچیده و نشت و ریزش مکرر دوغاب، به‌منظور بهبود اثر پوشش دیواره دوغاب، از بنتونیت ویژه حفاری زمین‌شناختی نیز برای ساخت دوغاب استفاده شد و اثر پوشش دیواره چشمگیری حاصل شد. هنگامی که ماده پرکننده در غار ماسه ریز یا ماده روان‌پلاستیک است، افزودن مقدار مناسب سیمان به گل می‌تواند توان ضد نفوذ گل را بهبود بخشد، اثر پوشش دیواره را افزایش دهد و به‌طور مؤثر از ریزش و نشت گودال جلوگیری کند. دوز سیمان عموماً ۱۰٪ تا ۲۰٪ دوز خاک رس را تشکیل می‌دهد.
۵. غارهای کارستی با نشت دوغاب
پل بزرگ Jinghe دارای سازندهای توسعه کارستی قوی است، با غارهای کارستی که به‌صورت مهره‌ای توزیع شده‌اند. در میان آن‌ها، در پایه ۲۰۳ تا ۱۳ غار کارستی مهره‌ای وجود دارد، با ارتفاع غار عموماً بین ۲ تا ۸ متر. ارتفاع غار پایه ۲۸۶ برابر ۲۵.۵ متر است، با میزان برخورد غار ۶۶.۱٪ تا ۷۱.۹٪ در حین حفاری. منطقه با توسعه کارستی قوی به ۹۰-۱۰۰٪ می‌رسد، و ارتباط غارهای نیمه‌پر و خالی پرنشده خوب است. برای شتاب بخشیدن به پیشرفت ساخت و اطمینان از دوره ساخت، ۲ تا ۳ دستگاه حفاری به‌طور همزمان برای ساخت حفاری روی همان موقعیت پایه استفاده می‌شوند، که اغلب به نشت مکرر دوغاب در گودال‌های غار کارستی منجر می‌شود. استفاده از خاک رس سنگ‌ریزه برای درمان نشت دوغاب در گودال‌های غار کارستی بی‌اثر است. روش درمان نشت دوغاب در غارهای کارستی می‌تواند تزریق بتن زیرآبی برای آب‌بندی غارها و مسدود کردن گذرگاه‌های غار باشد؛ مته را از گودال بیرون بکشید و بتن زیرآبی را درون گودال بریزید. سطح بتن‌ریز باید ۲ تا ۳ متر بالاتر از بالای غار باشد. ۰.۵ تا ۱.۰ ساعت صبر کنید تا سطح بتن‌ریز زیرآبی تثبیت شود پیش از بیرون کشیدن لوله هدایت، تا اطمینان حاصل شود که بتن زیرآبی غار را کاملاً آب‌بندی می‌کند. پیش از حفاری صبر کنید تا بتن زیرآبی به مقاومت معینی برسد (۱ تا ۲ روز). نشت مکرر دوغاب در غارهای کارستی پایه‌های پل مانند ۲۸۹# و ۲۹۰# پل فوق‌بزرگ Jinghe با بتن‌ریزی زیرآبی برای آب‌بندی غارها، مسدود کردن گذرگاه غار و دستیابی به نتایج چشمگیر برطرف شد.
>>اخبار بیشتر
