Anwendungen der Geologie im Ingenieurbau

Dieser Artikel beleuchtet die sechs wichtigsten Anwendungen der Geologie im Ingenieurbau.

1. Gebäude Steine:

Es gibt verschiedene Arten von Gesteinen, die für ihre Verwendung in Konstruktionen bearbeitet und bearbeitet werden müssen. Für einen guten Baustein müssen bestimmte geologische und physikalische Eigenschaften erfüllt sein. Haltbarkeit, einfacher Transport und ein ansprechendes Erscheinungsbild sind neben dem einfachen Abbauprozess wichtige Eigenschaften für den Bau von Steinen.

Es ist notwendig, die mineralische Zusammensetzung des Steines zu kennen, um seine Eignung und Dauerhaftigkeit zu bestimmen. Bestimmte Mineralien wie Hornstein, Pyrit und hoher Glimmergehalt sind schädlich und schädlich, und Steine, die sie enthalten, sind zu vermeiden. Das Vorhandensein von Mineralien wie Pyrit, der leicht oxidiert und unansehnliche Flecken erzeugt, macht Gesteine unerwünscht. Grobkörnige Gesteine sind schwächer als feinkörnige Gesteine.

Damit ein Stein dauerhaft ist, muss er für sehr lange Zeit seine ursprüngliche Größe, Festigkeit und Aussehen behalten. Diese sind nur möglich, wenn die Steine der Witterungswirkung der Atmosphäre und Regen widerstehen können. Andere Eigenschaften für Bauarbeiten und andere Eigenschaften für gute Bausteine sind Druckfestigkeit, Feuerbeständigkeit, Dämpfung usw.

Die allgemein für Gesteine und Gebäude verwendeten Gesteine sind Granit und andere verwandte Eruptivgesteine und Kalkstein, Marmor, Schiefer, Sandstein. Unter den magmatischen und magmatischen Gesteinen sind Granite und Gneise die im Allgemeinen verwendeten Gesteine.

Granite werden aufgrund ihrer körnigen Textur, angenehmen Farbe und günstigen Eigenschaften wie hoher Druckfestigkeit und geringer Absorption meistens verwendet. Granite lassen sich leicht abbauen, da sie bestimmte Fugen und Teilungsebenen aufweisen. Für Straßenmetall eignen sich Basalte und Dolerite. Diese werden jedoch normalerweise nicht für Bauwerke bevorzugt, da sie entweder dunkel oder matt sind.

Sandsteine und Quarzite kommen reichlich vor und werden für Bauarbeiten verwendet. Quarzite sind aufgrund ihrer extremen Härte schwierig zu bearbeiten und dürfen im Mauerwerk nicht bevorzugt werden. Kalksteine, die leicht abgebaut werden können, werden hauptsächlich für Bauarbeiten verwendet. Sie sind leicht und in angenehmen Farben erhältlich. Murmeln werden am häufigsten für dekorative Arbeiten in Gebäuden verwendet.

Schiefer, bei dem es sich um ein metamorphes Gestein handelt, kann gleichmäßig in dünne Schichten aufgeteilt werden und wird für Dach- und Pflasterarbeiten in Gebäuden verwendet. Laterit wird ein dauerhafter Stein als Baustein verwendet. Es wird auch als Straßenmetall vor allem in tropischen Ländern wie Indien verwendet. Bei der breiten Verwendung von Zementbeton in Gebäuden und anderen Konstruktionen werden Gesteine zu kleinen Zuschlagstoffen zerkleinert und zur Herstellung von Zementbeton verwendet.

Für Zuschlagstoffe zur Herstellung von Betongranit werden meist Quarzite und Basalt verwendet. In den heutigen Gebäuden werden Beton- und Stahlbetonwände manchmal mit Steinen verkleidet, um ein attraktives Erscheinungsbild zu bieten und auch als Schutzschicht gegen Regenwasser und atmosphärische Gase zu dienen.

Natursteine geben Gebäuden Pracht und Schönheit. Darüber hinaus ist die Instandhaltung und Pflege von Steinstrukturen nicht schwierig und dementsprechend werden Granite und Kalksteine häufig als Verblendsteine verwendet.

Indiens Bausteine:

Die meisten Tempel und öffentlichen Gebäude in Südindien bestanden aus Granit und Gneis, die in den ältesten archaischen Felsen Indiens verfügbar sind. Eine Vielzahl von Granit namens Charnockit ist ein hervorragender Baustein, der beim Bau der sieben Pagoden in Mahabalipuram in der Nähe von Chennai verwendet wird. Die vindhianischen Sandsteine und auch die Sandsteine anderer älterer Formationen werden in Indien als gute Bausteine verwendet.

Die vindhyanischen Sandsteine wurden in Bauten großer Bauten wie den buddhistischen Stupas von Saranath, Barhut, Sanchi, der Stadt Fatehpur Sikri von Kaiser Akbar in der Nähe von Agra und den berühmten Mughal-Gebäuden in Agra und Delhi, den Loksabha-Gebäuden, den Rashtrapati Bhavan und der Verwaltung verwendet Bürogebäude der indischen Regierung in Neu-Delhi. Die vindhyanischen Sandsteine werden für Fußböden, Dächer, Telegrafenmasten, Fensterbänke usw. verwendet.

Die Athgarh-Sandsteine der oberen Gondwana-Felsen in Orissa sind von großer Schönheit und Haltbarkeit. Diese Sandsteine wurden in den berühmten Tempeln von Puri-Jagannath, Bhubaneswar, Konark und den buddhistischen Höhlen in Kandagiri und Udayagiri verwendet. Die Tirupathi-Sandsteine von Andhra Pradesh und die Sathyavedu-Sandsteine von Tamil Nadu werden in Gebäuden verwendet, und auch diese Sandsteine werden aus den Gowanda-Formationen erhalten.

Kalksteine sind an vielen Orten in Indien zu finden. Diese dienen als hervorragende Bau- und Schmucksteine. Das prestigeträchtige Taj Mahal wurde aus den Makrana-Murmeln von Archaen Dharwars gebaut. In den Gegenden von Guntur und Kurnool in Andhra Pradesh gibt es qualitativ hochwertige Kalksteine.

Die berühmten Cadappa-Platten, die als Pflastersteine, Tischplatten, Stufen und Zaunsteine verwendet werden, stammen aus dem in Andhra Pradesh in der Nähe von Yerraguntha (Distrikt Cadappa) und Betamcherla (Distrikt Kurnool) abgebauten Kalkstein. Sie lassen sich gut polieren und können in Platten mit einer Dicke von bis zu 1, 2 mm und einer Dicke von 1, 25 m aufgeteilt werden.

Maharashtra, Madhya Pradesh, die Westküste von Malabar und andere Orte sind für das Auftreten von Laterit guter Qualität bekannt. Es ist ein dauerhafter Baustein. Es kann in Blöcke geschnitten werden, wenn es frisch gewonnen wird. Bei Einwirkung von Luft wird es hart. Wegen seines reichlichen Vorkommens wird es auch als Straßenmetall verwendet.

Schieferplatten werden in der Nähe von Dharmsala in Kangra, Kund in Gurgaon, Monghyr in Bihar und Markapur an der Grenze zwischen Nellore und Kurnool abgebaut.

Gewinnung von Steinen:

Es werden zwei verschiedene Arten von Steinbrüchen verfolgt. Bei einer Art der Gewinnung besteht das Ziel darin, Steine in Form von großen und nicht zerstörten Blöcken zu erhalten. Bei dem anderen Typ besteht das Ziel darin, grobe unregelmäßige Formen von Steinen zu erhalten, die für Betonaggregate, Straßenmetall und verschiedene Herstellungsverfahren gedacht sind.

Die Methoden der Gewinnung hängen von der Struktur, der Spaltung, der Härte, der Zusammensetzung und anderen physikalischen Eigenschaften sowie der Position und dem Charakter der Lagerstätten ab.

Ein grundlegendes Prinzip beim Abbau ist, dass die Arbeitsfläche des Steinbruchs so geplant werden sollte, dass das abgetrennte Gestein vor allem aufgrund seines Eigengewichts abrutscht und nach vorne rutscht. Es ist möglicherweise nicht gerechtfertigt, mit der Erschließungsarbeit einer Lagerstätte zu beginnen, bevor sichergestellt ist, dass Gestein in der gewünschten Qualität und in einer Menge vorhanden ist, die es verdient, gewinnbringend genutzt zu werden.

Ein Anstieg oder eine Klippe entlang eines Abgrunds oder Flusses kann als wertvoller Indikator für das Verständnis des Querschnitts auf verschiedenen Ebenen dienen und ermöglicht auch Qualitätsprüfungen auf verschiedenen Ebenen. In Situationen, in denen solche Bedingungen am Standort nicht vorhanden sind, kann es wünschenswert sein, Testlöcher in Intervallen zu bohren, um Daten zur Gesteinsqualität zu sammeln.

Die Qualität und die Eigenschaften des Steinbruchs hängen von seiner Nutzung ab. Zum Beispiel ist die chemische Zusammensetzung des Gesteins eine wichtige Überlegung, um als Flussmittel in Kalk oder Zement verwendet zu werden. Die physikalischen Eigenschaften sind wichtiger, wenn die Steine Bausteine oder Dimensionssteine bilden sollen, als chemische Eigenschaften. (Maßsteine beziehen sich auf Steinmassen, die in Form von Blöcken bestimmter Formen und Größen erforderlich sind).

Die Abbauverfahren hängen von geologischen Besonderheiten ab. Es gibt drei wichtige Methoden des Abbaus, nämlich Plug-and-Feder-Methode. Explosiv- oder Strahlverfahren und Kanalisierung durch Maschinen.

Die Plug-and-Feder-Methode beim Verkeilen und Schneiden wird in Sandstein gewonnen. Die Spreng- oder Sprengmethode wird für den Abbau von Schotter verwendet. Die Methode besteht darin, zu bohren, mit Sprengstoff zu sprengen und das Material abzubauen. Die Methode der Kanalisierung durch Maschinen wird zum Abbau von Kalkstein verwendet.

2. Wasserversorgung:

Die Wasserversorgung erfolgt über (i) Oberflächenwasser aus Flüssen und Stauseen (ii) aus unterirdischen Gewässern aus Brunnen, tiefen Bohrlöchern und artesischen Brunnen. Wenn Regen an Land fällt, wird er teilweise durch Abfließen von der Oberfläche und teilweise durch Versickern in den Boden zerstreut. Es wird geschätzt, dass im feuchten gemäßigten Tiefland ein Drittel des gesammelten Regens den Abfluss bildet, ein Drittel im Boden versinkt und das Gleichgewicht durch Verdunstung verloren geht.

Grundwasserquellen:

Oberflächenwasser wird aus verschiedenen Quellen gewonnen. Unterirdisches Wasser ist zum Teil ein direkter Beitrag von magmatischer oder vulkanischer Aktivität. Bei der Kristallisation wird Wasser ausgeschlossen, das in das angrenzende Gestein gelangt und Teil der unterirdischen Versorgung wird. Solches Wasser, das bei der Kristallisation von magmatischen Gesteinen ausgeschlossen ist, wird als juveniles Wasser oder magmatisches Wasser bezeichnet. (Viele Erzvorkommen und Mineralvenen wurden durch junges Wasser erzeugt).

Unter den Meeren halten die abgelagerten Sedimente etwas Wasser in den Zwischenräumen. Nachdem einige undurchlässige Sedimente abgelagert wurden, kann ein Teil dieses Wassers eingefangen und in den Sedimenten verbleiben, bis es abgegriffen wird. Wasser, das sich zum Zeitpunkt der Ablagerung in Sedimenten befindet, wird als Bindewasser bezeichnet. Salzwasser, das in einigen Inlandbrunnen lokal angetroffen wird, ist Bindewasser.

Die Hauptquelle für unterirdisches Wasser ist ein Teil des Niederschlags, der in den Boden sinkt. Dieser Hauptteil des Grundwassers wird als Meteorwasser bezeichnet.

Die Wasserversorgung von Oberflächenquellen umfasst nicht nur Wasser, das lokal aus Flüssen und Seen gewonnen wird, sondern auch aus aufstauenden Stauseen, die sich meistens in einiger Entfernung von dem zu versorgenden Gebiet befinden. Daher wird in einer Stadt, die in der Nähe eines großen Flusses liegt, häufig das Wasser aus dieser Quelle genutzt. Das Wasser wird filtriert und bei Bedarf vor der Verwendung chemisch und bakteriologisch gereinigt.

Die Flussquellen sind möglicherweise leicht zugänglich und oft weniger kostspielig als Brunnenvorräte, die ein teures Bohrprogramm erfordern. Im Gegenteil, die Kosten für die Reinigung des Flusswassers vor seiner öffentlichen Versorgung sind höher als die Kosten für die Aufbereitung von Brunnenwasser.

Seen und Flüsse waren der einfachste Ort, an dem Wasser gewonnen werden konnte. Es ist jedoch bekannt, dass bereits in der frühesten Zivilisation Brunnen gebohrt werden mussten, um Wasser aus dem Untergrund zu entnehmen. Porenräume von Felsen halten Wasser. In nicht zementierten Sandsteinen bilden die Poren 20 bis 25 Prozent des Gesteins.

In Schiefern kann die Porosität noch höher sein. Es ist jedoch möglich, Wasser nur aus solchen Gesteinen zu gewinnen, die neben der Porosität eine beträchtliche Permeabilität besitzen. Diese Reservoirfelsen werden Aquifere genannt. Aquifere bestehen meistens aus Sandsteinen. Einige Kalksteine und andere Gesteine enthalten auch Wasser in Brüchen. Die Wasserbewegungsraten sind wahrscheinlich entlang der Verwerfungs- und Verbindungszonen hoch.

3. Wassertisch:

Der Grundwasserspiegel ist eines der wichtigsten Merkmale der Grundwasseruntersuchung. Der Wasserspiegel ist die Ebene, unter der der Boden vollständig mit Wasser gesättigt ist und oberhalb derer die Porenräume der Gesteine Wasser und auch Luft enthalten. Der Wasserspiegel erhebt sich unter Hügeln und fällt in Richtung Seen und Bäche.

Abb. 18.1 zeigt die typische Beziehung zwischen dem Wasserspiegel und der Topographie. Der Grundwasserspiegel befindet sich offensichtlich auf der Ebene der Flüsse und Seen an deren Rand. Die Tiefe von der Bodenoberfläche bis zum Grundwasser hängt stark von der Art des Gesteins und dem Klima ab. In feuchten Regionen kann gesättigter Boden einige Meter unter der Oberfläche erreicht werden.

Der Grundwasserspiegel in Sümpfen befindet sich an oder etwas oberhalb der Landoberfläche. Im Gegenteil, in Wüsten kann der Wasserspiegel Hunderte von Metern unter dem Boden liegen. Im Allgemeinen werden alle Gesteine unterhalb des Wasserspiegels mit Wasser gesättigt, bis ein Niveau nach unten erreicht wird, bei dem der hohe Druck aufgrund des Gewichts der Überlast den Porenraum fast auf Null verringert. Es gibt einige Fälle von undurchlässigen Schichten, die etwas Wasser in einer Tiefe halten können, die über dem normalen Grundwasserspiegel des Gebiets liegt.

Es kann Situationen geben, in denen undurchlässige Schichten einen Wasserkörper auf einem höheren Niveau als dem normalen Grundwasserspiegel halten können. In solchen Fällen ist, wie in Abb. 18.2 gezeigt, offensichtlich, dass der obere Wasserkörper von Bohrlöchern durchbohrt werden kann, während der darunter liegende Boden praktisch trocken ist.

Die Zustände des Wassertisches können in vielen Bereichen aufgrund von wechselnden durchlässigen und undurchlässigen Schichten, Falt- und Störungslinien variieren. Undurchlässige Schichten können den Fluss von Grundwasser behindern und die wasserführenden Horizonte isolieren, was dazu führt, dass jede Gruppe von durchlässigen Schichten ihren eigenen unabhängigen Wasserspiegel haben kann. Die Aussaat solcher Schichten ist im Allgemeinen für die Reihen intermittierender Federn entlang einer Hügelseite verantwortlich, wie in Abb. 18.3.

4. Artesische Brunnen:

An bestimmten Stellen wird das Grundwasser von zwei Seiten durch undurchlässige Gesteine in einer durchlässigen Zone gehalten. Das so gehaltene Wasser ist eingeschlossenes Wasser und die durchlässige Zone wird Aquifer genannt. Dieses begrenzte Wasser steht normalerweise unter Druck und steigt daher in einem Brunnen auf, der es abgreift. Solches unter Druck stehendes Wasser wird als artesisches Wasser bezeichnet. Ein Brunnen, in dem das Wasser über den angrenzenden Grundwasserspiegel steigt, wird als artesischer Brunnen bezeichnet.

Die folgenden Bedingungen sind für den artesischen Fluss erforderlich:

(i) eine durchlässige Zone oder ein Bett, dh ein Aquifer.

(ii) relativ undurchlässige Gesteine oberhalb und unterhalb, um das Wasser im Grundwasserleiter einzuschließen.

(iii) ausreichendes Eintauchen des Aquifers, um einen hydraulischen Gradienten bereitzustellen.

(iv) Ein Einzugsbereich, in dem der Aquifer mit Wasser gefüllt werden kann.

Diese Bedingungen sind in Abb. 18.4 dargestellt. Die undurchlässige Gesteinsschicht über und unter dem Grundwasserleiter ist erforderlich, um einen Verlust des Kopfes zu gewährleisten. Die Neigung der Betten bietet einen hydraulischen Gradienten, der sich vom Sättigungsgrad bis zum Gefälle der Struktur erstreckt, bis sich die Struktur fortsetzt. Artesische Gewässer werden am häufigsten in durchlässigen Sandsteinschichten gefunden, die von undurchlässigen Schieferarten oder anderen Arten in einer Sedimentgesteinserie bedeckt sind.

Wenn Wasser kontinuierlich aus einem Bohrloch gepumpt wird, ist die Abflussrate durch die Gesteine normalerweise viel geringer als die Pumpgeschwindigkeit, und die Strömung durch das Gestein reicht nicht aus, um den ursprünglichen Kopf aufrechtzuerhalten, und folglich wird der Wasserspiegel um den Brunnen herum niedergedrückt ein niedergedrückter konischer Wassertisch, der als Depressionskegel oder Erschöpfungskegel bezeichnet wird. Eine tiefe Mulde, aus der eine große Fördermenge gepumpt wird, kann dazu führen, dass benachbarte kleinere Mulden, die sich im Bereich des Depressionskegels befinden, in einen Erschöpfungszustand gebracht werden.

Grundwasser in Küstenregionen und Inseln:

Das Vorhandensein von frischem Grundwasser in Küstenregionen und Inseln ist von Interesse. Die Schichten in diesen Gebieten sind durchlässig und bestehen hauptsächlich aus Sand, Lehm, Korallen, Kalkstein usw. Wenn Regen fällt, dringt das Regenwasser durch diese Schichten und wird zum frischen Grundwasser.

Das Salzwasser des Meeres dringt jedoch in die Untergründe ein und drückt das Süßwasser so hoch, dass es darüber schwimmt, da das Meerwasser dichter ist als das Süßwasser. (Es kann bemerkt werden, dass eine 12-m-Salzwassersäule des Meeres eine 12, 3-m-Frischwassersäule ausbalanciert). In Abb. 18.6 wird das Frischwasser Colum H durch die Höhe h von Salzwasser ausgeglichen. Wenn die Höhe des Süßwassertisches über dem Meeresspiegel t ist.

dann ist H = h + t = Sh

wobei S = spezifisches Gewicht von Salzwasser.

(S - 1) h = t

H = t / S - 1

Grundwasservorkommen in Indien:

Die Flüsse Indus und Ganges sind riesige Süßwasserreservoirs, die die Brunnen versorgen. In den hügeligen Regionen gibt es Federn, in denen durchlässige und undurchlässige Felsen eingebettet und geneigt oder gefaltet sind. Sie werden dort gebildet, wo Steine von Fugen, Rissen und Fehlern durchzogen werden.

Vesikuläre Basalte bilden gute Grundwasserleiter in den Deccan-Falleformationen von Maharashtra und Madhya Pradesh, die gutes Wasser ergeben. Gujarat, South Arcot in Tamil Nadu, Pondicherry und East und West Godavari in Andhra Pradesh enthalten artesische Quellen.

In den Distrikten Tanjore, Madurai und Trunelveli von Tamil Nadu besteht der Untergrund aus Lehm oder weichem Gestein und liefert eine gute Menge guten Wassers. In den Westküstenregionen wie Kerala und Karnataka ist das Substrat Laterit, das meist eine gute Menge Grundwasser liefert. Thermal- und Mineralquellen gibt es in verschiedenen Teilen Indiens - Mumbai, Punjab, Bihar, Assam, Ausläufer des Himalayas und Kaschmirs.

5. Stauseen und Reservoirs:

Unterschiedlich zu den Flussvorräten versorgen Hochlandoberflächenwasser die Städte mit Wasser, das in aufstauenden Stauseen gespeichert und mittels Rohrleitungen und Aquädukt in die Städte gefördert wird. Staudämme dienen auch zum Auffangen von Wasser für die Wasserkrafterzeugung zusammen mit Tunneln zur Wasserförderung.

Wenn der Abfluss auf diese Weise genutzt wird (was sich von der Perkolationsfraktion des Regenfalls unterscheidet) und das Wasser beschlagnahmt wird, sind bei der Wahl des Standortes sowohl für das Reservoir als auch für den Damm viele geologische Faktoren zu berücksichtigen. Das Reservoir sollte eine maximale Wasserrückhaltefähigkeit aufweisen und der Damm muss sicher errichtet werden.

Geologische Beratung ist heutzutage ein Tag, der von den meisten großen Tiefbauunternehmen gesucht wird, und ist im Allgemeinen unerlässlich, wenn ein Standort beliebiger Größe für ein Reservoir ausgewählt werden muss.

Wenn die geologischen Bedingungen untersucht und als zufriedenstellend befunden werden, kann der Ingenieur sie handhaben, jedoch sollte der Ingenieur über ausreichende Geologiekenntnisse verfügen, um die wahrscheinlichen Probleme zu erkennen, die möglicherweise angetroffen werden müssen, und wann ein Expertenrat benötigt wird.

Vor Beginn der Arbeiten sollte eine gründliche geologische Untersuchung durchgeführt werden, und alle Beobachtungen sollten während des Fortschritts fortgesetzt werden, da möglicherweise zusätzliche Informationen verfügbar werden und geologische Vorhersagen erforderlich sein können, um das Grabungsprogramm während des Baufortschritts zu steuern.

Es sollte erkannt werden, dass der Ausfall eines großen Staudamms zu einer weit verbreiteten Katastrophe führt, die zu einer Katastrophe führt, an der es um ein Hundert geht. Die Ingenieure und ihre Mitarbeiter haben daher eine außerordentliche Verantwortung. Die geologischen Probleme an einigen Orten können unerwartet auftreten und sie können komplex sein und erfordern hochqualifizierte, professionelle Analysen.

Es ist nicht unangemessen zu erwähnen, dass viele Dammausfälle nicht auf eine fehlerhafte Konstruktion des Gebäudes selbst, sondern auf geologische Bedingungen zurückzuführen sind, die vorher nicht ausreichend verstanden wurden. Wenn der Schweregrad der Versickerung des Bodens unbemerkt geblieben ist und der Damm mit hohem Aufwand gebaut wird, kann der Damm sogar stark und robust bleiben, ohne jedoch den Wasserstand stromaufwärts zu erhöhen, wodurch der eigentliche Zweck des Damms besiegt wird.

Der Autor ist versucht, die folgenden berührenden Worte des großen Geologen zu zitieren. Berkey in seinem Artikel Verantwortlichkeiten der Geologen in Engineering-Projekten.

Dämme müssen stehen. Nicht alle tun dies, und es herrscht ein gewisses Maß an Unsicherheit über sie. Reservoirs müssen Wasser halten. Nicht alle tun dies und es gibt viele Möglichkeiten, wie Wasser verloren gehen kann.

Die Arbeit muss als Bauarbeit sicher ausgeführt werden. Nicht alle sind viele Gefahrenquellen.

Die gesamte Struktur muss dauerhaft sein und die Arbeit hat das Recht, innerhalb der ursprünglichen Schätzung ausgeführt zu werden. Nicht alle von ihnen sind es, und es gibt viele Gründe für ihr Scheitern oder überhöhte Kosten, die meisten davon sind geologisch oder geologisch bedingt.

Arten und Zwecke der Talsperren:

Dämme sind so gebaut, dass sie Hindernisse für die Gewinnung von Wasser bilden, das für verschiedene Zwecke bestimmt ist. Die Haupteinsatzgebiete sind die Regulierung und Speicherung von Strömen für kommunale oder industrielle Wasserversorgung, Strom, Bewässerung, Hochwasserschutz, Regulierung von Bachablagerungen usw.

Die Hauptklassen der Dämme sind Erd- oder Steinmauern. Die Auswahl der Erd- oder Steinfüllungsart hängt von der Gründung, den Materialquellen und natürlich von der Wirtschaftlichkeit des Projekts ab. In Situationen, in denen das darunter liegende Material zu schwach ist, um einen Mauerdamm zu tragen, und starke Felsen nur in sehr großen Tiefen vorhanden sind, werden erd- oder felsgefüllte Dämme verwendet.

Wo undurchlässiger Fels am Standort in kleinen Tiefen vorhanden ist, die stark genug sind, um eine Mauerwerksstruktur zu tragen, kann entweder ein Mauerdamm oder ein Erddamm gebaut werden. Die Wahl wäre das Ergebnis einer wirtschaftlichen Analyse.

Erddämme können homogen undurchlässig sein oder mit undurchlässigen Kernen und Verkleidungen versehen sein. Die üblichen Arten von Staumauern sind Schwerkraft-, Bogen- und Stützmauertypen. Erd- und Mauerdämme benötigen wirtschaftliche Quellen des für die Konstruktion benötigten Materials.

6. Tunnel:

In keinem anderen Ingenieurprojekt sind die Durchführbarkeit, die Planung, die Kosten, das Design, die verwendeten Techniken und das Risiko schwerwiegender Unfälle beim Bau so abhängig von der Geologie des Standorts wie beim Tunnelbau.

Während die Zone, in der ein Tunnel gebaut wird, von seinem Zweck bestimmt wird, wird die Entscheidung für den Tunnel (anstatt eine Brücke zu bauen) von den relativen geologischen Schwierigkeiten beeinflusst. Die genaue Tunnellinie kann durch die Wahl günstiger oder schwieriger geologischer Bedingungen vor Ort festgelegt werden.

Die relativ leichte Entfernung des Gesteins und die Stabilität von Gestein und Gesicht sind die Hauptfaktoren für die Fortschritts- und Einstellungskosten sowie für die Ermittlung, ob eine Gesteinsbohrmaschine verwendet werden kann und ob und ob der Untergrund Unterstützung benötigt Es ist Druckluft zu verwenden.

Wenn zum Beispiel eine vergrabene Rinne oder eine tiefe, mit gesättigtem Sand und Kies gefüllte Gischt unerwartet auftaucht, würde das in der Tunnelwand auftretende Wasserstoß zu einem schweren Unfall führen.

In einem Tunnelprojekt sind folgende geologische Faktoren zu berücksichtigen:

(a) Die Leichtigkeit bei der Gewinnung von Gesteinen und Böden.

(b) Die Stärke der Felsen und die Notwendigkeit, sie zu unterstützen.

(c) Wie viel Gesteinsmaterial wird versehentlich über den geplanten Umfang der Tunnelkontur hinaus (dh über Bruch), wo Sprengstoffe verwendet werden, gefördert.

(d) Bedingungen des Grundwassers vorhanden und müssen abgelassen werden.

(e) Die möglicherweise hohe Temperatur, die in sehr langen Tunneln herrscht, und die daraus resultierende Belüftung.

Das Ausmaß der Änderung der oben genannten Bedingungen entlang der Tunnellinie ist wichtig für die Planung und auch für die Kosten. Die Änderung bezieht sich auf die Struktur, die steuert, welcher Gesteinsart in einem bestimmten Tunnelsegment vorhanden ist und wie die Gesteinsschichten und andere anisotrope Eigenschaften in Bezug auf die Tunnelfläche ausgerichtet sind und wie stark sie durch einen Bruch geschwächt werden.

Für die Ausgrabung eines Tunnels gelten folgende ideale geologische Bedingungen:

(a) Eine Gesteinsart wird angetroffen.

(b) Fehlerzonen und Intrusionen fehlen.

(d) Die Felsen sind undurchlässig.

Unter einheitlichen geologischen Bedingungen kann eine einheitliche Fortschrittsrate erzielt werden, ohne dass zeitraubende Änderungen an Techniken und anfälligen Arrangements erforderlich sind. Die Fähigkeit des Gesteins zum Schneiden und der Kostenfaktor sind wichtige Überlegungen.

Die Konstruktion wird in folgenden Situationen sehr teuer:

(a) Ein großer Teil des Wassers wird angetroffen.

(b) Aufgrund zu hoher Felstemperatur ist der Ort für Arbeiter nicht geeignet.

Tunnel in losem Gelände:

Wenn ein Tunnel in geringer Tiefe gefahren wird (z. B. in einer Tiefe von etwa 15 m), besteht die Gefahr eines Dachzusammenbruchs und auch eines Seitenrisses aufgrund von radialem Druck. Es ist daher notwendig, Vorkehrungen während der Operation und der Auskleidung zu treffen.

Wenn ein Tunnel in großer Tiefe gefahren wird (z. B. in Tiefen von 30 m bis 60 m), kann das verfestigte Material gut stehen, wenn es nicht stark mit Wasser getränkt ist. In diesem Fall ist der Druck auf das Dach und die Seiten geringer und es besteht weniger Gefahr, dass Stein von oben und von den Seiten fällt. Der Tunnel muss jedoch durchgehend ausgekleidet sein.

Tunnel in Igneous-Felsen:

In diesem Fall sind hohe Felstemperaturen vorhanden. Je tiefer der Tunnel ist, desto höher ist die Temperatur. Die hohe Temperatur kann durch Wässern oder Kaltblasen überwunden werden. Quellwasser ist in diesem Fall unwahrscheinlich. Außer in wenigen Fällen ist möglicherweise kein Holzbedarf erforderlich. Auch Futter kann vermieden werden.

Tunnel in Sedimentgesteinen:

In diesen Fällen können schwere Federn getroffen werden. Es ist daher notwendig, ein Futter vorzusehen. Manchmal trifft man auf kohlenstoffhaltige Gase, die durch einen Wasserstrahl überwunden werden.

Tunnel in metamorphen Gesteinen:

Der Tunnelfortschritt hängt von der Beschaffenheit der Gesteine und ihren Eigenschaften wie Härte und Kohäsion ab. In gebündelten Gesteinen wie magmatischen und metamorphen Gesteinen ist das Ausheben nach einem Tunnel relativ einfacher. ZB: Granit, Kalkstein, Marmor.

Bei geschichteten Sedimentgesteinen sollte der Tunnelantrieb entlang des Streichens der Betten erfolgen, so dass die gleichen Betten in Richtung des Fortschritts eingehalten werden und die Arbeitsbedingungen dieselben sind. In sedimentären Formationen kann sich der Hauptteil des Tunnels in Schiefer und Mergel befinden, da der Schneidprozess einfach ist.

Weiterhin dient der obere Sandstein als gutes Dach, während der untere harte Kalkstein als guter Boden dienen kann. Die Bereitstellung eines Tunnels aus Sandstein in geneigten Schichten ist gefährlich. In trockenem Gestein kann es keinen gefährlichen Zustand geben, aber wenn Wasser versickert, wird der Zustand gefährlich (Abb. 18.17).

Bei geschichtetem Gestein aus dünneren Blechen sind ein oder mehrere Betten dem Tunnel ausgesetzt, und Wasser kann seinen Weg finden. Es gibt Bewegungsmöglichkeiten entlang der Bettebenen, und es ist möglich, dass die gesamte Länge des Tunnels einer Scherung ausgesetzt ist.

Wo die Betten steil sind, sollten wir den Tunnel nicht in Sandstein legen. Außerdem ist es nicht ratsam, den Tunnel zwischen Sandstein und Schiefer zu platzieren, da der Sandstein gegen den Schiefer rutschen und den Tunnel blockieren kann.

Tunnel in schrägen Schichten:

In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass Wasser erreicht wird, wenn der Tunnel über den Aufprall einer geneigten Schicht gefahren wird. Es besteht die Gefahr, dass ein Bett relativ zum darunter liegenden Bett rutscht.

Tunnel quer über die Antiklinalfalte:

In diesem Fall besteht die Gefahr, dass das Dach direkt über dem Tunnel unter den Bogen fällt.

Tunnel durch die Synclinalfalte:

In diesem Fall tritt das Wasser unter artesischen Bedingungen in den porösen Schichten des Abschnitts unter ernsten Problemen auf.

Ausgrabungsmethoden:

Wenn ein Tunnel durch nicht kohäsiven Boden oder schwache (weiche) Gesteine gebaut werden soll, besteht das Hauptproblem darin, den Boden zu stützen, anstatt ihn auszuheben. Normalerweise wird der Aushub mit einer weichen Bodenvortriebsmaschine durchgeführt, die mit einem rotierenden Schneidkopf ausgestattet ist. Dieses kann ein rotierendes Vollgesichts-Stillungssystem haben, das mit der Bodenfläche in Kontakt bleibt, wenn der Schneidkopf vorrückt.

Kleine Bodenscheiben werden durch Schlitze in den Schneidkopf eingeführt. Die Arbeitsfläche wird durch Druckfluid unterstützt, das im Tunnel komprimierte Luft sein kann oder wo eine komplexe Maschine verwendet wird, die durch ein Druckschott auf den Gesichtsbereich begrenzt ist.

Die frühere Methode, Druckluft im Tunnel selbst zu haben, birgt das Risiko von Behinderungen für die Arbeiter und erfordert am Ende jeder Schicht eine unproduktive Zeit zur Dekompression.

Bei den späteren erfolgreichen Entwicklungen wird anstelle von Luft eine Aufschlämmung aus Schlamm und Wasser mit zugesetztem thixotropem Ton an der Oberfläche verwendet. Der Ton widersteht der Ansiedlung innerhalb der Aufschlämmung und neigt dazu, auf dem Gesicht einen Abdichtkuchen zu bilden. Wenn sich die Maschine vorwärts bewegt, werden dahinter Stützen installiert.

Der Hauptfaktor für den Fortschritt und die Kosten beim Bau des Tunnels in starken (harten) Gesteinen ist hauptsächlich die relative Leichtigkeit des Aushubs. Bei der traditionellen Methode werden aufeinanderfolgende Abschnitte des Tunnels gesprengt, indem ein Lochmuster in das Gestein gebohrt und mit Sprengstoff beladen und gezündet wird.

Die Notwendigkeit einer Unterstützung und die Art der Unterstützung hängt von der relativen Stabilität des Daches und auch der Wände des Tunnels ab. In kleinen Abständen können Gesteinsanker und Drahtgeflechte für kleine, lose Bruchstücke verwendet werden, wohingegen eng beabstandete Ringträger verwendet werden können, wenn die Gefahr besteht, dass Steine fallen.

In letzter Zeit wird der Einsatz von Sprengstoff für bestimmte Arten von Tunnelprojekten schrittweise durch Gesteinsbohrmaschinen ersetzt. Maschinen, die mit Spezialschneidern ausgestattet sind, die eng beabstandete Wolframkarbid-Einsätze enthalten, können Gestein mit Druckspannungsfestigkeit von über 300 MN / m ² bearbeiten.

Schwierigkeiten aufgrund lokaler geologischer Bedingungen:

Beim Umgang mit Soft-Rock-Tunneln können heterogene Gesteine oder veränderliche Bedingungen an der Tunneloberfläche schwerwiegende Probleme verursachen, die die Kosten erhöhen. Wenn ein Boulder-Ton oder ein anderer Boden mit großen Kieselsteinen auf ein fast nahezu unmögliches Problem stößt, kann dies bei Betrieb von Schlickermaschinen auftreten.

Hartgestein-Rollschneider sind für harte Felsbrocken wirksam, können jedoch bei weichen Böden nicht von Nutzen sein. Die Festigkeitsänderung der Böden entlang der Tunnellinie sollte vorhergesehen werden, so dass beim Ausheben der Tunnelseite eine geeignete Unterstützung verwendet werden kann. Wenn Sie dies nicht tun, kann dies zu einer Übergrabung führen.

Abgesehen von den offensichtlichen Schwankungen der Festigkeit zwischen Bodentypen (z. B. zwischen nicht kohäsivem Sand und teilweise verfestigtem Ton), können Schwankungen in Bezug auf Porosität und Sättigung erhebliche Unterschiede hervorrufen. Eine geringfügige Änderung des Wassergehalts kann einen ansonsten stabilen Boden in Laufboden verwandeln. Böden an instabilen Standorten können durch Injizieren von Chemikalien oder Zement oder durch Einfrieren verfestigt werden.

Beim Tunneln durch hartes Gestein hängt die relative Schwierigkeit beim Ausheben bestimmter Gesteine zum Teil davon ab, ob Sprengstoff verwendet wird oder eine Gesteinsbohrmaschine verwendet wird. Trotzdem teilen beide Methoden bestimmte wichtige Faktoren. In beiden Fällen hängt die Aushubgeschwindigkeit umgekehrt mit der Druckfestigkeit der Gesteine und direkt mit der Menge des Bruches zusammen.

In dem Prozess, in dem Sprengstoffe verwendet werden, wird die Beziehung zur Festigkeit durch die Art und Weise verkompliziert, in der einige schwache, nicht spröde Gesteine wie Glimmerschiefer auf Blast reagieren und für eine gegebene Ladung nicht gut ziehen und durch die viel größere Rolle, die beim Bruch auftritt Theaterstücke.

Brüche dienen nicht nur als Expansionswege für Gase, sondern auch als Schwächungsebenen, entlang derer sich das Gestein trennt. Beim Tunneln hängt die Leichtigkeit des Bohrens von Schlaglöchern von der Härte und Abrasivität der Felswand und auch von der Härte ab. Der Bohrer kann an einer scharfen Grenze zwischen harten und weichen Zuständen abgelenkt werden.

Am wahrscheinlichsten sind harte Mineralien, die Schwierigkeiten bereiten können, wie beispielsweise Quarz, Feuerstein oder Scherben, die als Venen oder knötchenförmige Konkretionen auftreten können. Schiefer, die Eisensteinknollen enthalten, können auch als unangenehme Mischung stören. Relativ harte Mineralien und starke Gesteine werden oft durch thermische Metamorphose gebildet.

Ein schwacher und weicher Kalkschiefer kann sich in einen harten, harten Calchornfels verwandeln. Dies hat sich als bedeutender geologischer Faktor in einigen Wasserkraftprojekten herausgestellt, bei denen sich das Reservoir auf einer Anhöhe auf einer Anhöhe befindet, die einem Austrag aus großem Granit entspricht.

Das Tunneln innerhalb der thermischen Zone wird mit zunehmender Annäherung an den Granit immer schwieriger. Ein übermäßiger Abbau von Gesteinsmassen aufgrund von Schwächungsebenen kann zu Überbrüchen und auch zu Stürzen vom Dach führen.

Ein gewisser Prozentsatz an überschüssigem Aushub über demjenigen, der dem perfekten Abschnitt entspricht, wird in der Regel vom Vertrag erfasst. Der Ausbruch, der während des Aushubs auftritt, hängt von der Intensität der Verbindung und dem Vorhandensein anderer Schwächungsebenen ab, wie zum Beispiel Bettungsebenen, Schieferheit. Im Allgemeinen bilden gut gebettete Felsen mit Brüchen einen Ausbruch, während massives, gleichmäßig gestrahltes Gestein einen sauberen Schnitt ergibt.

Übermäßiger Ausbruch und die Gefahr von Steinschlag vom Dach sind in den folgenden Situationen möglich:

(a) In Störungszonen, insbesondere bei lose zementierten Brekzien.

(b) Bei Deiche, die enger sind als der Tunnel, die Fugen entwickelt haben.

(d) In Schichten von locker verdichteten Bruchgesteinen.

(e) Wo dünne Schichten aus starkem und schwachem Gestein (z. B. Kalk- und Schieferveränderungen) auf der Dachebene oder beim Streichen entlang des Tunnels vorhanden sind und ein steiles Gefälle haben.

Versickerung in einen Tunnel:

Das Ausmaß der Versickerung in einen Tunnel durch durchlässige Felsen und Fugen ist ein wichtiger zu berücksichtigender Faktor. Dies sollte anhand der Kenntnis der Grundwasserbedingungen, der Durchlässigkeit von Gesteinen und der geologischen Struktur beurteilt werden.

Beispielsweise sind Granit, Gneis, Schiefer und solche kristallinen Gesteine normalerweise trocken, mit Ausnahme des möglichen Flusses entlang der Fugen und Verwerfungen und möglicherweise an den Rändern von Deichkanten, die sie durchschneiden.

Bei durchlässigen Gesteinen steigt der Fluss des Grundwassers in den Tunnel wahrscheinlich in der Störungszone und an den Synclinalachsen. Risse, die vor allem in Kalkstein mit Wasser gefüllt sind, stellen eine ernste Gefahr dar. Dies muss gegen das Antasten der Arbeitsfläche mit kleinen horizontalen Bohrungen abgesichert werden.