ماشین های حفاری و انتخاب یک ماشین مناسب جهت تونل سازی

فهرست مطالب
فصل اول: آشنایی با روش حفر مكانیزه
1-1- دسته بندی فضاهای زیرزمینی
1-2- مطالعات و طراحی
1-2-1- عملیات پیوسته
1-3- ملاحظات طراحی
1-4- هزینه ها
1-5- تقسیم بندی دستگاههای حفر مكانیزه تونیل
1-5-1- تقسیم بندی براساس روش حفر
1-5-2- تقسیم بندی براساس نگهداری پیشانی تونل
1-5-2-1- نگهداری طبیعی
1-5-2-2- نگهداری مكانیكی
1-5-2-3- نگهداری با هوای فشرده
1-5-2-4- نگهداری دوغابی
1-5-2-5- روش متعادل نمودن فشار زمین
1-5-3- تقسیم بندی براساس سیستم حمل مواد
1-5-3- نوار نقاله
1-5-3-2- نقاله زنجیری
1-5-3-3- نقاله مارپیچی
1-5-3-4- پمپاژ
1-6- معرفی چند دستگاه مهم
1-6-1- دستگاههای تمام مقطع
1-6-2- دستگاههای حفر سنگهای سخت
1-6-3- سپرهای متعادل با فشار زمین
1-6-4- سپرهای تركیبی
1-7- دستگاههای مقطعی
1-7-1- ماشینهای حفار بازویی/ بیلهای مكانیكی
1-8- حفاری كم قطر
1-8-1- دستگاه حفار AVN
1-8-2- دستگاههای حفارAVT
1-9- تجهیزات لوله گذاری
فصل دوم: معیارهای انتخاب دستگاه
2-1- شناسایی منطقه
2-2- نمونه برداری (گمانه زنی)
2-3- رسم نقشه های زمین شناسی و تهیه گزارش
2-4- انجام آزمایشها و تهیه داده های مربوطه
2-5- انتخاب دستگاه
2-5-1- زمینهای خاكی و محیطهای رسوبی
2-6- سپرهای آبی
2-7- سپرهای دوغابی
2-8- سپرهای متعادل با فشار زمین
2-9- ساختار صخره ای و سنگی
فصل سوم: نیروهای وارد بر دستگاه
3-1- نیروی فشارنده پیشانی تونل
3-1-1- روش دیوارگیری
3-1-2- اتكا به قطعات پوشش
3-2- نیروی گشتاور دستگاه
3-3- محاسبه نیروهای وارد بر دستگاه حفار
3-3-1- نیروهای وارد بر دستگاه در زمینهای خاكی
3-3-1-1- نیروی تحكیم پیشانی تونل
3-3-1-2- نیروی حاصل از وزن طبقات و آب موجود
3-3-1-3- نیروی اصطكاك بین سپر و زمین
3-3-1-4- نیروی اصطكاك بین سپر و قطعات پیش ساخته
3-3-1-5- نیروی مقاوم لبه برنده سپر
3-3-1-6- نیروی مقاوم برش دهنده ها
3-3-2- نیروهای وارد بر دستگاه در زمینهای سنگی و صخره ای
3-3-2-1- برش دهنده های قلمی
3-3-2-2- نیروهای وارد بر برش دهنده ها
3-3-2-3- عوامل مؤثر در عملكرد برش دهنده های قلمی
3-3-2-4- عمق نفوذ
3-3-2-5- زاویه تمایل به جلو
3-3-2-6- سرعت برش
3-3-2-7- فاصله برش دهنده
3-3-2-8- محاسبه نیروها
3-3-3- برش دهنده های دیسكی
3-3-3-1- عوامل مؤثر در عملكرد برش دهنده های دیسكی
3-3-3-2- عمق نفوذ
3-3-3-3- زاویه لبه برش دهنده های دیسكی
3-3-3-4- قطر برش دهنده های دیسكی
3-3-4- سرعت
3-3-5- فاصله بین برش دهنده ها
3-3-6- محاسبه نیروها
فصل چهارم: آزمایشهای خاك و سنگ
4-1- خاك
4-1-1- تعاریف كلی خاك
4-1-2- روش های معمول نمونه گیری خاك
4-1-3- آزمایشهای خاك
4-2- سنگ
4-2-1- تعاریف كلی سنگ
4-2-2- مغزه گیری از سنگ
4-2-3- طبقه بندی سنگها
4-2-4- آزمایشهای سنگ
فصل پنجم: مطالعه پروژه امامزاده هاشم
5-1- آتشباری
5-12- دستگاه حفار
5-1-3- روش اجراشده جهت بازگشایی تونل در دهانه ورودی
5-1-4- روش اجرای fore poling (پیش لوله گذاری)
5-2- روش اجرا
5-2-1- روش پلكانی
5-2-2- روش مستقیم
5-3- مشخصات كلی سیستم حفار و لوله ها
5-4- مشخصات عمومی مورد استفاده در روش forepoling
5-5- زمین شناسی تونل امامزاده هاشم
5-5-1- چینه شناسی
5-5-1-1- سازند شمشك
5-5-1-2- سازند الیكا
5-5-1-3- سازند مبارك
5-5-1-4- سازند جیرودلاون
5-5-2- زمین ساخت
5-5-2-1- گسله شمالی (قره داغ)
5-5-2-2- گسله جنوبی (مشاء)
5-6- توضیحاتی پیرامون پروژه
5-6-1- مشكلات زمین شناسی
5-6-2- ریزش های بوقوع پیوسته و تمهیدات
5-6-3- تمهیدات انجام شده جهت مهار ریزش
5-6-4- خلاصه ای از ریزش های بوقوع پیوسته در دهانه خروجی
5-6-5- تمهیدات انجام گرفته جهت مهار ریزش
5-6-6- راه اندازی مجدد این عملیات
5-6-7- ریزش در ابتدای دهانه ورودی و تشكیل قیف
5-7- ایجاد دال بتنی
5-8- احداث تونل دسترسی (Adit)

چکیده
در سالهای اخیر فضاهای زیرزمینی مخصوصاً حفر تونل در كشورمان اهمیت زیادی پیدا نموده چرا كه مسئله آب به صورت یك مشكل اساسی در كشورهای خشك و كم آب مطرح می باشد، به طوریكه بعضی از تحلیل گران، جنگهای آینده را جنگ بر سر آب می دانند، به همین خاطر در كشور ما نیز، مهار آبهای سطحی سر لوحه برنامه های سازندگی قرار گرفته است. لذا تونلهای انحراف و انتقال آب بسیاری در حال انجام گرفتن است و یا در برنامه های درازمدت دولت قرار دارند.
از طرف دیگر توسعه راههای كشور (چه اتوبانهای داخل شهری و چه جاده های خارج از شهر) باعث افزایش روزافزون تونلزنی در سالهای اخیر گردیده و روش حفر مكانیزه تونیل بعنوان یكی از روشهای سریع و رایج در دنیا حائز اهمیت می باشد.
اما انتخاب غلط دستگاهها در بعضی از پروژه های موجود، گواه این مطلب است كه نه تنها هیچ پارامتر كمی و كیفی درباره مشخصات این دستگاهها، اعم از نیروی لازم و توان موردنظر و ... وجود ندارد تا كارفرما بتواند براساس آن طرح موردنظر را ارزیابی كند، بلكه حتی شناخت كافی نیز از انواع دستگاهها و محدوده كاری و نحوه عملكرد آنها دردست نمی باشد.
در فصل اول به معرفی و جایگاه این صنعت، مقایسه این روش با دیگر روشها، تقسیم بندی دستگاهها از دیدگاههای مختلف و معرفی دستگاههای مهم روش حفر مكانیزه پرداخته شده است.
در فصل دوم نحوه انتخاب دستگاهها و محدوده كاری آنها و خلاصه ای راجع به چگونگی تهیه پارامترهای با ارزش بحث گردیده است.
در فصل سوم علاوه بر آشنایی پارامترهای مهم و اصلی دستگاه، نحوه بدست آوردن آنها بصورت بسیار ساده بیان شده است كه مشخص كردن این پارامترها دیگر مشخصات و تجهیزات دستگاه را تعیین می كند.
در فصل چهارم آزمایشهای مختلفی كه در محل و یا در آزمایشگاه باید انجام گیرد تا مشخصات و پارامترهای مختلف زمین و دستگاه قابل محاسبه باشند از منابع مختلف جمع آوری شده اند.
و در فصل آخر یك پروژه در حال كار (تونل امامزاده هاشم) به عنوان طویل ترین تونل راه كشور ارائه گردیده است. كارفرمای این طرح وزارت راه و ترابری، مشاور شركت ایران استن و پیمانكار موسسه حرا می باشد و در پایان روش اجرایی تونل امامزاده هاشم و مشكلات ناشی از حفر تونل در زمین های سست و ریزش آن ارائه گردیده است.
چكیده:
1- اشاره به موضوع پروژه و اهمیت و ضرورت بررسی آن
2- اشاره به روش تحقیق (از محتوای پرونده فوق روش جمع آوری مطالب و مطالعه میدانی بوده است)
3- اشاره به فصول پروژه كه در بخش چه موضوعی بررسی می گردد
4- اشاره به نتایج و دستاوردهای تحقیق

فصل اول
مقدمه:
در چندسال اخیر ایجاد فضاهای زیرزمینی رشد فزاینده ای داشته است. اگر قبلاً این فضاها فقط برای مقاصد خاصی مانند معدنكاری و یا حمل و نقل در محل های صعب العبور و كوهستانی استفاده می گردید، اما امروزه به علت زندگی شهری و توسعه شهرنشینی، مشكلات تراكم و كمبود فضاهای سطحی، ایجاد سازه های زیرزمینی از توجه خاصی برخوردار شده است و كاربرد این سازه ها را در زمینه های مختلف گسترش داده است. تنوع كاربری و الزامات موجود، موجبات گسترش و رشد صنعت تونلسازی و احداث سازه های زیرزمینی را فراهم آورده است.
1-1- دسته بندی فضاهای زیرزمینی:
امروزه فضاهای زیرزمینی جهت حل مشكل حمل و نقل جاده ای بیرون و درون شهری انتقال آب، خدمات آب رسانی همگانی، ایجاد مراكز صنعتی مانند نیروگاهها، انبارها و پناهگاهها، سیستم فاضلاب، مترو، معدنكاری و موارد بیشمار دیگر، مورد استفاده قرار می گیرند.
این فضاها برحسب شیب، سطح مقطع و طول به سه دسته كلی تونلها ، چاهها  و مغارها  تقسیم می شوند. در جدول شماره 1-1- دسته بندی صورت گرفته برای سه نوع فضاهای ذكرشده بر مبناهای مختلف آورده شده است.
جدول 1-1 دسته بندی فضاهای زیرزمینی برمبناهای مختلف (3)
مبنای دسته بندی    تونلها    چاهها    مغارها
الف- عمق    كم عمق
عمیق    كم عمق
عمیق    كم عمق
عمیق
ب- نوع زمین    سخت
نرم
مختلط    سخت
نرم
مختلط    سخت
نرم
مختلط
ج- روشهای احداث    1- چالزنی و آتشباری
2- ماشینهای حفر تونل ???
3- ماشین حفار بازویی
4- كندن و پوشاندن
5- لوله گذاری
6- حفر با جت آب    1- چالزنی و آتشباری
2- حفر بصورت چاه كورپا از بالا به پایین
3- گشادكردن دریل
4- Downslashin
5- حفاری مكانیزه    1- چالزنی و آتشباری
2- حفاری مكانیكی
د- پوشش    1- پوشش بتنی
2- پوشش یا قطعات پیش ساخته چدنی
3- بتن پاشیده
4- بدون پوشش
5- پوشش یا وسائل نگهداری فولادی    1- پوشش بتنی
2- پوشش با قطعات پیش ساخته چدنی
3- بتن پاشیده
4- بدون پوشش
5- پوشش یا وسائل نگهداری فولادی    1- پوشش بتنی
2- پوشش پاشیده

 
1-2- مطالعات و طراحی:
تونل: یك گذرگاه زیرزمینی باریك، دراز و افقی و یا نزدیك به افقی است كه از ابتدا و انتهای آن به هوای آزاد راه دارد و برای انتقال آب، فاضلاب، عبور قطار، رفت و آمد وسائل نقلیه و تأسیسات زیرزمینی مختلف و معدن بكار می رود.
ایجاد یك تونل طی دو مرحله اصلی یعنی طراحی و احداث صورت می گیرد. طراحی به عمل تصوركردن و طرح ریزی تركیب اصلی و پارامترهای ارزشمند یك سیستم، نقشه، عملیات و یا كار هنری گفته می شود كه لازمه آن به ویژه در مورد تونل جمع آوری اطلاعات مربوط به زمین است. این اطلاعات به سه دسته عمده تقسیم می شوند:
1- اطلاعات فیزیكی و مكانیكی مانند: مقاومت فشاری سنگ، قابلیت حفاری و غیره.
2- اطلاعات زمین شناسی مانند: جنس سنگها، ژنز آنها، گسلها و غیره
3- اطلاعات آب مانند: سطح ایستایی، ضریب نفوذناپذیری و غیره
مرحله بعد از طراحی كه به مدد اطلاعات مربوط به زمین صورت می گیرد. احداث تونل می باشد. برای آنكه تونلی احداث گردد ابتدا باید حفر و سپس نگهداری شود كه نگهداری بطور دائم یا موقت میباشد.
حفر: مجموعه عملیاتی است كه منجر به ایجاد یك حفره در زمین می شود. این عملیات و یا به عبارت دیگر عملیات واحد شامل عملیات تولیدی و عملیات جانبی یا كمكی می باشد.
عملیات جانبی: آن عملیاتهایی هستند كه خود مستقیماً در ایجاد تونل نقشی ندارند، اما برای تداوم كار لازمند و در حقیقت به عملیات تولیدی، خدمات رسانی می كنند. مانند تهویه، آبكشی، روشنایی و حتی بعضی، نگهداری را نیز جزء این بخش می دانند.
عملیات تولیدی: مستقیماً با حفر تونل در ارتباط هستند برای این كار باید ابتدا سنگ شكسته شود  و یا خاك كنده شود  و سپس مواد به محلی مناسب منتقل گردند.
برای شكستن سنگ و یا كندن خاك احتیاج است كه ابتدا در آنها نفوذ شود  و سپس خاك كنده و سنگ خرد گردد.  نفوذ در سنگ به طرق مختلف میسر است به صورت مكانیكی مانند: حفاری و یا استفاده از ابزار برنده به صورت حرارتی، صوتی، جت آب و ... و برای خردكردن سنگها نیز از انواع مختلف انرژی استفاده می شود، از جمله از انرژی شیمیایی مانند انفجار، انرژی مكانیكی مانند باVس و گوه و یا سرمته ها.
كندن خاك نیز به شیوه های مختلف صورت می گیرد، از جمله روشهای هیدرولیكی مانند استخراج محلولی  و یا روشهای مكانیكی مانند سرمته های چنگكی یا ناخنی .
گام بعدی انتقال مواد كنده شده است تا ادامه عملیات امكان پذیر باشد، برای این منظور مواد كنده شده بارگیری می شوند  و سپس جابه جا می گردند.
1-2-1- عملیات پیوسته:
با پیشرفت و ترقی جامعه بشری و رشد روزافزون این صنعت و با توجه به طولانی بودن چرخه عملیات در روشهای غیرپیوسته مانند چالزنی، آتشباری، بارگیری و باربری احتیاج به شیوه هایی بود كه از سرعت بیشتری برخوردار باشند و در نتیجه روشهای پیوسته حفر مورد توجه قرار گرفتند و به سرعت پیشرفت كرد تا جایی كه پیشرفت دستگاههای تونلزنی حفاظ دار امكان احداث تونل را در اعماق زمین، در سطوح نزدیك به زمین در نقاط كم استحكام زمین و حتی در زیر دریاها به وجود آورده است. استفاده از این دستگاهها در همه نقاط با كمترین استحكام و بیشترین فشارهای سطح زمین از قبیل بسترهای پست خاكی كه نرم و روان هستند نیز امكان پذیر است.
البته تونلزنی با دستگاههای مكانیزه نباید و نمی تواند به طور كامل جایگزین سایر روشهای حفر تونل شود ولی از نظر فنی و اقتصادی در جایگاههایی كه روشهای دیگر كاربرد ندارند و یا مسافت حفاری شده زیاد باشد. با سرعت پیشروی بالا مدنظر می باشد و یا اگر محدودیتهای سخت زیست محیطی در سطح زمین حاكم باشد، می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
مهمترین مزایا و معایب استفاده از این گونه دستگاهها چنین است:
مزایا:
-    سرعت پیشروی بالا و مكانیزه بودن روش حفاری
-    اجرای دقیق حفر تونل به لحاظ یكنواختی سطح مقطع و عدم انحراف از مسیر مشخص شده
-    حداقل تأثیرات منفی بر روی زندگی در سطح زمین
-    ایمنی بالا در حین حفاری.
-    روشهای ساختمانی هماهنگ با شرایط محیط.
-    كیفیت بالا و امكان تحكیم اقتصادی تونل.
معایب:
-    دوره نسبتاً طولانی طراحی، ساخت و نصب دستگاه
-    اقتصادی نبودن برای حفر تونل های كوتاه
-    خطر عملكرد نامناسب هنگام تغییرات ناگهانی و پیش بینی نشده ساختار تركیب زمین.
چنانچه قرار باشد از این گونه دستگاهها بطور موفقیت آمیز استفاده شود، طراحی دقیق دستگاه روش تحكیم مناسب و پشتیبانی دقیق لازم است. تجربه و دانش فنی از پیش نیازهای اصلی یك طرح اقتصادی و منطقی از نظر فنی می باشد.
1-3- ملاحظات طراحی:
جدول 1-2 ملاحظات طراحی برای انتخاب روش احداث تونل برای روش چالزنی و آتشباری، ???ها و ماشین حفار بازوئی را به طور مقایسه ای مطرح نموده است.
 
جدول 1-2 ملاحظات طراحی برای انتخاب روش (3)
    چالزنی و آتشباری     TBM    ماشین حفار بازویی
انفجار هوا و صداهای شدید    امكان آن وجود دارد ولی با به كارگیری آتشباری تأخی    وجود ندارد    وجود ندارد
نرخ متوسط پیشروی گرفتگی با اندازه متوسط    30 فوت در روز     100 فوت در روز    40 فوت در روز
شناسایی گماله ای    اهمیتی ندارد    بسیار مهم    گاهی مواقع مهم
قلوه سنگ و رسوبات یخچالی    چالزنی مشكل ولی مطمئن ترین روش است    برای قله سنگها مشكل ولی برای رسوبات یخچالی مناسب است    برای قله سنگها چندان مناسب نیست. ولی برای رسوبات یخچالی مناسب است
    دانه ریز رسی    چندان مشكل نیست    از جنبه جابجایی و انتقال بسیار مشكل    مشكل
مقاومت فشاری سنگ    برای هر مقاومتی قابل استفاده است    برای سنگهایی با مقاومت فشاری بیش ازKSI?40 كارایی ندارد    برای سنگهای با مقاومت فشاری بیش ازKSI? 14 كارایی ندارد
تلرانس در حین احداث    در زمینهای بد با مشكل مواجه می شود    رضایت بخش خواهد بود    گاهی با مشكل برخورد می كند.
قوس با انحنای تونل    شعاع انحنای قوس نباید كمتر از 100 فوت باشد (عامل كنترل كننده شعاع انحناء تجهیزات باربری و انتقال مواد كنده شده است)    شعاع انحنا نباید كمتر از 575 فوت باشد    می تواند به قوسهای تندتر وارد شود (عامل كنترل كننده شعاع قوس تجهیزات انتقال مواد كنده شده است)
شرایط مختلف زمین    در هر شرایطی می تواند تطبیق نماید    بسیار مشكل با شرایط مختلف انطباق می یابد    انطباق پذیری چندان مشكل نیست
چالزنی    نسبت به شرایط زمین بسیار حساس است    نیازی نیست.     نیازی نیست
گرد و غبار    در حین چالزنی و آتشباری گرد و غبار بسیار زیاد است    بسیار زیاد    مقداری گرد و غبار
حفاری اكتشافی     مشكلی ندارد    برای انجام حفاری اكتشافی در حین احداث ماشین باید طراحی خاص وجود داشته باشد.    مشكلی ندارد
گسلها     در برخورد باید احتیاط كرد. از جنبه نگهداری مشكل ولی از جنبه حفر آسان است    از گسلهای عریضتر از 30 فوت نمی تواند گذر كند. گسلهای با عرض 3 تا 30 فوت برای گذركردن بینهایت مشكل است    نیمه مشكل
انعطاف پذیری     بسیار بالا    بسیار صلب (غیرقابل انعطاف)    متناوب
میزان خردشدگی    با نوع مواد منفجره كاربردی، روش خرجگذاری و الگوی آتشباری، میزان خردشدگی قابل كنترل است    با انتخاب برش دهنده فشار محوری پشت ماشین، فاصله برش دهنده ها از هم و آرایش آنها میزان خردشدگی قابل كنترل است    با انتخاب نوع سرمته و فاصله بین آنها میزان خردشدگی قابل كنترل است
تونلهای گازدار    بسیار سخت    مشكل     نسبتاً سخت متوسط
شیب    هرشیبی ولی به بیش از 18 درجه     برای شیبهای افقی تر خوب است برای زوایای شیب بیش از 5 درجه مناسب نیست ماشینهای خاصی برای كار در زاویه بیش از 20 درجه طراحی شده اند    برای زوایای شیب بیش از 5 درجه مناسب نیست
مشكل آب زیرزمینی    می تواند بسهولت كنترل شود    كنترل آن بسیار سخت است    قابل كترل است
هزینه اولیه    چندان زیاد نیست    بسیار بالا است. (نسبت هزینه كل به هزینه ماشین برابر 15 تا 20 است.)    متوسط
حفر به كمك جت (آب)    نیازی به جت (آب) نیست    برای سنگهای بسیار سخت (? بزرگتر از ??? 40) نیاز به جت آب است.    برای سنگهای با ? بیشتر از ???14 نیاز به جت آب است
زمان موردنیاز برای راه اندازی    حدود یك ماه    سه تا 18 ماه برای راه اندازی     یك ماه یا بیشتر
طول تونل     طولهای كوتاهتر، بیش از 10000 فوت    برای طولهای كوتاهتر از 10000 فوت به كار نمی رود (مگر اینكه ماشینهای مورد استفاده در دسترس باشند)    بیش از 10000 فوت (در شرایط ایده آل، در طولهای بزرگتر می تواند به كار گرفته شود)
مكانیزاسیون    چندان بالا نیست    بسیار بالا    متوسط
حفر جنبه كار مختلط    چندان مشكل نیست (انعطاف پذیرترین روش)    بسیار مشكل (حداقل انعطاف پذیری)    چندان مشكل نیست
رفتارنگاری جهت حفر    چندان مهم نیست    بسیار مهم    گهگاه مهم
انتقال سنگ كنده شده    بسیار انعطاف پذیر (قطار، كامیون و ...)     انتقال سنگ خردشده از جبهه كار به پشت ماشین توسط نوار نقاله و سپس توسط قطار یا كامیون انجام می گیرد    حمل سنگ خردشده از جبهه كار به پشت ماشین نیاز به بازوی جمع كننده و نوار نقاله و سپس قطار یا كامیون دارد.
حفر تونلهای چندگانه    به كار گرفته می شود    مورد استفاده قرار نمی گیرد    معمولاً مورد استفاده قرار نمی گیرد
فرسودگی (درزه دارشدن) جداره فضایی اطراف    برای چالهای با خرجگذاری زیاد، بسیار بالاست    زیاد نیست (بر جداره تأثیر نمی گذارد)    متوسط
سروصدا    بسیار زیاد (در حین آتشباری)     نه چندان زیاد    میزان سروصدا متوسط
تعداد كارخانجات تولیدكننده    متعدد    درآمریكا 3 یا 4 كارخانه    در آمریكا 3 یا 4 كارخانه
حفر چندمرحله ای یا مقطعی جبهه كار    همیشه امكان پذیر است    غیرممكن است    امكانپذیر است
قابلیت دسترسی به دهانه یا مدخل ورودی    مهم نیست    بسیار مهم است مگر این كه برای انتقال ??? نیاز به حفر چاه باشد    برخی مواقع مهم است
پیش نگهداری و پایدارسازی زمین    اجرای پیش نگهداری زمین مشكل نیست.    بسیار مشكل است مگر این كه ماشین برای این منظور طراحی شده باشد    چندان مشكل نیست
پیوستگی یا عدم پیوستگی عملیات    چرخه ای، متناوب غیرپیوسته    پیوسته    پیوسته
میزان پیشروی بستگی دارد به:    طول، آرایش و فاصله ردیفی چالها و نوع ماده منفجره    سختی سنگ، ساییدگی سنگ، گشتاور و توان و سرعت دوران و وزن و نوع برش دهنده های ماشین    سختی سنگ، گشتاور، توان، سرعت دوران و نوع برش دهنده سنگ
زمان خودنگهداری موردنیاز زمین برای عمل حفر (بدون اصلاح زمین)    حداقل 3 ساعت (بدون پیش نگهداری)    در صورتی كه زمان خودایستایی زمین صفر باشد برای كار با ??? از سپرهای دوغابی یا سپرهای تعادلی با فشار زمین استفاده می شود    4 ساعت ارجح است
مراحل?یاروندهای (rounds)    به ازای حدود 12 فوت طول چال، روند یا مرحله پیشروی 10 فوت است.    پیشروی روندی یا مرحله ای نیست    پیشروی روندی یا مرحله ای نیست.
RQD    برای كلیه مقادیرRQD مناسب است    در صورتی كهRQD برابر 25 تا 45 درصد باشد روش خوبی نیست    برای كلیه مقادیرRQD خوب است.
زمینهای رونده    مناسب نیست مگر این كه زمین پیش تزریق و پایدار شده باشد    ماشینهایی كه به طور ویژه طراحی شده باشند می توانند در این زمینها عمل كنند    مناسب نیست
شكل    هرشكلی    فقط دایره?ای (باستثنای ماشینهای خاص مانند دستگاه استخراج متحرك)    دایره ای، نعل اسبی ونعل اسبی اصلاح شده
زمینهای رسی، ماسه ای و سیلتی    مناسب نیست    TAB های سپردار خوب هستد    استفاده نمی شود.
اندازه     با استفاده از حفر تونلهای پیشروی پله ای هر اندازه ای     تونل حفر كرد    در حال حاضر قطر 6 تا 40 فوت    با ابعاد باز و كنترل می شود به طور كلی 5 تا 14 فوت ولی از طریق حفر پله ای هر اندازه ای می توان حفر كرد
زمینهای فشاری یا مچاله شونده    گاهی مشكل    احتمالاً گیرخواهد كرد مگر این كه پایه های گام زن داشته باشد یا قادر به كاهش اندازه باشد    گاهی مشكل
مشكلات شروع كار    شدید نیست    شدید و مستلزم ملاحظات خاص است    شدید نیست
مشكلات راهبری و هدایت    وجود ندارد    به شرایط زمین بستگی دارد. شیب و جهت باید به شدت كنترل شود.    وجود ندارد.
مشكلات نقشه برداری    زیاد    كم    متوسط
یكنواختی و یكسانی اندازه تونل    ضروری نیست می توان انشعاب و تغییر سطح مقطع ایجاد نمود.    بینهایت مهم    چندان مهم نیست
بهره دهی تجهیزات    35درصد    40 درصد    60 درصد
رسهای خیلی محكم    قابل استفاده    با استفاده از برش دهنده های مخصوص همراه با سپرها    استفاده نمی شود
لرزش     پمپ زیاد(درجریان آتشباری)    متوسط    بالا
نیروی كار انسانی     بسیار ماهر (ناظر آتشباری انتخابی)    بسیار ماهر و متخصص (اپراتورها و مكانیسین ها)    ماهر
1-4- هزینه ها
همانگونه كه در معایب حفر مكانیزه گفته شد و در جدول 1-2 نیز آورده شده است، زمان و هزینه های ساخت این دستگاهها بسیار بالا می باشد، لذا برای پروژه های كوچك به صرفه نخواهد بود.
بطور كلی هزینه ها را می توان به دو دسته ثابت و متغیر طبقه بندی كرد. منظور از هزینه های ثابت هزینه هایی است كه با تغییر شرایط زمین و راندمان اجرایی ماشین تغییر نمی كند. مانند هزینه ماشین، دستگاه تهویه، سیستمهای بارگیری و ... و هزینه های متغیر شامل هزینه های كارگر، انرژی، نگهداری، تعمیر وسایل و ... كه می تواند  با میزان پیشروی جنس زمین و عوامل مختلفی كه با آن در اجرای طرح مواج می شویم تغییركند.
در روش ماشینی معمولاً هزینه های ثابت، بالاتر از هزینه های متغیر است ولی در روش حفاری دستی هزینه های متغیر بالاتر است. بعنوان مثال هنگامی كه از ماشین حفاری استفاده می شود، تمام هزینه ها تقریباً خود دستگاه می باشد و هنگامی كه از روش حفاری دستی و سنتی استفاده می شود اكثر هزینه ها (در صورتیكه از ماشینهایی مثل دستگاههای هیدرولیكی حفار هم استفاده می شود)، هزینه های نیروی انسانی و كارگر است.
معمولاً از طول مشخصی به بعد روش ماشینی اقتصادی تر به نظر می رسد در صورتیكه قبل آن از روش حفاری دستی اقتصادی تر به نظر می رسد.
از عوامل مؤثر دیگر می توان به شیب تونل اشاره كرد، واضح است كه با افزایش شیب، به بالا مسائلی مانند درگیرنشدن مناسب پیشانی برشی ماشین با جبهه كار تونل و نیاز تقویت جكهای هیدرولیكی ماشین برای مقابله با مؤلفه وزن ماشین مطرح می شود و شیب به سمت پایین نیز مشكل جمع شدگی آب در جبهه كار تونل و انتقال مواد حاصل از حفاری به خارج تونل را پدید می آورد كه در ابتدای كار باید به این مسائل توجه كافی داشت ولی به هر حال هزینه بالا و راندمان پایین تر خواهد بود. البته ماشینهایی برای كار در شیب به طور خاص طراحی شده اند، مثلاً ماشین حفار تمام مقطعی وجود دارد كه تا زاویه 45 درجه بالای افق و 18 درجه پایین آن را می تواند حفر كند.
از عوامل بسیار مهم دیگر در هزینه های حفاری جنس و نوع سنگ است. اگر جنس سنگ سخت باشد نیاز به تكیه گاههای موقت كاهش می یابد اما مشكلاتی مانند فرسوده شدن سرمته ها و نیاز به تعویض آنها باعث افزایش هزینه می شود و از سرعت پیشروی می كاهد.
ماشینهای حفار تمام مقطع، تونل را با یك مقطع ثابت حفر می كنند و امكان بازگشت ماشین از طریق تونل احداث شده وجود ندارد، درحالیكه در روش حفاری انفجاری یا ماشینهای حفاری مقطعی ابعاد تونل به دلخواه اجرا می شود و محدودیت قبلی مطرح نیست. از مشكلات دیگر حفاری می توان به تورم وفشردگی سنگها اشاره نمود كه موجب بادكردن و تغییرشكل تونل در مسیر می شود، بخصوص هنگام استفاده از ماشینهای حفار تمام مقطع باید به این نكته توجه داشت، چرا كه تغییرشكلها ممكن است آنقدر زیاد باشد كه حفر در تونل با مشكل روبرو شود. گاه این تغییرمكانها را می توان با حفاری موضعی برطرف نمود.
زمانی كه یكی از ماشینهای رابینز در یك تونل فاضلاب در تورنتو در سنگ آهك، ماسه سنگ و شیل با مقاومت فشاری حدود 600 تا 1900 كیلوگرم بر سانتیمتر مربع حفاری نمود، به موفقیت و شناسایی قابل توجهی رسید. این ماشین اولین ماشینی بود كه كاملاً به برش دهنده های دیسكی چرخان  مجهز بود. سرعت پیشروی در این تونل با قطر حدود 3 متر به 3 متر در ساعت رسید.
از سال 1960 به بعد در كشور اتریش نیز ماشینهای حفاری توسط شركت ولمایر در وین طراحی و توسط شركت الپین ساخته شد. این دستگاه در جهات قائم و افقی در طول خود به جداره فرزشده تونل، بوسیله جك تكیه داشت و فشار لازم برای پیشروی را تأمین می نمود. این دستگاه با موفقیت جهت حفر تونلی بقطر سه متر در سنگهای آهكی دونین با سرعت پیشروی 8/1 متر در ساعت آزمایش شد.
در سالهای بعد كارخانه ویرث آلمان غربی نیز ساخت ماشینهای حفر تونل را كه دارای سپر مجهز به برش دهنده های غلطكی زگیل دار (برای سنگهای سخت) و دندانه دار (برای سنگهای با سختی متوسط) شروع نماید. برش دهنده دارای استهلاك متوسطی بود تنها گرم شدن پایه های غلطكها ایجاد مشكل می نمود، زیرا فشار فوق العاده زیادی جهت پیشروی در سنگ سخت لازم بود كه برش دهنده را سخت به پایه های خود می فشرده و تولید گرما نماید. بدین خاطر خنك كردن برش دهنده توسط آب لازم می شد. این عمل، مشكل استهلاك وسائل متحرك را در اثر خرده ریزه بلورهای سنگ كه لابلای دستگاه حفار پراكنده می شد، تشدید می كرد كه این مشكل با ایجاد كانال كف تونل جهت جاری ساختن آب در آن و تخلیه محیط تونل از آب تا حدودی برطرف گردید.
حدود سال 1969 شركت ویرث تا بدانجا پیشرفت كرد كه تونلهای با زاویه شیب تا 32 درجه را در سنگ گرانیت توسط ماشینهای حفاری مكانیزه به انجام رسانید. سرعت پیشرفت در این تونل شیبدار با قطر 4/2 متر به 12 متر در روز رسید.
از جمله سایر سازندگان ماشینهای حفاری تونل جاروا ، اینكرسولرند ، هاگز ، درسر ، اطلس كوپكو ، دماگ ، زوكور  و كوماتسو  را می توان نام برد.
1-5- تقسیم بندی دستگاههای حفر مكانیزه تونل:
1-5-1- تقسیم بندی براساس روش حفر (14)
در روش مكانیزه حفاری به طور كلی از نظر روش حفر و شكل پیشانی برشی  چهار نوع ماشین وجود دارد:
دستگاههای كه با روش دستی كار می كنند ، دستگاههای مقطعی ، دستگاههای تمام مقطع  و ماشینهای ویژه .
در روش حفاری با ماشینهای مقطعی، حفاری به صورت قسمت قسمت انجام می شود و تجهیزاتی از قبیل بیل مكانیكی و تیغه های برنده خاص و كلگی قابل تعویض استفاده می شود. هدایت این نوع ماشینها توسط انسان بطور اتوماتیك انجام می گردد.
ماشینهای تمام مقطع نیز انواع مختلفی دارند كه نوع آنها بستگی به ویژگیهای زمین و شرایط آبهای زیرزمینی دارد. همچنین نوع برش دهنده ها بستگی به ساختار؛ زمین منطقه حفاری دارد. دسته بندی انواع متداول دستگاههای حفاری از دیدگاه روش حفر به صورت زیر است:
دستگاههای ویژه به انواع بالا محدود نمی شوند و بسیار متنوعتر از حالتهای بالا می باشند و طرحهای مختلفی در حال ساخت و یا به صورت ایده مطرح می باشد.
1-5-2- تقسیم بندی براساس نگهداری پیشانی تونل
نگهداری پیشانی تونل و تحكیم دیواره های آن یكی از مهمترین عوامل مؤثر در انتخاب و طراحی دستگاه است. بدین جهت تقسیم بندی دیگری از دیدگاه نگهداری پیشانی تونل مطرح می گردد.
پنج روش برای نگهداری پیشانی تونل وجود دارد كه هریك از این روشها با توجه به شرایط زمین و آبهای زیرزمینی انتخاب و بكار گرفته می شوند، این روشها از قرار زیرند:
1-    نگهداری طبیعی
2-    نگهداری مكانیكی
3-    نگهداری با هوای فشرده
4-    نگهداری دوغابی
5-    متعادل نمودن فشار زمین
1-5-2-1- نگهداری طبیعی:
نگهداری طبیعی به این معناست كه پیشانی تونل بدون هیچ تدبیری خود ایستا می باشد. حال یا پیشانی تونل همانگونه كه می باشد ایستایی خود را حفظ می كند مانند حفر تونل در سنگهای سخت كه از ??? ها استفاده می شود و یا اینكه مواد پیشانی تونل با یك زاویه قرار و شیب خاص، تعادل خود را حفظ می كند. اما در تونلهای با مقطع بزرگ لازم است تا با صفحاتی افقی ارتفاع تل مواد، در پیشانی تونل را كم كرد تا مقدار پیشروی آن به داخل تونل و دستگاه كمتر گردد. این مطلب در شكل شماره 1-2- كه دستگاهی كه با نگهداری طبیعی را نشان می دهد مشخص است.
شكل 1-2 بیل مكانیكی سپردار كه نگهداری پیشانی تونل را به صورت طبیعی انجام می دهد
1-5-2-2- نگهداری مكانیكی:
در ابتدا نگهداری مكانیكی به صورت یك سرپوش بود. در این روش، استخراج، دستی و از بالا به پایین انجام می گرفت و وقتی قسمتی استخراج می گردید سرپوشها در آن قسمت نصب می شدند كه البته این روش استخراج، به صورت پیشرفته تری در دستگاههای امروزی بكار می رود. به طور كلی در روش مكانیكی قدیمی پیشروی كم و هزینه ها بالاست. استفاده از نگهداری مكانیكی فعال و یا متغیر پیشانی تونل، بسیار مؤثرتر و انعطاف پذیرتر می باشد. در این روش صفحات توسط جكهای هیدرولیكی به پیشانی تونل فشار داده می شوند و آنرا نگهداری می كنند و هنگام حفر برای مدت كوتاهی صفحات كنار می روند. این روش در دستگاههای مقطعی و در زمینهای با ویژگیهای متغیر و طول كوتاه بسیار متداول است. شكل شماره 1-3- این روش را نشان می دهد.
اما روش بالا برای دستگاههای تمام مقطع كارآمد نمی باشد، بلكه در این دستگاهها از پیشانی برشی بسته استفاده می شود. شكل شماره 1-4 یك دستگاه تمام مقطع با پیشانی برشی بسته را نشان می دهد كه نگهداری مكانیكی برای مقابله با فشار زمین است و در مناطقی كه زیر سطح ایستایی قرار دارند یا در آنجا آبهای آزاد وجود دارد این روش باید توسط دیگر روشها مانند هوای فشرده و یا دوغابی كامل شود.
شكل 1-3 نگهداری مكانیكی در دستگاههای مقطعی (توسط صفحات متحرك
شكل 1-4 نگهداری مكانیكی در دستگاههای تمام مقطع (توسط پیشانی برشی بسته)
1-5-2-3- نگهداری با هوای فشرده:
استفاده از این روش برای جلوگیری از نفوذ آب به داخل تونل بسیار مؤثر است. اما در زمینهای سست روش هوای فشرده باید توسط روش نگهداری طبیعی یا مكانیكی برای مقابله با فشار زمین همراه گردد. شكل شماره 1-5 نمای عمومی این روش را نشان می دهد.
شكل 1-5 فشار آب و هوا در دستگاه هوای فشرده
همانگونه كه در شكل 1-5 مشخص است فشار آب (به علت ثقلی بودن) یك ذوزنقه را تشكیل می دهد فشار هوای یكنواخت و با حداكثر فشار آب در انتهای ذوزنقه می باشد. زیادبودن فشار در بالای پیشانی تونل باعث هدررفتن هوا در این قسمت از تونل می گردد و اگر قسمت كوچكی از سطح به هر علتی پوشیده شود بعلت برهم خوردن تعادل ذرات خاك باعث پرتاب آنها به بیرون می گردد.
در زمینهای با ضریب نفوذپذیری بالاتر از Kw=10-1m/s استفاده از این روش با مشكل مواجه خواهد شد. چرا كه هوا در منافذ جایگزین آب می شوند و به خارج تراوش خواهند كرد بعلت پرتاب ذرات خاك و سنگ در فشارهای بالا محدودیت عمق در استفاده از این روش به وجود می آید چرا كه افزایش عمق، باعث افزایش فشار در پیشانی تونل و باعث تشدید پدیده هایی كه گفته شد می گردد. (حداكثر فشار هوایی كه می توان در اتاقك هوای فشرده تأمین كرد 4 بار می باشد)
بعدها روش هوای فشرده گسترش یافت و با پاشیدن یك محلول معلق بنتونیتی و ایجاد یك فیلتر كیك  به قطر چند میلیمتر در پیشانی تونل، سطح تونل را عایق می نمودند كه هم مشكلات قبل را مرتفع می كند و هم امكان مقابله با فشار زمین را فراهم می سازد.
شكل شماره 1-6 یك دستگاه هوای فشرده با اتاقك هوای فشرده در جلو دستگاه توسط شركت میتسوبیشی ساخته شده است را نشان می دهد و شكل شماره 1-7 دستگاه مقطعی هوای فشرده را نشان می دهد.
شكل 1-6 دستگاه هوای فشرده با اتاقك فشار در جلوی دستگاه.
شكل 1-7 دستگاه هوای فشرده مقطعی
1-5-2-4- نگهداری دوغابی:
در زمینهای شن و ماسه ای سست با آب زیرزمینی، نگهداری پیشانی تونل با دوغاب بسیار مناسب و سودمندتر خواهد بود. روش هوای فشرده در این مناطق مناسب نخواهد بود، زیرا در زمینهای شن و ماسه ای به علت زیاد بودن ضریب نفوذ پذیری و دانه بندی خاك مشكلاتی كه در قسمت هوای فشرده بیان شد در ؟؟؟؟ شود و امكان استفاده از این روش را غیرممكن می كنند.
در روش دوغابی پیشانی تونل با یك سیال تحت فشار بطور كامل و مطمئن نگهداری می شود. این دوغاب به همان خوبی كه فشار آب را مهار می كند با فشار زمین هم مقابله می نماید.
آب به عنوان سیال تحت فشار فقط در زمینهای نفوذناپذیر و چسبنده می تواند مناسب باشد در دیگر مورد از مخلوط معلق كه بیشتر اوقات مخلوط معلق آب و بنتونیت می باشد استفاده می گردد بنتونیت ؟؟؟؟؟ جهت استفاده می شود كه ؟؟؟؟؟ پلاستیسیته و تورم خوبی دارد. مخصوصاً تحت فشار به داخل زمین نفوذ می كند و ؟؟؟؟ هم چسباندن ذرات یك لایه نازك نفوذناپذیر فیلتر كیك) بوجود می آورد كه موجب ایجاد فشار لازم برای نگهداری پیشانی تونل می گردد. (این فرایند 1 تا 2 دقیقه به طول می انجامد) شكل شماره 1-8 فشار آب و زمین وارد بر پیشانی تونل و نحوه نگهداری آن توسط فشار دوغاب را نشان می دهد.
شكل 1-8 فشار دوغاب آب و زمین در نگهداری دوغابی
1-5-2-5- روش متعادل نمودن فشار زمین:
این روش هم بر همان اصل دو روش قبلی (هوای فشرده و نگهداری دوغابی) مبتنی می باشد. با این تفاوت كه در این روش بجای استفاده از هوای فشرده و یا سیال تحت فشار از خود زمین برای این كار استفاده می شود.
در زمینهای رسی خود زمین می تواند نقش واسطه نگهداری را ایفا كند. بعد از افزودن مناسب ساز (آب، بنتونیت یا مخلوط معلق رس و یا مواد شیمیایی افزودنی از جمله كف ) مواد كنده شده به صورت یك بستر دوغابی در می آیند كه باعث پایداری پیشانی تونل می شود این بستر دوغابی را می توان تحت فشار قرار داد تا با نیروهای موجود مقابله كند. شكل 1-9 این روش را بطور نمادین نشان می دهد.
شكل 1-9- شكل نمادین نگهداری نمودن فشار زمین و فشارهای موجود.
1-5-3- تقسیم بندی براساس سیستم حمل مواد:
یكی دیگر از عواملی كه در تقسیم بندی مواد اهمیت دارد چگونگی حمل مواد از سینه كار تا قسمت عقب دستگاه است.
روشهای انتقال مواد براساس اینكه مواد كنده شده از سینه كار چه خصوصیاتی دارند و از چه نوع روش نگهداری استفاده شود انتخاب می گردند و زیاد متنوع نیستند. چهار روش عمده از قرار زیر هستند:
1-    نوار نقاله
2-    نقاله زنجیری
3-    نقاله مارپیچی
4-    پمپاژ
1-5-3-1- نوار نقاله:
از رایج ترین روشهای حمل مواد در دستگاههای مكانیزه استفاده از نوار نقاله می باشد. این روش حمل تقریباً در تمام دستگاهها بجز روش دوغابی و سپرهای آبی، كاربرد دارد.
مواد بعد از كنده شدن از سینه كار به روشهای مختلف به روی نوار منتقل می شوند یكی از آنها روش دستی است كه یك كارگر مواد را برروی نقاله می ریزد. طریقه دیگر كه معمولاً در دستاههای مقطعی استفاده می شود. استفاده از نوار نقاله در پایین ترین قسمت تونل است كه بیل مكانیكی و یا بازوی حفاری بعد از كندن مواد آن را برروی آن می ریزند و مواد خارج می شود.
در دستگاههای تمام مقطع معمولاً برروی پیشانی برشی دستگاه، پاكتهایی تعبیه شده است كه مواد كنده شده را در هنگام چرخش در خود جمع كرده و برروی نوار منتقل می كند اما در سپرهای كور  نوار نقاله در زیر دریچه كنترل و تخلیه مواد قرار گرفته، هنگام پیشروی و زمانی كه دریچه باز است مواد برروی نقاله ریخته و به قسمت عقب منتقل می شوند.
با هریك از روشهای بالا كه مواد به نوار منتقل می شوند بعد از طی، طول قسمت عقب دستگاه  مواد در كامیون یا ویژگیها و یا شاتلها بارگیری می شود و برای تخلیه به خارج از تونل منتقل می شود.
شكل 1-10 حمل مواد توسط نوار نقاله در یك دستگاه ???
1-5-3-2- نقاله زنجیر
نقاله زنجیری از نظر ماهیت و طرز عمل، تفاوت چندانی با نوار نقاله ندارد. اما ماهیت زنجیری و فلزی آن كمك می كند تا در مواردی كه نوار نقاله محدودیت دارد، كارآمد باشد مانند حمل مواد با شیب بیشتر، انتقال مواد چسبنده و مرطوب و ... نقاله زنجیری در شاتلها، دستگاهای حفار بازویی و بیلهای مكانیكی و سپرهای كور و تیغه دار معمولاً بكار می رود.
شكل 1-11- حمل مواد توسط نوار نقاله زنجیری در یك دستگاه تیغه دار
1-5-3-3- نقاله مارپیچی
این روش كه معمولاً با یك نوار نقاله یا نقاله زنجیری و یا حتی پمپ دوغابی همراه است در دستگاههای متعادل با فشار زمین كاربرد دارد. این روش حمل مواد علاوه بر اینكه به كاربر اجازه می دهد تا در هر شیب و جهتی از آن استفاده كند، مزیت بسیار بزرگی دارد كه باعث استفاده دستگاههای متعادل با فشار زمین شده است و آن مزیت كنترل مواد و كنترل فشار در اتاقك پشت پیشانی برشی می باشد (شكل 1-12 و شكل 1-13)
شكل 1-12 حمل مواد توسط نقاله مارپیچی در دستگاه?EPB كه بوسیله نوار نقاله پشتیبانی می شود.
شكل 1-13- دستگاه EPBبا نقاله مارپیچی كه توسط روش پمپاژ پشتیبانی می شود.
1-5-3-4- پمپاژ:
در دستگاههایی كه نگهداری پیشانی توسط یك سیال حفاری انجام می گیرد (مانند روش دوغابی و یا سپرهای آبی و یا سپرهای تركیبی). برای انتقال مواد از این روش استفاده می شود. در این روش سیال حفاری در اتاقك پشت پیشانی برشی توسط یك پمپ تحت فشار قرار می گیرد، سپس مواد كنده شده به همراه سیال توسط پمپ دیگری كه در پایین دستگاه قرار گرفته اند و یك رشته لوله به خارج از تونل منتقل می شوند و در آنجا توسط سرندها و هیدروسیكلونها، سیال حفاری از مواد كنده شده جدا شده و توسط خط لوله دیگری به جبهه كار منتقل می شود. شكل شماره 1-14 این روش و چرخه سیال حفاری را نشان می دهد.
شكل 1-14- سپر آبی با سیستم حمل پمپاژ و تجهیزات جداكننده مواد از سیال حفاری
از آنجا كه قطر ذرات كنده شده با توجه به محدودیت قطر لوله و پمپ و نیز حمل توسط سیال، باید در محدوده خاصی باشد، لذا یك گریزلی و سنگ شكن در جلوی پمپ تعبیه شده تا مواد را به اندازه مورد نظر برساند (شكل شماره 1-15)
شكل 1-15- انواع سنگ شكن در روش حمل پمپاژ
روش دیگری كه معمولاً در دستگاههای ??? مطرح است تقسیم بندی دستگاهها از نظر بدون سپر ، و سپردار  بودن است. دستگاههای بدون سپر فاقد سیستم تنظیم فشار در دیواره ها و سقف تونل جهت جلوگیری از ریزش و كنترل آبهای زیرزمینی می باشند. در نتیجه این نوع دستگاهها در جاهایی كاربرد دارند كه زین مستحكم و خودایستا است و در صورت نیاز به نگهداری این عمل به طور طبیعی و یا مكانیكی انجام می شود.
شكل شماره 1-16 تقسیم بندی شركت میتسوبیشی ژاپن را نشان می دهد كه دستگاههای ??? را از نظر سپردار بودن و بدون سپربودن نیز، از هم تفكیك كرده است.
شكل 1-16- تقسیم بندی دستگاههای حفر مكانیزه توسط شركت میتسوبیشی
1-6- معرفی چند دستگاه مهم
1-6-1- دستگاههای تمام مقطع:
تونل با سطح دایره ای از نظر ایستایی بهتر از انواع دیگر است. به علاوه در این دستگاهها با هر دور چرخش تمام پیشانی تونل حفاری می شود كه دارای مزایای زیر است:
-    شكل تونل دقیق و بدون تخریب است.
-    انحنای پشتیبانی تونل در طول حفر تونل بدون تغییر باقی می ماند.
-    شكل پیشانی تونل با توجه به ثبات آن می تواند به بهترین وجه تعیین شود. بخصوص در زمینهایی كه نیاز به تحكیم دارند.
-    كارایی بالایی قابل دستیابی است.
عیب دستگاههای تمام مقطع عدم امكان استفاده مجدد از یك دستگاه در قطرهای متفاوت است، همچنین در زمینهایی كه تركیبات یكسان ندارند نیز كاهش كارآیی مشهود است. در این گونه زمینها لازم است برش دهنده ها تعویض شوند كه كاری پرهیزنه و وقت گیر است. طراحی و ساخت دستگاههای حفار همه كاره در زمینهای غیریكدست باعث كارآیی روزافزون این دستگاهها شده است. پیشانی برشی این نوع دستگاهها با توجه به روش حفرف پیشگری از ریزش و نحوه مواد حفرشده طراحی می گردد.
1-6-2- دستگاههای حفر سنگهای سخت:
این دستگاه مخصوص حفر در سنگهای سخت است. به لحاظ استحكام بالای سنگها در این نوع دستگاهها نیروی محوری زیاد و قدرت بالایی موردنیاز است. دیسكهای دوار به عنوان ابزار برش روی سطح پیشانی برشی نصب می شوند كه قابل تعویض می باشند. مواد حفاری شده می توانند به وسیله نوار نقاله، نقاله حلزونی یا به صورت محلول در داخل خط لوله به عقب انتقال داده شوند.
دستگاه مخصوص سنگهای صخت در صورتی كه منطقه حفاری، وضعیت خوبی از جهت نگهداری داشته باشد و مشكلاتی چون آبهای زیرزمینی و ریزش وجود نداشته باشد، می تواند بدون سپر باشد.
شكل 1-17- قسمتهای مختلف یك دستگاه حفر سنگهای سخت.
شكل 1-18- نمای از روبروی پیشانی برشی و یك برش دهنده دیسكی