Tillämpningar av geologi i konstruktionsteknik

Denna artikel lyfter fram de bästa sex tillämpningarna av geologi i konstruktion.

1. Byggstenar:

Det finns olika typer av stenar som måste klädas och bearbetas för att de ska kunna användas för konstruktion. Vissa geologiska och fysiska egenskaper måste vara uppfyllda för en bra byggsten. Hållbarhet, enkel transport och ett tilltalande utseende förutom att det är lätt att bryta processen är några av de viktiga egenskaperna som krävs för att bygga stenar.

Det är nödvändigt att veta byggnadsstenens mineralsammansättning för att bestämma dess lämplighet och hållbarhet. Vissa mineraler som chert, pyrit, hög glimmer innehåll är skadliga och skadliga och stenar som innehåller dem ska undvikas. Närvaron av mineraler såsom pyrit som oxiderar lätt att producera otäcka fläckar gör stenar oönskvärda. Grovkorniga stenar är svagare än finkorniga bergarter.

För att en sten ska vara hållbar måste den behålla sin ursprungliga storlek, styrka och utseende under mycket långa perioder. Dessa är endast möjliga när stenarna har förmåga att motstå väderande verkan av atmosfären och regnen. Andra egenskaper för byggnadsarbeten och andra egenskaper för bra byggstenar är krosshållfasthet, brandmotstånd, absorption etc.

De allmänt använda stenarna för byggnader och andra konstruktioner är granit och andra släktstensade stenar och kalksten, marmor, skiffer, sandsten. Bland de ihåliga och igneösa metamorfa bergarterna är de allmänt använda klipporna graniter och gneisser.

Graniter, på grund av sin granulära konsistens, används mestadels färg och gynnsamma egenskaper som hög tryckhållfasthet och låg absorption. Graniter kan enkelt brytas eftersom de har vissa väl utvecklade leder och avdelningsplan. För vägmetall basalter och doleriter är lämpliga. Dessa är dock vanligtvis inte föredragna för byggnadsverk eftersom de är antingen mörka eller tråkiga i färg.

Sandstenar och kvartsiter förekommer rikligt och används för byggnadsarbete. Kvartsiter på grund av att extrem hårdhet gör det svårt att arbeta och kanske inte föredras i murverk. Kalksten som lätt bryts, används huvudsakligen för byggnadsverk. De är lätta och tillgängliga i behagliga färger. Marmor används oftast för dekorativt arbete i byggnader.

Skiffer som är en metamorf sten kan jämnt fördelas i tunna skikt och används för takläggning och beläggning i byggnader. Laterit används en hållbar sten som byggsten. Den används också som vägmetall speciellt i tropiska länder som Indien. Med den stora användningen av cementbetong i byggnader och andra konstruktioner krossas stenar till små aggregat och används för att göra cementbetong.

För aggregat för tillverkning av betonggraniter används oftast kvartsiter och basalt. I dag står byggnader betong- och betongväggar ibland mot stenar för att presentera ett attraktivt utseende och även att fungera som skyddande skikt mot regnvatten och atmosfäriska gaser.

Naturstenar presenterar storhet och skönhet i byggnader. Förutom dessa är underhåll och underhåll av stenstrukturer inte svårt och följaktligen graniter och kalksten används ofta som motstående stenar.

Indias byggstenar:

De flesta templen och offentliga byggnader i södra Indien byggdes av graniter och gneisser som finns i de äldsta arkeiska stenarna i Indien. En mängd granit som kallas charnockit är en utmärkt byggsten som används vid konstruktionen av de sju pagoderna vid Mahabalipuram nära Chennai. Vindhyan sandstenar och sandstenar i andra äldre formationer används mycket som bra byggstenar i Indien.

Vindhyan sandstenar användes i konstruktioner av stora strukturer som Saranats buddhistiska Stupas, Barhut, Sanchi, Kejsarens Akbares stad Fatehpur Sikri nära Agra och de berömda Mughal-byggnaderna i Agra och Delhi, Loksabha-byggnaderna, Rashtrapati Bhavan och administrativa kontorsbyggnader av indiens regering i New Delhi. Vindhyan sandstenar används för golv, takläggning, telegramspolar, fönsterbrädor etc.

Athgarhandstenarna i övre Gondwana-bergarterna i Orissa är en mängd bra skönhet och hållbarhet. Dessa sandstenar användes i konstruktionerna av de berömda templen Puri-Jagannath, Bhubaneswar, Konark och de buddhistiska grottorna vid Kandagiri och Udayagiri. Tirupathis sandstenar i Andhra Pradesh och Sathyavedu sandstenar i Tamil Nadu används i byggnader och dessa sandstenar är också erhållna från Gowanda-formationerna.

Kalksten finns på många ställen i Indien. Dessa tjänar som utmärkta byggnads- och prydnadsstenar. Den prestigefyllda Taj Mahal byggdes av Makrana-marmor av Archaen Dharwars. Kalksten av god kvalitet finns i Guntur och Kurnool distrikt i Andhra Pradesh.

De kända cadappablattorna som används som stenläggningsstenar, bordsskivor, stegen och staketstenar är från kalkstenen som grävts i Andhra Pradesh nära Yerraguntha (Cadappa distriktet) och Betamcherla (Kurnool distriktet). De tar en bra polsk och kan delas upp i plattor 12 mm eller mer i tjocklek upp till 1, 25 m i storlek.

Maharashtra, Madhya Pradesh, Malabars västkust och andra platser är kända för förekomst av god kvalitet laterite. Det är en hållbar byggsten. Det ger sig att klippa i block när de nyss bryts. Det blir härdat vid exponeringar mot luften. På grund av den stora förekomsten används den också som vägmetall.

Slates är grenade nära Dharmsala i Kangra distriktet, Kund i Gurgaon distriktet, Monghyr i Bihar och Markapur på gränsen Nellore-Kurnool.

Stenbrott:

Två olika typer av stenbrytning följs. I en typ av stenbrott är föremålet att erhålla stenar i form av stora och obrutna block. I den andra typen är målet att få grova oregelbundna former av stenar avsedda för betongaggregat, vägmetall och olika tillverkningsprocesser.

Metoderna för stenbrytning beror på strukturen, klyvningen, hårdheten, kompositionen och andra fysikaliska egenskaper samt placeringen och karaktären hos insättningen.

En grundprincip i stenbrott är att stenbrottets arbetsyta ska vara så planerat att den separerade stenen ska glida fri och glida fram mest på grund av sin egen vikt. Det kan inte vara motiverat att starta utvecklingsarbetet för en insättning innan vi är säkra på tillgången till sten i önskad kvalitet och i riklig mängd som är värdig att utnyttjas lönsamt.

Som eskarp eller klippa längs en gulley eller ström kan tjäna som en värdefull indikator för att förstå tvärsnittet på olika nivåer och det tillåter också tester för kvalitet på olika nivåer. I situationer där sådana förhållanden inte existerar på platsen kan det vara önskvärt att borra testhål med intervaller för att samla data om bergets kvalitet.

Kvaliteten och egenskaperna hos berget som bryts beror på dess utnyttjande. Till exempel är bergets kemiska sammansättning ett viktigt övervägande att användas som ugnsflöde, i kalk eller cement. De fysikaliska egenskaperna är viktigare där bergarterna är avsedda att bygga stenar eller dimensionera stenar än kemiska egenskaper. (Dimensionsstenar avser stenmassor som krävs i form av block med specificerade former och storlekar).

Gruvmetoder beror på geologiska egenskaper. Det finns tre viktiga metoder för stenbrott, nämligen. Plug and feather-metod. Explosiv eller sprängningsmetod och kanalisering av maskiner.

Plugg- och fjädermetoden vid kuggning och skärning görs i stenbrästen. Spräng- eller sprängmetoden används för krossning av krossad sten. Metoden är att borra, spränga med sprängämnen och gräva materialet. Metoden för kanalisering genom maskiner används för stenbrott.

2. Vattenförsörjning:

Källorna för vattenförsörjningen är (i) ytvatten från floder och lagringsreservoar (ii) underjordiskt vatten från brunnar, djupa borrningar och artesiska brunnar. När regnet faller på marken sprids det delvis genom att springa av från ytan och delvis genom perkolering i marken. I fuktiga tempererade låga markar uppskattas att en tredjedel av regnet som faller upp, utgör avrinningen, en tredjedel sjunker i marken och balansen förloras genom avdunstning.

Jordvattenkällor:

Subsurface vatten härrör från ett antal källor. Delvis är underjordiskt vatten ett direkt bidrag från magmatisk eller vulkanisk aktivitet. Under kristalliseringsprocessen utesluts vatten som rör sig in i angränsande sten för att bli en del av det underjordiska utbudet. Sådant vatten som utesluts vid kristalliseringen av stumbruna klippor kallas juvenilt vatten eller magmatiskt vatten. (Många malmavfall och mineralvener har gjorts av ungvatten).

Under havsförrådet håller sedimenten deponerade ett visst vatten i mellanrummen. Efter det att några ogenomträngliga sediment har deponerats kan något av detta vatten få fängslade och behållas i sedimenten tills det tappas. Vatten som fångas i sediment vid tidpunkten för deponeringen kallas connate vatten. Saltigt vatten som uppträder lokalt i vissa inre brunnar är connate vatten.

Den huvudsakliga källan till undervattensvatten är en del av nederbörd som sjunker i marken. Denna stora del av grundvattnet kallas meteoriskt vatten.

Vattenförsörjning från ytkällor omfattar inte bara vatten som erhålls lokalt från floder och sjöar utan även från pålagda reservoarer, som i huvudsak ligger på ett avstånd från det område som ska levereras. Således utnyttjar en stad som ligger nära en stor flod ofta vattnet från den källan. Vattnet filtreras och om nödvändigt renas kemiskt och bakteriologiskt innan det används.

Flodkällorna kan vara lättillgängliga och ofta billigare att erhålla än brunnsartiklar som kan innebära ett dyrt borrprogram. Tvärtom är kostnaden för att rena flodvattnet innan det sätts ut till allmänhetens utbud större än kostnaderna för behandling av brunnsvatten.

Sjöar och floder råkade vara det enklaste stället från vilket vatten kunde erhållas. Men även i den tidigaste civilisationen är det välkänt att det fanns ett behov av att borra brunnar för att dra vatten ur tunnelbanan. Pore ​​utrymmen av stenar hålla vatten. I o-cementerade sandstenar bildar porerna 20 till 25 procent av berget.

I skiffer kan porositeten fortfarande vara högre. Det är emellertid möjligt att endast erhålla vatten från sådana stenar som har avsevärd permeabilitet utöver porositeten. Dessa reservoarbergar kallas akviferer. Aquifers består mestadels av sandstenar. Vissa kalkstenar och andra bergarter innehåller också vatten i frakturer i dem. Vattenhastigheten kommer sannolikt att vara högt längs fel och gemensamma zoner.

3. Vattentabell:

Vattentabellen är en av de viktigaste funktionerna i samband med studiet av grundvatten. Vattentabellen är nivån under vilken marken är fullständigt mättad med vatten och över vilka porerna i bergarterna innehåller lite vatten och även luft. Vattentabellen stiger under kullar och faller mot sjöar och strömmar.

Fig. 18.1 Visar det typiska förhållandet mellan vattenbordet och topografi. Vattentabellen kommer uppenbarligen att vara i nivå med floder och sjöar vid sina marginaler. Djupet från markytan till vattentabellen beror mycket på typen av sten och klimatet. I fuktiga områden kan mättad mark nås några meter djup under ytan.

Vattentabellen i träsken ligger vid eller lite ovanför markytan. Tvärtom i öknar kan vattenbordet vara hundratals meter under marknivå. I allmänhet blir alla stenar under vattenbordet mättade med vatten tills en nivå nås nedåt, varvid högtrycket på grund av överbelastningsvikten minskar porutrymmet nästan till noll. Det finns några fall av ogenomträngliga lag som kan hålla lite vatten vid ett djup högre än det vanliga grundvattentabellen i området.

Det kan förekomma vissa situationer där ogenomsläppliga lager kan hålla en vattenkälla på en nivå som är högre än nivån på det vanliga grundvattentabellen. I sådana fall är det som det framgår av Fig. 18.2 uppenbart att vattenkroppens överkropp kan penetreras genom borrning av en brunn medan den underliggande marken kan vara praktiskt taget torr.

Vattentabellförhållandena kan variera över många områden på grund av växling av permeabla och ogenomsläppliga lager, viknings- och fellinjer. Ogenomträngliga skikt kan hindra flödet av underjordiskt vatten och isolera de vattenbärande horisonterna med resultatet att varje grupp av permeabelt skikt kan ha sitt eget oberoende vattenbord. Utgrödor av sådana skikt är generellt ansvariga för linjer av intermittenta fjädrar längs en kullsida som i fig 18.3.

4. Artesian Wells:

På vissa ställen hålls grundvatten i en permeabel zon av ogenomträngliga stenar på två sidor. Vattnet så hållet är begränsat vatten och den permeabla zonen kallas en akvifer. Detta begränsar vattnet är vanligtvis under tryck och kommer därmed att stiga i en brunn som kranar den. Ett sådant begränsat vatten under tryck kallas artesiskt vatten. En brunn där vattnet stiger över den intilliggande grundvattennivån kallas en artesisk brunn.

Följande villkor är nödvändiga för artesiskt flöde:

(i) En genomtränglig zon eller en säng, dvs en akvifer.

(ii) Relativt ogenomträngliga stenar ovanför och under för att begränsa vattnet i akvariet.

(iii) Tillräckligt dopp av akvarifer för att ge en hydraulisk gradient.

(iv) Ett intagsområde så att vattenfarten kan laddas med vatten.

Dessa betingelser visas i figur 18.4. Det ogenomträngliga bergskiktet ovanför och under akvariet behövs för att försäkra sig mot huvudförlust. Längden av sängarna ger en hydraulisk gradient som sträcker sig från mättnadsnivån nedför strukturens dip så långt som strukturen fortsätter. Artesiska vatten finns oftast i permeabla sandstenskikt täckta av ogenomsläppliga skalor eller andra typer i en sedimentär bergserie.

När vatten pumpas kontinuerligt från en brunn är utsläppshastigheten genom klipporna vanligtvis mycket mindre än pumpningshastigheten och flödet genom klipporna är otillräckligt för att upprätthålla det ursprungliga huvudet och följaktligen är vattenbordet nedtryckt runt brunnen som leder till ett deprimerat koniskt vattenbord kallat depressionskon eller uttömningskon. En djup brunn från vilken en stor urladdningshastighet pumpas kan resultera i att närliggande mindre brunnar uppträder inom intervallet av depressionskonstruktion till ett tillstånd av utmattning.

Grundvatten i kustregioner och öar:

Förekomsten av färskt grundvatten i kustregioner och öar är en fråga av intresse. Stratan i sådana områden är permeabel, huvudsakligen bestående av sand, loam, koraller, kalksten etc. När regnet faller infiltrerar regnvattnet genom detta lag och blir det färskt grundvattnet.

Havets saltvatten simmar dock in i substratet och trycker på färskvattnet för att det ska flyta över det, eftersom havsvattnet är tätare än färskvatten. (Det kan noteras att en 12 m kolonn av saltvatten i havet balanserar en 12, 3 m kolonn med färskt vatten). I fig 18.6 balanseras färskvattnet Colum H av saltvattenhöjden h. Om höjden på färskvattenbordet över havet är t.

då H = h + t = Sh

där S = saltviktens specifika gravitation.

(S - 1) h = t

H = t / S - 1

Grundvattenföreteelser i Indien:

Indus och Ganges flodslättar är stora reservoarer av färskvatten som ger brunnarna. I de kuperade områdena finns fjädrar där genomträngliga och ogenomträngliga bergarter är inbäddade och lutade eller vikta. De bildas där stenar trängs genom leder, sprickor och fel.

Vesikulära basalter bildar goda vattenlevande ämnen i Deccan-fällningsformationerna i Maharashtra och Madhya Pradesh vilket ger gott vatten. Gujarat, South Arcot i Tamil Nadu, Pondicherry och östra och västra Godavari distrikten i Andhra Pradesh innehåller artesiska källor.

I Tanjore, Madurai och Trunelveli-distrikten i Tamil Nadu är underjorden lera eller mjuk sten som ger rätt mängd gott vatten. I västkustregionerna, som Kerala och Karnataka, är substratet senareit, vilket ger en stor mängd grundvatten. Termiska och mineraliska källor finns i flera delar av Indien - Mumbai, Punjab, Bihar, Assam, foten av Himalaya och Kashmir.

5. Damplatser och behållare:

Distinkt från flodtillförseln, uppåtriktade ytkällor ger vatten för städer, vattnet lagras i upptagande reservoar och transporteras till städerna genom rörledning och akvedukt. Dammar är också för att dammar vatten för vattenkraftproduktion, tillsammans med tunnlar för att transportera vatten.

Där avrinningen används på detta sätt (som skiljer sig från regnfallets perkoleringsfrakt) och vattnet är skottat, är det många geologiska faktorer som ska beaktas vid valet av platsen för både behållaren och dammen. Reservoaren ska ha maximal vattenhållningseffektivitet och dammen måste vara säkert grundad.

Geologiska råd är nu en dag eftersökt för de flesta stora anläggningsföretag och är vanligtvis avgörande där en plats av vilken storlek som helst för en reservoar måste väljas.

När de geologiska förhållandena studeras och befinns vara tillfredsställande kan den hanteras av ingenjören, men ingenjören ska ha tillräcklig kunskap om geologi för att känna igen de troliga problemen som kan uppstå och när man behöver expertråd.

En grundlig geologisk undersökning bör göras innan arbetena påbörjas och alla observationer bör fortsätta under deras framsteg, eftersom ytterligare information kan bli tillgänglig och geologiska förutsägelser kan behövas för att styra utgrävningsprogrammet när konstruktionen fortskrider.

Det bör inses att misslyckandet av en stor damm resulterar i utbredd katastrof nedströms, en katastrof involverar ordentligt och lever av hundratals. Ingenjörerna och deras personal har därför extraordinärt ansvar. De geologiska problemen på vissa ställen kan uppstå oväntat och de kan vara komplexa med högkvalificerad professionell analys.

Det kan inte vara omöjligt att nämna att det är sant att många dammfel uppträder inte på grund av felaktig konstruktion av själva strukturen utan på grund av sådana geologiska förhållanden som inte i tillräcklig grad förstods på förhand. Om svårighetsgraden av markytan hade gått obemärkt och dammen byggdes med höga utgifter, kan dammen till och med vara stark och stabil men utan att öka vattennivån uppströms och därigenom besegra damens själva syfte.

Författaren är frestad att citera följande mest rörliga ord från den stora geologen. Berkey i hans papper Ansvar för geologerna inom ingenjörsprojekt.

Dammar måste stå. Inte alla gör det, och det finns alla grad av osäkerhet om dem. Behållare måste hålla vatten. Inte alla gör det, och det finns många sätt på vilka vatten kan gå vilse.

Arbetet måste ske säkert som ett byggnadsarbete. Inte alla är, det finns många källor till fara.

Hela strukturen måste vara permanent och arbetet har rätt att göra inom den ursprungliga uppskattningen. Inte alla är, och det finns många orsaker till deras misslyckande eller överkostnad, de flesta av dem geologiska eller geologiska beroende.

Typer och syften av dammar:

Dammar är konstruerade för att fungera som hinder för att hälla vatten som är avsett för olika ändamål. Huvudanvändningen är att tillhandahålla strömreglering och lagring för samhälls-eller industriell vattenförsörjning, kraft, bevattning, översvämningsstyrning, reglering av strömsediment etc.

Huvudklasserna av dammar är jord- eller bergfyllnads- och murverkdammar. Urval av jord- eller bergfyllningstyp baseras på grund, materialkällor och naturligtvis på projektets ekonomi. I situationer där det underliggande materialet är för svagt för att stödja en mur, finns starka stenar endast vid mycket stora djup, jord- eller bergfyllda dammar används.

Där ogenomtränglig sten på platsen är närvarande på små djup som är tillräckligt starka för att stödja en murkonstruktion kan antingen en mur eller damm byggas. Valet skulle vara resultatet av ekonomisk analys.

Jorddammar kan vara homogena ogenomträngliga eller kan förses med ogenomträngliga kärnor och ytor. De vanliga typerna av betongdammar är gravitation, båge och buttresstyper. Jord och masonrydammar kräver ekonomiska källor till det material som behövs för byggandet.

6. Tunnlar:

Kanske är ingen genomförbarhetsprojekt kanske genomförbar, planeringen, kostnaden, konstruktionen, de använda teknikerna och risken för allvarliga olyckor under byggandet är så beroende av webbplatsens geologi som vid tunnelning.

Medan zonen där en tunnel byggs bestäms av sitt syfte, påverkas beslutet att tunnelera (snarare än att bygga en bro), påverkas av de relativa geologiska svårigheterna. Den exakta linjen av tunnel kan avgöras av ett val av gynnsamma eller svåra lokala geologiska förhållanden.

Den relativt enkla utvinningen av bergarterna och berg- och ansiktsstabiliteten är huvudfaktorerna i framstegs- och inställningskostnaderna och även för att få reda på huruvida en bergsborrmaskin kan användas och om marken behöver stöd och huruvida Det är nödvändigt att använda tryckluft.

Om exempelvis en begravd kanal eller djupskura fylld med mättad sand och grus möttes med oförutsedda, skulle följden av vattenrush i tunnelytan resultera i en allvarlig olycka.

I ett tunnelprojekt ska följande geologiska faktorer beaktas:

(a) Enkelhet vid utvinning av stenar och markar.

(b) Stenarnas styrka och behovet av att stödja dem.

(c) Hur mycket rockmaterial oavsiktligt utgrävas bortom den planerade omkretsen av tunnelplanen (dvs. överbrytning) där sprängämnen används.

d) Villkor för grundvatten närvarande och behöver tömma samma.

e) Den möjliga höga temperaturen som råder i mycket långa tunnlar och därmed behovet av ventilation.

Omfattningen av graden av förändring i ovanstående förhållanden längs tunnellinjen är viktig i planeringen och även kostnaderna. Förändringen är relaterad till strukturen som styr vilken rocktyp som finns i ett visst segment av tunneln och hur rocklagret och andra anisotropa egenskaper är orienterade med avseende på tunnelytan, och hur mycket försvagas av fraktur.

För utgrävning av en tunnel är de ideala geologiska förhållandena följande:

(a) En typ av sten stöter på.

(b) Felzoner och intrång är frånvarande.

c) Inga särskilda stödordningar behövs nära ansiktet.

(d) Klipporna är ogenomträngliga.

Under enhetliga geologiska förhållanden kan det finnas en enhetlig utvecklingshastighet utan tidskrävande behov av förändringar av teknik och utarbeta sårbara arrangemang. Bergens förmåga att stå på skärning och kostnadsfaktorn är viktiga överväganden.

Konstruktionen görs mycket dyr i följande situationer:

(a) En stor mängd vatten är uppfyllt.

(b) På grund av överdriven stenstemperatur är platsen olämplig för arbetstagare.

(c) Bergan är laddad med skadliga gaser.

Tunnlar i lösa marken:

I de fall där en tunnel körs på grunda djup (säg vid djup på ca 15 m) finns det en risk för takkollaps och även kollaps av sidor på grund av radiellt tryck. Det är således nödvändigt att vidta försiktighetsåtgärder under drift och foder.

I de fall där en tunnel körs på ett djupt djup (säg på djupet 30 m till 60 m) kan det konsoliderade materialet stå bra om det inte är tungt med vatten. I det här fallet kommer trycket på taket och sidorna att vara mindre och det finns mindre risk för att sten faller från toppen och sidorna. Tunneln måste emellertid vara fodrad i hela.

I detta fall finns höga bergtemperaturer. Ju djupare tunneln desto högre blir temperaturen. Hög temperatur kan övervinnas genom att vattna eller genom att ge kall blast. Vårvatten är osannolikt att stöta på i detta fall. Det kan inte finnas behov av timmerning utom i några få fall. Foder kan också undvikas.

Tunnlar i sedimentära bergarter:

I dessa fall kan tunga källor uppfyllas. Det är därför nödvändigt att tillhandahålla foder. Ibland uppstår kolhaltiga gaser och dessa övervinns av vattenstråle.

Tunnlar i metamorfa bergarter:

Framdrivningen av tunnlingen beror på naturen hos klipporna och deras egenskaper som hårdhet, sammanhållning. Utgrävning för tunnel är ganska lättare i konsoliderade bergarter som igneösa och metamorfa bergarter. Ex: granit, kalksten, marmor.

När det gäller stratifierade sedimentära stenar bör tunnelkörning vara längs strejkningen av sängar, så att samma sängar kommer att uppfyllas i riktning mot framsteg och arbetsförhållandena kommer att vara desamma. I sedimentära formationer kan tunnelens huvuddel vara belägen i skiffer och marl, eftersom skärningsprocessen blir lätt.

Vidare tjänar den övre sandstenen som ett bra tak medan den nedre hårda kalkstenen kan fungera som ett bra golv. Att tillhandahålla en tunnel i sandsten i lutade lager är farligt. Under torra stenförhållanden kan det inte vara ett farligt tillstånd, men när vatten perkolerar blir tillståndet farligt (bild 18.17).

I stratifierade stenar av tunnare lakan exponeras en eller flera sängar för tunneln och vatten kan hitta sin väg. Det finns risk för rörelser längs sängplanen och det är möjligt att hela tunnelens längd kan utsättas för skjuvning.

Där sängarna är brant lutade bör vi undvika att placera tunneln i sandsten. Dessutom är det inte lämpligt att placera tunneln mellan sandsten och skiffer, eftersom sandstenen kan glida mot skiffer och blockera tunneln.

Tunnlar i sneda lag:

I det här fallet om tunneln körs över strejken av en lutad skikt, kommer vattnet sannolikt att mötas mestadels. Det finns risk för att en säng glider i förhållande till den angränsande sängen under den.

Tunnel över antiklinisk vikning:

I det här fallet finns det en rädsla för att tak faller under vikens båge strax ovanför tunneln.

Tunnlar över synklinisk vikning:

I det här fallet kommer det att finnas allvarliga problem från vatten under artesiska förhållanden i sektionens porösa bäddar.

Utgrävningsmetoder:

När en tunnel ska byggas genom icke sammanhängande mark eller svaga (mjuka) stenar, är huvudproblemet att stödja marken istället för att utgräva den. Vanligtvis utförs utgrävningen med en mjukt tunnningsmaskin försedd med ett roterande skärhuvud. Detta kan ha ett rotationsborrningssystem med full ansikte, som fortfarande förbinder markytan när skärhuvudet går framåt.

Små skivor matas genom spår i skärhuvudet. Arbetsytan stöds av komprimerad vätska som kan vara tryckluft i tunneln eller där en komplex maskin används, begränsad till ansiktsområdet med ett tryckskott.

Den tidigare metoden att ha tryckluft i tunneln innebär risken för funktionshinder till arbetstagare och kräver onproduktivt spenderad tid i slutet av varje skift vid dekompression.

I den senare framgångsrika utvecklingen används en uppslamning av lera och vatten med tixotropisk lera, vid ansiktet istället för luft. Leran motstår upplösning i uppslamningen och tenderar att bilda en tätningskaka på ansiktet. När maskinen fungerar framåt, finns stöd installerade bakom den.

Huvudfaktorn som styr utvecklingen och kostnaderna för att bygga tunneln i starka (hårda) stenar är mestadels den relativt enkla utgrävningen. I den traditionella metoden sprängs successiva delar av tunneln genom att borra ett mönster av hål i berget och ladda dem med sprängämnen och skjutning.

Nödvändigheten för något stöd och den typ av stöd som ska tillhandahållas beror på takets relativa stabilitet och även tunnelens väggar. Bredt åtskilda bergbultar och trådnät kan användas för små lösa fragment, medan tätt placerade ringbalkar kan användas där det finns risk för bergfall.

Under senare tid har användningen av sprängämnen successivt ersatts av bergborrmaskiner för vissa typer av stora tunnelprojekt. Maskiner som är utrustade med specialskärare, som innehåller inbördes åtskilda tungstenkarbidinsatser, kan klara stenar med kompressionsspänningsstyrka över 300 MN / m ² .

Svårigheter som härrör från lokala geologiska förhållanden:

Vid hantering av bergartstunnlar kan heterogena stenar eller variabla förhållanden som finns vid tunnelytan ge allvarliga problem som ökar kostnaderna. Om en stenblock eller annan mark med stora stenar är uppfyllda med ett nästan omöjligt omöjligt problem kan man möta när slurry-face maskiner är i drift.

Hårdvalsskärare är effektiva för hårda stenblock men får inte användas i mjuka jordar. Styrkvariationen av marken längs tunnellinjen bör förväntas så att lämpligt stöd kan användas när tunnelytan utgrävas. Oförmåga att göra det kan leda till övergrävning.

Bortsett från de uppenbara skillnaderna i styrka bland jordtyper (till exempel mellan icke sammanhängande sand och delvis konsoliderad lera) kan variation i samband med porositet och mättnad ge betydande skillnader. En liten variation i vattenhalten kan förändra en annars stabil mark i löpmarken. Jordar på instabil plats kan konsolideras genom att injicera kemikalier eller cement i dem eller frysa dem.

Med tunneling genom hårdrock beror den relativa svårigheten att gräva särskilda bergarter delvis på huruvida sprängämnen används eller en bergsborrmaskin används. Icke desto mindre delar båda metoderna vissa viktiga faktorer. I båda fallen är utgrävningshastigheten omvänt relaterad till krosshållfastheten hos stenarna och direkt relaterad till mängden frakturering.

I processen där sprängämnen används, är förhållandet till styrka komplicerat av det sätt på vilket vissa svaga, icke-spröda stenar som glimmerskenor, reagerar på sprängning och inte drar väl för en given laddning och av den mycket större roll som sprickbildning pjäser.

Frakturer fungerar inte bara som vägar för att expandera gaser från explosionen, men också som svagheter längs vilka berget kommer att dela. I tunneln beror de enkla borrhålshålen på hårets hårdhet och slitstyrka och på hårdhetens variation inom den. Borren kan tendera att böjas vid en skarp gräns mellan hårda och mjuka tillstånd.

De mest sannolika hårda mineralerna som sannolikt kan uppstå problem är de olika kiseldioxidarter som kvarts, flint eller chert som kan uppträda som vener eller nodulära konkretioner. Shales som innehåller järnstennoden kan också vara besvärliga som en besvärlig blandning. Relativt hårda mineraler och starka stenar bildas ofta av termisk metamorfism.

En svag och mjuk kalkskum kan förvandlas till starka hårda kalkkorn. Detta har visat sig vara en betydande geologisk faktor i vissa vattenkraftprojekt där reservoaren är på en plats på hög mark som motsvarar en utgrödan av stor granitintrång.

Tunneling inom termiska zonen tenderar att bli allt svårare när graniten närmar sig. Överdriven utvinning av stenmaterial på grund av svagheter kan leda till överbrott och även att stenar faller från taket.

En viss procentandel av överskottets utgrävning över det som motsvarar den perfekta sektionen är vanligtvis täckt av kontraktet. Den utbrott som uppstår vid utgrävningen beror på intensiteten av fogning och närvaron av andra svagheter, såsom ströplan, skistositet. I allmänhet ger väl bäddar med sprickor utbrott medan massiv likformig sten som sprutas ordentligt ger en ren del.

Överdriven utbrott och risk för att sten faller från taket är ansvarig i följande situationer:

(a) Vid felzoner, speciellt om löst cementerade breccier.

(b) Vid dykor smalare än tunneln som har utvecklat leder.

(c) Vid synkliniska axlar där spänningsfogar existerar.

(d) På lager av löst komprimerade fragmentariska stenar.

e) Om tunna lager av starka och svaga bergarter är närvarande (säg förändringar av kalksten och skalv) på taknivå eller strejk längs tunneln och ha ett brant dopp.

Utspädning i en tunnel:

Graden av läckage i en tunnel genom genomträngliga stenar och leder är en viktig faktor som är värd att överväga. Detta bör bedömas utifrån kunskap om grundvattenförhållanden, bergets permeabilitet och den geologiska strukturen.

Exempelvis är granit, gneiss, schist och sådana kristallina stenar vanligtvis torra utom möjliga flöden längs leder och fel och kanske vid marginalerna av några dykar som skär dem.

In the case of pervious rocks, the flow of groundwater into the tunnel is likely to increase in fault zone and at synclinal axes. Fissures filled with water especially in limestone's present a serious hazard. This must be insured against by probing ahead of the working face with small horizontal bore holes.