فهرست مطالب
فصل اول 1
تونلسازي درزمينهاي سست غير ريزشي ( سخت ) و تونلسازي بخشي 1
مقدمه 2
تونلسازي در زمينه هاي سست غير ريزشي (سخت) 2
تونلسازي درزمينهاي سست غير ريزشي ( سخت ) و تونلسازي بخشي 3
روش هاي كلاسيك يا سنتي 3
نشست سقف و ول شدن سنگ بالاي فضا 4
: قسمت بالائي (سقف) ، قسمت مياني ( مغز) و قسمت كف 5
روش انگليسي 9
روش اتريشي 13
روش هاي سنتي چند مرحله اي 14
روش بلژيكي 17
روش آلماني 22
روش هاي تونلسازي  : شرايط زمينهاي نرم 25
مقدمه 25
سپرباز : ويژگيهاي ساختاري اصلي 29
. 31
دنباله سپر 32
لبه برشي 32
سپرهاي بسته و نيم بسته 36
جنبه هاي خاص تونلسازي سپري 36
سپرهاي تونلسازي مرسوم 43
روش هاي تونلسازي سپري خاص 45
لوله گذاري 49
كاربرد ها 49
عمليات اصلي 50
جمع بند ي و ملاحضات نهائي 53
ماشينهاي سنتي 55
نوع : سپر باز با حفر دستي 55
نوع : سپر نيمه مكانيزه 56
نوع : سپر مكانيزه 56
ماشينهاي خاص 57
نوع  : سپرهاي دو غابي 57
نوع : سپر تعالي با فشار زمين ( EPB) 58
نوع : سپر دو غالبي چگالي بالاي تعادلي با فشار زمين 59
فصل دوم 60
روشهاي تونلسازي : شرايط سنگ براي كاربرد ماشينهاي حفار 60
مقدمه 61
ماشينهاي حفار بازوئي : عمل و تجربه تونلسازي 63
سيستم برش نوع مخروطي – 65
سيستم برش نوع طبلكي 68
آنجشانهاي فشار بالا – 69
سرمته هاي برشي 70
سرمته های مخروطي – 70
سرمته هاي شعاعي بزرگ 71
سرمته هاي جلو بر 71
كنترل ماشينهاي حفار بازوئي . 74
ماشينهاي حفار بازوئي : انعطاف پذيري و سازگاري با شرايط تونلسازي 75
سپرهاي داراي بازوهاي حفار 75
(شكل 2-1 ) . 76
ماشينهاي حفار دو بازويه– 77
تونل روز بنرگ : حفار چند بازويه – 78
تأثير ويژگيهاي حفر سنگ بر عملكرد ماشين حفار بازوئي 78
86
ضريب تغيير شكل : 87
انرژي ويژه 87
نرخ حفر يا برش : 87
5- شكلهاي چهارگانه برش (حركات بازو : 89
طراحي ، كنترل و هدايت پيشرفته ماشينهاي حفار بازوئي 90
مزاياي استفاده از چنين سيستمي به شرح زير بيان شده است : 91
حفر تونل با چكشهاي ضربه اي هيدروليك 91
ماشينهاي حفار بازوئي : عملكرد در شرايط مختلف زمين شناسي 94
ملاحظات و اظهار نظرهاي نهائي 95
مقايسه رود هدرهاي تاج حفارمخروطي وتاج حفار طبلكي ‌(10) 97
تحليل بردارهاي سرعت بيت 98
لغزش ماشين در اثر نيروهاي عكس العمل 98
مقايسه تفاوتهاي عملياتي رودهدرهاي تاج طبلكي و تاج مخروطي 100
جدول 2-6 –مشخصات دونوع رودهدر تاج مخروطي و تاج طبلكي 100
مقايسه عددي مشخصات مكانيكي : 101
مقايسه عملكرد كارگاهي 103
توان حفر 103
كيفيت بارگيري سنگهاي خرد شده 104
شكل دهي مقطع طولي تونل 105
توليد گرد  و غبار 105
حفاري در سينه كارهاي داراي لايه بندي 106
آبفشان (Water  get) 107
نسل اول آبفشان كم فشار 107
نسل اول  آبفشان ، آبفشانهاي كم فشار با دو افشانه (Nozzel) 108
نسل دوم آبفشان فشار متوسط 108
نسل دوم آبفشان ، آبفشان هاي فشار متوسط با شير قطع و وصل ضربه اي 108
نسل سوم ، آبفشان فشار قوي : 109
تشريح عملكرد آبفشان 112
تاثير آبفشان درتقليل نيروي پشت بيت 113
فصل سوم 117
روشهای تونلسازی: شرایط سنگی برای استفاده از ماشین های حفر تونل (TBM) 117
مقدمه 118
118
TBM ها : پيشرفت و تجربه 120
حفر با ماشين در سنگهاي سخت : . 121
عملكرد اصلي TBM 124
شرايط سنگ- 126
برش دهنده هاي ديسكي 127
برش دهنده هاي غلتشي 128
پيشاي برشي يا تاج حفار 129
برش دهنده هاي لبه اي 130
عملكرد TBM و ويژگيهاي زمين 131
زمان حفر تونل يا زمان حفر TBM : 132
عمر برش دهنده 134
تونلهاي قطر كوچك : حفر با TBM 135
كاربرد TBM در معادن زغالسنگ 139
عملكرد TBMها در سنگ 141
144
تونل زير دريائي Nova  Scdia  – 145
افزايش پتانسيل اجرائي برش دهنده هاي ديسكي : 148
مطالعات انجام گرفته در مورد عملكرد برش دهنده ديسكي 149
نتايج عملكرد برش ديسك : ماسه سنگ با مقاومت متوسط 151
تاثير نفوذ: 152
تاثير زاويه لبه ديسك : 152
تاثير فاصله داري ديسك : 153
عملكرد برش ديسك : سنگهاي آذرين و رسوبي 155
ويژگي هاي تونل مورد استفاده در حفر تونل Channel : 159
جمع بندي و ملاحضات نهائي 161
1- اندازه تونل و قابليت تغيير : 161
تذكرات : 162
3- شرايط سنگ سخت 162
5- بهبود عملكرد حفر : 163
7- ماشينهاي كوچك و جمع و جور : 164
9- دامنه گسترده كاربرد : 165
11- انتخاب پيشاني برشي : 165
13- برش دهنده هاي ديسكي : 166
8- قابل اعتماد بودن TBM ها : 167
مقدمه
تونلسازي در زمينه هاي سست غير ريزشي (سخت)
با توجه به زمان انتشار كتاب مرجع ، ترجمه سه فصل اول آن ارائه شده است ، و پيشرفتهاي فرآينده
در تكنولوژي سپرها و روش هاي حفر تونل ، مؤلف اين كتاب بحث را در فصل چهارم با تونلسازي درزمينه هاي سست و روش هاي تونلسازي سپري ادامه داده است . به بياني ديگر ، مولف عمر روشهاي كلاسيك را پايان يافته تلقي كرده و كاربرد آنها را منسوخ دانسته است .
در اينجا به منظور آگاهي دانشجويان از روش هاي كلاسيك و سنتي تونل سازي بويژه تونل سازي بخشي سنتي با عنايت به مشاهبت اين روش ها با تونل هاي معدني از بعضي جنبه ها و طي يك روال منطقي در بيان توسعه هنر تونل سازي ، به اختصار اشاره اي به اين روش ها مي شود . منابع مورد استفاده در اين قسمت عبارتند از :
1-k.SZECHY.The  Art  of Tunnling .  Hungeri   Academy  of  scierce . Budapest .                                                                                                                1966.
2- ژاك ماتيوا و ژان فرانسوا بوگارد (مولفين ) ؛ ابوالحسن و كامبيز هنبيا ( مترجمين ) ؛ روش هاي كلي اجزا ، بنا هاي زير زميني ، جلد سوم ؛ انتشارات دانشگاه تهران ؛ 1368 .
تونلسازي درزمينهاي سست غير ريزشي ( سخت ) و تونلسازي بخشي
به طور كلي مهمترين خطر در تونلسازي در زنمينهاي نرم ، تنش زدائي زمينهاي بالاي قسمت حفاري شده است كه با شكم دادن سقف و ديواره هاي جانبي تونل همراه است . اين امر موجب ريزشهاي موضعي يا حتي تخريب كامل فضاي حفر شده مي شود و ايمني عمليات را فتهل مي سازد . اين پديده در صورت وجود آب شدت بيش تري پيدا مي كند
در صورت عدم كنترل اين پديده ، علاوه بر مشكلات ايمني در حين احداث ، مي تواند موجب نشست در سطح زمين و در نتيجه وارد آمدن خسارت به تأسيسات ، تسهيلات و ساختمانهاي سطحي شود .
روش هاي كلاسيك يا سنتي
واضح است كه فضاهاي زير زميني با ابعاد كوچكتر ، خطرات كمتر ي در حين حفر دارند و زمان ايستائي يا خود ايستائي آنها طولاني تر است . در نتيجه حفر يكباره تمام رخ مقطع تونل معمول نيست و سطح مقطع تونل با حفر تونل هاي پيشر و قسمتها و يا حبهبه كارهاي كوچكتر تقسيم مي شود . ترتيب و مراحل اين تونلهاي پيشرو يا حبهبه كارها هميشه بايد با عمليات لازم براي اجراي آنها ( حفر،نصب و احداث وسايل نگهداري موقت و پوشش دائمي و …) همراه باشد و بسته به طبيعت سنگ و همچنين شرايط فشار سنگ اين مراحل با آنها مطابقت داشته باشد .
شايان ذكر است كه احداث تونل به صورت چند بخشي ، مستلزم نصب ، باز كردن و با نمودنهاي مكرر و پي درپي وسايل نگهداري موقت مختلف مي باشد . دراين روش نه تنها كار زياد و صرف بسيار زياد و قابل ملاحظه اي از وسائل نگهداري الزامي است ، بلكه نشست بيشتر سقف و ول شدن مكرر سنگ بالاي فضا و در نتيجه افزايش فشار سنگ را نيز موجب مي شوند .
نشست سقف و ول شدن سنگ بالاي فضا
، رفتارلانيفك و غير قابل اجتناب و در هر باز كردن و تغيير و تعويض وسايل نگهداري موقت هستند (شكل 1-1 )
1- لغزش بر اثر فرو ريختن يا ارزه دارشدن .
2- خزش تيرهاي سقف
3- مقاومت نامناسب خالي
تذكر : 6و3 بر اثر سست تر شدن سنگ ناشي از وجود آب و آتشباري ، افزايش مي يابند
4- تونل يا جبهه پيشرو كف  ؛ 2- تونل يا جبهه پيشرو بالائي ؛3- تعريض تونل بالائي ؛ 4- تعريض تونل پائيني .
شکل 1-1-  تغييرات و نشست سقف بر اثر نصب و باز كردن هاي مكرر وسائل نگهداري موقت در روش اتريشي
با توجه به اين محايب ، رو بروز از كار برد روشهاي تونلسازي بخشي ( به طورمعمول تونلسازي سنتي يا روش هاي معدنكاري ناميده مي شود ) كاسته مي شود  و كار تونلسازي امروزه از آن فاصله زيادي گرفته است .
در اين روش ها سطح مقطع تونل به تعداد سطح مقطع هاي كوچكتر تقسيم مي شوند و در طول تونل به صورت تونلهاي پيشرو و با فاصله اي نسبت به هم جلو مي روند . تونلهاي پيشرو و با دويلهاي بالا رو يا پائين رو به هم وصل مي شوند . سطح مقطع تونل به سه بخش اصلي تقسيم مي شوند
قسمت بالائي (سقف) ، قسمت مياني ( مغز) و قسمت كف
شکل 1-2- تونل پيشرو بالائي و تاقي قوسي در قسمت بالئي ، ديواره هاي جانبي در قسمت مياني ، و تونل پيشرو و كف بند درقسمت كف قرار مي گيرند .
1- قسمت بالائي
2- تونل پيشرو بالائي
3- تاق قوسي
4- قسمت مياني
5- ديواره جانبي
6- تونل پيشرو و پائين ديواره
7- تونل پيشرو و بالاي ديواره
8- قسمت كف
9- كف بند قوسي
10- تونل پيشرو و كف
حفر تونل هاي با  مقطع نعل اسبي ، طبق الگوي نشان داده شده در شكل 3 ، اجرا مي شود . روش ها به دو دسته كلي از جنبه يكپارچه يا منقطع اجرا كردن پوشش تقسيم مي شوند . در حالتي كه حلقه تمام مقطع حفر شده يكباره و دو يك طرف بتن ريزي مي شود ، تونل به يكي از روشهاي زير ايجاد مي گردد :
الف- روش غالب ايجاد يك دويل بالا رو بين تونل پيشرو و كف و بالائي و حفر تمام مقطع درپيك يك طول از قبل تعيين شده است . حفر و تعويض طبق الگوي نشان داده شده در شكل 1- 3- a از بالا به پايين صورت مي گيرد كه باربري ( درتونل 1) و حفر( از تونل 2شروع مي شود ) مي تواند به طور مستقل يا همزمان انجام گيرد . وقتي حفر يك حلقه در اين مرحله تمام شد ، پوشش از كف تا سقف به صورت پي درپي و براي تمام طول حلقه حفر شده صورت مي گيرد .
مزيت اين روش گذشته از تأمين شرايط خوب حمل و نقل ، امكان داشتن جبهه كارهاي متعدد و در نتيجه سرعت بالاي پيشروي مي باشد . عيب روش عدم تهويه يا تهويه نامناسب  سينه كارهاي پيشروي است .
ب- روش ديگري كه اغلب مورد استفاده قرار مي گيرد ، روش پله اي با حفر زير پائي يا رو به پائين طبق مراحل نشان داده شده درشكل 3- ب مي باشد . در اين حالت نيز پوشش از كف به سمت بالا در يك حلقه تمام حفر شده اجرا مي شود . در اين روش ، باربري و حفر نمي تواند به طور كامل جدا از هم صورت بگيرد ( به بياني ديگر ، حفر و باربري جدا از هم و يكي پس از ديگري انجام مي شود و در نتيجه از سرعت پيشروي كاسته مي شود ، ولي شرايط تحويه خوب است .
ج – آخرين و سومين روش از دسته اول ، حفر رو به بالا ازكف به سمت سقف طبق مراحل نشان داده شده در(شكل 1-3) مي باشد . اين روش را مي توان درسنگ هاي متوسط سخت كه سقف نيازي به نگهداري ندارد ، به كارگرفت . احداث پوشش مشابه روش هاي قبل از پائين به بالا و يكباره براي يك حلقه حفر شده صورت مي گيرد .
در روش هاي دسته دوم ، انجام حفر و احداث پوشش درمراحل متناوب و يك درميان اجرا مي گردد .
الف – يكي از روشها حفر قسمت بالائي ( بلژيكي) است كه در آن قسمت بالائي تونل با شروع يك تونل پيشرو بالائي در يك طول ازقبل تعيين شده حفر مي شود . پس از آن طرفين تاق يا تونل پيشرو و بالائي در همان طول تعريض و سپس تاق تونل با استفاده از سنگ چيني يا ديوار چيني نگهداري مي شود . عمليات با حفر يك برش مركزي تا تراز كف ادامه مي يابد و از داخل اين برش ميانبر يا دستكهائي به فواصل مشخص از هم به سمت دو ديواره به صورت برشهائي باريك حفر مي شوند . از داخل دستكها ، ابتدا زير تاق به صورت گود كني و شبه ستوني كنده مي شود و سپس گود كني در طول پايه و ديواره ادامه مي يابد (شكل 1- 3)
ب- در صورتي كه زمين از استحكام كافي برخوردار نباشد تا تاق را نگهداري كند ، ابتدا ديواره هاي جانبي حفر و نگهداري مي شوند . اين كار با حفر تونل هاي پيشرو و در هر دو ديواره قبلا” صورت گرفته است (مانند روش آلماني ) قسمت مياني فقط پس از تكميل وآماده شدن مقطع تونل برداشته مي شود.
ج- در زمينهاي بسيار سست ، حفر از قسمت پائيني و تونل پيشرو و پائيني شروع و سپس دو طرف آن برداشته و نگهداري دو ديواره كف تأمين مي شود ( مانند روش ايتاليائي ) .تونل پيشرو و مركزي به فاصله بسيار كمي قسمت 2دركف شروع و سپس ديواره هاا حفر مي شود . با حفر مرحله به مرحله ديواره ها ،نگهداري آنها نيز انجام مي گيرد .
حفر و ايجاد مرحله به مرحله قسمت بالائي يعني ابتدا تونل پيشرو و بالائي و سپس دو طرف آن ، تاق قوسي تونل را تكميل مي كند .
روش انگليسي
در روش انگليسي مقاطعي به طول 3تا6متر در تمام مقطع از بالا به پائين حفر مي شوند و سپس اجراي پوشش در تمام مقطع از پائين به بالا صورت مي گيرد . كار با حفر تونل پيشرو و كف (باربري ) شروع مي شود و هر 50 تا 60 متر دويل بالا روئي حفر مي گردد تا از داخل آنها امكان حفر تونل پيشرو و بالائي را در نقاط متعدد فراهم مي آورد . ابعاد تونل پيشرو بالائي نسبتا” كوچك است (5/1متر عرض و 8/1 متر ارتفاع ) و افقي كه اين تونل در آن قرار مي گيرد بگونه اي است كه سقف تونل پس از حفر با لبه بالائي تاج تونل پس از پوشش تقريبا” منطبق باشد . پس از اين كه سطح مقطع تونل بطور كامل حفر شد به فواصل 3 تا 6 متر طول مقطع حفر شده ، پوشش اجرا مي شود . اين طول به خواص مكانيكي زمين بستگي دارد ، هر چه زمين سست تر باشد طول حلقه اي كه بايد پوشش شود ، كوچكتر مي باشد ( شكل 1– 4- a )
تعريض دو طرف تونل پيشرو بالائي با عميق تر كردن آنها نيز همراه است ، در نتيجه ستونها و حيلهاي نگهداري موقت نيز بايد به طور پيوسته با ستونها و حايلهاي طويلتر جايگزين شوند ، ( شكل 1-4- b) . وقتي كف تعريض شده قسمت بالائي به حد بالائي قسمت مياني رسيد، كليه پايه ها با ستونهاي مايل نصب شده درتمام عرض قسمت بالائي جديد و تعويض شده مي باشند ( شكل 1-4-c ) پس از تكميل قسمت قوس تاق ، ديواره هاي دو طرف تونل پيشرو كف رو به پائين برداشته مي شود ( شكل 1-4-d  ) و در حقيقت حفر مقطع تكميل مي گردد .
پس از تكميل حفر تمام مقطع اجراي پوشش با سنگ چيني كف  بند و در غير اين صورت با قالب بندي و بتن ريزي ديواره هاي جانبي شروع مي شود . امكان سنگ چيني ديواره هاي جانبي نيز وجود دارد و اين سنگ چيني تا اجراي پوشش سقف ادامه مي يابد ( شكل 1-4-e ) در حين اجراي پوشش ، چوب بستها پي در پي برداشته مي شوند و براي اجراي پوشش در حلقه  بعدي و نگهداري موقت به جلو منتقل مي گردند .
يك طرف حلقه پوشش ايجاد شده جديد از جلو به حلقه پوشش قبلي واز عقب به سيستمهاي نگهداري موقت وصل مي شود . در شكل 5 يك تصوير سه بعدي ازروش انگليسي نشان داده شده است .
روش چوب بستكاري درروش انگليسي ، عليرغم اين كه شرايط كاري خوب و سرعت پيشروي بالائي را به دست مي دهد . براي سنگهاي محكم مناسبتر است ، چون در زمينهاي سست ، چوب بستهاي تاج تونل قادر به مقاومت دربرابر فشارهاي سنگ بيشتر نيستند ، در نتيجه براي اين چوب بستهاي تاج بتوانند در برابر فشارهاي بالاتر مقاومت كنند بايد فاصله داري حايلهاي تاج و ستونها را كاهش داد يا طول مقاطع را كم كرد .
كاهش فاصله داري يا طول مقاطع هر دو هزينه و مصرف چوب را افزايش مي دهد .
مزيت روش تونلسازي سهولت عمليات حفر، چوب بستكاري . بارگيري و نصب و ايجاد پوشش است .
و اين عمليات از نظر زمان و فضا تداخل ندارند و مشكلي از اين جنبه ها براي هم درست نمي كنند عيب اين روش ضرورت حفر سطح مقطعي بزرگتر از سطح مقطع لازم پس از ايجاد پوشش است و اين امر ناشي در نظر گرفتن فضاهاي لازم براي نصب كلاهك ، بغل بندها لا ستونها و لارده ها مي باشد . تخريب گهگاه چوب بستها موجب تخريب ديواره و در نتيجه نشست و افزايش فشار مي شود .
روش اتريشي
ترتيبات چوب بستكاري اين روش در (شكل 1-7) نشان داده شده است در (شكل 1-7) نيز مراحل و گامهاي حفر آورده شده است  . كار در اين روش نيز با حفر تونل پيشرو و پائيني كه به فاصله هر 50 تا 100 متر دويلي از آن به تونل پيشرو و بالائي حفر مي شود . مانند روش انگليسي قسمت بالائي تونل از داخل تونل پيشرو و بالائي تعريض و در عين حال عميق مي شود ، البته در اين روش بر خلاف روش انگليسي كه لارده ها سقف عمود بر محور تونل است ، به موازات محور تونل قرار داده مي شوند و تعريض نيز در طول هاي كوتاهي انجام مي شود و برشها از بالا به پائين و مرحله به مرحله تا خاكبرداري تمام سطح مقطع برداشته مي شوند ( شكل 1-7 ) .
بعد از حفر كف و ايجاد كف بند ، پوشش يا بتن ريزي از پائين يعني از ديواره ها شروع و تا تاق در يك مرحله ادامه مي يابد . مراحل و گامهاي عملياتي در (شكل 1-8) و (شكل 1-9)  آورده شده و نشان داده شده اند .
روش هاي سنتي چند مرحله اي
در ميان روش هاي سنتي احداث تونل يا روش هاي معدني ، روش هائي كه پوشش نهائي آنها به صورت مقطع و در چند مرحله ايجاد مي شود ، عبارتند از :
الف – روش گود كني يا روش بلژيكي       ب – روش جا گذاري مياني يا روش آلماني
ج- روش كف بند قوسي يا روش ايتاليائي   د- روشهاي احداث تركيبي ، كه تركيبي از روش هاي فوق انتخاب و تركيب برخي از مشخصات اجرائي آنها است .
اين روش هابه طور كلي در زمينها ي نرم به كار برده مي شوند و عامل مهم در انتخاب آنها ، پايدار بودن زمين به شرح زير است .
الف – روش بلژيكي به كار برده مي شود كه زمين واقع درزير پايه هاي تاق قوسي به حد كافي پايدار باشد كه به طور موقت تمام وزن قوسي كه توسط فشار سقف بار گذاري شده است را بدون نشست تحمل كند .
ب- در زمينهائي كه تحمل يا ظرفيت تحمل بار كمتري دارند ، ولي پايداري كافي براي تحمل بار ناشي از فشار سقف بدون جابه جائي و نشست عمده را افق پائين يا كف تونل ( ديواره هاي جانبي ) داشته باشند ، روش آلماني مورد استفاده  قرار مي گيرد .
ج- در زمينهاي نرمتر كه لازم است به منظور انتقال ايمن بارها تمام عرض تونل بارگذاري شوند ، از روش ايتاليائي استفاده مي شود .
روش بلژيكي
اين روش شبيه روش انگليسي است ولي كم هزينه تر از آن است و فقط مي تواند در زمينهاي نسبتا” سخت به كار گرفته شود . تفاوت اصلي آن با روش انگليسي آن است كه درروش انگليسي آن است كه در روش انگليسي قبل از شروع ايجاد پوشش ، تمام سطح مقطع تونل به طور كامل حفر مي شود ، درحالي كه در روش بلژيكي حفر و نصب يا ايجاد پوشش به تناوب صورت مي گيرد . اين روش به دو صورت اجرا مي شود : با يك تونل پيشرو يا دو تونل پيشرو . حفر تونل پيشرو و در قسمت بالائي در سنگ هاي خشك و فقط براي تونل هاي كوتاه منطقي است .
دراين روش عمليات با حفر تونل پيشرو بالائي شروع  مي شود . تعريض دو طرف و گود كردن دو طرف تا تكميل حفر تاق صورت مي گيرد .
ستونهاي چوبي نگهدارنده سقف بر سنگ قسمت مياني تكيه داده مي شوند . بتن ريزي يا پوشش تاق قوسي انجام مي شود ( شكل 1-10 ) پس از تكميل حفر و ايجاد پوشش تاق ، حفر و ايجاد پوشش در بقيه قسمتهاي تونل به صورت هاي مختلف ادامه مي يابد :
1- با حفر گودال هائي به عرض 2تا3 متر در ديواره ها و تا كف تونل و با آرايشي مطابق شكل 11 – الف ، بتن ريزي پايه هاي كناري به طور منطقع و طبق آرايش گودالهاي حفر شده انجام مي شود ، مراحل حفر و بتن ريزي نشان داده شده درشكل 10 – الف در اين روش، يك آرايش تخته شطرنجي را نشان مي دهد . بايد دقت كرد كه به طور همزمان در يك مقطع دو طرف يا دو پايه راست و چپ حفر نگرند .
گرده مياني باقيمانده را مي توان پس از بتن ريزي ديواره در تمام طول تونل يا به طور همزمان با ايجاد پوشش پايه ها با يك فاصله منطقي ، به نحوي كه از سخت شدن و صلب شدن  پوشش پايه ها اطمينان حاصل شود ، به صورت گود كني برداشت .
بديهي است حفر همزمان قسمت مياني با عمليات گودكني و ايجاد پوشش درپايه هاي كناري سرعت حفريا پيشروي را افزايش خواهد داد .
2- براي سهولت حمل و نقل مواد و مصالح و شرايط كاري ارحج است كه ترانشه اي مركزي در قسمت مياني تا كف تونل حفر گردد . در اين حالت ديواره هاي اطميناني در زير تاق و در دو طرف ديواره تونل هر كدام به عرض 5/1 تا 2 متر به منظور نگهداري تاق استخراج نشده باقي گذاشته مي شود . ازداخل اين ترانشه دستكهائي باريك به سمت ديواره و با آرايشي شطرنجي حفر مي شود . پس از حفر دسكتها ، پايه هاي كناري از داخل آنها بتن ريزي مي شوند . ريل گذاري در كف ترانشه صورت مي گيرد كه با اين وجود عمليات بارگيري و باربري سهبولت تحقق مي پذيرد.
اين روش فقط قابل به كارگيري در زمينهاي سخت تا متوسط است ( شكل 1-11 )
گود كني زير تاق كار بسيار حساسي است و دسكتهاي ايجاده شده نبايد همزمان در كنار هم باشند و در حقيقت بايد در مقاطع متناوب كه بين هركدام حداقل پايه اي از زمين به طور موقت با عرض 2تا3 متر باقي گذاشته شده است ، ايجاد شود . دقت خاصي در زمان بتن ريزي پايه ها در دو مقطع مجاور هم بايد اعمال شود ، زيرا در ايجاد تراكم بين دو قسمت بتن ريزي مشكلاتي بروز خواهد كرد . به همين علت ، براي ايجاد صليبيت لازم در پوشش ، بايد اقدام به تزريق دو غالب سيمان در مراحل بعدي كرد .
پس از كندن ديواره و بتن ريزي پايه هاي كناري ، در صورت لزوم عمليات كف كني و نصب كف بند قوسي صورت مي گيرد .
3- ديواره هاي جانبي را مي توان با عمليا ت پيوسته متناوب احداث كرد . براي اين كار جهبه كار پيشرو ي در ديواره ها و قسمت مياني به طور پيوسته در طول 3تا4 متر جلو برده مي شود( شكل 1-11 ) . در اين مورد ، نگهداري موقت كافي زير تاق ها در ديوارهها از مهمترين كارهائي است كه بايد انجام شود و براي اين كار معمولا” از تير آهن استفاده مي شود . گذشته از نصب تير آهن ها به طور قائم ، تير آهن هايي نيز به طور مايل از زير تاق بتن ريزي شده تا كف بند به منظور جلوگيري از جابجائي ديواره هاي جانبي نصب مي شود . اين روش امكان نصب كف بند يا بتن ريزي سريع كف را بلافاصله بعد از احداث ديواره ها فراهم مي سازد . در صورتي  كه ارتفاع ديواره هاي جانبي بيش از سه متر باشد ، عمليات گود كني بايستي در مراحل مختلف صورت گيرد .

(شکل 1-10) روش بلژیکی با شروع از تونل پیشرو بالائی

(شکل 1-11) حالتهای مختلف احداث دیوارهای جانبی

روش اصلاح شده بلژيكي ، از دو تونل پيشرو و بالائي و كف استفاده مي كند كه جهبه كار تونل پيشرو كف جلوتراز بالائي است . فاصله دو جهبه كار پيشروي اين دو تونل از يكديگر فقط 25 تا 30 متر است .
اين دو تونل توسط دويلهائي كه به فواصل مشخص از هم حفر مي شوند ، به يكديگر ارتباط دارند . وجود تونل پائيني مشكلات حمل و نقل ، بارگيري و آبكشي را حل مي كند ، در عين حال عمليات حفر و احداث ديوارهاي تونل مي تواند بدون هيچ گونه تداخلي با عمليات حمل و بارگيري و آبكشي به طور همزمان انجام شود ( شكل 1-12) .
پس از حفر و تعويض قسمت بالائي و نصب سيستمهاي نگهداري  موقت ، قالب بندي و بتن ريزي اتاق انجام مي گيرد .
سپس عمليات با عميق كردن ادامه مي يابد و تونل پائيني مي تواند در برداشت ديواره بنحو مفيدي مورد استفاده قرار گيرد .
روش آلماني
در اين روش ابتدا دو تونل پيشرو كف در دو طرف ديواره هاي جانبي احداث مي شود . اين دو تونل به طول مشخصي حفر و قالب بندي و بتن ريزي مي شوند . ويژگيهاي بتن ريزي و پر كردن قسمتي از فضاي باقيمانده اين دو تونل كه بتن ريزي آنها ضرورتي ندارد ، توسط خرده سنگها در مرحله برداشت قسمت مياني ، همراه با آن برداشته مي شوند . در حقيقت در طول مورد نظر تونل ، تونلهاي پيشرو كف حفرو چوب بستكاري مي شوند و از انتها به سمت ابتداي آنها بتن ريزي تونلها انجام مي گردد ( شكل1-14 ) در صورتي كه ارتفاع ديواره هاي جانبي بلند باشد ، امكان احداث دو تونل پيشرو مياني بر روي دو تونل پيشرو كف نيز وجود دارد ( شكل1-14 )
پس از احداث ديواره هاي جانبي ، تونل پيشرو و بالائي حفر مي گردد . عمليات تعريض و حفر دو طرف تونل پيشرو بالائي مشابه به روش بلژيكي انجام مي شود . پس از تعزيض سيستم نگهداري موقت نصب مي گردد.
قالب بندي و بتن ريزي سقف يا اتاق ادامه عمليات را تشكيل مي دهد . بعد از بتن ريزي سقف برداشت يا حفر قسمت مياني تا رسيدن به كف بند ادامه مي يابد . بتن ريزي كف بنده نيز همزمان با رسيدن به كف شروع مي شود . در نهايت و در صورت لزوم و به منظور تقويت پوشش ايجاد شده مي توان از پوشش هاي بهسازي نظر سيمان كاري استفاده نمود . ( شكل 1-15 )
يكي از گزينه هاي روش آلماني ، عبارت است از حفر دو تونل پيشروي كف در دو ديواره ، بتن ريزي ، ديواره ها ، حفر تونل پيشرو بالائي ، توسعه و تعريض اطراف قسمت تونل بالائي تا رسيدن به دو تونل كف ، ايجاد پوشش سقف ، برداشتن قسمت مياني ( شكل 1-16 ) .
روش هاي تونلسازي  : شرايط زمينهاي نرم
در گذشته روش هاي تونل سازي محدود بودند . به طور كلي چالزني و آتشباري روش غالب بود . البته در زمينهاي نرم روشهاي حفر دستي به كار برده مي شد . ماشينهاي تونل سازي بنحو زيادي جايگزين چالزني و آتشباري شده اند ، با اين وجود روش چالزني و آتشباري هنوز تنها روش عملي مورد كاربرد در زمينهاي بسيار سخت مي باشد . حفر با روش هاي دستي در زمينهاي نرم نيز در حد گسترده اي به كار گرفته مي شود .
مقدمه
انجام روش تونلسازي متأثر از عوامل متعددي بشرح زير مي باشد :
1- شرايط زمين – شرايط زمين عامل اصلي است زيرا نه تنها بر انتخاب روش تأثيري مي گذارد ، بلكه مي تواند محدوديتهايي عمده اي براي برخي از روش هاي خاص ايجاد نمايد .
(الف) زمينهاي نرم – رسها – شنها ، ماسه ها و سنگهاي هوازده در حالي كه دستكها ي مختلف به طور كلي به عنوان مصالحي كه براي حفر ، بويژه با روشهاي دستي ، آسان هستند ، طبقه بندي مي شوند البته موقعيت آنها در ارتباط با سطح ايستائي آبهاي زير زميني و وجود مقادير زياد آب ممكن است آنها را به گل يا مصالح غير مستحكم داراي شرايط جريان يافتگي تبديل نمايد كه براي حفر تونل و كنترل زمين مشكلات به وجود مي آورند .
ب) شرايط سنگ – مقاومت سنگها دامنه گسترده اي را از سنگهاي رسوبي ضعيف ( نسبتا” ) با مقاومت 10 الي 40 مگا پاسگال تا سنگ هاي آذرين سخت با مقاومت 150 تا 300 مگا پاسگال ، در بر مي گيرد . سنگهاي با مقاومت پائين ممكن است از جهت سهولت حفر داراي مزيت باشند ، ولي مستلزم ملاحضات خاص نگهداري هستند بر عكس سنگهاي داراي مقاومت بالا از جنبه حفر مشكلات بيشتري دارند ، ولي به حداقل نگهداري موقت نيازمند هستند .
(ج) شرايط جبهه كارهاي مختلط – تونلسازي در سنگهاي لايه اي اغلب مواجه با جبهه كارهائي است كه در بالاترين قسمت جبهه كار خاك يا سنگهاي بشدت هوازده و در پايين ترين قسمت آن سنگ وجود دارد ؛ اين شرايط مشكلاتي را براي ماشينهاي تونلسازي و تأمين و انتخاب وسائل موقت و مؤثر نگهداري به وجود مي آورد .
2- اندازه تونل – كليه انواع تونلها از تونلهاي كوچك مقطع با قطر كمتر از 9/0 متر تا تونلهاي بزرگ مقطع با قطرهاي بزرگتر از 12 متر كه توسط TBM  حفر مي شوند ، مستلزم يك ارزيابي جامع و فراگير از شرايط زمين مي باشند . افزايش اندازه تونل تغييراتي در مشكلات عمده خاص تونلسازي ايجاد مي كند .
3- جنبه هاي زيست محيطي – عمليات چالزني و آتشباري براي حفر تونل در مناطق شهري محدود شده و در بسياري موارد ممنوع شده است . فعاليتهاي تونل سازي مي تواند سطح ايستائي آبها و شبكه زهكشي ها را تغيير دهد و بر سطح زمين تأثير بگذارد . مشكل ديگري كه وجود دارد مواحبه متناوب يا مستمر با بيرون زدن آب يا گاز در نزديكي تونل يا حتي درطول مسير تونل است . عوامل ديگري نظير حرارت ، رطوبت و تأ ثيرات فشار اتمسفر ( ازجمله تأثيرات هواي فشرده ) مي تواند اثرات عمده اي در انتخاب روش تونلسازي بگذارد .
4- شرايط متغير محلي – دسترسي به نيروي انساني ماهر ، موقعيت فيزيكي ساختگاه تأسيسات و تسهيلات زير بنائي محلي و غيري ، عواملي هستند كه مي توانند بر انتخاب روش تأثير بگذارند .
در زمينهاي نرم به طور كلي از سپرها به عنوان يك روش و عمل استاندارد و به منظور تأمين ايمني براي افرادي كه در تونل كار مي كنند و براي دستيابي به راندمان بالاتر و مؤثر تر حفر استفاده مي كنند .
سپرها تونلسازي مطابق با روش به كار گرفته شده تغيير مي كنند وطراحي مي شوند ، ولي كاراصلي آنها بدون تغيير مانده است . برخي از تونلهاي كوچك در زمينهاي نرم بسياري از تونل ها ي معدني و تونلهائي كه در سنگهاي سخت حفر مي شوند ، بدون استفاده از سپر حفر مي گردند ، زيرا در چنين شرايط تونلسازي استفاده از سپرها ضرورتي ندارد .
فعاليتهاي اصلي تونلسازي عبارتند از حفر زمين همراه با كنترل فوري جهبه كار تونل و زمين اطراف محيط تونل با وسايل نگهداري موقت و در پي آن جايي كردن و انتقال مواد كنده شده و نصب سيستم نگهداري دائمي .
تونلهاي سپري – روشهاي تونلسازي سپري به واسطه موفقيتي كه اين روش ها در حفر تونلهاي زير آبي و يا تونلهايي كه در محيط هاي آبدار حفر هستند ، به دست مي آوردند ، رواج يافت . حفر تونل در زمينهاي
جدول 4-1 شرايط زمين در ارتباط با تونلسازي  سپري
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
دسته بندي اصلي خاك              توضيحات
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
1- خاك هاي ضعيف غير چسبنده
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
1- خاك ها ي فاقد چسبندگي مشكلات عمده اي از جنبه ايمني و راندمان حفر با استفاده از روش هاي معمولي تونلسازي در زمينهاي نرم ايجاد مي كنند .
2- كاربرد سپر در هواي آزاد امري معمول است .
3- سپرها امكان كنترل بهتري را بر روي فضاهائي كه بعد از حفر تونل در بالاي آن ايجاد مي شود فراهم مي آورند .
4- اين نوع خاك ها ماسه هاي رونده ، شنهاي سست و سيلت را شامل مي شوند .
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
2- خاكهاي ضعيف پلاستيك              1- كار با سپرها امكان اعمال بهترين كنترل
را بر روي خاك هائي كه حاوي آب زياد
هستند وبسهولت در موقع كارسيلان پيدا مي
كنند ، فراهم مي آورند .
2- كاربرد سپردر هواي آزاد امري عادي است
، هر چند در موارد خاص نيز هواي فشرده
به كار گرفته شده است .
3- از جمله اين نوع خاكها مي توان رسهاي
پلاستيك نرم را برشمرد .
3-خاكهاي واقع در زير سطح ايستائي آب
1- خاكهاي واقع در زير سطح ايستايي و خاك
هايي  كه تحت تأثير فشار آب قرار دارند ،
موجب بروز مشكلات خاصي مي شوند .
تونلسازي سپري روشي پيشرفته براي حفر
موفقيت آميز تحت چنين شرايطي است .
2- حفر تونل در زير سطح ايستائي معمولا”
مستلزم كاربرد سپر است ، مگر اين كه زمين
با تزريق دو غالب مناسب صلبيت كافي يافته     باشد يا سطح آب پائيين برده شده باشد .
3- براي احداث تونل در زير آبهاي آزاد ،
تونلسازي سپري با هواي فشرده امري معمول
است ؛ با اين وجود استثنائي وجود دارد و آن
موقعي است كه بين تونل و آزاد ( سطح
زمين ) .
سپرباز : ويژگيهاي ساختاري اصلي
اجزاي اصلي ساختمان يك سپر باز را مي توان در سه قسمت تشريح نمود : بدنه سپر، دنباله سپر ، و دندانه يا لبه برشي ، سپرها به گونه اي ساخته مي شوند كه شكلي مشابه سطح مقطع تونل اندكي بزرگتر مي باشد . شكل دايره معمولترين شكل سپرها است و براحتي اجازه نصب قطعات نرم با استفاده از سپر توسط Marc Brunel  به عنوان روشي جهت دستيابي به ايمني مناسب در جريان حفرو نصب پوشش و آستربندي ، صورت گرفت . اولين سپر توسط Bnnel ابداع و در احداث تونل تايمز در سالهاي 45-1825 به كارگرفته شد. اين اولين كار سپر در تونلسازي در شرايط زير آبي بدون استفاده از هواي فشرده بود .
دستاورد مهمي در تونلسازي سپري ، طراحي اولين سپر مدور ، دايره اي درسال 1896 توسط Great head  بود كه با موفقيت در جريان حفر دومين تونل در زير رودخانه تايمز به كار گرفته شد . اين تونل نيز بدون استفاده از هواي فشرده حفر شد . سپر  Great  head  منباي سپرهاي بعدي و مشابه آنهائي است كه امروزه به كار گرفته مي شوند .