◄[ تــــــونل ها ]►

[Alireza_2003]

تعاریف مربوط به تونلها و ساختگاه( عمق تونل ، شکل و اندازه لایه بندی زمین ، نحوه ساخت)
مشخصات و ویژگیهای تونلها و نحوه ساخت آنها در تاثیر پذیری آنها از زلزله موثر است. در این قسمت تعاریف مربوط به تونلها بیان شده و اثر هرکدام در تاثیر پذیری تونلها بررسی می‌شود.

عمق تونل :
بطور کلی تونلها در مقابل زلزله، نسبت به سایر سازه‌های سطحی بسیار پایدارترند. چرا که جابجائی زمین، دامنه حرکات، شتاب و سرعت ذره‌ای زمین عموما با زیاد شدن عمق، کاهش می‌یابد (مخصوصا اگر زمین نرم باشد)؛ بطوری که در مواردی شتاب زلزله در عمق بیش از 50 متر، حدود 40 درصد کاهش بافته است. البته ذکر این نکته نیز ضروری است که اگر چه شتاب و بعضی پارامترهای دیگر در عمق کمتر از لایه سطحی است، اما مشخصاتی مثل فرکانس زلزله به منبع تولید موج بستگی دارد و تابع عمق زمین نمیباشد. البته باید به این نکته نیز توجه داشت که میزان جابجائی ناشی از گسلش در عمق بیشتر از سطح است که این موضوع در بخش جداگانه‌ای مورد بحث قرار خواهد گرفت.

شکل و اندازه تونل :
همانطور که در بخش قبل اشاره شد، هر چه مقطع تونل بزرگتر باشد، حساسیت آن به زلزله بیشتر است. یکی از موارد بزرگ بودن موضعی تونلها، در تقاطعها و ایستگاههای مترو می‌باشد. همچنین وجود دو یا چند تونل در کنار هم معمولا باعث تمرکز تنشهای استاتیکی در محیط بین تونلها می‌گردد. همین حالت در هنگام گذر موج زلزله که نوعی تنش است، اتفاق می‌افتد.

وضعیت لایه بندی و جنس زمین:
امواج تولید شده در حین حرکت، تحت تاثیر خواص زمین قرار می‌گیرند. امواج فشاری و برشی در سطح برخورد با لایه‌های مختلف دچار انکسار و انعکاس می‌شوند و این باعث افزایش یا کاهش دامنه نوسانها می‌گردد. از طرف دیگر، شرایط و وضعیت خاک تحت الارضی و حتی توپوگرافی یک ناحیه ممکن است عامل افزایش اساسی در شدت جنبشهای سطح زمین گردد. تقویت شتاب در انباشته‌ای نرم بزرگتر از مقدار آن در انباشته‌های سفت می‌باشد.

نحوه ساخت تونل
روشهای مختلفی برای ساخت تونل (کندن تونلها) وجود دارد که بستگی به شرایط ساختگاهی و زمین ساختی روش مناسب انتخاب می‌شود. روشهایی که بیشتر معمول هستند روش حفاری شده و خاکبرداری شده است. در مورد تاثیر نحوه ساخت بر رفتار تونلها جدول زیر در HAZUS99 که توسط NIBS آمریکا ارائه شده است (جدول 1). نحوه ساخت تاثیر بسیار زیادی بر اثر پذیری از امواج زلزله دارد، چرا که در روش حفاری، خاک اطراف کاملا دست نخورده باقی می‌ماند و از طرف دیگر این گونه تونلها معمولا در جائی ساخته می‌شوند که عمق قرار گیری تونل زیاد باشد. ولی در تونلهای سطحی مانند تونلهای مترو، اغلب از روش خاکبرداری و پوشش استفاده می‌شود.


پوشش داخلی تونل (Lining)
پس از حفاری تونل در صورت نیاز از پوشش داخلی برای محافظت در مقابل ریزش استفاده می‌شود. البته مواردی نیز وجود دارد که در صورت استحکام کافی سنگها، از پوشش استفاده نمیشود، ولی در غیر این صورت امکان استفاده از شاتکریت، بتن درجا، و یا اجزای پیش ساخته وجود دارد.

 

[Alireza_2003]

· روش های حفاری در تونل ها
· حفاری در کل به دو گروه تقسیم بندی می‏شود :
الف : حفاری مکانیکی
ب : حفاری به روش آتشکاری

در روش آتشکاری سینه کار تونل و فضاهای زیرزمینی محل چالها مشخص می‏شود و بعد از مشخص شدن آکس تونل و با توجه به شکل هندسی فضای زیرزمینی محل چالها مشخص می‏شود و بعد از حفاری توسط دستگاههای حفاری از جمله چکش دستی و یا دریل واگن و یا جامبو و دریل توسط چاشنی و دینامیت خرج گذاری و منفجر می‏گرددکه این روش بیشتر در فضاهای بزرگ کاربرد دارد. حفاری در این فضاها به صورت پله ای انجام می‏گیرد.
ü روش حفاری مکانیکی خود به دو گروه تقسیم بندی می‏شود :
1) حفاری به صورت تمام مقطع(توسط دستگاه TBM ):
2) حفاری به صورت موضعی(با دستگاه کله گاوی):​

1)حفاری به صورت تمام مقطع با دستگاههای T.B.M : این دستگاهها به صورت کامل، مقطع را با یک صفحه برش که در جلو دستگاه نصب شده است و حول محور تونل می‏چرخد ، حفاری می‏نمایند. این دستگاه روی ریل نصب شده که با پیشروی تونل، ریل گذاری انجام شده و حفاری به صورت مداوم انجام می‏گیرد.
2)حفاری به صورت موضعی با دستگاه کله گاوی : این دستگاه برای زمینهایی که به صورت ریزشی می‏باشند ، بیشتر کاربرد دارد و دارای یک یا دو بازو می‏باشند که به انتهای آن یک وسیله حفاری وصل شده است که حول بازو می‏چرخد و مقطع را کم کم بزرگ می‏نماید و مصالح را روی یک سینی که جلو دستگاه می‏باشد ریخته و توسط یک تسمه نقاله به انتهای دستگاه انتقال داده و تخلیه می‏نماید.


ü حفر تونل به روش کلاسیک (چالزنی و انفجار)
· سیکل حفر تونل
حفر تونل به روش چالزنی و انفجار بصورت یک سیکل انجام می‏گیرد بطوریکه فازهای مختلف کار بصورت تکرار همدیگر را دنبال می‏کنند . یک سیکل کامل، یک دور نامیده می‏شود و در هر دور یک مقدار حقیقی از تونل حفر و ایجاد که مقدار پیشرفت هر دور نامیده می‏شود (معمولاً 1 تا 5 متر است)
هر دور حداقل شامل مراحل زیر می‏باشد :
- چالزنی
- خرج گذاری
- انفجار و تهویه
vلق گیری
vبارگیری و حمل مواد کنده شده
علاوه بر فازهای ذکر شده سایر فازهای به شرح زیر نیز مورد احتیاج هستند، مانند :
vدوختن سقف
vنصب وسائل نگهداری با توری‏های فولادی
vپاشیدن دوغاب سیمانی
vحفر چالهای اکتشافی
درسنگ خیلی خوب فقط سیکل کار اصلی ممکن است کافی باشد ولی هر چه نوع سنگ ضعیف تر(غیر مقاوم تر)باشد، برای کار نگهداری باید اهمیت بیشتری قائل شد.
برای حفر تونل در سنگهای سخت از روش چالزنی و آتشکاری با مواد منفجره استفاده می‏شود. عوامل مؤثر در این عملیات بشرح زیر هستند :
1-آرایش چالهای انفجار (الگوی انفجاری)
2-حفر تونل
3-خرج گذاری
4-انفجار

1- آرایش چال
برای چالزنی تونلها، الگوهایی بر حسب تجربه طراحی شده اند که با حداقل حفر چال و انفجار و خرج گذاری اقتصادی در چال بهترین نتیجه حاصل شده است. حفر تونل با حفر کارگاههای دیگر متفاوت است، زیرا در اینجا همیشه فق یک سطح آزاد وجود دارد. الگوی مناسب چالهای انفجار در حفاری سنگهای سخت معمولاً‌به ابعاد مقطع بستگی دارد.
چالها در مرکز مقطع بشکل گوه‏های (V) شکل یا موازی و در اطراف محیط تونل به طور موازی حفر می‏گردند. چاشنی‏های الکتریکی با تأخیر کم در هسته مرکزی و چاشنی‏های با تأخیر زیاد در اطراف محیط قرار می‏گیرند و بدین وسیله عمل تخریب به مقطع مورد نظر ختم می‏گردد.
نقشه انفجار در تونلها بستگی به ابعاد تونل، مقاومت سنگها، ضخامت فشنگهای مواد منفجره، قدرت مواد منفجره و عواملی نظیر آنها دارد.
آرایش چالها عملاً آنها را به چند قسمت تقسیم می‏کند :
1-بخش مرکزی یا بری که مهمترین نقش را در سایر چالها و پیشروی تونل دارد.
2-چالهای انفجاری که افقی هستند و سطح آزاد حاصل از چالهای برش در مقابل آنها است.
3-چالهای دیوار و سقف تونل
4-چالهای کف تونل
باید توجه داشت که در سینه کار تونلها فقط یک سطح آزاد وجود دارد و آن هم سطح مقطع تونل می‏باشد. به دلیل وجود تنها سطح آزاد نباید انتظار راندمان مطلوب را داشت. لذا میزان پیشروی تونل بسیار کم خواهد بود . اما در عمل برای ازدیاد پیشروی تونل و کارمکرد مناسب و معقول مواد منفجره، وضعیت قرار گرفتن چالها، امتداد، طول و نوبت انفجار آنها به نحوی است که انفجار هر گروه از چالها یا حتی انفجار یک چال موجب تشکیل سطح آزاد برای چال یا چالهای بعدی می‏شود.
اولین سطح آزادی که بوجود می‏آید شروع حفرتونل است و برش نامیده می‏شود. چالهای برش و همچنین چالهایی که بخش یک را بوجود می‏آورند چال برش نام دارند.
چالزنی و آتشکاری برشها باید با دقت بسیار صورت گیرد. زیرا پیشروی تونل تا مقدار زیادی در گرو بوجود آمدن برش مرکزی است.
چالهای برش به دو صورت حفر می‏شوند :
1- برش موازی
که در آن چالهای برش موازی با یکدیگر و با محور تونل موازیند.
2- برش مایل (زاویه ای)
که در آن چالهای برش با یکدیگر و با محور تونل موازی نیستند و تابع پهنای تونل می‏باشند.
2-حفر چال
حفر چال با روش چالزنی دورانی یا ضربه ای و با استفاده از نیروی محرکه هوای فشرده یا الکتریسیته انجام می‏گیرد. برای جلوگیری از ایجاد گرد و خاک می‏توان به کمک آب، خرده ریزهای حفاری را در حین حفر چال از آن خارج کرد.
برای حفر چال، بسته به مساحت مقطع تونل می‏توان از پرفراتور مجهز به پایه و یا جامبوهای چالزنی استفاده کرد. جامبوها قادرند جچال را همزمان حفر کنند، لذا برای حفر چال در تونلهای بزرگ مقطع مقرون به صرفه هستند.
3- خرج گذاری
عملیات خرج گذاری بمعنی قرار دادن مواد منفجره در داخل چالهای حفر شده می‏باشد. این عملیات طی مراحل زیر انجام می‏گیرد:
vاتصال چاشنی به اولین یا آخرین دینامیت ورودی به چال
vقرار دان دینامیت‏ها (خرجها) در داخل چال
vسنبه زدن بوسیله یک چوب باریکتر از قطر چال
vبستن در چال با مخلوطی از گل رس مرطوب + ماسه که در داخل یک لفافه پارچه‏ای پیچیده شده و کوبیدن و سنبه زدن آن به منظور حصول اطمینان از بسته شدن کامل دهانه چال.
4- عملیات انفجار
انفجار شامل اتصال سیمهای چاشنی به طور متوالی و اتصال دو سر سیم انتهایی به ماشین آتش کن می‏باشد.
به طور کلی می‏توان گفت میزان پیشروی، تعداد چالهای مورد نیاز برای حفر یک تونل، کیفیت سنگ، کیفیت ماده منفجره، خرج گذاری، انفجار و مساحت مقطع تونل به هم مربوط هستند.

روشهای پیشروی در حفر تونل​

1-سیستم تمام جبهه (FULLFACE)
2-سیستم پلکانی TOP HEADING BENCH
3-سیستم TOP HEADING
4-سیستم حفر تونل با استفاده از روش پیشاهنگ یا روش حلقه حلقه کردن SEGMENT SHAPED METHOD

حفر تونل با استفاده از ماشین حفاری تمام مقطع T.B.M
حفر صخره به وسیله نصب کردن وسایلی روی بعضی ماشینهای حفر تونل در خلال قرن نوزدهم، بعنوان یک قدم مهم در رسیدن به تداوم حفر تونل شناخته شد. احتمالاً‌ قدیمیترین T.B.M آن بود که در سال 1856 برای کندن شیاری به عرض 33 سانتی متر در پیرامون قاب دروازة تونل هوزاک بکار رفت. پس از خدود 3 متر پیشروی ، ادامه ی کار را مقرون بصرفه ندانستند و آن را کنار گذاشتند . پس از آن ماشینهای T.B.M سیر تکامفل خود را طی کردند تا در سال 1956 نسل جدید این ماشینها که دارای تیغه‏های دیسکی مدور در جلو بودند، با ساخت اولین سری از آنها توسط رابینز آمریکائی متولد شد.
توسعه ماشینهای حفر تونل (T.B.M)‏ها که بطور مناسبی به دیسک برنده مجهز می‏باشند، احتمالاً‌ برجسته ترین پیشرفت انجام گرفته در امر ساخت تونل بوده است. برای رسیدن به درصد بزرگ تر
پیشرفت ،‌این ماشینها میدان کاربرد خیلی زیادی در حفر تونل زنی جدید،‌در گودبرداری از سنگ با روشهای مته کاری و آتشکاری رقابت می‏کند و در این کار اغلب سریعتر و کارآمدتر از مواد منفجره است.
دستگاههای حفاری تونل را با توجه به شرایط زمین می‏توان به دو دسته کلی تقسیم کرد :
vماشینهای حفاری در زمینهای نرم
vماشینهای حفاری در زمینهای سخت

دستگاههای حفاری در زمینهای نرم​

مطمئن ترین روش حفاری در زمینهای نرم استفاده از انواع سپرها (SHIELD) می‏باشد. سپر جسمی‏است فولادی معمولاً‌به شکل استوانه که از ریزش مواد به داخل تونل جلوگیری کرده و خود را به جلو و داخل زمین می‏راند. انواع سپرها عبارتند از :
vسپرهای باز
vسپرهای کور
vسپرهای تعادل فشار خاک
vسپرهای گل آبی

دستگاههای حفاری در زمینهای سخت​

این دستگاهها را به طور کلی می‏توان به دو گروه حفاری جزء مقطع و ماشینهای تمام مقطع تقسیم کرد.عمده ترین ماشینهای جزء مقطع دستگاه کله گاوی (Road header) است و اصلی ترین ماشین حفاری تمام مقطع که ابزار برنده در این دستگاه بر روی مجموعه ای بنام کله حفار (Cutter head) قرار دارد، T.B.M یا Tunnel boring machin می‏باشد که خود انواع مختلفی دارد.

 

[Alireza_2003]

عملیات ویژه برای مکانیزه کردن حفاری تونلها​

در چهارچوب مطالعات مقدماتی پیش از برپایی یک کارگاه حفاری مکانیزه ، مشخصات اصلی که استعداد یک توده سنگی را از نظر حفاری با ابزار مکانیکی تعیین می‏کنند، عبارتند از :
vمقاومت مشخصه سنگ یعنی مشخصات مکانیکی تعیین کننده مقدار انرژی که ماشین حفاری باید به ابزار حفاری برای کندن سنگ منتقل کند.
vطول تونل، به علت بالا بودن سرمایه ای اولیه و هزینه ی مونتاژ ماشین،‌نبایستی از حدی کمتر باشد.
vسایش پذیری سنگ که میزان پیشرفت کار و شرایط تعویض ابزارهای برنده و ساینده بدان بستگی دارد تا پیوستگیها که نقش مهمی‏در فشارهای لازم برای برش سنگ تحت تأثیر متقابل ابزارها دارند.
vپاره ای از معیارهای تکمیلی نیز برای بررسی مشخصات حفاری تمام مقطع تونلها، لازم است که عبارتند از :
vبررسی آبهای زیرزمینی و نشت آبهای قابل پیش بینی در نزدیکی جبهه ی تراش
vارتفاع بالا پوش (زمین روی طاق تونل) و تنشهای طبیعی.
در مورد زمینهای قابل تغییر شکل بسیار در زیر پوشش زیاد بالای تونل، خطر گیرکردن دامن ماشین حفاری باید بررسی شود و همیشه نمی‏توان چنین خطری را با برش توسط ابزاری پیرامونی رفع کرد.
مقایسه روش کلاسیک و استفاده از ماشین تونلزنی T.B.M در حفر تونل

مزایای ماشین​

1-ایمنی استفاده از ماشین بیشتر است. همچنین اغتشاش زمین کمتر و به سنگهای دیواره تونل آسیب کمتری وارد می‏شود. در استفاده از ماشین حفاری خطرات مربوط به حمل مواد منفجره در روش کلاسیک وجود ندارد، به طوری که برای هر 1000 متر پبشروی در روش مکانیزه نسبت به حوادث 69/2 و در روش کلاسیک 28/4 است.
2-در سیستم حفاری با ماشین، حفاری اضافی کمتری داریم حدود (05/0)، در صورتی که در روش کلاسیک این مقدار بسیار بیشتر است و در حدود (30-25) درصد می‏باشد ، بدین ترتیب مقدار جابجایی سنگ کمتر، بنابراین نیاز به نگهداری زیادی نیست.
3-در استفاده از ماشین حفاری T.B.M به دلیل اینکه از نیروی انسانی کمتری استفاده می‏شود، از مدیریت بهتری نسبت به روش کلاسیک برخوردار است.
4-در ماشین T.B.M به علت یک دست بودن سنگهای خورده شده، افزایش راندمان وسایل حمل و نقل را داریم و ازوسایل حمل و نقل مختلف از قبیل نوار نقاله و لوله می‏توان استفاده نمود.
5-حفر تونل بوسیله ماشین به صورت پیوسته انجام می‏شود، در صورتی که در روش کلاسیک شروع هر کار منوط به خاتمه کار دیگری است.
مشخصاتی که در اعضای سیستمهای نگهداری فولادی مورد نظر قرار می‏گیرند عبارتند از پروفیل (مساحت مقطع)، لنگرهای مقاومتی، نسبت رانکین و تنشهای مجاز
پروفیل، مقاومت یک تیر متناسببا پروفیل (سطح مقطع) آن است. وزن و قیمت تیرهانیز متناسب با پروفیل آنها است. لنگرهای ماند و اساس مقطع،‌این مقادیر که در امتداد محورهای –X و X-Y متفاوت بوده و در طراحی بکار می‏رود . نسبت رانکین، این پارامتر نسبت مقاومت تراکمی‏به مقاومت کمانشی در یک تیر به طول 2 متر می‏باشد. تنش مجاز فولاد معمولی دارای تنش مجازی برابر
K g/Cm 1400 و تنش جریان یافتگی (روانی) Kg/Cm 2400 است. ضریب اطمینان دارای تنش مجازی برابر 71/1 است.

راکبولتها و انواع آن​

مسلم است که نواحی کششی در سقف، بخصوص در راهروهای تونلها وجود دارد. سقفها در این راهروها مانند تیرهای متشکل از لایه‏های جدا از یکدیگر که در دو طرف نگهداری می‏شوند، عمل می‏کنند. طرح سیستمهای نگهداری این مسیرها باید وزن لایه‏ها – سقف کاذب – را در نظر بگیرد. تنش کششی موجود در سقف را می‏توان با دوختن دو لایه با استفاده از میله‏های فولادی که نسبت به تنشهای کششی کاملاً‌ مقاوم هستند، کنترل کرد. با این کار می‏توان تنش خمشی را به نصف کاهش داد . دوختن لایه‏ها به محض حفر راهروها می‏تواند مؤثر واقع شود،‌بدون اینکه جدایش لایه ای زیادی رخ دهد. این مزیتهای بدیهی باعث کاربرد وسیع تکنیک پیچ کردن سقف در حفر تونلها بخصوص در روش ناتم شده است.


انواع پیچها
در بین انواع پیچهای سقفی، پیچهای گوه و شکاف و پیچهای با پوسته‏ی منبسط شونده به صورت مکانیکی درگیر می‏شوند. در پیچهای دوغابی محیط نصب با تزریق سیمان پر می‏شود. برای جلوگیری از خروج دوغاب از داخل چال، از یک مسدود کننده استفاده می‏شود و برای خروج هوا در هنگام تزریق دوغاب در اطراف میله عاج دار(پیچ) از لوله پلاستیکی نازکی استفاده می‏شود. پیچ کردن رزینی آخرین پیشرفتی است که در آن انواع رزینهای زودگیر به صورت کاملاً‌مؤثری در نصب پیچ در محل استفاده می‏شوند.

مزایای استفاده از پیچهای سقفی​

مزایای پیچ کردن سقفی نسبت به سیستمهای نگهداری دیگر را می‏توان به ترتیب چنین خلاصه کرد :
1-پیچها را می‏توان به محض حفر فضا و قبل از هر گونه تغییر شکلی نصب کرد. این مسئله مهمترین عامل است که به کنترل سقف کمک کرده و ایمنی را افزایش می‏دهد.
2-پیچها، بخصوص نوع رزینی ، تحت تأثیر امواج شوک ناشی از انفجار نمی‏باشد.
3-هیچگونه ستون، تیر آهن یا چیزی شبیه به اینها باعث سد کردن گالری نمی‏شود. تجهیزات حمل و نقل می‏توانند به راحتی عبور کنند، سطح مقطع راهرو باز نگه داشته می‏شود.
4-مقاومت در مقابل جریان هوا کم بوده ، تهویه راحت تر انجام می‏شود.
5-پیچها بعنوان نگهدارنده‏هایی طبیعی برای آویختن لوله‏ها و نظایر آنها هستند. بنابراین کف را برای عبور و مرور باز نگه می‏دارند.
6-ورقه ورقه شدن سقف تا حد زیادی کاهش می‏یابد و باعث کاهش رقیق شدگی زغال سنگ به دلیل ریزش سنگهای سقف می‏شود.
7-پیچ کردن سقف از سیستمهای دیگر اقتصادی تر است.
پانوشت :روش نام اتریش : در این روش ابتدا یک شیار باریک در محور تونل و به ارتفاع کل تونل احداث می‏شود. بدین منظور ،‌ابتدا در بالا یک گالری حفر می‏کنند و پس از کمی‏پیشروی،‌یک گالری نیز در پایین حفر کرده، بوسیله مجرایی آن دو را به هم متصل می‏کنند.گاهی نیز بالعکس عمل می‏شود و در آن ابتدا گالری پایینی و سپس گالری بالایی حفر می‏گردد و آنگاه بوسیله برش به هم وصل می‏گردند. حسن این کار در آن است که می‏توان خاکهای حاصل از گالری بالایی را به داخل گالری پایینی ریخت و از آنجا به بیرون حمل کرد. پس از احداث این شیار میانی، گالری بالایی تعریض می‏شود تا قسمت طاق تونل تکمیل گردد. بدیهی است ضمن حفاری باید تحکیم موقت را نیز انجام داد و پس از حفاری کامل مقطع ، دیوار ساز نهایی تونل از پایین به بالا انجام می‏گیرد

 

[Alireza_2003]

تأثير ارتعاشات زلزله بر تونل‌ها

تأثير ارتعاشات زلزله بر تونل‌ها

تأثير ارتعاشات زلزله بر تونل‌ها

اشاره: آسيب‌پذيري سازه‌هاي زيرزميني در برابر زلزله به واسطه گسيختگي زمين در هنگام وقوع زلزله روي مي‌دهد. گسيختگي در هنگام وقوع زلزله عمدتا شامل گسلش، زمين لغزش و روانگرايي است.
بحث مربوط به گسلش، زمين لغزش و روانگرايي نيز از پديده‌هاي طبيعي ناشي از زلزله است. زمين لغزش‌ها که معمولا توسط زلزله تحريک مي‌گردند، به خصوص در ورودي- خروجي تونل‌ها مي‌توانند صدمات زيادي را به فضاهاي زيرزميني وارد نمايند. بسياري از گزارشات مربوط به آسيب فضاهاي زيرزميني در اثر زلزله، به واسطه ايجاد لغزش در مدخل‌هاي تونل‌ها بوده‌اند. روانگرايي نيز به خصوص چنانچه فضاي زيرزميني را به فضاي زيرزميني وارد نمايند و اين آسيب‌ها بيشتر در رابطه با تونل‌هاي مترو در نواحي شهري که از رسوبات منفصل عبور مي‌کنند ديده شده است.
مهدي وجودي

اهميت مطالعه ارتعاشات زلزله

هرچند که گسيختگي زمين در اثر گسلش، روانگرايي و زمين لغزش مي‌تواند اثرات ويرانگري را بر سازه‌هاي زيرزميني وارد نمايد، ولي صدمات ناشي از ارتعاشات زلزله به دلايل زير به مراتب مهم‌تر از اين صدمات هستند:
1) صدمات ناشي از گسيختگي (نظير گسلش يا زمين لغزش) در نواحي خاصي اتفاق مي‌افتد که مي‌توان با مطالعات دقيق زمين شناسي مهندسي از قبل اين نواحي را شناسايي نموده و تمهيداتي را در آن‌ها در نظر گرفت ولي ارتعاش مي‌تواند در اثر جنبش هر گسلي در فواصل دور يا نزديک به فضاي زيرزميني ايجاد گردد و شدت آن نيز مي‌تواند بسيار متغير باشد.
2) ارتعاش منحصر به قسمت خاصي از تونل يا فضاي زيرزميني نمي‌شود و خسارات حاصله در کل مسير تونل يا فضا مي‌تواند ايجاد شود ولي گسلش يا زمين لغزش (و تا حدودي روانگرايي) در قسمت‌هاي محدودي از مسير اثر مي‌گذارند و به کل سيستم آسيب نمي‌رسانند.
3) ارتعاشات ناشي از زلزله مي‌تواند به شکل امواج مختلف طولي، عرضي يا برشي فضاي زيرزميني را تحت تأثير قرار دهند و لذا تغيير شکل‌هاي گوناگوني در مقاطع يا سازه‌هاي زيرزميني در اثر ارتعاش امکان وقوع دارد. امواج اوليه يا P که به موازات محور طولي تونل يا سازه زيرزميني انتشار مي‌يابند، تونل را در جهت طولي دچار فشار يا کشش مي‌کنند که مي‌تواند باعث ايجاد ترک‌هاي کششي يا خرد شدگي‌هاي فشاري در امتداد آن گردد. امواج برشي يا S که بخش اصلي انرژي را انتقال مي‌دهند، چنانچه در جهت طولي تونل انتشار يابند باعث ارتعاش در جهت عمود بر محور تونل شده و با ايجاد جا به جايي‌هاي برشي، آسيب‌هاي زيادي را به فضاي زيرزميني وارد مي‌کنند. چنانچه جهات برخورد اين امواج با تونل مايل يا عمود بر محور تونل باشد، باز هم اشکال ديگري از تغيي مکان در فضاي زيرزميني ايجاد مي‌گردد. در حالي که گسيختگي‌هاي ناشي از گسلش يا زمين لغزش معمولا جهت تغيير شکل از بررسي‌هاي ساختگاهي قابل پيش‌بيني است.
• اثر امواج مختلف بر سازه زيرزميني
امواج زلزله داراي انواع مختلفي است که هر کدام از اين امواج تأثير خاص خود را بر سازه زيرزميني اعمال مي‌کند. با توجه به اين موضوع، هر کدام از امواج به صورت جداگانه مورد بررسي قرار مي‌گيرد.
1) امواج فشاري:
امواج فشاري PW، معمولا همراه با امواج برشي افقي HSW مولفه قائم و PW مولفه محوري امواج فشاري است. PW بر روي سازه‌هاي زيرزميني فشار و کشش طولي ايجاد مي‌کند در حالي که HSW سازه خاکي را به جنبش جانبي وادار مي‌کند. HSW اثر جدي بر روي سازه‌هاي بلند دارد ولي تأثير چنداني بر روي سازه‌هاي زيرزميني ندارد. تونل‌ها و سازه‌هاي زيرزميني طولي انعطاف پذير، براساس انعطاف پذيري اتصال حلقوي بر اثرات امواج HSWفائق مي‌آيند. PWسريع‌ترين موج انتشار يافته از زلزله است. بنابراين اولين موجي است که ساختگاه سازه خاکي را تحت تأثير قرار مي‌دهد.
2) امواج برشي قائم:
امواج برشي قائم اصلي‌ترين نوع امواج هستند که حدودا شامل دو سوم (2/3) انرژي آزاد شده هستند. VSW باعث جابجائي قائم سيستم سازه‌اي مي‌شود که براي سازه‌هاي بزرگ بسيار خطرناک است ولي تأثير زيادي بر روي تونل‌ها و سازه‌هاي زيرزميني ندارد و اثر آن را به وسيله اتصالات انعطاف پذير جذب مي‌کند. VSW نسبت به HSW کندتر حرکت مي‌کند، لذا فاصله زماني بين VSW و HSW کاملا وابسته به فاصله ساختگاه تا رو مرکز است.
3) امواج رايلي RW:
در امواج ريلي، جهت چرخش ذرات در بالاترين قسمت آن‌ها، در خلاف جهت حرکت موج است و حرکات ذرات در سطح مسير به صورت بيضي است که قط بزرگ آن عمود بر انتشار موج است. امواج رايلي همانند امواج برشي قائم براي سازه‌هاي بزرگ عمل مي‌کنند. سيستم‌هاي زيرزميني متحمل تغيير مکان‌هاي قائم براساس ارتفاعشان مي‌شوند.
4) امواج لاو LW:
اين امواج شکل ويژه‌اي از امواج HSW هستند، که جا به جائي‌هاي جانبي با عمق خاک کاهش مي‌يابد. به طور کلي امواج تنها عامل تهديدکننده سازه‌هاي زيرزميني هستند. سازه تحت اثر اين امواج متحمل تغييرات ديناميکي جانبي مي‌شود. مقدار جا به جائي جانبي بين بالا و پايين سازه متفاوت است. اگر اضافه تنش ايجاد شده توسط امواج لاو، از مرز ايمني فزوني يابد، سختي جانبي سازه زيرزميني بايد براي متناسب شدن با شرايط بارگذاري افزايش يابد.
تغيير شکل محوري با کرنش‌هاي فشاري و کششي همراه است و همراه با عبور موج در طول محور تونل يا فضاي زيرزميني جابه‌جايي انجام مي‌گيرد. تغيير شکل‌هاي انحنايي باعث ايجاد انحناهاي مثبت و منفي در امتداد تونل مي‌گردند. در انحناي مثبت جدار فضاي زيرزميني در قسمت فوقاني دچار فشردگي و در قسمت تحتاني دچار کشيدگي مي‌شود. تغيير شکل‌هاي حلقه‌اي نيز در اثر برخورد امواج به صورت عمودي يا تقريبا عمودي نسبت به محور تونل يا فضاي زيرزميني ايجاد مي‌گردد. اين حالت تنها زماني که طول موج لرزه‌اي کمتر از شعاع فضاي زيرزميني باشد ايجاد مي‌شود.
• تغيير شکل‌هاي محوري و انحنايي
تنش‌هاي ديناميکي حاصل از امواج لرزه‌اي به تنش‌هاي استاتيکي موجود در جدار تونل يا فضاي زيرزميني و سنگ‌هاي مجاور آن افزوده مي‌گردند. در اثر افزايش تنش‌هاي فشاري حاصل از بارگذاري ديناميکي امکان ايجاد خرد شدگي و حالت پوسته شدن (Buckling) در محيط فضاي زيرزميني وجود دارد. تنش‌هاي لرزه‌اي کششي باعث کاهش تنش‌هاي استاتيکي فشاري موجود در محل شده و اين خود ايجاد تنش‌هاي کششي مي‌نمايد که نتيجه آن باز شدن درزه‌ها و در نتيجه کاهش مقاومت برشي، سست شدن پيچ سنگ‌ها (Rock bolts) و نهايتا ريزش سنگ از سقف يا جداره‌هاي تونل است. شايد ساده‌ترين راه بدين منظور در نظر گرفتن تونل به عنوان يک تير سازه‌اي و انجام تحليل‌هاي مربوطه روي آن باشد. اما براي مغازه‌ها يا تونل‌هاي بزرگ‌تر لازم است از مدل‌هاي سه بعدي جهت برآورد اين تغيير شکل‌ها استفاده نمود.
• بررسي رفتار لرزه‌اي سازه‌هاي مدفون در رسوبات منفصل
مهم‌ترين فرضي که براي تحليل رفتار سازه‌هاي مدفون در رسوبات منفصل انجام مي‌شود اين است که خاک در مقايسه با سازه زيرزميني صلب است و لذا تغيير سکل حاصل از زلزله در خاک به فضاي زيرزميني منتقل مي‌شود و سازه هماهنگ با زمين اطرافش حرکت مي‌کند. با توجه به اين‌که معمولا در اثر زلزله تغيير شکل‌هاي مختلفي در جهات مختلف به صورت تصادفي ايجاد مي‌شود لذا امکان مقاوم سازي سيستم جهت مقابله با اين تغيير شکل‌ها بسيار دشوار بوده و در بسياري موارد امکان پذير نيست. از طرفي صلبيت بيش از حد سازه زيرزميني تنها آسيب پذيري آن را در برابر زلزله افزايش مي‌دهد و لذا معمولا در طراحي سازه‌هاي زيرزميني لازم است که سيستم به صورت انعطاف پذير و داراي قطعات شکل پذير طراحي شود به شرطي که پايداري استاتيکي آن به مخاطره نيفتد.
همچنين لازم است به مسائلي نظير امکان تشديد و اثر اندر کنش سازه با محيط اطراف نيز توجه نمود. اين عوامل مي‌توانند باعث افزايش جنبش‌هاي لرزه‌اي گردند. اندر کنش خاک- سازه در سازه‌هاي زيرزميني اثرات مهمي دارد، اما اگر سازه طوري طراحي گردد که سيستم از جنبش زمين تبعيت کند، آن‌گاه اثر اندر کنش به حداقل کاهش مي‌يابد. در بسياري از معيارهاي طراحي فضاهاي زيرزميني در رسوبات منفصل سعي مي‌شود اثر اندر کنش با طراحي سيستم به نحوي که سيستم از جنبش‌هاي زمين تبعيت کند، خنثي شود. اما اگر فضاي زيرزميني در خاک خيلي سست احداث شده باشد، اثر اندر کنش نسبتا زياد است و بايد مورد توجه قرار گيرد.
عامل ديگري که در رفتار فضاهاي زيرزميني در برابر ارتعاش حاصل از زمين لرزه حائز اهميت است زاويه برخورد امواج با جدار تونل است. امواج لرزه‌اي به سازه‌هاي خطي نظير تونل‌ها مي‌توانند با زواياي مختلفي برخورد کنند و هرچه (به واسطه کاهش زاويه برخورد موج با تونل) طول تحت تأثير قرار گرفته تونل بيشتر باشد، مي‌يابد.

منبع: سايت پايگاه تخصصي عمران و زلزله

 

[Alireza_2003]

تونل سازي و روش هاي مختلف آن (1)

تونل سازي و روش هاي مختلف آن (1)

تونل سازي و روش هاي مختلف آن (1)

تهيه كنندگان: عبدالامير كربلايي و زينب كردوني
منبع : راسخون




تاریخچه تونل سازی و سازه‌های زیر زمینی

احتمالا اولین تونل‌ها در عصر حجر برای توسعه خانه‌ها با انجام حفریات توسط ساکنان شروع شد . این امرنشانگر این است که آنها در تلاشهایشان جهت ایجاد حفریات به دنبال راهی برای بهبود شرایط زندگی خود بوده اند. پیش ازتمدن روم باستان ، در مصر ، یونان ، هند و خاور دور و ایتالیای شمالی ، تماما تکنیکهای تونلسازی دستی مورد استفاده قرار می‌گرفت که در اغلب آنها نیز از فرایندهای مرتبط با آتش برای حفر تونل های نظامی ، انتقال آب و مقبره‌ها کمک گرفته شده است. در ایران نیز از چند هزار سال پیش، به منظور استفاده از آبهای زیر زمینی تونل هایی موسوم به قنات حفر شده است که طول بعضی از آنها به 70 کیلومتر و یا بیشتر نیز می‌رسد. تعداد قنات های ایران بالغ بر50000 رشته برآورده شده است. جالب توجه است که این قنات های متعدد، طویل و عمیق با وسایل بسیار ابتدایی حفر شده اند.
رومی ها نیز در ساخت قنات‌ها و همچنین در حفاری تونل های راه پرکار بودند. آنها در ضمن اولین دوربینهای مهندسی اولیه را در جهت کنترل تراز وحفاری تونل ها به کار بردند.
اهمیت احداث تونل ها دردوران های قدیم ، تا بدین جاست که کارشناسان کارهای احداث تونل درآن تمدن‌ها را نشانگر رشد فرهنگ و به ویژه رشد تکنیکی و توان اقتصادی آن جامعه دانسته‌اند. تمدنهای اولیه به سرعت ، به اهمیت تونل‌ها ، به عنوان راه‌های دسترسی به کانی ها و مواد طبیعی نظیر سنگ چخماق به واسطه اهمیتش برای زندگی، پی‌بردند. همچنین کاربرد آنها دامنه گسترده‌ای از طاق زدن بر روی قبرها تا انتقال آب و یا گذرگاههایی جهت رفت و آمد را شامل می شد. کاربردهای نظامی تونل‌ها ، به ویژه از جهت بالابردن توان گریز یا راههایی جهت یورش به قرارگاهها و قلعه های دشمن ، ازدیگر جنبه های مهم کاربرد تونلها در تمدن های اولیه بود.
تونل سازی همزمان با انقلاب صنعتی، به ویژه به منظور حمل و نقل ، تحرک قابل ملاحظه ای یافت. تونلسازی به گسترش و پیشرفت کانال سازی کمک کرد و این امر در توسعه صنعت به ویژه در قرون 18 و 19 میلادی در انگلستان سهم بسزایی داشت. کانال‌ها یکی از پایه های انقلاب صنعتی بودند وتوانستند در مقیاس بسیار بزرگ هزینه‌های حمل و نقل را کاهش دهند. تونل مال پاس با طول 157 متر برروی کانال دومیدی در جنوب فرانسه اولین تونلی بود که در دوره‌های مدرن در سال 1681 ساخته شد. همچنین اولین تونل ساخته شده با کاربرد حفاری و انفجار باروت بود. در انگلستان، قرن 18 نیز جیمز بریندلی از خانواده ای مزرعه دار با نظارت بر طراحی و ساخت بیش از 580 کیلومتر کانال و تعدادی تونل به عنوان پدر کانال و تونل های کانالی ملقب شد. وی در سال 1759 با ساخت یک کانال به طول 16 کیلومتر مجموعه معدن زغال دوک بریدجواتر را به شهر منچستر متصل نمود. اثر اقتصادی تکمیل این کانال نصف شدن قیمت زغال در شهر و ایجاد یک انحصار واقعی برای معدن مذکور بود.
در اوایل قرن نوزدهم به منظور عبور از قسمتهای پایین دست رودخانه تایمز هیچ سازه ای موجود نبود و 3700 عابر مجبور بودند با طی یک راه انحرافی 3 کیلو متری با قایق مسیر روترهایت به ویپنیگ را طی کنند. اقدام به ساخت یک تونل نیز به دلیل ریزشی بودن ومناسب نبودن رسوبات کف رودخانه متوقف شد. تا اینکه در حدود سال 1820 فردی بنام مارک ایرامبارد برونل از فرانسه ایده استفاده از سپر را مطرح نمود و در سال 1825 کار احداث تونل بین روترهایت و ویپنیگ را آغاز و علی رغم جاری شدن چند نوبت سیل در سال 1843 آن را باز گشایی نمود. این تونل تامس نام گرفته و اولین تونل زیر آبی بود که بدون هر گونه رودخانه انحرافی حفر شد. در دیگر موارد تونلهای زهکشی بزرگ ، نظیر تونلی با طول 7 کیلو متر در هیل کارن انگلستان ، اهمیت زیادی در توسعه صنعت معدنکاری داشته‌اند. البته بررسی تاریخچه پیشرفت در روش ها و تکنیک ها و به عبارتی در هنر تونل سازی نشانگر این مطلب است که مانند بسیاری دیگر از علوم و فنون بیشتر رشد این هنردر قرن گذشته صورت گرفته و تا حال نیز ادامه دارد.
ویژگی های فضاهای زیرزمینی و نمونه های بارز آنها

هم اکنون در زمینه های مختلف کاربرد تونل‌ها ، مزایای متفاوت و گوناگونی را بر می شمرند. از آن جمله ویلت، استفاده فزاینده فعلی از فضاهای زیر زمینی را به دلایل زیر رو به افزایش دانسته است.
1- تفوق محیط ساختاری به معنای وجود یک حصار وساختار طبیعی فراگیر.
2-عایق سازی با سنگهای فراگیر که دارای ویژگیهای عالی عایق‌ها می باشند.
3- محدودیت کمتر دراحداث سازه های بزرگ به دلیل نیاز کمتر به استفاده از وسایل نگهداری عمده در مقایسه با احداث همان سازه بر روی سطح زمین.
4- کمتر بودن تأثیرات منفی زیست محیطی.
5- کوتاهتر شدن مسیرها و افزایش راند مان ترافیکی
6-بهبود مشخصات هندسی مسیر
7-جلوگیری از خطرات ریزش کوه و بهمن
8-ایمنی بیشتر در برابر زلزله،
مثال های متعددی می توان از نقش وتأثیر عمده تونلسازی و پروژه های بزرگ این صنعت از گذشته تا حال ذکر کرد . تونل مشهور مونت بلان دو کشور فرانسه و ایتالیا را به هم متصل می سازد. عملیات ساختمانی آن در سال 1959 آغاز گردید و حفر این تونل فاصله بین میلان و پاریس را به طول 304 کیلو متر کوتاهتر نموده است. از دیگر نمونه ها کشور فنلاند است که سازه های زیر زمینی را به صورت غارهای عظیم بدون پوشش بتنی ، به منظور انبار مواد نفتی مورد استفاده قرار داده و در حال حاضر بیش از 75 انبار نفتی در سراسر کشور فنلاند با گنجا یشی بیش از 10 میلیون متر مکعب ساخته شده.
تونل سازي شغلي با خطر هاي پنهان

تونل سازي پيشرفته و اتوماتيك در زير زمين اكنون به سمتي ميرود كه حـــذر از اشتبــاه در آن اجتناب ناپذير است. تونل سازي موفق به شكل و معماري تونل و كيفيت ساخت آن ، شناخته مي شود در حاليكه در پشت آن سرمايه گذاري سنگين تكنيك هاي حفاري توسط سيستم هاي لجستيكي پيچيده قرار گرفته است. چنين تكنيكهايي براي اجراي سريع و بدون توقف تونل سازي با قابليت محاسبه خطرات پيش رو و همچنين بالا بردن راندمان پيشرفت، طراحي مي شوند.
خطرات پنهان در تونل سازي

بستر زمين مي تواند با زونهاي خطرناك زمين ساختاري نهفته در آن همواره منبعــي از مشكـــلات غير قابل انتظار در تونل سازي باشد.
تغييرات غير قابل پيش بيني در كيفيت سنگ اغلب سبب مشكلات و هزينه هاي تاخيــر غيــر ضروري مي گردد كه امروزه هيچكس براي آن پول كافي ندارد.
بدون پيش بيني، شما با خطرات زير مواجه خواهيد شد:
1-حفره ها، ريزش ها، جريان شديد آب داخل تونل
2-پرداخت هاي اضافه شامل تاخيرات پروژه
3-مواجهه TBM با تله هاي پيش روي آن
4-به خطر انداختن پرسنل و تجهيزات مورد استفاده آگاهي از آنچه پيش روي است:
اطلاعات كافي از لايه هاي زمين ساختاري و تغيير در پارامترهاي مكانيك سنگ كه تاثير زيادي در انتخاب روشهاي اجرا دارد، اكنون فاكتور مهمي در توفيق تونل هاي پيشرفته امروزي است. چنين پيش بيني و هشدار هايي در اجرا، امكان بموقع برآورد دقيق هزينه ها و لجستيك آن را براي رفع موانع در طراحي تونل سبب شده و به دنبال آن پيش بيني هر چه دقيق تر، موجب تونل سازي مقرون به صرفه در خطرات هميشگي زير زمين است.
کاربردهای زمين شناسی در تونل سازی

فن تونل سازي سابقه ديرينه اي در كشور ما دارد. حدود 3000 سال پيش نياكان ما با حفر قناتها كه در واقع تونل هاي قديمي هستند، به آب زيرزميني دست مي يافتند. قديمي ترين تونل شناخته شده در حدود 4000 سال پيش دربين النهرين حفر شد.
در ايران از چند هزار سال پيش به منظور استفاده از آبهاي زيرزميني تونل هايي موسوم به قنات حفر شده است كه طول برخي از آنها به 70 كيلومتر مي رسد.
مراحل تونل سازي:

مراحل احداث و آماده سازي تونل ها به شرح زير است:
الف) تهيه طرح تونل
ب) نقشه برداري مسير و تحقيقات مهندسي
ج) حفر تونل
د) نگهداري موقت تونل
ه) انجام خدمات فني از قبيل تهويه، آبكشي، روشنايي و نظاير آن
و) نگهداري دائم تونل
طبقه بندي تونل ها:

1- تونل هاي حمل و نقل

- تونل هاي راه آهن
- تونل هاي راه
- تونل هاي پياده رو
- تونل هاي ناوبري
- تونل هاي مترو
2- تونل هاي صنعتي

- تونل هاي مربوط به نيروگاههاي آبي
- تونل هاي انتقال آب
- تونل هاي استفاده همگاني و پناهگاهها
- تونل هاي فاضلاب
- تونل هاي طرحهاي صنعتي
- تونل هاي انبارهاي نظامي
- تونل هاي دفن زباله اتمي
3- تونل هاي معدني

- تونل هاي گشايش معدن
- تونل هاي اكتشافي
- تونل هاي استخراجي
- تونل هاي خدماتي
- تونل هاي زهكشي
تفاوت تونل هاي حمل و نقل و تونل هاي معدني:
تونل هاي معدني پس از استخراج معدن بصورت متروكه رها مي شدند ولي تونل هاي حمل و نقل سازه هايي دائمي هستند و براي استفاده طولاني مدت طراحي مي شوند.
مطالعه ساختگاه تونل:

قبل از حفر و احداث تونل، بايستي منطقه مورد نظر را مطالعه كرد و مناسب ترين مسير تونل را برگزيد و آنگاه مسير را مطالعه كرد. با وجود اينكه اين مطالعات بسيار پرهزينه و زمان بر است اما بدون انجام آن ممكن است اشكالات اساسي در ضمن احداث تونل رخ دهد كه در زير به مثالهايي از آن اشاره مي شود.
1- تونل مورن واقع در مسير راه آهن پاريس به ورساي كه عمليات حفاري آن در سال 1900 ميلادي آغاز و در طول مسير با 45 متر ماسه سست مواجه شد كه عبور از آن 15 ماه به طول انجاميد.
2- تونل لتسبرگ در فرانسه كه حفاري آن در سال 1908 ميلادي آغاز و پس از حفر 1200 متر از تونل به علت هجوم شديد آب زيرزميني متروك شد.
3- تونل مربوط به نيروگاه برق آبي رزلند كه حفر 50 متر از آن 18 ماه طول كشيد.
مطالعه ساختگاه تونل شامل مراحل زير است:

1- جمع آوري اطلاعات:

كه با مراجعه به سازمان ها و مؤسساتي كه احتمال دارد در منطقه كار كرده باشند مي توان اطلاعات احتمالي را به دست آورد.
2- بررسي نقشه هاي توپوگرافي و عكسهاي هوايي منطقه:

براي آگاهي از وضعيت توپوگرافي منطقه بايد بزرگ مقياس ترين نقشه موجود را مطالعه كرد. مطالعه عكسهاي هوايي منطقه در بسياري موارد اطلاعات با ارزشي دست مي دهد مانند چين خوردگي ها، درزه ها، گسل ها و ... .
3- مطالعات زمين شناسي سطحي:

آگاهي از وضعيت زمين شناسي منطقه از جمله ضروري ترين اطلاعات مورد نياز طراحي تونل ها است.
4- مطالعات ژئوفيزيكي:

مهمترين كاربرد روشهاي ژئوفيزيكي در اكتشاف ساختگاه تونل ها، تعيين موقعيت هاي غيرعادي است كه بايد به وسيله روشهاي مستقيم و دقيق تر، بررسي شود.
5- حفر گمانه هاي اكتشافي:

هدف از حفر گمانه هاي اكتشافي شناسايي وضعيت، ضخامت، جنس و مشخصات فيزيكي و مكانيكي سنگ هايي است كه تونل از آنها عبور مي كند.
6- مطالعات آب شناسي:

از آنجا كه وضعيت آبهاي زيرزميني منطقه و نفوذپذيري سنگها چه از نقطه نظر حفر تونل و چه از نظر طراحي سيستم نگهداري آن اهميت زيادي دارد. لذا بعضي مطالعات آب شناسي نيز انجام مي گيرد.
7- آزمايش هاي برجا:

روشهاي تعيين مشخصات ژئوتكنيكي زمين به حالت برجا از جمله مهمترين مطالعاتي است كه قبل از احداث تونل انجام مي گيرد.
8- پيش بيني نشست زمين:

با توجه به اهميت پديده نشست زمين بايد روشهايي را براي حفر و نگهداري تونل ها برگزيد كه نشست به حداقل ممكن برسد.
طراحي تونل:

طراحي شكل و ابعاد مقطع تونل بسته به نوع كاربري آن و شرايط زمين شناختي منطقه فرق مي كند. به عنوان مثال تونل هاي معادن داراي سطح مقطع ذوزنقه اي شكل، تونل هاي راه به شكل هلالي، تونل هاي راه آهن به شكل دايره و چهارگوش، و تونل هاي آبرساني نيز با توجه به حداكثر توان پيش بيني شده نيروگاه فرق مي كند.
نقش شرايط زمين شناختي در طراحي تونل:

1- چين خوردگي: وجود چين خوردگي در سنگ سبب كاهش مقاومت آن مي شود و در اثر احداث تونل ممكن است درز و شكافهاي بيشتري را در سنگ سبب شود.
2- گسل: وجود گسل سبب ايجاد صفحات شكستگي در سنگ مي شود كه پس از حفر تونل احتمال لغزش قطعات سنگ را به دنبال دارد.
3- آب زيرزميني: وجود آب زيرزميني از جمله مسائلي است كه علاوه بر آنكه عمليات تونل سازي را با مشكل مواجه مي سازد خطراتي را نيز در پي دارد.
مواردي كه در بالا اشاره شد از جمله مهمترين مسائلي بود كه در طراحي تونل نقش دارند ولي مواردي مانند زمين هاي آماس پذير، درزه ها، گازهاي موجود در سنگ ها، دماي سنگها، زمين هاي رانشي و ... نيز در طراحي تونل ها نقش دارند كه از اهميت كمتري برخوردارند.

صنعت تونل ایران

سالهای طولانی است که متخصصان و کارگران زحمتکش ايران زمين در صنعت تونل آثار ارزشمندی را به تمدن بشری اهدا نموده‌اند بطوريکه از چند هزار سال پيش تونلهايی موسوم به قنات حفر می‌شده است که يکی از ابتکارات شگفت‌انگيز ايرانيان است. طول بعضی از اين سازه های زيرزمينی به 70 کيلومتر می رسد. تعداد قناتهای ايران بالغ بر 5000 رشته بر آورد شده و جالب توجه آن است که اين قناتهای متعدد، طويل و حساس از لحاظ جهت و شيب با وسايل بسيار ابتدايی حفر شده‌اند. قديمي‌ترين آثار و قنات که در دنيا کشف شده و باستان‌شناسان رد‌يابی و کاوش کرده‌اند، ناحيه‌ای در شمال ايران است که قدمت آن به حدود سه هزار سال قبل يعنی دوره ورود آريايی‌ها می‌رسد. در دوره معاصر و ابتدای قرن سيزدهم هجری احداث اولين تونلهای راه وراه‌آهن در دستور کار دولت ايران قرار گرفت.بر اساس برنامه‌های پنج ساله و بالاخص چشم انداز بيست ساله برنامه‌های توسعه کشور، نياز به ساختارهای زيربنايی در کشور بيش از پيش تجلی می‌کند.
با توجه به شرايط اقليمی و جغرافيايی کشور و توسعه و گسترش شهرها و مراکزصنعتی ، تونل و فضاهای زيرزمينی برای استفاده‌های حمل و نقل داخل و خارج از شهر، انتقال آب و فاضلاب ، لوله رانی بدون حفاری سطحی برای انتقال مواد سوختنی و انرژی از قبيل نفت و گاز ، احداث فضاهای زيرزمينی استراتژيکی و دفاعی ، توليد برق ، ايستگاه‌های مترو و پارکينگ به‌طور فزاينده‌ای در حال مطالعه ، ساخت و يا بهره‌برداری هستند. عوامل زمين‌شناسی و اقتصادی در گذشته از جمله موانع توسعه فضاهای زيرزمينی بوده است. با توجه به توسعه علم و فناوری در مطالعات زمين‌شناسی و مهندسی ژئوتکنيک وآشنايی بهتر و بيشتر با شرايط زمين و ساخت و گسترش تجهيزات ساخت و بهره‌برداری تونلها باعث شده است که رويکرد به اين ساختار زيرزمينی بيشتر شود. اغلب شهرهای بزرگ توانايی و گنجايش داشتن حمل ونقل روی سطحی را نداشته و در نتيجه به سيستم های زير زمينی از قبيل مترو روی آورده و بدون دست‌خوردگی در سطح زمين ، با احداث خطوط متعدد مترو، شبکه وسيعی از حمل و نقل را در شهرها ايجاد نموده‌اند. برای انتقال آب وفاضلاب نيز مشابه حمل و نقل گزينه‌ای به جز استفاده از مجاری زيرزمينی وجود نداشته و شبکه‌های بزرگ و گسترده تونلهای آب و فاضلاب شهری در حال احداث می باشند. در حال حاضر در کشورهای توسعه يافته در برخی موارد، فضاهای زيرزمينی به عنوان تنها گزينه مناسب برای ايجاد فضاهای تفريحی ، فرهنگی و ورزشی مطرح می‌باشند. در اغلب موارد فضاهای زيرزمينی در دراز مدت با صرفه تر خواهد بود. از مزايای استفاده از فضاهای زيرزمينی و تونلها ،می‌توان به موارد زير اشاره کرد:
- حفظ محيط زيست
- تأمين ايمنی و امنيت بيشتر
- صرفه‌جوئی در هزينه‌های تأمين انرژی
- صرفه‌جوئی در هزينه‌های بهره‌برداری و نگهداری
- صرفه‌جوئی در هز‌ينه‌های جابجائی تاسيسات شهری و هزينه تملک و خريد زمين
از جمله تونلهای در حال ساخت کشور به موارد زير می توان اشاره کرد:
الف- تونلهای راه: آزاد راه تهران-شمال(تالون،البرزو...) ، امام زاده هاشم ، تهران-رودهن ، تنگه هيچان-سرخه .
ب- تونلهای راه آهن و مترو: قطعه چهارBيزد-هرمزگان ، متروی شيراز ، متروی تبريز ، خط تهران-کرج(خط پنج) ، خط 3و4 متروی تهران ، متروی اصفهان خطAشمالی وجنوبی ، متروی مشهد .
ج- تونلهای انحراف و انتقال آب: کوهرنگ3 (چارمحال وبختياری) ، گاوشان(کردستان) ، چشمه لنگان(اصفهان) ، انتقال آب دز به قمرود ، رباط کريم تهران ، خيام و خروجی تهران ، سد کوثر(خوزستان) ، سد کرج به تهران ، نوسود کرمانشاه ، سولکان کرمان ، چشمه روزيه سمنان ، قشلاق سنندج ، سبزکوه(چهارمحال و بختياری) ، روانسر کرمانشاه ، سد نسای کرمان وآبرسانی بوشهر
د- تونلهای معدنی: ضرورت تأمين مواد معدنی در راستای برنامه‌های توسعه و سياست های دولت ، حفر فضاهای گسترده زير زمينی را ايجاب می نمايد که از آن جمله می توان به معدن زير زمينی زغال سنگ مرکزی طبس اشاره کرد که استخراج آن به صورت مکانيزه طراحی شده و برآورد توليد ساليانه آن 5/1ميليون تن می باشد.
دولت ايران نيز با توجه به کمبودها و نيازبه فضاهای زيرزمينی در رابطه با کاربردهای مختلف آنها ، سرمايه‌گذاری در بخش تونلسازی را بالاخص در سالهای اخير مورد توجه قرار داده و از جمله تحولات مهم چند سال گذشته صنعت تونل ايران احداث فضاهای زيرزمينی را با کاربردهای متفاوت در احجام و طولهای بسيار زياد می باشد. به‌طورکلی امروزه دولت در قالب وزارتخانه های نيرو ، راه و ترابری ، صنايع و معادن و کشور(شهرداری‌ها) به طور عمده و وزارتخانه‌های دفاع ، نفت و جهاد کشاورزی به ميزان کمتر به احداث سازه‌های زيرزمينی می‌پردازد. به تازگی در تمامی اين سازمان‌ها با تصويب قوانين و ايجاد امکان عقد قراردادهايی با ساختارهای متنوع امکان مشارکت شرکت های خارجی وداخلي در سرمايه‌گذاری و اجرای پروژه فراهم شده است. از ديگر اقدامات جديد انجام شده می توان به حضور موثر و بی سابقه متخصصان داخلی در پروژه‌های مختلف احداث فضاهای زيرزمينی اشاره داشت و بعضی در زمره بزرگترين سازه‌های زيرزمينی در دست احداث جهان می باشند که با رعايت استانداردهای جهانی و با طراحی واجرای کارشناسان ايرانی به انجام می رسد.

ادامه دارد...

 

[Alireza_2003]

تونل سازي و روش هاي مختلف آن (1)

تونل سازي و روش هاي مختلف آن (1)

تونلسازي سيري

در روش تونلسازي سپري متعارف و معمولي قطر تونل از ابتدا تا به انتها ثابت ميماند ولي با اين حال مواردي است که مانياز مند افزايش قطر موجود در نواحي خاصي از تونل ميباشيم در چنين مواردي قبل از معرفي روش گسترشي ما مجبور به ايجاد مقطع با استفاده از کند و آکند و يا روش ناتم بوديم که البته آن هم بايد پس از بهسازي توده سنگ در مقياس بزرگ انجام ميگرفت ...
در ابتدا اين روش براي ايجاد و حفر تونل در زميني نرم و از زير رودخانه استفاده شد شيوه عمليات مبتني بود بر فشار و فرو بردن استوانه اي فلزي و انعطاف ناپذير در داخل خاک و سپس ايجاد ساختار تونل به طورکل عمليات شامل فرو راندن سپر در داخل خاک و ايجاد لاينينگ از پشت سر سپربود به اين طريق تونل در آن شرايط و بدون ريزش و تخريب در سطوح بالايي تونل مورد نظر حفر شد که البته رانش سپر در داخل توده خاک توسط جکهايي قابل اجراست . اين کار در 1823 در زير رودخانه thames لندن اجرا شد که سطح مقطع سپر به کار رفته نيز مستطيل شکل بود طراحي مقطع دايروي براي سپرهاي مذکور در سال 1869 و از جانب Greathead James Henry مهندس انگليسي ارائه شد استفاده از سگمنتهاي فولادي خاکريزي ونيز تزريق از سوي او در پروه اش به کار برده شد همانگونه که گفته شد سپر جسمي‏است فولادي معمولاً‌به شكل استوانه كه از ريزش مواد به داخل تونل جلوگيري كرده و خود را به جلو و داخل زمين مي‏راند. انواع سپرها عبارتند از :
● سپرهاي باز
● سپرهاي كور
● سپرهاي تعادل فشار خاك
● سپرهاي گل آبي
ميتوان گفت که کشور ژاپن نقشي عمده در توسعه اين روش داشته است در تونلهاي احداث شده در شهرهاي بزرگ ژاپن به دليل اينکه اکثرا در زمينهاي سست بوده و همچنين به دليل تراکم رفت و آمد در مناطق پر ترافيک و شلوغ بيشتر به روش سپري حفر شده اند . اين کشور همچنين در امر طراحي و ساخت انواع سپرها و ماشين آلات سپري بسيار پيشرفته ميباشد.
از روش تونل سازي سپري در اواخر دهه شصت قرن نوزدهم و براي احداث تونلهاي زهکشي و فاضلاب استفاده شد و بعد از آن نيز براي ساخت انواع ديگر تونلها نظير تونلهاي کابلهاي انتقال برق و همچنين براي احداث تونلهاي زيرزميني و مترو که از آن به عنوان روش ايجاد تونل در مناطق شهري ياد ميشود تعميم يافت.
دلايل استفاده از اين روش:

با استفاده از روش تونلسازي گسترشي يا همان روش توسعه ي تونلهاي ايجاد شده به روش سپري ما ميتوانيم قطر تونل موجود را افزايش دهيم .
در روش تونلسازي سپري متعارف و معمولي قطر تونل از ابتدا تا به انتها ثابت ميماند ولي با اين حال مواردي است که مانياز مند افزايش قطر موجود در نواحي خاصي از تونل ميباشيم در چنين مواردي قبل از معرفي روش گسترشي ما مجبور به ايجاد مقطع با استفاده از کند و آکند و يا روش ناتم بوديم که البته آن هم بايد پس از بهسازي توده سنگ در مقياس بزرگ انجام ميگرفت.

اصول روش ناتم در تونل سازی

روش تونلسازی اتریشی (NATM)، در فاصله سالهای ۱۹۵۷ تا ۱۹۶۵ در اتریش ابداع گردید. نام این روش در سال ۱۹۶۲ در سالزبورگ و جهت تمیز از روش قدیمی تونملسازی اتریشی اعطا گردید. نخستین ارائه دهندگان این روش Ladislaus von Rabcewicz, Leopold Müller و Franz Pacher بودند. ایده نخستین این روش عبارت است از استفاده از فشارهای زمین شناسی در برگیرنده توده سنگ جهت مقاوم سازی ونگهداری تونل.
باید گفت که امروزه مطالعات گسترده ای از سوی متخصصین علم مکانیک سنگ در ارائه طرحی مطمئن برای نگهداری فضاهای زیرزمینی صورت می گیرد که بتواند سیستم نگهداری را به گونه ای طراحی کند که علاوه بر ایمن بودن، از نظر اقتصادی نیز معقول باشد. نتایج این مطالعات بر ضرورت بکارگیری روشهای مشاهده ای همچون NATM در تونلسازی تاکید دارد.
● ویژگی های اساسی ناتم :

ناتم روشی است مبتنی بر تابع نگاری رفتار توده های سنگ تحت بار و مونیتورینگ عملیات ساختمان زیرزمینی سنگ. واقعیت اینست که ناتم به عنوان یک مرحله از حفاری و نیز تکنیک های نگهداری مطرح نیست. ناتم بر هفت ویژگی استوار است:
۱- بسیج مقاومت توده سنگ: این متد بر مقاومت ذاتی توده سنگ پیرامون به عنوان یک جز اصلی نگهداری شده در تونل، تکیه می کند. تکیه گاه اولیه طوری هدایت می شود که سنگ را قاد رسازد تا بر خودش تکیه کند.
۲- حمایت شاتکریت: سست کردن و نیز تغییر شکل بی اندازه سنگ می بایست به حداقل برسد. این امر با مهیا کردن لایه های نازک شاتکریت بلافاصله پس از پیشروی جبهه کار حاصل می اید.
۳- اندازه گیری: هرگونه تغییر شکل ناشی از حفاری باید اندازه گرفته شود. ناتم به نصب تجهیزات اندازه گیری در سطح بالایی نیاز دارد. این در آستر، زمین و گمانه ها جاسازی می شود.
۴- تکیه گاه انعطاف پذیر: آسترگیری اولیه نازک است و شرایط لایه بندی اخیر را بازتاب می دهد. این مدل به کارگیری، نسبت به تکیه گاه مجهول سریعتر به کار می اید و موثر می شود. مقاوم سازی با یک آستر بتنی ضخیم به دست نمی اید بلکه با یک ترکیب منعطف از پیچ سنگ، سیم تنیده و شیارهای فولادی حاصل می گردد.
۵- بستن وارونگی: بستن سریع وارونگی و ایجاد حلقه حامل بار دارای اهمیت است. این امر در تونلهای حفر شده در زمینهای نرم بسیار وخیم است، جایی که هیچ مقطعی از تونل نباید بطور موقت رها شود.
۶- ترتیب قراردادی: دانش ناتم بر اساس اندازه گیری مونیتورینگ پایه ریزی شده است. تغییر در متد تکیه گاه و ساختمان امکان پذیر است. این تنها در شرایطی ممکن است که سیستم قراردادی فادر به تغییرات باشد.
۷- اندازه گیری پشتیبانی رده بندی توده سنگ: رده های اصلی سنگ برای تونل و پشتیبانی متناظر آن موجود است. اینها برای هدایت در زمینه تقویت تونل بکار می روند.
اصول کلی ناتم:

تونلزنی به روش جدید اتریشی در خاکهای سست تا سنگ های سخت و مقاوم و در اعماق کم (در جهت به حداقل رساندن نشست سطح) تا اعماق زیاد و بیش از ۱۰۰۰ متر تحت میدانهای تنش ناشی از عملیات معدنکاری انجام گرفته است.
بنابراین اصول زیر به طور کلی قابل اعمال می باشند. این اصول در مقاله آقای دکتر فکر به ترتیب زیر آورده شده است:
▪ عنصر اصلی باربری یک تونل، توده سنگ پیرامونی آن می باشد.
▪ بنابراین یکی از اصول عبارت می باشد از: حفظ مقاومت اولیه سنگ تا آنجایی که امکان داشته باشد.
▪ اتساع یا جابجایی ها باید به حداقل رسانده شود زیرا موجب پایین آوردن مقاومت می گردد.
▪ وضعیت تنش تک محوری یا دو محوری، شرایط نامناسب برای تونل بوده و باید از آن اجتناب گردد.
▪ دگرشکلی ها باید به طرزی تحت کنترل دراید که توده سنگ پیرامون تشکیل یک حلقه باربر حول تونل را بدهد. به گونه ای که از
دست رفتن مقاومت به وسیله اتساع در سطحی قابل قبول نگهداشته شود. با اجرای خوب این کنترل، ایمنی واقتصاد افزایش می یابد.
▪ برای رسیدن به این منظور، تکیه گاه اولیه می باست در زمان درست نصب گردد.
▪ عامل زمان ویژه سیستم ترگیبی سنگ به اضافه تکیه گاه اولیه، باید به صحت کافی تخمین زده شود.
▪ تخمین عامل زمان بستگی دارد به :
الف : آزمونهای آزمایشگاهی
ب : آزمونهای برجا
ج : رده بندی توده سنگ
از این سه نرخ دگرشکلی و زمان پابرجایی می تواند استنتاج شده و با رفتار واقعی تونل در حین ساختمان تطبیق و کنترل گردد.
▪ هرجا که دگرشکلی ها زیاد بود و یا سست شدن توده سنگ انتظار می رود، می بایست از تماس کامل تکیه گاه اولیه با جدار تونل در محل برخورد اطمینان حاصل اید. این امر با بکار گرفتن شاتکریت به بهترین نحو حاصل می گردد.
▪ تکیه گاه اولیه باید نازک و دارای صلبیت خمشی پایین باشد، از این رو گشتاورهای خمشی پایین آورده و وقوع شکستگی ها در اثر خمش به حداقل می رسد.
▪ افزایش نگهداری با شبکه توری اضافی، قابهای فولادی، سیمهای فولادی، سیم مهارها یا میل مهارها حاصل می اید نه با آسترگیری ضخیمتری نوع و مقدار تکیه گاه و زمان نصب، از نتایج اندازه گیری دگرشکلی ها تعیین می گردد.
▪ از نظر استاتیکی تونل را می توان لوله ای ضخیم (یا حلقه ای دوبعدی) که از توده، سنگ و آسترگیری تشکیل یافته در نظر گرفت.
▪ از آنجا که یک لوله مساعدترین ویژگی پایداری را بدون آنکاه درز داشته باشد داراست، بستن همزمان کف تونل در هنگامیکه سنگ دارای مقاومت کافی نباشد دارای اهمیت است.
▪ رفتار توده سنگ با بستن به موقع کف تونل تعیین می گردد. پیشروی های زیاد در طاق منجر به دیر بسته شدن کف و آنهم منجر به تشکیل لوله نیمه آسترگیری اولیه گردیده که نتیجه آن بروز گشتاورهای بزرگ خمشی در جهت محور تونل می باشد که منجر به ایجاد تمرکز تنش زیاد در سنگ، در پای دیواره های جانبی می گردد.
▪ حفاری پیشانی کامل، بهترین روش برای دستیابی یک توزیع یکنواخت تنش است. هر چند که در سنگهای سست، حفاری بخش بخش، برای پایداری در حین ساختمان ممکن است لزوم پیدا کند.
▪ روند حفاری و نگهداری برای پایداری مهم می باشد. زیرا آنها عامل زمان توده سنگ را تحت تاثیر قرار می دهند.
تغییر در طول دوره حفاری، زمان بستن کف، طول پیشروی طاق، مقاومت و زمان نصب تکیه گاه تماما به طور سیستماتیک برای کنترل فرایند توزیع مجدد تنش و پایدارسازی به کار گرفته میشوند.
▪ در موارد آستربندی مضاعف، آستربندی نهایی باید همچنان نازک باشد. تنش عمود می باید بر روی تمام سطح تماس بین آستربندی ها منتقل گردیده و تنش برشی در سطح برخورد می باید پایین باشد.
▪ کل سیستم، توده سنگ به اضافه پوشش می بایست با نگهداری اولیه پایدار گردند.
در صورت خورنده بودن آبهای زیرزمینی آستربندی نهایی می بایست قادر به پایدار سازی توده سنگ به تنهایی باشد. سیم مهارها تنها می توانند به عنوان یک نگهدارنده دائمی تلقی گردند، البته در صورتی که از گزند خورندگی در محیطهای خاص در امان باشند.
▪ برای کنترل ایمنی سازه تونل، اندازه گیری تنش بتن و تنش برخورد در مرز بین سنگ و آستربندی ضرورت دارد. اندازه گیری دگرشکلی ها همچنان ادامه پیدا می کند.
▪ فشار ایستایی آب بر روی پوشش و فشار جریان در توده سنگ با زهکشی مناسب پایین آورده می شود.
به طوری که از این اصول دریافت می شود، ناتم روند و دستور کاری نیست که با دنبال کردن آن به نتیجه مورد نظر رسید بلکه عبارت است از مجموعه ای از ایده ها که به ویژگی های زمین شناسی منطقه توجه ویژه ای دارد. این روش در نتیجه تجربیات متعدد در کار تونلزنی به دست آمده است و برای به دست آوردن هر یک از این ایده ها و نیز جمعبندی آنها به عنوان یک روش سالهای زیادی وقت صرف شده است. نوآوری اساسی این ایده، یک فن ساختمانی یا یک روش خاص محاسباتی نمی باشد، اما برای ساختمان تونل در توده سنگ و چگونگی برخورد با آن ارائه طریق می نماید.
یکی از اصول موفقیت زای این روش گردآوری موضوعات متعدد از مهندسی عمران و مکانیک سنگ می باشد که شامل موضوعات نظری و عملی است.
روش اجرای ناتم:

با اینکه هنوز هیچ پشتوانه نظری حقیقی برای ناتم وجود ندارد اما عواملی وجود دارند که منجر به موفقیت این روش می گردند که عبارتند از:
۱- بتن پاشی به عنوان سازنده سازه ترکیبی قوس سنگ که به حلقه حمال سنگ موسوم بوده و حفره را احاطه می کند.
۲- بتن پاشی به مراتب قدیمی تر از ناتم می باشد اما ویژگی های عالی آن از نظر مقاومت و لغزش، این روش را به عنوان یکی از ابزارهای غالب نگهداری در تونلسازی به روش ناتم گردانیده است. بیشترین اهمیت آن امکان اجرای سریع برای پوشانیدن سطح تازه حفاری شده سنگ می باشد. مزیت دیگر آن دستیابی به یک مقاومت نسبی بالادر مدت زمان کوتاه، حدود ۵ نیوتن بر میلی مترمربع (مگاپاسکال) در ۶ ساعت می باشد.
شاتکریت در تونلسازی دارای اثر مضاعف است: محافظت سنگ در اثر هوازدگی و فرسایش: با بستن ترک ها تمرکز تنش در اطراف تونل کاهش یافته، همچنین ضخامت زیاد شاتکریت به عنوان یک قوس نگهدارنده عمل می کند. در تمام موارد اتصال اتصال تنگاتنگ با سنگ مهم می باشد. زیرا این عمل موجب می گردد سنگ بارها را مشترک حمل نموده و ساختاری مرکب با سنگ تشکیل دهد. شاتکریت مناسب، نیاز به یک تکیه گاه نیمه صلب را برآورده می سازد، زیرا دگرشکلی شعاعی زیادی را بدون شکستگی امکان پذیر می سازد. با دگرشکلی های بزرگ تونل، شاتکریت می شکند. اما در صورت مسلح شدن به توری سیمی یا رشته های فولادی، قطعات برش یافته شاتکریت خطری آنی برای خدمه ایجاد نخواهد کرد.
۳- وسیله دیگر برای ساختن طاق بیرونی، قابهای فولادی می باشد. این قابها در توده های سنگ فشرده شده و بسیار خردشونده به کار گرفته شده و تکیه گاهی سریع و موثر برای سنگ به شمار می ایند. در چند سال اخیر کاربرد قوسهای پروفیلی به میزان زیاد افزایش یافته است. این قوس ها نسبت به قابهای فولادی مزایای بیشتری دارند و نیز به دلیل سبک وزن بودن، نصب آنها آسانتر می باشد.
۴- در تونلسازی هوراه با مفاهیم ناتم، نصب میل مهارها جایگاه ویژه ای دارد و اهمیت آنها به همان اندازه اهمیت شاتکریت می باشد. این میل ها نیز مثل شاتکریت در صورت نصب موجب تشکیل حلقه حمال در اطراف توده سنگ می گردند. میل مهارها در برابر دگرشکلی شعاعی مقاومت کرده از اینرو ایجاد دگرشکلی کنترل شده می نماید که شکل ژئومتریک تونل را حفظ می نماید. همچنین میل مهارها از آنرو که تاثیر ناهمسانی و ناهمگونی را کاهش می دهند، تشکیل صفحات برشی و لغزشی را مشکل تر ساخته و سبب ایجاد مقاومت ماندگار بالا حتی در توده های سنگ به شدت دستخورده می گردد که این نیز به نوبه خود سبب بهسازی کیفیت سنگ می گردد. تنش مماسی در حلقه سنگ حمال موجب افزایش چسبندگی مهاری ها می گردد. طاقهای ثانویه ایجاد شده بین تکیه گاهها، در برابر تمایل توده سنگ نسبت به جابجایی به داخل تونل مقاومت ایجاد می نماید که این مقاومت به نزدیکی مهاری ها بستگی دارد. در صورتیکه طاق تونل تحت تنش زیاد در اثر فرایندهای تجدید آرایش دوباره قرار گیرد، یا اگر سیستم سنگ در معرض شکستگی قرار داشته باشد، تونل نیاز به بهسازی با بتن پاشی به سطح خواهد داشت.
بنابراین به طور خلاصه مواد پایدار کننده در ناتم عبارتست از: شاتکریت، میل مهارها، قوس های فولادی یا پروفیلی، صفحات فولادی و....
نتيجتا هدف اصلی ناتم ایجاد یک قوس نیمه صلب خارجی بلافاصله پس از حفاری با وسایل نگهداری از قبیل شاتکریت، کوه پیچ و غیره می باشد. این امر موجب تنظیم تنش در محدوده اطراف تونل گردیده از سست شدگی مخرب جلوگیری به عمل می آورد و این همان چیزی است که ناتم را از روش های تونلزنی محافظه کارانه تمیز می دهد. زیرا اصولا در شیوه های سنتی تونلسازی، بار سنگ می بایست تماما بوسیله تجهیزات نگهداری تحمل شود که این کار نیز مستلزم صرف هزینه های زیاد می باشد.
روش ناتم بیشتر در نتیجه تجربه عملی بوجود آمده و مانند دیگر روشهایی که در حال تکمیل و تکوین می باشند، دستخوش تغییر و تحولات و مشکلات متعددی گردیده تا به شکل کنونی در آمده است. این روش از انعطاف پذیری قابل توجهی در شرایط مواجهه با وضعیت های متفاوت توده سنگی برخوردار است.
بطور کلی ضروری می باشد که مطالعات و بررسی دقیقی به منظور بررسی ظرایط زمین ساختاری بویژه در زمیسن های نامناسب انجام گرفته، بین هزینه های مطالعات و اجرای عملیات رابطه ای منطقی ایجاد گردد.
تهیه مواد و مصالح مورد نیاز ناتم و طریقه ریختن بتن در فضاها، حتی در طرح های کوچک تونلسازی با ناتم نیاز به ساماندهی مناسب و کارآمد دارد که خود ناشی از تجربه ومهارت بالای معدنچی ها و اجراکاران دارد. اهمیت نصب شعاعی مهاریها به طور سیستماتیک در سنگ های سست، به منظور تامین توزیع مناسب تنش های بوجود آمده در قوس های دایره ای شکل سنگی، فوق العاده مناسب تشخیص داده شده است.
موفقیت در روش ناتم نیاز به آموزش های تئوریک و عملی همزمان در محل عملیات دارد زیرا تنها در ارتباط بودن نزدیک و دقیق مهندسان با مسائل و مشکلات در محل کار می تواند آنها را به اعمال راهنمایی های خاص و دقیق قادر سازد. یک بخش مهم و جدایی ناپذیر در این روش مشاهده رفتار تنش کرنش سنگ با فنون اندازه گیری می باشد.

ادامه دارد...

 

[Alireza_2003]

تونل سازي و روش هاي مختلف آن (2)

تونل سازي و روش هاي مختلف آن (2)

تونل سازي و روش هاي مختلف آن (2)

تهيه كنندگان: عبدالامير كربلايي و زينب كردوني
منبع : راسخون




اثر زلزله بر سازه های زیر زمینی و تونل مترو

برآورد خطر پذیری تونلها
برآورد خطر بر اساس HAZUS99:
در مجموعه HAZUS99 که توسط NIBS آمریکا تهیه گردیده، بصورت کامل آسیب پذیری سازه‌های مختلف در برابر زلزله مورد بررسی قرار گرفته است، این مجموعه بر اساس داده‌های آمریکا تهیه شده و بصورت مجموعه‌ای در 30 سی دی منتشر گردیده است.HAZUS99 دارای راهنمای کاملی است که فصل هفتم آن به شریانهای حیاتی اختصاص دارد. در بررسی آسیب پذیری شریانهای حیاتی، آنها را به هفت زیر مجموعه تقسیم می‌نماید که عبارتند از:
•بزرگراه
•راه آهن
•قطار برقی
•حمل و نقل اتوبوسی
•بندر
•حمل و نقل آبی
•فرودگاهها
در تقسیم بندی فوق، هرکدام از سیستم های حمل و نقل دارای اجزائی می‌باشند که تونل جزو اجزای بزرگراهها و سیستم راه آهن میباشد. لذا ما نیز بصورت جداگانه نقش تونل را در هر کدام از تقسیم بندی‌های شریانهای حیاتی مورد بررسی قرار می‌دهیم.
تونل در سیستم بزرگراهی :

تونل یکی از اجزای سیستم بزرگراهی می‌باشد که به همراه سیستم راه و پلهای بزرگراهی، مجموعه بزرگراهها را تشکیل می‌دهد. از میان اجزای مختلف سیستم بزرگراهی ما فقط به بررسی آسیب پذیری تونلها می‌پردازیم.
1-داده های ورودی مورد نیاز

•مکان ژئوفیزیکی تونلها (طول و عرض)
•حداکثر شتاب زمین و حداکثر جابجائی زمین (PGD , PGA) در محل تونل.
•کلاس بندی تونل
2-تونلها در بحث آسیب پذیری بر اساس نحوه ساخت کلاس بندی می‌شوند:

•تونل حفاری شده (سوراخ شده)
•تونل خاکبرداری شده
3-تعاریف مربوط به سطح آسیب به تونلها

•Ds1 : بدون آسیب
•Ds2 : آسیب جزئی
آسیب جزئی به تونلها شامل ترکهای جزئی در پوشش تونل ( خرابی فقط نیاز به یک تعمیر سطحی داشته باشد) و افتادن چند سنگ و یا نشست جزئی در زمین در ورودی تونل
•Ds3 : خرابی متوسط
بصورت ترکهای متوسط در پوشش و فروریزش سنگ تعریف می‌شود.
•Ds4 : خرابی گسترده
بصورت نشستهای جدی در یک ورودی تونل و ترکهای گسترده در پوشش تونل
•Ds5 : خرابی کلی
ترکهای جدی در پوشش تونل که ممکن است شامل ریزش احتمالی باشد.
4-منحنی های تعمیرات اجزا

بر اساس تعداد روزهای مورد نیاز برای تعمیر خرابی های حاصل از زلزله پارامترهایی تعریف گردیده که برای تونل بصورت جداول و شکل زیر میباشد.

جدول توابع بازسازی پیوسته برای اجزای بزرگراهی

جدول توابع بازسازی منقطع برای اجزای بزرگراهی
5-توابع خرابی تونلها:

خرابی تونلها بر اساس خرابی زیر اجزای آن می‌باشد که عبارتست از پوشش و ورودی تونل (G&E 1994).یافته های شرکت G&E بر اساس داده‌های زلزله گزارش شده توسط دودینگ و همکارانش می‌باشد در سال 1978 و اون در سال 1981 می‌باشد. خرابی این زیر سازه‌ها در جداول زیر ارائه شده است.
کلا 10 تابع خرابی برای تونلها بدست آمده است که چهار تابع برای PGA و شش تابع برای PGD می‌باشد. ( توجه شود که هر کلاس تونل بصورت جداگانه مورد بحث قرار گرفته است). مقادیر متوسط و انحراف معیار این توابع در جدول دیگری ارائه شده است.

جدول الگوریتم های خرابی برای تونلها (G&E 1994)

شکل منحنی های بازسازی برای تونلهای بزرگراهی

شکل منحنی خرابی در سطوح مختلف برای تونلهای حفاری شده بر اساس حداکثر شتاب زمین

شکل منحنی خرابی در سطوح مختلف برای تونلهای خاکبرداری شده بر اساس حداکثر شتاب زمین

شکل محنیی خرابی در سطوح مختلف برای همه انواع تونلها بر اساس جابجائی ماندگار زمین
تونل در سیستم راه آهن :

در مورد تونل در HAZUS99 تاکید زیادی نشده است و فقط عنوان شده که تونلهای راه‌آهن معمولا مانند پلها، باعث بند آمدن ترافیک و ... نمی‌شوند مگر اینکه کاملا عملکرد خود را از دست داده باشند.
بسیاری از تعاریف در تونلهای راه‌آهن دقیقا همان تعاریف تونلهای بزرگراهی می‌باشد، باید توجه نمود که ایستگاههای راه آهن شهری جزو اجزای این سیستم حمل و نقل می‌باشد قسمتهای مورد نیاز در اینجا بیان می‌شود.
در راه‌آهن نیز تونلها به دو نوع حفاری شده و خاکبرداری شده تقسیم می‌شوند. در مورد ایستگاههای شهری در این ایین نامه گفته شده است که ایستگاههای مترو در حکم اتصالات حیاتی سیستم هستند و از نظر عملکرد سیستم بسیار مهم می‌باشند. در آمریکای غربی، این تسهیلات معمولا به صورت دیوارهای برشی بتنی مسلح و یا قابهای خمشی ساخته می‌شوند در حالی که در آمریکای شرقی ایستگاههای کوچک اغلب چوبی هستند و ایستگاههای بزرگتر معمولا با مصالح بنایی و یا قاب فلزی مهاربندی شده هستند.
1-داده های ورودی مورد نیاز

•برای تونلهای راه آهن :
oهمانند تونلهای بزرگراهی
•برای ایستگاههای شهری :
oمکان جغرافیایی تسهیلات
oPGA و PGD در محل تسهیلات
oکلاس بندی تسهیلات
2-شکل توابع خرابی

توابع خرابی و یا منحنی های خرابی برای تمام اجزای راه آهن که در زیر توضیح داده شده است، بصورت تابع لوگ نرمال تعریف شده اند که احتمال رسیدن و یا گذشتن از سطوح خرابی مختلف برای یک سطح مشخص شده حرکت زمین می‌باشد. هر منحنی خرابی با یک مقدار میانگین از سطح حرکت زمین و مقدار انحراف معیار مشخص می‌شود. حرکت زمین با پارامتر بیشینه شتاب زمین (PGA) و خرابی زمین با پارامتر جابجائی ماندگار زمین (PGD)تعیین میشود.
•برای تونلها، منحنی های خرابی بر اساس PGA و PGD تعیین می‌شود.
•برای تسهیلات راه‌آهن مانند ایستگاههای شهری نیز PGA و PGD مشخص کننده هستند.
3-تعاریف مربوط به سطح آسیب

سطوح آسیب تونلها همانند تعاریف مربوط به تونلهای بزرگراهی می‌باشد. و در مورد ایستگاهها :
•Ds1 : بدون آسیب
•Ds2 : آسیب جزئی به سازه
•Ds3 : خرابی متوسط سازه
•Ds4 : خرابی گسترده
•Ds5 : آسیب کلی و خرابی گسترده
4-منحنی های تعمیرات اجزا

منحنی های بازسازی بصورت زیر می‌باشد.

جدول توابع بازسازی پیوسته برای اجزای راه آهن

جدول توابع بازسازی منقطع برای اجزای سیستم حمل نقل ریلی

شکل منحنی های بازسازی برای تونلهای راه آهن
اثر زلزله بر سازه های زیر زمینی و تونل مترو

تاثیر ارتعاشات زلزله بر تونلها:

آسیب پذیری سازه‌های زیر زمینی در برابر زلزله هم می‌تواند به واسطه گسیختگی زمین در هنگام وقوع زلزله و هم به دلیل ارتعاشات ناشی از زلزله روی دهد. گسیختگی زمین در هنگام وقوع زلزله عمدتا شامل گسلش، زمین لغزش و روانگرایی می‌باشد.
بحث مربوط به گسلش در فصل قبل بصورت جداگانه مورد بررسی قرارگرفت، ولی بجز گسلش، زمین لغزش و روانگرایی نیز از پدیده‌های طبیعی ناشی از زلزله می‌باشد. زمین لغزش ‌ها که معمولا توسط زلزله تحریک می‌گردند، بخصوص در ورودی-خروجی تونلها می‌توانند صدمات زیادی را به فضاهای زیر زمینی وارد نمایند. بسیاری از گزارشات مربوط به آسیب فضاهای زیر زمینی در اثر زلزله، به واسطه ایجاد لغزش در مدخلهای تونلها بوده‌اند. روانگرایی نیز بخصوص چنانچه فضای زیر زمینی در رسوبات سست دارای درصد بالای ماسه و سیلت احداث شده باشد، می‌تواند صدمات زیادی را به فضای زیر زمینی وارد نماید. این آسیبها بیشتر در رابطه با تونلهای مترو در نواحی شهری که از رسوبات منفصل عبور میکنند دیده شده است.
گزارشي از يك پروژه تونل‌سازي در نوع خود بي‌نظير
پروژه تونل SMART (Stormwater Management and Road Tunnel) SMART

SMART درخشش مهندسي در اعماق زمين

تونل SMART اولين تونل دو منظوره جهان است كه در شهر كوالالامپور پايتخت كشور مالزي ساخته شده است. ساخت اين تونل از سال 2003 شروع و در ژوئن 2007 بهره‌برداري از آن آغاز شده است. اين تونل ابتدا به‌عنوان مسيري براي انحراف آب‌هاي خروشان و سيلاب‌هاي رودخانه‌اي كه از به‌هم پيوستن دو رودخانه بزرگ در مركز شهر حاصل شده است، در نظر گرفته شده بود. ولي سپس با يك ايده جالب و خلاق و با در نظرگرفتن قطر داخلي 8/11 متر، تونل به گونه‌اي طراحي شد كه بتواند در زمان‌هاي غيراضطراري كه جريان آب چندان قوي نيست به‌عنوان تونلي رفت و آمدي (در دو طبقه) براي وسايل نقليه جهت كم‌كردن بار ترافيكي يكي از شاهراه‌هاي مهم و شلوغ شهر مورد استفاده قرار بگيرد.

بهره‌برداري از اين تونل در سه حالت مي‌تواند انجام بگيرد:
حالت اول (حالت عادي يا نرمال): زماني است كه جريان آب رودخانه به قدري كم است كه اساساً نيازي به انحراف توسط تونل ندارد.
حالت دوم: زماني است كه طوفان‌هاي كوچك يا متوسط رخ مي‌دهد ولي فشار جريان آب زياد نيست. در چنين حالتي جريان آب به داخل تونل منحرف شده و از طريق مسير فرعي به پايين‌ترين قسمت تونل هدايت مي‌شود. در اين حالت دو مسير عبور و مرور بالايي تونل همچنان بر روي وسايل نقليه باز است.
حالت سوم: حالتي است كه در زمان طوفان‌هاي سهمگين رخ مي‌دهد. در چنين حالتي كل تونل بر روي وسايل نقليه بسته مي‌شود و پس از اطمينان از خارج‌شدن كليه ماشين‌ها (به‌وسيله تعداد زيادي ايستگا‌ه‌هاي رفتارسنجي تا زماني كه يك وسيله نقليه در داخل تونل باشد درهاي ورودي آب باز نمي‌گردد) جريان سيلاب به‌طور خودكار به داخل تونل هدايت مي‌شود. ظرفيت آب در تونل در چنين حالتي به سه ميليون مترمكعب مي‌رسد.

• روش ساخت تونل

شهر كوالالامپور از نظر زمين‌شناسي بر بستري از آهك قرار گرفته است. ضمناً اين شهر از سطح دريا نيز بالاتر است. از مشخصه‌هاي اصلي اين لايه‌هاي آهكي وجود تخته‌سنگ‌ها، گودال‌ها و باتلاق‌هاي متفاوت است. با توجه به طبيعت زمين‌شناسي شهر بيشتر ايده‌هاي طراحي و اجرا به سمت و سويي ميل كرده است كه كمترين اثر منفي را بر روي شرايط محيطي و زمين‌شناسي شهر وارد نمايد.

لذا براي اين پروژه از ماشين TBM مدل Slurry Shield استفاده شده است كه به هنگام كار در برخورد با بسترهاي آهكي و مواجهه با آب‌هاي زيرزميني و صخره‌هاي سخت مقاومت خوبي از خود نشان مي‌دهد. وجود يك سپر مقاوم كه با فشار هوا كار مي‌كند امكان آن را فراهم مي‌سازد كه ماشين در مواجهه با آب‌هاي زيرزميني و خاك‌هاي سست تعادل خود را كاملاً حفظ نمايد.

• ايمني تونل

از نظر استاندارد هاي امنيتي و ايمني نيز اسمارت از وضعيت خيلي خوبي برخوردار است. خروجي‌هاي اضطراري فراوان‌، سازه ضد زلزله، صدها دوربين و وجود مرکز کنترل که شبانه‌روز تردد خودروها و عبور جريان آب را زير نظر دارند اسمارت را در اين زمينه نيز بي همتا کرده است. تونل SMART داراي دستگاه‌هاي تهويه ويژه‌اي است كه در هر كيلومتر از تونل تعبيه شده است. اين دستگاه‌هاي قوي تهويه به‌طور دائم هواي ‌آلوده تونل را خارج مي‌نمايد
منابع:

مجله بلور (دانشکده معدن و متالوژی دانشگاه تهران)
وفائیان.م. بررسی پیشرفت مبانی طرح سابرت و اجرای تونل، مجموعه سخنرانی های سومین سمینار توونلسازی. خرداد ۱۳۶۶
انصاری، ع. مطالب ارائه شده در جزوه درسی.
طاهری، ع. مطالب ارائه شده در جزوه درسی.
کدیور، م.ح. طراحی تونل بوسیله ناتم از دیدگاه مطالعات آماری
سایت جامع علمی داکفا ( www.docfa.ir )
http://geoaria.blogfa.com
http://docfa.ir
http://www.gsinet.ir
http://forum.parsigold.com
http://ttic.ir

 

[safarimojtaba]

سلام در مورد طراحی تونل مطلبی داری ممنون میشم

 

[behrooz civil]