روشهای نگهداری در حفر چاه

[Alireza Hashemi 33,392]

روشهای نگهداری در حفر چاه

1- مقدمه

برای مقابله با نیروهای وارده به دیوارة چاه و جلوگیری از ریزش آن سیتم نگهداری به کار گرفته می شود . در این فصل ، ابتدا سیستم های پیشروی – نگهداری و سپس روشهای نگهداری و انواع آن بیان شده است.

2- سیستم های پیشروی – نگهداری

با توجه به زمان و مکان نصب نگهداری نسبت به زمان و مکان پیشروی سیستم هایی نام گذاری شده اند که عبارتند از : سیستم سری ، سیستم موازی و سیستم همزمان که در قسمت های زیر به شرح این موارد پرداخته شده است.

2-1- سیستم سری

در این روش ابتدا به اندازه 30 تا 50 متر ، پیشروی سطح انجام می گیرد. سپس (بعد از پیشروی) از روی سکوی معلق در چاه ، نگهداری نهایی ( از بالا به سمت پایین و یا بر عکس ) انجام می شود . این روش سرعت پایینی دارد و استهلاک سرمایه زیاد می باشد. از این روش برای چاههای کم قطر و در عمق های کم تا متوسط ، استفاده می شود .

2-2- سیستم موازی

در این روش پیشروی سطح و نگهداری نهایی دیواره چاه به طور همزمان ، در دو افق نزدیک به هم انجام می گیرد (بدون توقف در پیشروی ). از این روش در حفر چاه های عمیق و قطور استفاده می شود.

2-3- سیستم همزمان

این سیستم به دو گروه تقسیم شده است که عبارتند از : سیستم همزمان – سری و سیستم همزمان – موازی که توضیحات کامل آن در سطرهای زیر آورده شده است.

الف – سیستم همزمان – سری

در این روش پس از هر سیکل پیشروی ، نگهداری نهایی همان قسمت نیز انجام می گیرد ، که ممکن است نگهداری از پایین به بالا (مانند نگهداری آجری و ... ) و یا از بالا به پایین (مانند نگهداری چوبی و یا استفاده از قطعات پیش ساخته ) انجام شود.

ب – سیتم همزمان – موازی

در این روش ، پیشروی سطح و نگهداری دیوارة همزمان انجام می گیرد ، در این سیستم از قطعات پیش ساخته به طول 4 تا 8 (بدون استفاده از نگهداری موقت و یا با استفاده از نگهداری موقت در شرایط وجودسنگهای سست) به عنوان نگهداری نهایی استفاده می شود.

3- روشهای نگهداری و انواع آن

عواملی که در تعیین نوع نگهداری در چاه ها مؤثرند عبارتد از : خواص ژئوتکنیکی سنگ ، شرایط هیدرولوژی ، عمر چاه ، شکل مقطع چاه ، ابعاد چاه ، پارامترهای اقتصادی و مالی و خاصیت شیمیایی آب (خاصیت خورندگی) نیز عامل مهمی در انتخاب نوع نگهداری در چاه می باشد . خشک ماندن محیط کار نیز حائز اهمیت است چرا که چاه های مدرن دارای تجهیزات باربری اتوماتیکی هستند که نسبت به رطوبت حساس می باشند.

به دلیل عمر طولانی چاههای اصلی که معمولا ً برابر عمر یک پروژه می باشد ، نوع نگهداری باید به گونه ای باشد که زمان و هزینه تعمیرات حداقل شود. به طور کلی نگهداری در چاه به دو دسته تقسیم بندی شده است که شامل نگهداری اولیه (موقت) و نگهداری نهایی (دائم) می باشند.

3-1- نگهداری اولیه (موقت)

برای محافظت از کارگران و تجهیزات ، پرتاب سنگ از دیوارة چاه ، قبل از نصب نگهداری نهایی از نگهداری اولیه استفاده می شود. با توجه به شرایط زمین ، نگهداری اولیه برای پیشروی به اندازة 6 تا 40 متر ، باقی می ماند و سپس نگهداری اولیه برداشته و نگهداری نهایی نصب می شود. اگر برداشتن نگهداری اولیه از نظر ایمنی و یا فنی و یا اقتصادی مشکل ساز باشد ، نگهداری اولیه طوری طراحی می شود که نصب نگهداری نهایی در جهت تقویت نگهداری اولیه باشد. نگهداری اولیه به روش های متفاوتی انجام می گیرد. در روش نشان داده شده برای نگهداری دیوارة چاه از رینگ هایی که به فاصلة 70 تا 130 سانتیمتر از یکدیگر قرار دارند ، استفاده می شود. هر رینگ از 6 تا 8 تکه آهن ناودانی قوسی که بوسیلة پیچ و مهره به یکدیگر متصل می شوند تشکیل شده است. چون رینگ ها به ترتیب از بالا به پایین نصب می شوند هر رینگ به وسیلة گیره ای (قلاب) از رینگ آویزان می شود.

اولین رینگ که 5 تا 6 رینگ بعدی را به صورت معلق نگه می دارد ، به وسیلة پینهایی (به فاصلة 2/1 تا 5/1 متر از یکدیگر در روی محیط رینگ) به دیوارة چاه متصل می گردد. در فاصلة بین رینگ ها ، الوار چوبی یا صفحه های فولادی و یا شبکه های آهنی قرار داده می شود. انواع دیگر نگهداری اولیه عبارتند از : بکارگیری پیچ سنگ به همراه مش ، بکارگیری پیچ سنگ به همراه مش و شاتکریت ، استفاده از سگمنت های بتنی پیش ساخته و یا تیوپ های آهنی در شرایطی که زمین بسیار سست می باشد.

3-2- نگهداری نهایی (دائمی)

بر اساس طراحی انجام شده و شرایط محیطی چندین نوع نگهداری دائمی را می توان به کار برد که عبارتند از : نگهداری چوبی ، نگهداری آجری ، نگهداری بوسیلة قطعات بتنی ، نگهداری با استفاده از یک لایه بتن یکپارچه ، نگهداری با استفاده از قطعات پیش ساخته ، نگهداری با استفاده از بتن یکپارچه به همراه صفحه های فولادی و روش لغزشی.

الف – چوبی

این نوع نگهداری به ندرت استفاده می شود و معمولا ً در چاه هایی با سطح مقطع کوچک که بین دو طبقه در زیر زمین حفر می شوند ، به کار می رود . نگهداری چوبی (با توجه به شرایط زمین) به دو صورت مورد استفاده قرار می گیرد . در شرایط بد و متغیر زمین ، چوب ها به صورت افقی روی یکدیگر قرار می گیرند و تمام سطح دیوارة چاه با چوب پوشانده می شود.

در شرایط بهتر زمین ، نسبت به حالت قبل ، چوب ها به روی شمع های (فاصلة شمع ها 5/0 تا 5/1 متر) قرار داده می شوند . معمولا ً چوب ها با مقطع دایره ای دارای قطر 16 تا 22 سانتیمتر و با مقطع مربع دارای ضلع 14 تا 20 سانتیمتر می باشند . در دو حالت ذکر شده ، برای هر 8 تا 15 متر نگهداری چوبی ، پایه ای در دیوارة چاه به عمق 5/0 تا 7/0 متر طراحی می شوند. این پایه های گوه هایی هستند که به داخل سنگ های دیوارة چاه فرو رفته و سفت می شوند.

ب- آجری

در این روش با توجه به شرایط زمین پس از یک یا چند سیکل پیشروی ، در انتهای دیوارة چاه ، پایه ای طراحی و روی این پایه دیوارة آجری ایجاد می شود . مزایای این روش عبارتند از : سادگی روش و توانایی در تحمل بار بلافاصله پس از نصب ، تعمیرات آسان و مقاومت خوبی در برابر آبهای دارند. و معایب این روش عبارتند از : زمان نصب طولانی ، مقاومت پایین ، نفوذ پذیری زیاد و طولانی ، احتیاج به کارگر زیاد و در صورت زیاد بودن حقوق کارگر افزایش هزینه ها قابل توجه است.

ج- قطعات بتنی

این روش شبیه به نگهداری آجری می باشد با این تفاوت که بلوک های بتنی ، ابعاد بزرگتر و مقاومت بیشتری نسبت به بلوک های آجری دارند و این روش هزینه کارگری کمتری نسبت به روش

آجری دارد .

د – بتن یکپارجه

این روش عمومی ترین نوع نگهداری می باشد . این روش به دو صورت انجام می گیرد. روش اول بدین گونه است که پس از حفر کامل چاه ، از انتهای چاه به سمت بالا قالب بندی دیوارة چاه انجام و همزمان با قالب بندی بتن ریزی نیز صورت می گیرد .

روش دیگر بدین شرح است که در حین پیشروی ، در قسمت های کوچکی از چاه (به طول 4 تا 5 متر) قالب بندی انجام می گیرد و سپس از پایین به بالا بتن ریزی می شود و سپس قالب برداشته و برای قالب بندی قسمت بعد به پایین منتقل می گردند. در این روش نگهداری در تمام طول چاه یکپارچه نیست ، اما از قسمت های یکپارچه تشکیل می شود .

برای اتصال مناسب بتن به دیوارة چاه ، از درگیر کننده های مکانیکی نیز (نظیر پیچ سنگ) استفاده می شود. همچنین در طول چاه و در طول چاه و در فواصل مناسب پایه ای در دیوارة چاه برای تحمل وزن بتن ، طراحی می شود. طراحی این نوع نگهداری فقط بر اساس فشار هیدرواستاتیک می باشد و در صورت وجود نیروی هیدرواستاتیک فشاری ، احتیاج به مسلح کردن بتن نمی باشد. این روش در آفریقای جنوبی ، کانادا و آمریکا به طور معمول مورد استفاده قرار می گیرد. بکارگیری این روش در مقایسه با نگهداری آجری باعث کاهش تعداد کارگران (3 تا 6 برابر) و همچنین کاهش هزینه ها(30 تا 40 درصد) می شود. معایب این روش عبارتند از : مقاومت پایین در برابر آبهای خورنده ،ناپایدار و حساس نسبت به حرکت توده سنگ ، تعمیرات مشکل و ناتوانی در تحمل بار بلافاصله پس از نصب می باشد.

ه – شاتکریت

استفاده از شاتکریت به عنوان نگهداری دائمی در سنگهایی با مقاومت بالا مجاز می باشد و معمولا ً برای جلوگیری از سقوط سنگهای لق موجود در دیوارة چاه همراه مش و پیچ سنگ بکار می رود . شاتکریت به همراه بتن مسلح نیز بکار برده شده است. نگهداری شاتکریت معمولا ً در چاههای خشک و دارای سنگ با مقاومت خوب بکار می رود به ویژه در چاههای کور و یا قطر کوچک که در استفاده از بتن محدودیت وجود دارد ، شاتکریت بسیار مفید است. برای بالا بردن مقاومت شاتکریت نسبت آب به سیمان پایین در نظر گرفته می شود.

و – پیچ سنگها

نگهداری با پیچ سنگ اولین بار در چاه های معادن نمک مورد استفاده قرار گرفته است ، سنگ نمک

خاصیت خزش دارد و دو سطح روبرو در چاه ، به سمت یکدیگر حرکت و فشار زیادی به سیستم نگهداری وارد می کنند. برای کنترل زمین ، و همچنین جلوگیری از ورقه ورقه شدن دیوارة چاه از پیچ سنگ به همراه مش های ساخته شده از مواد فاسد نشدنی استفاده می شود.

ز – قطعات پیش ساخته

قطعات پیش ساخته به شکلهایی تهیه می شوند که با قرار دادن چند تای آنها در کنار یکدیگر ، یک رینگ کامل تشکیل می شود. این قطعات بوسیلة پیچ و مهره به یکدیگر متصل می گردند. قطعات پیش ساخته در حین پیشروی و به فاصله ای مشخص از کف چاه و از بالا به سمت پایین ، نصب می شوند. جنس قطعات پیش ساخته ممکن است از بتن و یا فولاد و یا چدن باشد. پس از نصب قطعات پیش ساخته ، در فاصلة بین چاه و قطعات پیش ساخته ، سیمان تزریق می شود.برای انتقال قطعات پیش ساخته از سطح زمین به محل نصب از قلابهای متصل به کابل فولادی و وینچ استفاده می شود.

در روش قطعات پیش ساخته ، روشی به نام نگهداری حلقه ای به کار برده می شود. روش کار بدون شرح است که با قرار دادن قطعات پیش ساخته آهن در کنار یکدیگر ، و متصل کردن آنها بوسیلة پیچ و مهره حلقه های مارپیچی در دیوارة چاه ، ایجاد می گردد .

پس از چند سیکل پیشروی انتهای حلقه بسته و سپس در فاصلة بین حلقه و دیوارة چاه ، بتن ریزی می شود. استفاده از این روش در شرایطی که فشار هیدرواستاتیک زیاد باشد ، مناسب است . برای آب بندی حلقة مارپیچی Lead gaskets ، Pvc gaskets یا Caulkingleadd استفاده می شود .

روش دیگری که از قطعات پیش ساخته استفاده می شود روشی به نام قطعات پیش ساخته فولادی تقویت شده یا رینگ می باشد این روش مخصوص چاههایی می باشد که به طور کامل حفر شده اند ، در این روش از حلقه های فولادی با طول های کوچک استفاده می شود ، بدین شرح که انتهای اولین حلقه بسته و به داخل چاه مملو از گل حفاری فرستاده می شود سپس حلقة بعدی در سطح زمین به روی اولین حلقة جوش داده می شود و در اثر وزن خود مقداری پایین می رود. این سیکل تا انتهای چاه تکرار می گردد و سپس در فاصلة بین حلقه های فولادی و دیوارة چاه بتن ریزی می شود. این سیستم فقط برای مقابله با فشار هیدرواستاتیک طراحی شده است.

از قطعات پیش ساخته بتنی مسلح به فایبر گلاس نیز استفاده می شود. نصب قطعات پیش ساخته مسلح به فایبر گلاس از پایین به بالا می باشد و پس از نصب در پشت این قطعات پیش ساخته عمل تزریق انجام می گیرد این روش معمولا ً برای چاههای کم قطر (تا 2 متر) بکار می رود و دیوارة صافی ایجاد می شود که بیشتر برای اهداف تهویه طراحی می گردد .

ح – بتن بک پارجه به همراه صفحات فولادی

با وجود ایجاد بک لایة بتن بکپارچه در کنار سنگ باعث جلوگیری از نفوذ آب به داخل چاه می شود ، اما اگر سنگ دارای ساختار درزه ای باشد . برای جلوگیری کامل ، از نفوذ آب لایه ای از صفحه های فولادی در کنار بتن قرار داده می شود. در این روش ابتدا همانند روش استفاده از لایه بتن یکپارچه ، یک لایه بتن به عنوان لایة اولیه ایجاد می شود. پس از حفر کامل چاه صفحه های فولادی از پایین به بالا نصب و بلافاصله پشت این صفحه های فولادی بتن ریزی می شود و پس از نصب کامل صفحه های فولادی ، یک لایه بتن روی صفحه های فولادی ایجاد می گردد. در صورتی که فشارهای هیدرو استاتیک یا نیروهای وارده به دیوارة چاه زیاد باشد از لایة فولادی استفاده می شود.

ط – روش لغزشی

این روش اولین بار در کشور آلمان مورد استفاده قرار گرفته و به صورت استاندارد شده در آمده است (همگن و جسبرگ 1985 ). از این روش معمولا ً در زمین های آلوویالماسه ای و رسی استفاده می شود. بدین شرح که پس از انجماد زمین چاه حفر می شود و در شرایطی هستیم که اگر یخ ها آب شوند زمین ناپایدار می شود ، در این حالت ابتدا قطعات بتنی پیش ساخته در کنار یکدیگر قرار داده می شوند و سپس بین قطعات بتنی و دیوارة انجماد یافتة چاه ، بتن ریزی نمی شود . تغییر شکل های زمین انجماد یافته نسبت به عمق بستگی به شرایط فشار روباره ، روش حفر و مدت زمان عملیات دارد. برای آب بندی کامل ، صفحه های فشرده قائم و افقی (کتان چوبی و چسب های بتن) بین بتن های پیش ساخته قرار داده می شود . بعد از حفر چاه پوشش بتن مسلح از پایین به بالا ایجاد و همزمان با این پوشش یک لایه فولادی نیز بین بتن مسلح و بتن های پیش ساخته قرار داده می شود. در معادن ذغال در مواقعی که حریم چاه در نظر گرفته نمی شود برای جلوگیری از حرکت زمین ، یک لایة آسفالت بین لایه فولادی و قطعات بتنی پیش ساخته قرار داده می شود. پوشش داخلی که از بتن مسلح می باشد براساس فشار وارده به آسفالت طراحی و معمولا ً فشار وارده به پوشش داخلی سه برابر فشار هیدرواستاتیک در نظر گرفته می شود.