مهندسی سنگ و تونل

مدیریت و نگهداری تونل در برابر نشست (مطالعه موردی در زمین‌های آماس‌پذیر)

خلاصه

با توجه به توسعه روزافزون و هزینه‌های بالای ساخت سازه‌ای زیرزمینی و نیز اهمیت آنها در شبکه حمل و نقل بین شهری و داخل شهری و خطرات ناشی از آسیب دیدگی آنها، لازم است که نحوه احداث ومدیریت در نگهداری آنها مورد بررسی قرار گیرد. در این راستا در بعضی از این موارد پروژه‌هایی، در زمین‌های مسأله دار مانند مناطق آماس پذیر انجام می‌شود. از آنجایی که خاک آماس پذیر مسائل بزرگی در حفاری ایجاد می‌کند، اغلب چالش ویژه‌ای برای تونل سازی می‌باشد. در چندین مورد دیده شده که اجرای تونل در زمین های آماس‌پذیر سبب فروریزش و در نتیجه آن خسارات زیاد مالی و تأخیر در پروژه شده است. در این مقاله به معرفی عوامل جابجایی زمین ناشی از حفر تونل مانند شرایط زمین شناسی، عمق و هندسه تونل، روش حفاری و کیفیت انجام کار و مدیریت پرداخته شده و با در نظر گرفتن حفر تونل در زمین‌های آماس‌پذیر تمهیداتی برای کنترل و پایداری نشست در نظر گرفته شده است.

کلمات کلیدی: تونل، خاک آماس‌پذیر، تورم، مدیریت و نگهداری تونل، پایداری نشست

مقدمه

فن تونل سازی دیرینه‌ای در کشور ما دارد. حدود 3000 سال پیش، نیاکان ما با حفر قنات‌ها که در واقع تونل‌های قدیمی هستند، به آب زیرزمینی دست می‌یافتند و به کمک آنها، آب را به سطح زمین هدایت می‌کردند. در تعاریف قدیمی تونل به عنوان یک راهروی طویل زیرزمینی تعریف شده است که امروزه برای مصارف گوناگون از جمله استخراج مواد معدنی، رفت و آمد اتومبیل‌ها، حرکت قطارها، انتقال لوله و کانال و نیز انتقال آب احداث می‌شود. قدیمی‌ترین تونل شناخته شده در حدود 4000 سال پیش در بین النهرین حفر شده است.

تونل سازی همزمان با انقلاب صنعتی به ویژه به منظور حمل و نقل، تحرک قابل ملاحظه‌ای یافت و این امر در توسعه صنعت بویژه در قرون 18 و 19 میلادی انگلستان سهم بسزایی داشت. بررسی وضعیت تنش در اطراف تونل‌ها و همچنین پایداری و ناپایداری در مورد حفریات زیرزمینی، از جمله پارامترهای مؤثر در طراحی این سازه‌ها است.

محیط زمین در ابتدا تحت تنش ناشی از تنشهای طبیعی زمین بوده که بر اثر حفر تونل شرایط تنش در زمین تغییر می‌کند، که این امر موجب انقباض دهانه تونل و به وجود آوردن تغییر شکلهایی در مقطع زمین می‌شود، که نهایتاً به نشست سطحی زمین منجر می‌شود. مسأله نشست سطحی زمین ناشی از حفر تونل با توجه به اهمیتی که داشته همواره از سوی محققین مختلف تحت بررسی قرار گرفته است تا با اتخاذ شیوه‌های مناسب میزان آن را قبل از شروع عملیات ساخت برآورد کنند.

2- عوامل تأثیرگذار در نشست

بررسی رفتار خاک یا زمینهای غیرسنگی در برابر احداث تونل یکی از مباحث مورد مطالعه در حوزه‌ی ژئوتکنیک است که در ظرف 30 سال اخیر مقالات زیادی را به خود اختصاص داده است و در این زمینه، ارتباط نشست سطح زمین، حداکثر مقدار آن و چگونگی توزیع آن برحسب مشخصات تونل و زمین مثل قطر و عمق تونل، وزن واحد، مدول الاستیسیته و مقاومت آن مورد توجه بحث‌های تحلیلی، عددی و مشاهدات تجربی قرار گرفته است. در حالت کلی می‌توان جا به جایی‌های زمین ناشی از حفر تونل را براساس 4 دلیل دانست که عبارتند از:

الف) شرایط زمین‌شناسی، هیدرولوژی و ژئوتکنیکی ب) عمق و هندسه تونل ج) روشهای حفاری و د) کیفیت انجام کار و مدیریت

برای روشن شدن مسئله در اینجا لازم می‌باشد که توضیحی از پارامترهای اصلی از هر یک از علل ذکر شده پرداخته شود که در پایداری بازشدگی تونل تأثیرگذارند.

2-1 صرف نظر از بزرگی و هندسه تونل، مقدار و توزیع نشست سطحی زمین در اثر حفر تونل به لایه‌بندی زمین (ناهمگنی لایه‌ها)، تغییرشکل‌پذیری (در زمان‌های کوتاه یا بلند)، ساختار