مرجع تخصصی آب و فاضلاب

لوله کشی جکی (Pipe Jacking): روشها، محاسبات، ساخت دستگاه، و شیوه اجرا

۱. روشهای اجرای لولهکشی جکی

لوله کشی جکی یک روش بدون حفاری باز برای نصب لولهها در زیر زمین با استفاده از نیروی رانش هیدرولیک است. این روش به دو دسته اصلی تقسیم میشود:

• لوله کشی جکی استاندارد (Standard Pipe Jacking):

  • نصب لوله ها بهصورت مرحلهای با استفاده از جکهای هیدرولیک و حفاری همزمان.

  • مناسب برای لولههای با قطر ۸۰۰–۳۵۰۰ میلیمتر و طول تا ۲۰۰ متر.

• میکروتونلینگ (Microtunneling):

  • استفاده از دستگاه های رباتیک هدایتشونده برای حفاری دقیق و نصب لوله.

  • مناسب برای پروژه های با دقت بالا (انحراف کمتر از ۲۵ میلیمتر).

۲. محاسبات کلیدی

• نیروی رانش مورد نیاز (Jacking Force):
  F=Fاصطکاک​+Fخاک​+Fلوله​

  • Fاصطکاک=μ×W×LFاصطکاک​=μ×W×L
    μ=ضریب اصطکاک، W=وزن لوله، L=طول مسیرμ=ضریب اصطکاک،W=وزن لوله،L=طول مسیر.

  • Fخاک=γ×D2×L×KFخاک​=γ×D2×L×K
    γ=وزن مخصوص خاک، D=قطر لوله، K=ضریب فشار جانبی خاک

  • Fلوله=مقاومت لوله در برابر خمش

• فشار وارد بر لوله (Pipe Stress):
  σ=F/A​
  A=سطح مقطع لوله

• پایداری چاه (Borehole Stability):

  • استفاده از معیارهای ترزاقی (Terzaghi) یا پروکتور (Proctor) برای جلوگیری از ریزش دیواره.

۳. ساخت دستگاه و تجهیزات

• سیستم جکینگ (Jacking Rig):

  • جکهای هیدرولیک: با ظرفیت رانش ۱۰۰–۵۰۰۰ تُن.

  • صفحه فشار (Thrust Wall): برای توزیع نیروی رانش به دیواره چاله.

• سر حفاری (Cutting Head):

  • تیغه های چرخان (Rotary Cutters): برای خاکهای نرم تا نیمه سخت.

  • دیسکهای الماسه (Disc Cutters): برای سنگهای سخت.

• سیستم هدایت (Guidance System):

  • لیزر یا ژیروسکوپ: برای کنترل دقیق مسیر.

• لوله های پیشساخته:

  • جنس: بتن مسلح، فولاد، یا GRP (فایبرگلاس).

  • اتصالات آب بند: با گسکتهای لاستیکی یا سیمانی.

• سیستم روانکاری (Lubrication):

  • تزریق دوغاب بنتونیت یا پلیمر برای کاهش اصطکاک.

۴. شیوه اجرا

۱. آمادهسازی محل:

• حفر چالههای ورودی و خروجی (Launch & Receiving Shafts) با عمق و ابعاد مناسب.

• نصب صفحه فشار و جکهای هیدرولیک در چاله ورودی.

۲. نصب لوله اولیه:

• قراردادن اولین لوله در چاله ورودی و اتصال به سر حفاری.

۳. فرآیند حفاری و جکینگ:

• شروع حفاری با سر حفاری و هدایت مسیر توسط سیستم لیزر.

• انتقال خاک حفاریشده به سطح با نوار نقاله یا سیستم هیدرولیک.

• اعمال نیروی رانش توسط جکها برای هل دادن لوله ها به جلو.

۴. نصب لوله های بعدی:

• افزودن لوله های جدید بهصورت مرحلهای و اتصال آنها با دقت میلیمتری.

• تزریق روانکار به فضای بین لوله و خاک برای کاهش اصطکاک.

۵. هدایت و اصلاح مسیر:

• نظارت مداوم بر انحراف مسیر و تنظیم زاویه سر حفاری.

۶. اتمام کار و تست نهایی:

• رساندن لوله به چاله خروجی و خارجکردن سر حفاری.

• تست آببندی و فشار برای اطمینان از عملکرد صحیح.

۵. چالشها و راهکارها

• ریزش دیواره چاه:

  • راهکار: تزریق دوغاب سیمانی یا پلیمر برای تثبیت خاک.

• انحراف از مسیر:

  • راهکار: استفاده از سیستمهای هدایت اینرشیال (Inertial Guidance).

• اصطکاک بالا:

  • راهکار: افزایش دوز روانکار یا استفاده از لوله های پوششدار.

۶. مزایای لوله کشی جکی

• عدم نیاز به حفاری باز: کاهش اختلال در ترافیک و محیط زیست.

• نصب لوله های بزرگ قطر: تا ۳.۵ متر با استفاده از جکهای پرتوان.

• دقت بالا: انحراف کمتر از ۱% طول مسیر.

• سرعت اجرا: پیشروی ۵–۲۰ متر در روز (بسته به شرایط).

۷. کاربردهای اصلی

• شبکه های فاضلاب و آب: در مناطق شهری شلوغ.

• خطوط انتقال گاز و نفت: زیر رودخانه ها یا جاده ها.

• تونل های دسترسی: برای پروژههای مترو یا معادن.

لوله کشی جکی به عنوان یک روش پیشرفته و پایدار، برای پروژههای زیرزمینی در مناطق پرتراکم شهری ایده آل است. موفقیت این روش به دقت در طراحی، انتخاب تجهیزات، و مدیریت اصطکاک و فشار خاک بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

لوله کشی جایگزین (Pipe Bursting): روشها، محاسبات، ساخت دستگاه، و شیوه اجرا

۱. روش های Pipe Bursting

این روش برای جایگزینی لوله های فرسوده بدون حفاری گسترده استفاده میشود و به دو دسته اصلی تقسیم میشود:

• روش استاتیک (Static Bursting):

  • استفاده از یک سر شکستن (Bursting Head) متصل به کابل یا میله های فولادی.

  • نیروی کششی توسط وینچ یا سیستم هیدرولیک اعمال میشود.

  • مناسب برای لوله های چدنی، بتن مسلح، یا سفالی.

• روش پنوماتیک (Pneumatic Bursting):

  • استفاده از ابزار ضربهای (Hammer Tool) که با فشار هوا یا هیدرولیک لوله قدیمی را خرد میکند.

  • مناسب برای خاک های سست یا لوله های پلیمری.

۲. محاسبات کلیدی

• محاسبه نیروی کششی (Pulling Force):
  Ftotal​=Fsoil​+Fpipe​+Ffriction​

  • Fsoil​=γ×D2×L×K
    γ=وزن مخصوص خاک، D=قطر لوله، L=طول مسیر، K=ضریب مقاومت خاک

  • Fpipe​=σ×A
    σ=مقاومت کششی لوله قدیمی، A=سطح مقطع

  • Ffriction=μ×NFfriction​=μ×N
    μ=ضریب اصطکاک، N=نیروی عمودی

• محاسبه حجم جابه جایی خاک:
  V=π×(Rnew2​−Rold2​)×L

  • برای جلوگیری از بالازدگی خاک (Heaving)، حجم خاک جابهجا شده باید کمتر از ظرفیت تحمل زمین باشد.

۳. ساخت دستگاه و تجهیزات

• سر شکستن (Bursting Head):

  • جنس فولاد سخت کاری شده با لبه های تیز یا کاربید تنگستن.

  • قطر سر باید ۲۰-۳۰٪ بزرگتر از لوله جدید باشد.

• سیستم کششی:

  • وینچ هیدرولیک با ظرفیت نیروی ۱۰۰-۵۰۰ تُن.

  • میله های فولادی توخالی (Rods) یا کابل های فولادی.

• لوله جدید:

  • معمولاً از جنس HDPE یا PVC با درجه بندی فشار (DR) مناسب.

۴. شیوه اجرا

۱. بررسی اولیه:

• بازرسی لوله قدیمی با دوربین CCTV برای شناسایی شکستگی ها یا انسداد.

• تعیین عمق، جنس لوله، و شرایط خاک.

۲. حفر چاله های ورودی و خروجی:

• چاله ورودی (Launch Pit): برای نصب دستگاه.

• چاله خروجی (Receiving Pit): برای جمع آوری لوله شکسته شده.

۳. نصب دستگاه:

• سر شکستن به لوله جدید متصل میشود.

• سیستم کششی (وینچ یا پنوماتیک) در چاله ورودی نصب میشود.

۴. فرآیند شکستن و جایگزینی:

• سر شکستن به داخل لوله قدیمی هدایت شده و با اعمال نیرو، لوله را خرد میکند.

• همزمان، لوله جدید به جای لوله شکسته شده کشیده میشود.

۵. کنترل و نظارت:

• نظارت بر نیروی کششی و همترازی لوله جدید با حسگرها.

• تست فشار و آببندی پس از نصب.

۵. چالش ها و راهکارها

• خطر بالازدگی خاک (Heaving):

  • راهکار: کاهش سرعت اجرا یا تزریق دوغاب به فضای خالی.

• برخورد با موانع ناشناخته (مانند سنگها):

  • راهکار: استفاده از سرهای شکستن با قابلیت خردکنندگی بالا.

• شکست لوله جدید در خاکهای سخت:

  • راهکار: انتخاب لوله با مقاومت کششی بالا (مانند HDPE با DR11).

۶. مزایای Pipe Bursting

• کاهش هزینه های حفاری و اختلال در ترافیک.

• افزایش قطر لوله تا ۵۰٪ نسبت به لوله قدیمی.

• امکان اجرا در عمق های زیاد (تا ۱۰ متر).

با استفاده از این روش، شبکه های آب فرسوده با حداقل تخریب سطح زمین بازسازی میشوند. انتخاب روش مناسب (استاتیک یا پنوماتیک) به جنس لوله قدیمی، شرایط خاک، و بودجه پروژه بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب