تونل سازی و روش های مختلف آن (2)

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.
گزارشی از یک پروژه تونل‌سازی در نوع خود بی‌نظیر

پروژه تونل SMART (Stormwater Management and Road Tunnel) SMART

SMART درخشش مهندسی در اعماق زمین

تونل SMART اولین تونل دو منظوره جهان است که در شهر کوالالامپور پایتخت کشور مالزی ساخته شده است. ساخت این تونل از سال 2003 شروع و در ژوئن 2007 بهره‌برداری از آن آغاز شده است. این تونل ابتدا به‌عنوان مسیری برای انحراف آب‌های خروشان و سیلاب‌های رودخانه‌ای که از به‌هم پیوستن دو رودخانه بزرگ در مرکز شهر حاصل شده است، در نظر گرفته شده بود. ولی سپس با یک ایده جالب و خلاق و با در نظرگرفتن قطر داخلی 8/11 متر، تونل به گونه‌ای طراحی شد که بتواند در زمان‌های غیراضطراری که جریان آب چندان قوی نیست به‌عنوان تونلی رفت و آمدی (در دو طبقه) برای وسایل نقلیه جهت کم‌کردن بار ترافیکی یکی از شاهراه‌های مهم و شلوغ شهر مورد استفاده قرار بگیرد.

بهره‌برداری از این تونل در سه حالت می‌تواند انجام بگیرد:
حالت اول (حالت عادی یا نرمال): زمانی است که جریان آب رودخانه به قدری کم است که اساساً نیازی به انحراف توسط تونل ندارد.
حالت دوم: زمانی است که طوفان‌های کوچک یا متوسط رخ می‌دهد ولی فشار جریان آب زیاد نیست. در چنین حالتی جریان آب به داخل تونل منحرف شده و از طریق مسیر فرعی به پایین‌ترین قسمت تونل هدایت می‌شود. در این حالت دو مسیر عبور و مرور بالایی تونل همچنان بر روی وسایل نقلیه باز است.
حالت سوم: حالتی است که در زمان طوفان‌های سهمگین رخ می‌دهد. در چنین حالتی کل تونل بر روی وسایل نقلیه بسته می‌شود و پس از اطمینان از خارج‌شدن کلیه ماشین‌ها (به‌وسیله تعداد زیادی ایستگا‌ه‌های رفتارسنجی تا زمانی که یک وسیله نقلیه در داخل تونل باشد درهای ورودی آب باز نمی‌گردد) جریان سیلاب به‌طور خودکار به داخل تونل هدایت می‌شود. ظرفیت آب در تونل در چنین حالتی به سه میلیون مترمکعب می‌رسد.

• روش ساخت تونل

شهر کوالالامپور از نظر زمین‌شناسی بر بستری از آهک قرار گرفته است. ضمناً این شهر از سطح دریا نیز بالاتر است. از مشخصه‌های اصلی این لایه‌های آهکی وجود تخته‌سنگ‌ها، گودال‌ها و باتلاق‌های متفاوت است. با توجه به طبیعت زمین‌شناسی شهر بیشتر ایده‌های طراحی و اجرا به سمت و سویی میل کرده است که کمترین اثر منفی را بر روی شرایط محیطی و زمین‌شناسی شهر وارد نماید.

لذا برای این پروژه از ماشین TBM مدل Slurry Shield استفاده شده است که به هنگام کار در برخورد با بسترهای آهکی و مواجهه با آب‌های زیرزمینی و صخره‌های سخت مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهد. وجود یک سپر مقاوم که با فشار هوا کار می‌کند امکان آن را فراهم می‌سازد که ماشین در مواجهه با آب‌های زیرزمینی و خاک‌های سست تعادل خود را کاملاً حفظ نماید.

• ایمنی تونل

از نظر استاندارد های امنیتی و ایمنی نیز اسمارت از وضعیت خیلی خوبی برخوردار است. خروجی‌های اضطراری فراوان‌، سازه ضد زلزله، صدها دوربین و وجود مرکز کنترل که شبانه‌روز تردد خودروها و عبور جریان آب را زیر نظر دارند اسمارت را در این زمینه نیز بی همتا کرده است. تونل SMART دارای دستگاه‌های تهویه ویژه‌ای است که در هر کیلومتر از تونل تعبیه شده است. این دستگاه‌های قوی تهویه به‌طور دائم هوای ‌آلوده تونل را خارج می‌نماید

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 1366
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