Toepassingen van de geologie in technische constructies

Dit artikel werpt licht op de zes belangrijkste toepassingen van geologie in de machinebouw.

1. Bouwstenen:

Er zijn verschillende soorten gesteenten die moeten worden bewerkt en bewerkt om te worden gebruikt voor constructies. Bepaalde geologische en fysische eigenschappen moeten worden vervuld voor een goede bouwsteen. Duurzaamheid, gemakkelijk transport en een aantrekkelijk uiterlijk naast het gemak van steenwinning zijn enkele van de belangrijke eigenschappen die nodig zijn voor het bouwen van stenen.

Het is noodzakelijk om de minerale samenstelling van de bouwsteen te kennen om de geschiktheid en duurzaamheid ervan te bepalen. Bepaalde mineralen zoals hoornkiezel, pyriet en hoog mica-gehalte zijn schadelijk en schadelijk en rotsen die deze bevatten, moeten worden vermeden. Aanwezigheid van mineralen zoals pyriet, dat gemakkelijk oxideert waardoor lelijke vlekken ontstaan, maakt rotsen ongewenst. Grofkorrelige rotsen zijn zwakker dan fijnkorrelige rotsen.

Om een ​​steen duurzaam te maken, moet hij zijn oorspronkelijke grootte, sterkte en uiterlijk gedurende zeer lange perioden behouden. Deze zijn alleen mogelijk als de stenen bestand zijn tegen weersinvloeden van de atmosfeer en regen. Andere eigenschappen voor bouwwerkzaamheden en andere eigenschappen voor goede bouwstenen zijn verbrijzelingsterkte, brandwerendheid, absorptie enz.

De algemeen gebruikte rotsen voor gebouwen en andere constructies zijn graniet en andere verwante stollingsgesteenten en kalksteen, marmer, leisteen, zandsteen. Onder de stollingsgesteente en de metamorf gesteente zijn de algemeen gebruikte gesteenten graniet en gneis.

Granieten, vanwege hun korrelige textuur, aangename kleur en gunstige eigenschappen zoals hoge druksterkte en lage absorptie worden meestal gebruikt. Granieten kunnen gemakkelijk worden gewonnen omdat ze bepaalde goed ontwikkelde gewrichten en scheidingsvlakken hebben. Voor straatmetaal zijn basalt en dolerieten geschikt. Deze worden echter meestal niet geprefereerd voor bouwwerkzaamheden, omdat ze donker of dof van kleur zijn.

Zandstenen en kwartsieten komen overvloedig voor en worden gebruikt voor bouwwerkzaamheden. Kwartsiet veroorzaakt door zijn extreme hardheid het werken moeilijk en heeft niet de voorkeur in metselwerk. Kalkstenen die gemakkelijk worden gewonnen, worden voornamelijk gebruikt voor bouwwerkzaamheden. Ze zijn licht en verkrijgbaar in aangename kleuren. Knikkers worden meestal gebruikt voor decoratief werk in gebouwen.

Leisteen dat een metamorf gesteente is, kan gelijkmatig worden opgesplitst in dunne lagen en wordt gebruikt voor dakbedekking en bestrating in gebouwen. Lateriet wordt een duurzame steen als bouwsteen gebruikt. Het wordt ook gebruikt als wegmetaal, vooral in tropische landen als India. Met het brede gebruik van cementbeton in gebouwen en andere constructies worden stenen verpletterd tot kleine aggregaten en gebruikt om cementbeton te maken.

Voor aggregaten voor het maken van betonnen graniet worden meestal kwartsieten en basalt gebruikt. In de huidige gebouwen worden betonnen en gewapende betonnen muren soms geconfronteerd met stenen om een ​​aantrekkelijk uiterlijk te bieden en ook om te dienen als een beschermende laag tegen regenwater en atmosferische gassen.

Natuurstenen geven grandeur en schoonheid aan gebouwen. Daarnaast is het onderhoud en het onderhoud van stenen structuren niet moeilijk en daarom worden graniet en kalksteen op grote schaal gebruikt als gevelsteen.

India's bouwstenen:

De meeste tempels en openbare gebouwen in Zuid-India zijn opgetrokken uit graniet en gneis, verkrijgbaar in de oudste Archaïsche rotsen van India. Een verscheidenheid van graniet genaamd charnockite is een uitstekende bouwsteen die wordt gebruikt bij de bouw van de zeven pagodes in Mahabalipuram nabij Chennai. De vindhyan-zandstenen en ook de zandstenen van andere oudere formaties worden veel gebruikt als goede bouwstenen in India.

De vindhyan-zandstenen werden gebruikt in de bouw van grote bouwwerken zoals de boeddhistische stoepa's van Saranath, Barhut, Sanchi, de stad Fatehpur Sikri van de keizer Akbar bij Agra en de beroemde Mughal-gebouwen in Agra en Delhi, de gebouwen van Loksabha, de Rashtrapati Bhavan en administratieve kantoorgebouwen van de Indiase overheid in New Delhi. De vindhyan-zandstenen worden gebruikt voor vloeren, dakbedekking, telegraafpalen, vensterbanken etc.

De Athgarh-zandstenen van de bovenste Gondwana-rotsen in Orissa hebben een verscheidenheid aan geweldige schoonheid en duurzaamheid. Deze zandstenen werden gebruikt in de bouw van de beroemde tempels van Puri-Jagannath, Bhubaneswar, Konark en de boeddhistische grotten van Kandagiri en Udayagiri. De Tirupathi-zandstenen van Andhra Pradesh en de Sathyavedu-zandstenen van Tamil Nadu worden gebruikt in gebouwen en deze zandstenen worden ook verkregen uit de Gowanda-formaties.

Kalkstenen vind je op veel plaatsen in India. Deze dienen als uitstekende bouw- en sierstenen. De Prestigieuze Taj Mahal werd gebouwd van de Makrana-knikkers van Archaen Dharwars. Kwaliteiten van goede kwaliteit zijn te vinden in de Guntur en Kurnool districten van Andhra Pradesh.

De beroemde cadappa-platen die werden gebruikt als straatstenen, tafelbladen, trappen en hekstenen zijn afkomstig uit de ontgonnen kalksteen in Andhra Pradesh nabij Yerraguntha (district Cadappa) en Betamcherla (district Kurnool). Ze nemen een goede glans en kunnen worden opgedeeld in platen met een dikte van 12 mm of meer tot een hoogte van maximaal 1, 25 m.

Maharashtra, Madhya Pradesh, de westkust van Malabar en andere plaatsen staan ​​bekend om het voorkomen van lateriet van goede kwaliteit. Het is een duurzame bouwsteen. Het biedt de mogelijkheid om in blokken te worden gesneden als ze pas zijn uitgehouwen. Het wordt verhard door blootstelling aan lucht. Vanwege zijn overvloedige voorkomen wordt het ook gebruikt als wegmetaal.

Leistenen worden ontgonnen in de buurt van Dharmsala in het district Kangra, Kund in het district Gurgaon, Monghyr in Bihar en Markapur op de grens tussen Nellore en Kurnool.

Winning van stenen:

Er worden twee verschillende soorten steenwinning gevolgd. In een type steenwinning is het doel stenen te verkrijgen in de vorm van grote en niet verbrijzelde blokken. In het andere type is het doel om ruwe onregelmatige vormen van stenen te krijgen die zijn bedoeld voor betonaggregaat, wegenmetaal en verschillende productieprocessen.

De methoden voor het onttrekken zijn afhankelijk van de structuur, splitsing, hardheid, samenstelling en andere fysische eigenschappen, evenals de positie en het karakter van de afzettingen.

Een basisprincipe in steengroeven is dat het werkvlak van de steengroeve zo moet worden gepland dat de afgescheiden rots vrij zou moeten glijden en naar voren zou glijden, voornamelijk vanwege zijn eigen gewicht. Het is misschien niet gerechtvaardigd om het ontwikkelwerk van een aanbetaling te starten voordat we zeker zijn van de beschikbaarheid van gesteente in de gewenste kwaliteit en in een overvloedige hoeveelheid die waardig is om rendabel te worden geëxploiteerd.

Als een helling of klif langs een greppel of stroom kan dienen als een waardevolle indicator om de dwarsdoorsnede op verschillende niveaus te begrijpen en het maakt ook tests voor kwaliteit op verschillende niveaus mogelijk. In situaties waar dergelijke omstandigheden op de locatie niet bestaan, kan het wenselijk zijn om met intervallen testgaten te boren om gegevens over de kwaliteit van gesteente te verzamelen.

De kwaliteit en eigenschappen van de te winnen steen zijn afhankelijk van het gebruik. De chemische samenstelling van het gesteente is bijvoorbeeld een belangrijke overweging om te worden gebruikt als ovenflux, in kalk of cement. De fysieke eigenschappen zijn belangrijker wanneer de stenen bedoeld zijn om bouwstenen te maken of stenen te dimensioneren dan chemische eigenschappen. (Maatstenen verwijzen naar stenen die nodig zijn in de vorm van blokken van gespecificeerde vormen en afmetingen).

Quarrying-methoden zijn afhankelijk van geologische kenmerken. Er zijn drie belangrijke methoden om te delven, namelijk. Plug en veer methode. Explosie- of explosiemethode en Channeling door machines.

De plug- en doezelenmethode bij het vastzetten en snijden wordt uitgevoerd in zandsteen uit de steengroeve. De explosieve of explosiemethode wordt gebruikt voor steengroeven. De methode is om te boren, met explosieven te blazen en het materiaal af te graven. De methode van kanaliseren door machines wordt gebruikt voor het ontginnen van kalksteen.

2. Watervoorziening:

De bronnen van watervoorziening zijn (i) oppervlaktewater van rivieren en opslagreservoirs (ii) ondergrondse wateren van putten, diepe boringen en geboorde putten. Wanneer regen op het land valt, wordt het gedeeltelijk verspreid door van het oppervlak weg te lopen en gedeeltelijk door percolatie in de grond. In vochtig gematigd laag land wordt geschat dat een derde van de verzamelde regenval het aflopen vormt, een derde zinkt in de grond en het evenwicht verdwijnt door verdamping.

Bronnen van grondwater:

Bodemwater is afgeleid van een aantal bronnen. Deels is ondergronds water een directe bijdrage van magmatische of vulkanische activiteit. In het proces van kristallisatie wordt water uitgesloten dat zich verplaatst naar de aangrenzende rots om deel uit te maken van de ondergrondse toevoer. Dergelijk water dat is uitgesloten bij de kristallisatie van stollingsgesteenten, wordt juveniel water of magmatisch water genoemd. (Veel ertsafzettingen en minerale aderen zijn gemaakt door juveniel water).

Onder de zeeën houden de afgezette sedimenten wat water in de tussenruimten. Nadat sommige ondoordringbare sedimenten zijn afgezet, kan een deel van dit water in de sedimenten worden opgesloten en vastgehouden totdat het wordt afgetapt. Water dat zo gevangen zit in sedimenten ten tijde van hun afzetting wordt connotatiewater genoemd. Zout water dat lokaal wordt aangetroffen in sommige bronnen in het binnenland is vergankelijk water.

De belangrijkste bron van ondergronds water is een deel van de neerslag die in de grond zakt. Dit grootste deel van het grondwater wordt meteorisch water genoemd.

Watervoorzieningen uit oppervlaktebronnen zijn niet alleen water dat lokaal wordt verkregen uit rivieren en meren, maar ook uit in beslag genomen reservoirs die zich meestal op enige afstand van het te bevoorraden gebied bevinden. Dus, een stad die in de buurt van een grote rivier ligt, maakt vaak gebruik van het water uit die bron. Het water wordt gefilterd en indien nodig chemisch en bacteriologisch gezuiverd voordat het wordt gebruikt.

De bronnen van de rivier kunnen gemakkelijk toegankelijk zijn en vaak minder kostbaar om te verkrijgen dan boorputten die een duur boorprogramma kunnen inhouden. Integendeel, de kosten voor het zuiveren van het rivierwater voordat het voor rekening van het publiek wordt gebracht, zijn groter dan de kosten voor de behandeling van bronwater.

Meren en rivieren waren toevallig de gemakkelijkste plaats van waaruit water kon worden verkregen. Maar zelfs in de vroegste beschaving is het algemeen bekend dat er wel degelijk behoefte bestond om putten te boren om water uit de grond te halen. Poriënruimten van rotsen bevatten water. In niet gecementeerde zandstenen vormen de poriën 20 tot 25 procent van de rots.

In schalies kan de porositeit nog hoger zijn. Het is echter mogelijk om alleen water te verkrijgen uit dergelijke rotsen die naast porositeit een aanzienlijke permeabiliteit bezitten. Deze reservoirrotsen worden watervoerende lagen genoemd. Aquifers bestaan ​​meestal uit zandsteen. Sommige kalkstenen en andere rotsen bevatten ook water in breuken in hen. Bewegingssnelheden van water zijn waarschijnlijk hoog langs breukstreek en gewrichtszones.

3. Watertafel:

De grondwaterspiegel is een van de belangrijkste kenmerken van de studie van grondwater. De grondwaterspiegel is het niveau waaronder de grond volledig is verzadigd met water en waarboven de poriënruimten van de rotsen wat water en ook lucht bevatten. Het waterpeil stijgt onder heuvels en valt naar meren en beekjes.

Fig. 18.1 Toont de typische relatie tussen de grondwaterspiegel en de topografie. Het waterpeil ligt duidelijk op het niveau van rivieren en meren aan hun randen. De diepte van het grondoppervlak tot de grondwaterspiegel is sterk afhankelijk van het type gesteente en het klimaat. In vochtige gebieden kan een verzadigde grond een paar meter diepte onder het oppervlak worden bereikt.

De watertafel in moerassen ligt op of iets boven het landoppervlak. In tegenstelling tot woestijnen kan de grondwaterspiegel honderden meters onder het maaiveld liggen. Over het algemeen raken alle stenen onder de waterspiegel verzadigd met water totdat een niveau naar beneden wordt bereikt waarbij de hoge druk als gevolg van het gewicht van de overbelasting de porieruimte bijna tot nul verlaagt. Er zijn enkele gevallen van ondoordringbare lagen die wat water op een diepte hoger kunnen houden dan de normale grondwaterspiegel van het gebied.

Er kunnen zich situaties voordoen waarin ondoordringbare lagen water op een hoger niveau kunnen houden dan het niveau van de normale grondwaterspiegel. In dergelijke gevallen, zoals getoond in Fig. 18.2, is het duidelijk dat het bovenste waterlichaam kan worden gepenetreerd door een put te boren, terwijl de onderliggende grond vrijwel droog kan zijn.

De condities van de watertafel kunnen over veel gebieden variëren als gevolg van afwisseling van permeabele en ondoordringbare lagen, vouwlijnen en breuklijnen. Ondoordringbare lagen kunnen de stroming van ondergronds water belemmeren en de waterdragende horizonten isoleren met als gevolg dat elke groep van permeabele lagen een eigen onafhankelijke grondwatertafel kan hebben. Uit gewassen van dergelijke lagen zijn in het algemeen verantwoordelijk voor lijnen van intermitterende veren langs een heuvelzijde zoals in Fig. 18.3.

4. Artesian Wells:

Op bepaalde plaatsen wordt grondwater in een doorlaatbare zone gehouden door ondoordringbare rotsen aan twee zijden. Het zo gehouden water is opgesloten water en de doorlaatbare zone wordt een watervoerende laag genoemd. Dit begrensde water staat meestal onder druk en zal dus stijgen in een put die erop tikt. Dergelijk opgesloten water onder druk wordt artesisch water genoemd. Een put waarin het water boven het aangrenzende grondwaterniveau uitkomt, wordt een artesische put genoemd.

De volgende voorwaarden zijn nodig voor artesische stroming:

(i) Een doorlatende zone of bed dat wil zeggen een watervoerende laag.

(ii) Relatief ondoordringbare rotsen boven en onder om het water in de watervoerende laag te beperken.

(iii) Adequate onderdompeling van de watervoerende laag om een ​​hydraulische gradiënt te verschaffen.

(iv) Een inlaatgebied zodanig dat de watervoerende laag kan worden gevuld met water.

Deze voorwaarden worden getoond in Fig. 18.4. De ondoordringbare rotslaag boven en onder de watervoerende laag is nodig om te verzekeren tegen verlies van het hoofd. De helling van de bedden verschaft een hydraulische gradiënt die zich uitstrekt vanaf het niveau van verzadiging langs de helling van de constructie tot aan de constructie voortgaat. Artesische wateren worden het meest aangetroffen in doorlatende zandsteenlagen bedekt door ondoordringbare leien of andere soorten in een sedimentaire gesteenteserie.

Wanneer water continu uit een put wordt gepompt, is de snelheid van de afvoer door de rotsen meestal veel minder dan de snelheid van het pompen en de stroming door de rotsen zal onvoldoende zijn om de oorspronkelijke kop te behouden en bijgevolg wordt de grondwaterspiegel rond de put geduwd die leidt tot een gedeprimeerde conische watertafel genaamd kegel van depressie of kegel van uitputting. Een diepe put waaruit een grote afvoersnelheid wordt gepompt, kan ertoe leiden dat naburige kleinere putten die zich binnen het bereik van de kegel van depressie bevinden, in een toestand van uitputting zijn.

Grondwater in kustgebieden en -eilanden:

De aanwezigheid van zoet grondwater in kustregio's en eilanden is een kwestie van interesse. De lagen in dergelijke gebieden zijn doorlatend, meestal bestaande uit zand, leem, koralen, kalksteen enz. Als er regen valt, infiltreert het regenwater door deze lagen en wordt het verse grondwater.

Het zoute water van de zee sijpelt echter in de substraten en drijft het zoete water omhoog om het erover te laten drijven, omdat zeewater dichter is dan zoet water. (Opgemerkt kan worden dat een kolom zout water van 12 m een ​​kolom vers water van 12, 3 m in evenwicht brengt). In figuur 18.6 wordt het zoetwater Colum H in evenwicht gebracht door de hoogte h van zout water. Als de hoogte van de zoetwatertafel boven de zeespiegel t is.

dan, H = h + t = Sh

waarin S = soortelijk gewicht van zout water.

(S - 1) h = t

H = t / S - 1

Grondwatervoorkomen in India:

De vlakten van de Indus en de Ganges zijn enorme reservoirs met zoet water, die de bronnen bevoorraden. In de heuvelachtige gebieden zijn er bronnen waar doorlatende en ondoordringbare rotsen zijn ingesloten en geneigd of gevouwen. Ze worden gevormd waar rotsen worden doorsneden door gewrichten, fissuren en fouten.

Vesiculaire basaltmaterialen vormen goede watervoerende lagen in de Deccan-valvormingen van Maharashtra en Madhya Pradesh die goed water opleveren. Gujarat, South Arcot in de districten Tamil Nadu, Pondicherry en East And West Godavari in Andhra Pradesh bevatten artesische bronnen.

In de districten Tanjore, Madurai en Trunelveli van Tamil Nadu is de ondergrond klei of zachte steen die een behoorlijke hoeveelheid goed water oplevert. In de westkustgebieden, zoals Kerala en Karnataka, is het substraat lateriet en levert het meestal een goede hoeveelheid grondwater op. Thermische en minerale bronnen zijn aanwezig in verschillende delen van India - Mumbai, Punjab, Bihar, Assam, uitlopers van de Himalaya en Kashmir.

5. Dam-sites en reservoirs:

Onderscheiden van riviervoorraden, verstrekken de oppervlaktemiddelen van het hoogland water voor steden, wordt het water opgeslagen in in beslag nemen reservoirs en overgebracht naar de steden door pijpleiding en aquaduct. Dammen zijn ook voor het opvangen van water voor de opwekking van waterkracht, samen met tunnels voor het transporteren van water.

Waar de afvloeiing op deze manier wordt gebruikt (die zich onderscheidt van de percolatiefractie van de regenval) en het water in beslag wordt genomen, zijn er veel geologische factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij de keuze van de locatie voor zowel het reservoir als de dam. Het reservoir moet een maximale waterretentie hebben en de dam moet veilig worden gefundeerd.

Geologisch advies is nu een gezochte dag voor de meeste grote civieltechnische bedrijven en is over het algemeen essentieel wanneer een site van elke grootte voor een reservoir moet worden geselecteerd.

Wanneer de geologische omstandigheden worden bestudeerd en als bevredigend worden bevonden, kan deze door de ingenieur worden behandeld, maar de ingenieur moet voldoende kennis van de geologie hebben om de waarschijnlijke problemen te herkennen die mogelijk moeten worden ondervonden en wanneer een deskundig advies nodig is.

Voordat de werken worden gestart, moet een diepgaand geologisch onderzoek worden uitgevoerd en moeten alle waarnemingen tijdens de voortgang worden voortgezet, omdat aanvullende informatie beschikbaar kan komen en geologische voorspellingen nodig kunnen zijn om het graafprogramma te begeleiden naarmate de bouw voortschrijdt.

Men moet zich realiseren dat het falen van een grote dam leidt tot een wijdverbreide ramp stroomafwaarts, een ramp met behoorlijke en levens van honderden. De ingenieurs en hun personeel hebben daarom een ​​buitengewone verantwoordelijkheid. De geologische problemen op sommige locaties kunnen onverwacht ontstaan ​​en ze kunnen complex zijn en hooggekwalificeerde professionele analyses vereisen.

Het is misschien niet misplaatst om te vermelden dat het waar is dat veel damfouten optreden niet als gevolg van een foutief ontwerp van de constructie zelf, maar vanwege dergelijke geologische omstandigheden die vooraf niet adequaat werden begrepen. Als de ernst van het doorsijpelen van de grond onopgemerkt gebleven was en de dam op hoge kosten is gebouwd, kan de dam zelfs sterk en stevig blijven, maar zonder het waterniveau stroomopwaarts te laten stijgen, waardoor het doel van de dam wordt verslagen.

De auteur is in de verleiding om de volgende meest ontroerende woorden van de grote geoloog te citeren. Berkey in zijn paper Verantwoordelijkheden van de geologen in Engineering-projecten.

Dammen moeten blijven staan. Niet allemaal, en er zijn alle graden van onzekerheid over hen. Reservoirs moeten water bevatten. Niet allemaal, en er zijn veel manieren waarop water verloren kan gaan.

Het werk moet veilig worden uitgevoerd als een bouwopdracht. Niet allemaal, er bestaan ​​veel bronnen van gevaar.

De hele structuur moet permanent zijn en het werk heeft het recht om gedaan te worden binnen de oorspronkelijke schatting. Niet allemaal, en er zijn veel redenen voor hun falen of buitensporige kosten, de meeste van hen geologisch of van geologische afhankelijkheid.

Typen en doeleinden van dammen:

Dammen zijn geconstrueerd om te fungeren als barrières voor inklemmend water, bedoeld voor verschillende doeleinden. De belangrijkste toepassingen zijn het bieden van stroomregulering en opslag voor gemeenschaps- of industriële watervoorziening, stroomvoorziening, irrigatie, hoogwaterbeheersing, regeling van stroomafzetting enz.

De belangrijkste klassen van dammen zijn aarde- of rotsvul- en metselwerkdammen. Selectie van het type aarde of steenvulling is gebaseerd op de fundering, bronnen van materiaal en natuurlijk op de economie van het project. In situaties waar het onderliggende materiaal te zwak is om een ​​metselwerkdam te ondersteunen en sterke rotsen alleen op zeer grote dieptes bestaan, worden aarde- of rotsgevulde dammen gebruikt.

Waar ondoordringbare rots op de locatie aanwezig is op kleine diepten die sterk genoeg zijn om een ​​metselwerkstructuur te ondersteunen, kan ofwel een metselwerkdam of aarddam worden gebouwd. De keuze zou het resultaat zijn van economische analyse.

Aardingsdammen kunnen homogeen ondoordringbaar zijn of zijn voorzien van ondoordringbare kernen en facings. De gebruikelijke soorten betonnen dammen zijn zwaartekracht, boog en steunberen. Aarde- en metselwerkdammen vereisen economische bronnen van het benodigde materiaal dat nodig is voor de constructie.

6. Tunnels:

Misschien zijn in geen andere technische projecten de haalbaarheid, de planning, de kostprijsberekening, het ontwerp, de gebruikte technieken en het risico op ernstige ongevallen tijdens de bouw zo afhankelijk van de geologie van de locatie als bij het tunnelen.

Hoewel de zone waarin een tunnel wordt gebouwd, wordt bepaald door het doel ervan, wordt de beslissing om een ​​brug te tunnelen (in plaats van te zeggen een brug te bouwen) beïnvloed door de relatieve geologische problemen. De exacte tunnellijn kan worden bepaald door een keuze uit gunstige of moeilijke lokale geologische omstandigheden.

Het relatieve gemak van de winning van de rotsen en de stabiliteit van de rots en het gezicht zijn de belangrijkste factoren in de snelheid van de voortgang en het bepalen van de kosten en ook in het vinden of een steenboormachine kan worden gebruikt en of de grond een ondersteuning nodig heeft en of het is noodzakelijk om perslucht te gebruiken.

Als bijvoorbeeld een begraven kanaal of een diepe schuur in gevuld met verzadigd zand en grind onverwacht werd overwonnen, zou de resulterende waterstroom naar de tunnel leiden tot een ernstig ongeluk.

In een tunnelproject moeten de volgende geologische factoren worden beschouwd:

(a) Het gemak van de winning van rotsen en bodems.

(b) De sterkte van de rotsen en de noodzaak om ze te ondersteunen.

(c) Hoeveel rotsmassa is onbedoeld uitgegraven buiten de geplande omtrek van de tunnelomtrek (dwz over de breuk) waar explosieven worden gebruikt.

(d) Condities van grondwater aanwezig en moeten worden afgevoerd.

(e) De mogelijke hoge temperatuur die heerst in zeer lange tunnels en de daaruit voortvloeiende behoefte aan ventilatie.

De mate van de mate van verandering in de bovenstaande omstandigheden langs de tunnellijn is belangrijk bij de planning en ook de kosten. De verandering houdt verband met de structuur die bepaalt welk gesteente in een bepaald segment van de tunnel aanwezig is en hoe de gesteentelagen en andere anisotrope eigenschappen ten opzichte van het tunnelvlak zijn georiënteerd, en hoeveel verzwakt door breuken.

Voor het uitgraven van een tunnel zijn de ideale geologische omstandigheden de volgende:

(a) Eén type gesteente is aangetroffen.

(b) Foutzones en intrusies zijn afwezig.

(c) Er zijn geen speciale ondersteuningsarrangementen nodig in de buurt van gezicht.

(d) De rotsen zijn ondoordringbaar.

Onder uniforme geologische omstandigheden kan er een uniforme voortgang zijn zonder tijdrovende noodzaak voor veranderingen van technieken en ingewikkelde kwetsbare arrangementen. Het vermogen van het gesteente om uit te staan ​​en de kostenfactor zijn belangrijke overwegingen.

De constructie wordt in de volgende situaties erg duur gemaakt:

(a) Er wordt een grote hoeveelheid water gehaald.

(b) Wegens extreme steentemperaturen is de plaats ongeschikt voor werknemers.

(c) De rots is geladen met schadelijke gassen.

Tunnels in losse bodem:

In gevallen waarin een tunnel op ondiepe diepten (bijvoorbeeld op een diepte van ongeveer 15 m) wordt gereden, bestaat het gevaar van instorten van het dak en instorting van de zijkanten als gevolg van radiale druk. Het is dus noodzakelijk om voorzorgsmaatregelen te nemen tijdens de operatie en voering.

Wanneer een tunnel op grote diepte wordt aangedreven (bijvoorbeeld op een diepte van 30 tot 60 m), kan het geconsolideerde materiaal goed blijven staan, tenzij het zwaar doorweekt is met water. In dit geval zal de druk op het dak en de zijkanten minder zijn en is er minder kans dat de rots van de bovenkant en zijkanten valt. De tunnel moet echter overal worden afgeboord.

Tunnels in rotsen van Igneous:

In dit geval bestaan ​​hoge rotstemperaturen. Hoe dieper de tunnel, hoe hoger de temperatuur. De hoge temperatuur kan worden overwonnen door water te geven of door koude ontploffing te bieden. Het is onwaarschijnlijk dat in dit geval bronwater wordt aangetroffen. Er is misschien geen behoefte aan vakwerk behalve in enkele gevallen. Voering kan worden vermeden.

Tunnels in afzettingsgesteenten:

In deze gevallen kan worden voldaan aan zware veren. Het is daarom noodzakelijk om voering te bieden. Soms worden koolstofhoudende gassen aangetroffen en deze worden overwonnen door waterstralen.

Tunnels in metamorf gesteente:

De voortgang van het tunnelen hangt af van de aard van de rotsen en hun eigenschappen zoals hardheid, cohesie. Opgraven voor een tunnel is vrij gemakkelijk in geconsolideerde rotsen zoals stollingsgesteenten en metamorfe gesteenten. Ex: graniet, kalksteen, marmer.

In het geval van gelaagde sedimentaire gesteenten moet het tunnelsysteem langs de staking van bedden rijden, zodat dezelfde bedden in de voortgangsrichting zullen worden bereikt en de werkomstandigheden hetzelfde zullen zijn. In sedimentaire formaties kan het hoofdgedeelte van de tunnel zich bevinden in leisteen en mergel, omdat het snijproces gemakkelijk zal zijn.

Verder zal de bovenste zandsteen dienen als een goed dak, terwijl de onderste harde kalksteen kan dienen als een goede vloer. Een tunnel in zandsteen in gekantelde lagen is gevaarlijk. Onder droge omstandigheden is er mogelijk geen gevaarlijke toestand, maar als het water percolaat wordt de toestand gevaarlijk (Fig. 18.17).

In gelaagde rotsen van dunnere vellen worden een of meer bedden blootgesteld aan de tunnel en kan water zijn weg vinden. Er zijn bewegingskansen langs de bedvlakken en het is mogelijk dat de hele lengte van de tunnel wordt onderworpen aan afschuiving.

Waar de bedden steil hellend zijn, moeten we voorkomen dat de tunnel in zandsteen wordt geplaatst. Bovendien is het niet raadzaam om de tunnel tussen zandsteen en leisteen te plaatsen, omdat de zandsteen de kans krijgt om tegen de schalie te glijden en de tunnel te blokkeren.

Tunnels in schuine lagen:

In dit geval als de tunnel over de staking van een gekantelde laag wordt gereden, wordt waarschijnlijk meestal aan water voldaan. Het risico bestaat dat één bed wegglijdt ten opzichte van het aangrenzende bed eronder.

Tunnels over de anticlinale vouw:

In dit geval is er een dakangst onder de boog van de vouw recht boven de tunnel.

Tunnels over synclinale vouw:

In dit geval zullen er ernstige problemen zijn van water onder artesische omstandigheden in de poreuze bedden van de sectie.

Methoden van uitgraving:

Wanneer een tunnel geconstrueerd moet worden door niet-samenhangende grond of zwakke (zachte) rotsen, is het grootste probleem om de grond te ondersteunen in plaats van uit te graven. Gewoonlijk wordt de uitgraving uitgevoerd met behulp van een soft-ground tunnelingmachine voorzien van een roteerbare snijkop. Dit kan een volledig roterend borstsysteem hebben dat contact maakt met de grond wanneer de snijkop vooruit gaat.

Kleine plakjes grond worden door sleuven in de snijkop geleid. Het werkvlak wordt ondersteund door gecomprimeerd fluïdum dat kan bestaan ​​uit samengeperste lucht in de tunnel of waar een complexe machine wordt gebruikt, beperkt tot het vlak van het gezicht door een drukschot.

De eerdere methode om perslucht in de tunnel zelf te hebben, houdt het risico in van handicaps voor werknemers en vereist onproductieve tijd aan het einde van elke shift op decompressie.

In de latere succesvolle ontwikkelingen wordt een slurry van modder en water met toegevoegde thixotrope klei gebruikt aan het gezicht in plaats van lucht. De klei is bestand tegen afzetting in de suspensie en heeft de neiging een afdichtkoek op het oppervlak te vormen. Terwijl de machine zijn weg naar voren vindt, worden er achteraan steunen geïnstalleerd.

De belangrijkste factor die de snelheid van de voortgang en de kosten bij het construeren van de tunnel in sterke (harde) stenen bepaalt, is meestal het relatieve gemak van uitgraven. In de traditionele methode worden opeenvolgende delen van de tunnel gestraald door een patroon van gaten in de rots te boren en ze op te laden met explosieven en te vuren.

De noodzaak voor elke ondersteuning en het type ondersteuning dat wordt geboden, is afhankelijk van de relatieve stabiliteit van het dak en ook van de wanden van de tunnel. Op grote afstand geplaatste rotsbouten en draadgaas kunnen worden gebruikt voor kleine losse fragmenten, terwijl dicht op elkaar liggende ringbalken kunnen worden gebruikt waar het risico van rotsval bestaat.

In recente tijden wordt het gebruik van explosieven geleidelijk vervangen door steenboormachines voor bepaalde soorten grote tunnelprojecten. Machines die zijn uitgerust met speciale snijders die dicht bij elkaar geplaatste wolfraamcarbide inzetstukken bevatten, kunnen rotsen met een druksterkte van meer dan 300 MN / m 2 aan .

Moeilijkheden die voortkomen uit plaatselijke geologische omstandigheden:

Bij het omgaan met tunnels met zachte rotsen kunnen heterogene rotsen of variabele omstandigheden die zich aan de tunnelwand bevinden, ernstige problemen opleveren en de kosten verhogen. Als een keileem of een andere bodem met grote kiezels wordt ontmoet met een bijna bijna onmogelijk probleem kan worden geconfronteerd wanneer machines met mestmachines in bedrijf zijn.

Harde-rots rollende kotters zijn effectief voor harde keien maar kunnen niet van nut zijn in zachte bodems. Er moet worden geanticipeerd op de sterktenvariatie van de grond langs de tunnellijn, zodat geschikte steun kan worden gebruikt wanneer de tunnel wordt afgegraven. Onvermogen om dit te doen kan leiden tot over opgravingen.

Afgezien van de voor de hand liggende variaties in sterkte tussen grondsoorten (bijvoorbeeld tussen niet-cohesief zand en gedeeltelijk geconsolideerde klei), kan variatie met betrekking tot porositeit en verzadiging aanzienlijke verschillen veroorzaken. Een kleine variatie in het watergehalte kan een anders stabiele bodem veranderen in een loopvlak. Bodems met onstabiele sites kunnen worden geconsolideerd door er chemicaliën of cement in te injecteren of door ze te bevriezen.

Bij het tunnelen door harde rotsen hangt de relatieve moeilijkheid van het uitgraven van bepaalde rotsen deels af van de vraag of er explosieven worden gebruikt of dat een steenboormachine wordt gebruikt. Niettemin delen beide methoden een aantal belangrijke factoren. In beide gevallen is de graafsnelheid omgekeerd evenredig met de breeksterkte van de rotsen en direct gerelateerd aan de hoeveelheid breuk.

In het proces waarbij explosieven worden gebruikt, wordt de relatie tot sterkte gecompliceerd door de manier waarop sommige zwakke niet-brosse rotsen zoals mica-schist reageren op ontploffing en niet goed trekken voor een gegeven lading en door de veel grotere rol die breken speelt.

Fracturen dienen niet alleen als paden voor het uitzetten van gassen uit de explosie, maar ook als vlakken van zwakte waarlangs de rots zal scheiden. Bij het tunnelen is het gemak van het boren van schietgaten afhankelijk van de hardheid en het abrasiviteit van de rotswand en ook van de variatie van de hardheid erin. De boor kan de neiging hebben om afgebogen te worden op een scherpe grens tussen harde en zachte toestanden.

De meest waarschijnlijke harde mineralen die waarschijnlijk problemen geven zijn de variëteiten van silica zoals kwarts, vuursteen of hoornkiezel die kunnen voorkomen als aderen of nodulaire concreties. Schalies die ijzerknolletjes bevatten, kunnen ook problemen geven als een ongemakkelijk mengsel. Relatief harde mineralen en sterke stenen worden vaak gevormd door thermisch metamorfisme.

Een zwakke en zachte kalkhoudende leisteen kan veranderen in een sterke harde calchornfels. Dit is een belangrijke geologische factor gebleken in sommige hydro-elektrische projecten waarbij het reservoir zich op een hoge grond bevindt die overeenkomt met een uitkomst van grote inbraak door graniet.

Tunneling binnen de thermische zone wordt steeds moeilijker naarmate het graniet dichterbij komt. Overmatige winning van gesteentemateriaal ten gevolge van zwaktebereiken kan leiden tot een te lange onderbreking en ook tot het vallen van rotsen van het dak.

Een bepaald percentage van overtollige uitgraving ten opzichte van dat wat overeenkomt met de perfecte sectie wordt meestal gedekt door het contract. De uitval die optreedt tijdens het uitgraven hangt af van de intensiteit van de verbinding en de aanwezigheid van andere vlakken van zwakte zoals beddingvlakken, schistositeit. Over het algemeen geven goed gestapelde rotsen met breuken een uitbraak terwijl massieve uniforme rots die op de juiste manier is gestraald, een schoon gedeelte zal geven.

Overmatige uitbraak en het risico van stenen vallen vanaf het dak zijn aansprakelijk in de volgende situaties:

(a) Op foutzones, vooral als losjes gecementeerde breccias.

(b) Op dijken smaller dan de tunnel die verbindingen hebben ontwikkeld.

(c) Op synclinale assen waar spanningsvoegen bestaan.

(d) Op lagen van losjes samengedrukte fragmentarische gesteenten.

(e) waar dunne lagen sterke en zwakke gesteenten aanwezig zijn (laten we zeggen veranderingen van kalksteen en leisteen) op dakniveau of bij staking langs de tunnel en hebben een steile helling.

Sijp in een tunnel:

De mate van doorsijpeling in een tunnel door doorlatende rotsen en gewrichten is een belangrijke factor die de aandacht verdient. Dit moet worden beoordeeld aan de hand van kennis van grondwatercondities, bulkdoorlatendheid van gesteenten en de geologische structuur.

Graniet, gneis, schist en dergelijke kristallijne gesteenten zijn bijvoorbeeld typisch droog, behalve mogelijke stroming langs voegen en breuken en misschien aan de randen van eventuele dijken die deze doorsnijden.

In het geval van doorlatende gesteenten zal de stroom van grondwater in de tunnel waarschijnlijk toenemen in de foutzone en op synclinale assen. Spleten gevuld met water, vooral in kalksteen, vormen een ernstig gevaar. Hier moet voor worden gezorgd door voor het werkvlak te sonderen met kleine horizontale boorgaten.