کتاب تونل سازی در سنگ های سست جلد دوم

خاکبرداری و حفاری در جاده‌های معادن، گذرگاه‌ها و تونل‌ها از کارهای رایج در پروژه‌های مهندسی راه و ساختمان است. در مناطق بدون وجه آزاد، روش انفجار جامد برای حفاری تونل‌ها، گذرگاه‌ها و جاده‌های معدن بکار گرفته می‌شود که دارای مشابهت‌های زیادی در شکل انجام امور و عملیات مختلف در حین حفاری می‌باشند. لذا برای راحتی در‌ این بخش کلمه انفجار بعنوان انفجار تونل نامبرده می‌شود. در حال حاضر دانش و تجربیات گسترده‌ای در معدن بدست آمده که بیشتر مربوط به تونل‌زنی می‌باشد.

درصد زیادی از فعالیت‌های سالانه در تونل‌زنی، با روش حفاری با مته و انفجار می‌باشد. با وجود بروز مشکلات ناشی از انفجار از قبیل تخریب توده‌ی سنگ، حفاری و انفجار هنوز دارای انعطاف‌پذیری بی‌همتایی و فاقد محدودیت‌های حفاری ماشینی (TBM) است. علیرغم عدم وجود پیشرفت تکنیکی خاص، مزایایی از قبیل سرمایه‌گذاری کم، دردسترس بودن انرژی شیمیایی ارزان به شکل مواد منفجره، پذیرش آسان توسط مهندسان تجربی، حداقل استهلاک و تطبیق پذیری گسترده، موجب شده که تا امروز روش حفاری و انفجار، تکنیک غالب بر روش‌های حفاری مکانیکی باشد.

انفجار برای تونل‌زنی عملیات دشواری است که به مهارت و تکنیک نیاز دارد. از آنجا که تونل‌ها با ‌اندازه و شکل‌های متفاوت، در شرایط توده‌های مختلف سنگی حفر می‌شوند، طراحی مناسب انفجار، شامل الگوی حفاری، تعداد و نوع مواد منفجره، ترتیب زمانی شروع انفجار چاشنی برای بدست آوردن ‌یک نتیجه‌ی خوب که موجب کمترین صدمه به توده‌ی سنگ اطراف شود، بسیار ضروری است. هزینه و زمانبری حفاری، اغلب براساس میزان پیشرفت و تخریب ناخواسته از انفجار تعیین می‌شود. بنابراین پیشرفت سریعتر با حداقل هزینه، همواره هدف اصلی انفجار تونل است. اولویت‌ها در میان نتایج اولیه‌ی انفجار تونل (مانند مصرف خاص مواد منفجره، حفاری خاص بیش‌خردشدگی/کم خردشدگی) می‌تواند  از‌ یک سایت تا سایت دیگر براساس شرایط سنگ فرق کند.

تصمیمات جهت تصحیح الگوی انفجار‌ یا شکل تونل با ‌این نقطه نظر که بتوان عمل انفجار را بهینه نمود، گرفته می‌شود.

حفاری تونل‌ها بصورت انفجار تمام وجه بجز در شرایط توده سنگ ناسالم از نظر زمین شناسی، دارای اولویت بیشتری می‌باشد. حفاری و انفجار در تونل‌های بزرگ با سطح مقطع 80-90 متر مربع در توده‌های سنگ سالم با روش تمام وجه در‌یک دور، بسیار معمول است.

به هرحال تونل‌ها با سطح مقطع بزرگتر از 50 متر مربع که در شرایط زمین سست حفاری می‌گردند، عموماً در بخش‌های کوچکتر حفر می‌گردند و در برخی مواقع روش جدید تونل‌زنی اتریشی (NATM) و روش تونل‌زنی نروژی (NTM) نیز بکار گرفته می‌شود (همانطور که در فصل 9 و 10 بحث شد).

جامبوهای حفاری کاربرد رو به افزایشی پیدا کرده‌اند و جایگزین جک‌های چکشی سنتی شده‌اند که موجب کاهش زمان حفاری و افزایش دقت عملیات اجرایی گردیدند.

ابداع مته‌های جامبوی الکتروهیدرولیک با بوم‌های چندگانه، سیستم چاشنی غیر الکتریکی مواد منفجره با قطر کم برای انفجار لایه‌ای و کنترل شکست، از دستاوردهای اخیر در انفجار تونل می‌باشند. پیش‌بینی و کنترل تخریب انفجار، کاربرد کامپیوتر در حفاری، مدلسازی عددی برای طراحی انفجار، استفاده از سیستم‌های مهندسی سنگ برای بهینه سازی و اولویت‌بندی فعالیت‌ها، زمینه‌های تحقیقاتی در دنیای پر رقابت و فن آوری بالای تونل‌زنی امروزه می‌باشد. درحال حاضر از رویکرد سیستمی ‌در انفجار تونل استفاده می‌شود تا آن را هر چه بیشتر علمی، دقیق،‌ ایمن و اقتصادی نماید.

در انفجار تونل مواد منفجره بایستی در شرایط سختی ایفای نقش نمایند، مثلاً بعنوان وجه‌ی آزاد تک در مقابل با انفجار پاشنه که در آن حداقل دو وجه‌ی آزاد وجود دارد. از ‌این رو مته‌کاری و مواد منفجره‌ی بیشتری به ازای هر واحد حجم سنگ که بایستی خرد گردد، در حالت اول مورد نیاز است.

سطح آزاد دوم که برش نامیده می‌شود، در ابتدا در حین فرآیند انفجار ‌ایجاد می‌گردد و راندمان اجرای انفجار تونل بطور وسیعی، وابسته به اجرای مناسب برش می‌باشد. فاکتورهایی که روی عملکرد برش و نتایج انفجار موثرند، وابسته به عواملی از قبیل نوع توده‌ی سنگ، الگوی انفجار و شکل و قواره تونل می‌باشند. هنگامی‌که‌ یک الگوی انفجار بدون توجه به خواص توده سنگ طراحی می‌گردد، معمولا نتایجی پایین‌تر از حد میانگین و معمول بدست می‌آید.