فروشگاه ساز بهبود

صنعت تونل سازی

نویسنده:کیوان افتخاری[1]

همکاران: امیر پویا قدسی

              علی پاپ زن[2]

چکیده:

            تونل سازی یکی از قدیمی ترین شاخه های مهندسی عمران است.این شاخه از مهندسی عمران علیرغم تحولاتی که در خود داشته است به دلیل مشکلات بسیار زیاد خود در مقایسه با سایر شاخه ها پیشرفت چشمگیری نداشته است و امروزه نیز احداث تونل از جمله آخرین راهکارها می باشد.

            در این مقاله هدف معرفی اجمالی صنعت تونل سازی و بررسی مسایلی که ادامه پیشرفت را مختل می کند می باشد که عمده این مسائل عبارتند از:

درجه حرارت زیاد در تونل های عمیق ـ فشارهای موضعی ـ وجود یک منطقه از سنگهای خرد شده یا مواد نرم هوازده ـ مساله نفوذ آب ـ وجود گسلها به ویژه اگر همراه با مواد خرد شده در صفحه گسل باشد.

 

کلمات کلیدی:تونل سازی ـ روشهای حفاری ـ دستگاههای حفاری ـ تونل سازی زیر دریا

 

 

 

 

1- مقدمه:

از چندین دهه پیش به این طرف استفاده های جدیدی از فضاهای زیر زمینی به عمل آمده است|مانند انبار کردن مواد نفتی ـ کارخانه های زیر زمینی ـ تونل های انتقال گرما و نیروگاههای هسته ای و 0000 ضمنا نباید فراموش کرد که با وجود بهبود وسایل و مصالح.روند اجرای بناهای زیر زمینی هنوز کند و پر خرج است.زیرا بر خلاف ساختمانها تونل عموما در زیر زمین قرار می گیرد و به هنگام اجرای آن با وجود تمام پیشرفتهایی که در شناخت شرایط طبیعی و پیش بینی سوانح احتمالی به دست آمده| همواره با عواملی غیر قابل پیش بینی برخورد می کنیم و این امر ایجاب می کند که از تجربه های پیشین و نظریه های علمی و فنی در کنار هم استفاده شود.

 

2- تقسیم بندی سازه های زیر زمینی:

در مورد سازه های زیر زمینی دو نوع تقسیم بندی وجود دارد:

الف) تقسیم بندی با توجه به موارد استفاده و حاشیه ایمنی:

1-حفاریهای مربوط به معادن که جنبه موقتی دارد.

2-چاههای قائم.

3-دالانهای آب (به استثنای دالانهایی که تحت فشار قرار می گیرند.)مجاری فاضلاب و دالانهای شناسایی زمین و دالانهای هادی.

4-حفره های بزرگ برای انبار کردن مواد معدنی- تاسیسات تصفیه آب- تونلهای راه و راه آبی در راههای فرعی - حوضهای تعادل - تونلهای دسترسی.

5-کارخانه های زیر زمینی(در اکثر موارد تولید برق)- تونلهای بزرگراهها - تونل راه آهنها - پناهگاههای ضد بمب و ضد موشک.

6-نیروگاههای برق هسته ای - ایستگاههای زیر زمینی راه آهن - سالنهای عمومی.

ب)تقسیم بندی بر حسب شرایط طبیعی زمین:

1-در زمینهای سست یا سنگی.

2-بلندی زمین در بالای آن زیاد یا کم باشد(سربار تونل)

3-در زمینهای خشک و با آبدار ساخته شود.

4-تنشهای در جا وارد بر آن عادی یا زیاد باشد.

شرایط فوق نه تنها در انتخاب روشهای حفاری و پوشش تونل موثر است بلکه در انتخاب روشهای محاسبه نیز تاثیر دارد.

3)تاریخچه تونل سازی و تحولات آن:

            تونل سازی از فنونی است که معمولا در شرایط سخت  وگاهی در شرایط غیر قابل پیش بینی انجام می شود و در مواردی با خطرات جانی همراه است.البته در اثر اندوختن تجربیات و یافتن راه حل های تئوری و اجرای آزمایشهای دقیق در جا وآزمایشگاهی|به تدریج از خطرات آن کاسته شده است و به یک مهندسی نسبتا دقیق و قابل کنترل تبدیل شده است.

            قدیمی ترین تونل زیر آبی در زمان بابلیها در 2170 سال قبل از میلاد به طول یک کیلومتر در زیر رودخانه فرات و در عرض آن ایجاد شده بود که برای ساختن آن|رود از مسیر اصلی منحرف گردیده و بستر آن حفاری شده بود و تونل با مصالح آجر و قیر طبیعی ساخته شده و روی آن پوشیده شده بود.

            از چند قرن قبل از میلاد در مصر و یونان و روم تجربه حفر تونل حتی در سنگ نیز وجود داشته است.نمونه آن تونلی است که در ایتالیا و 2300 سال قبل به طول حدود 5/5 کیلومتر در ظرف مدت 12 سال حفر شده است.

حفر تونل در سنگها یکی به این علت که نیاز به مواد منفجره داشته است و دیگری به علت عدم نیاز تا قرون اخیر معمول نبوده است.هر چند باروت از قرن ها قبل شناخته شده بود ولی احتمالا اولین کاربرد های آن در حرفه تونل سازی در اواخر قرن 16 بوده است.با استفاده از باروت و سایر مواد منفجره حفر تونل در سنگها نیز آسان و معمول گردید.در عین حال حفر تونل در سنگهای نرم و خاکها گرچه نیاز به مواد منفجره و ابزارهای سخت نداشته است ولی مشکل اساسی در آنها نگهداری قسمت حفر شده در برابر ریزش بوده است.برای حل این مشکل بوده است که در سال 1812 برای اولین با ر شخصی به نام برونل (M.I.Brunel) تکنیکی ابداع نمود که به نام زره (Shield) نامیده شدو اولین کاربردش در 1825 در حفر تونل زیر رودخانه تایمز لندن گزارش شده است.این روش که تنها روش در حفر زمینهای سست است|بسیار کند پیشروی می کند به طوریکه حفر تونل زیر رودخانه تایمز به طول 1/5 کیلومتر 18 سال به طول انجامید.

زره های اولیه از چوب ساخته می شد ولی امروزه از فلز ساخته می شود و عملکرد آن به کمک دستگاههای هیدرولیکی و یا به وسیله نیروی برق بسیار تسریع شده است.در مواردی که امکان حرکت آب زیر زمینی به داخل تونل پیش بینی می شود|می توان با استفاده از هوای فشرده حرکت آب را متوقف کرد.اولین زره استوا نه ای که هوای فشرده هم در آن مورد استفاده قرار گرفت توسط آقای (J.H.Greathead) به کار برده شده که آنهم در تونل دیگری زیر رودخانه تیفو به نام (Tower Bridge) در 1886 مورد استفاده قرار گرفت.

            مهندس ایتالیایی سامیلر (Sommeiller) که چکش بادی را اختراع کرده است|از آن در حفر تونل بین ایتالیا و فرانسه استفاده کرد. حفر این تونل از دو طرف فرانسه و ایتالیا اجرا شد و در کریسمس سال 1870 دو نیمه به یکدیگر متصل گردید.حرفه تونل زنی در تونل معروف سیمپلون(Simplon) بین ایتالیا و سویس به اوج خود رسید

 

 

4)روشهای ساخت تونل:

            در قسمت روشهای ساخت به دو مبحث مهم حفاری و حایل بندیها پرداخته می شود که در تونل سازی از اهمیت خاصی برخوردارند.حفاری تونل ها را به سه روش عمده می توان تقسیم بندی کرد:

            4-1:روشهای حفاری تونل:

1-حفاری با انفجار

2-حفاری مکانیکی تونل ها در سنگ

3-خاک کنی مکانیکی تونل ها در زمین سست

ــ به طور کلی ماده منفجره در تونل سازی باید به عنوان ابزاری برای برش سنگ به کار برده شود تا این که به عنوان یک بمب عمل کند.این مطلب ساده که بسیار اساسی است در بسیاری از موارد رعایت نمی شود.

ــ حفاری مکانیکی تونل ها در سنگ یعنی سنگ کنی بدون مواد منفجره از سال 1950 مرسوم شده است.از سال 1970 ماشینهایی به کار برده شده که سخت ترین سنگها را حفاری می کنند.مشخصات ماشینهای حفاری موجود بسیار متنوع هستند و موارد کاربرد آنها به جنس ابزار و قدرت موجود مربوط است. به این ترتیب طرح اجرای یک تونل با ماشینهای حفاری ایجاب می کند که بررسیهای مقدماتی ویژه ای بر روی زمین مورد نظر به عمل آید.

            4-2:انواع ماشینهای حفاری تونل:

در عمل ماشینهای حفاری در سنگ را به دو دسته بزرگ تقسیم بندی می کنند:

دسته اول ماشینهایی که تمام مقطع را حفر می کنند و TBM(Tunnel Boring Machine) نامیده می شوند.

دسته دوم ماشینهایی که نقطه نقطه عمل می کنند و BTM(Boom Type     Machine)نام دارند.

ــ ماشینهای حفاری تمام مقطع(TBM):

         معمولا ماشینهای تمام مقطع در جلو یک صفحه دایره ای شکل دارند که قطر آن تقریبا مساوی قطر تونل است و حول محوری که منطبق بر محور تونل است می چرخد.روی این صفحه که صفحه حفاری نامیده می شود|ابزارهای سنگ کنی گذارده شد است.این ماشینها برای حفاری دالانهای دایره ای به قطر معین طرا حی شده انددر این ماشینها معمولا صفحه حفاری بسته است و دسترسی به جبهه تراش مشکل است و هنگامی که ماشین کار می کند نمی توان صفحه را دیدبانی کرد.

برای خرد کردن زمین و پیش بردن ماشین حفاری| باید فشار زیادی به ابزارهای کار وارد شود.اگر زمین سنگ سخت باشد و تونل نیاز به پوشش گذاری در حالت پیشرفت نداشته باشد|ماشین حفاری مستقیما به وسیله کفشکهای (Patins) خود به جدار قسمت حفاری شده متکی می گردد.با توجه به گستره کاربرد این نوع دستگاهها (تونلهای نسبتا دراز) واریخته ها یا مواد حفاری شده معمولی به وسیله ریل از پیشکار به خارج برده می شوند.ماشینهای حفاری مجهز به چرخکهای تراش (Maette) متعدد از فولاد سخت می باشند.این چرخکها یا دست کم آنهایی که از توان کافی برخوردارند در سخت ترین سنگها نیز کارگر افتاده و آنها را خرد می کنند.در هر حال در مقایسه اقتصادی با راه حل سنتی که کاربرد مواد منفجره است در هر مورد الزامی است.زیرا در سنگهای بسیار سخت ساییدگی چرخکها بسیار سریع می باشد.

ــ ماشینهای حفاری موضعی (BTM):

            ماشینهای حفاری موضعی که هر بار قسمتی از مقطع را در می آورند|مستقیما از روی کار کاگر معدنچی اقتباس شده اند|سر دستگاه که نسبت به تمام مقطع تونل کوچک است مجهز به کلنگهای ویژه ای است.این سر در انتهای بازوی متحرکی قرا ر دارد و در نتیجه امکان کندن تدریجی تمام مقطع فراهم است.بازوها و عوامل حفاری بر شاسی خودرو که غالبا چرخ زنجیری است سوار شده اند.

ماشینهای حفر موضعی| برای این که در تمام سطح مقطع کار کنند|باید بتوانند از جای خود به مقدار لازم حرکت نمایند تا انتخاب نقطه کندن سنگ در تمام جبهه میسر باشد.با این ماشینها دسترسی به جبهه کار همیشه مقدور است وبه علاوه کندن هر گونه مقطعی به وسیله این دستگاهها ممکن است.تجربه نشان می دهد که کار با این ماشینها که مجهز به سر کلنگ می باشند باید محدود به سنگهایی با سختی متوسط باشد.

 

5)حفر تونل در زمینهای سست:

            ماشینهایی که برای حفر تونل در زمینهای سست و آبده ساخته و به کار برده می شوند سپر(Bouclies) نامیده می شوند.این گونه دستگاهها دارای سیستمی جهت حفاظت جدار قسمت حفاری در جبهه پیشروی و پوششی که بلا فاصله پشت سر آن کار گذاشته می شوند|هستند.این پوششها بیشتر از قطعات پیش ساخته به شکلهای معین که روی هم کار می گذارند ساخته می شوند.پیشروی ماشینها را معمولا یکسری جکهایی که در عقب به پوشش ساخته شده متکی می شوند تامین می کنند.در سایر سپرها که سپرهای مضاعف نامیده می شوند|اتکا بر سپر دومی که سپر کمکی است صورت می گیرد.این سپردارای سطح بزرگی است که اندازه آن بر حسب مشخصات زمین تعیین می شود تا فشار تماسی را کم کند.قسمت جلوی سپر مجهز به مجموعه ای از تیغه های برنده است که دور تا دور مقطع حفاری شده در زمین فرو می روند .حفاریها در داخل پناهگاهی که سپر به وجود می آورد انجام می گیرد.از این لحاظ سپرها را می توان به طور ساده به انواع زیر تقسیم کرد[1]:

-I سپرهای باز(Boucliers Ouverts)

-II سپرهای گردان

-III سپرهایی که هوای فشرده به جبهه کار می فرستند.

-IV سپرهای بنتونیتی

 

6)خسارتهای ناشی از زلزله در تونلها:

            اگرچه حفریات زیر زمینی نسبت به سازه های سطحی از درجه ایمنی بالاتری برخوردارند لیکن گزارشهای زیادی مبنی بر عدم آسیب دیدگی تاسیسات زیر زمینی در حین زلزله وجود دارند.با این وجود گزارشات زیادی در جهان مبنی بر خسارت تونل ها ناشی از زلزله وجود دارند که بیانگر این است که آسیب و صدمه در آنها کاملا غیر محتمل نمی باشد.به عبارت دیگر تونل ها در برابر زلزله به طور مطلق مصون نیستند لذا ضرورت تحلیل بارگذاری دینامیکی احتمالی آنها در مدت بهره برداری احساس می گردد تا عکس العمل این گونه سازه ها در برابر پدیده مخاطره آمیز بارهای دینامیکی مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد.

            6-1:عوامل ایجاد خسارت در تونل ها:

عوامل ایجاد خسارت در تونل ها را به سه دسته زیر تقسیم بندی می کنند[2]:

الف) لغزش گسل:

            خرابی و خسارت ناشی از لغزش گسل زمانی اتفاق می افتد که تونل از میان یک منطقه گسلی عبور کند و خرابی در این حالت محدود به ناحیه گسلی بوده و نوع خسارت ممکن است از ترک جزئی پوشش تونل تا ریزش کامل تغییر کند که به جابجایی گسل و خواص محیط در بر گیرنده بستگی دارد.

ب) شکست زمین:

            عامل شکست زمین ممکن است منجر به پدید آمدن لغزشهای سنگ یا خاک|روانگرایی و فرو نشست شود. این عوامل بیشتر در دهانه ورودی تونلها و حفریات کم عمق دارای اهمیت است.

ج) لرزش زمین:

            لرزش زمین که به واسطه عبور امواج زلزله ایجاد می شود ممکن است در تونل های پوشش دار منجر به بروز ترک خوردگی|پوسته شدن و شکست پوششی و یا در تونلهای بدون پوشش|سقوط سنگ|پوسته شدن|باز شدگی موضعی درزهای سنگ و حرکت بلوکها شود.پاسخ تونل در برابر لرزش زمین به متغیرهای زیادی بستگی دارد که شکل ـ ابعاد و عمق تونل|خواص محیط در برگیرنده|خواص و نوع سیستم نگهداری و شدت لرزش زمین مهمترین آنها هستند.

            به طور کلی اقسام مختلف دیده شده در فضاهای زیر زمینی را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد:

-I تغییر شکل مقطع و حفره .

-II سقوط سنگ از سقف.

-III تخریب و فرو ریختن دیواره یا سقف.

-IV جابجایی در امتداد گسلهای متقاطع.

-Vپوسته شدن و ترک خوردن سنگ اطراف حفره .

-VI اغتشاش و تغییر شکل نگهدارنده ها و پوششها.

از میان عوامل موثر در رفتار فضاهای زیر زمینی در اثر زلزله|پارامتر عمق روباره از اهمیت بیشتری برخوردار است|به طوریکه عموما با افزایش عمق فضای زیر زمینی| شدت و تعداد آسیب دیدگیها کاهش می یابد و غالبا در اعماق بیشتر از 50 متر میزان خسارت کم بوده و در اعماق بیش از 300 متر نیز نباید انتظار صدمه زیاد را داشت.به عبارت دیگر در اعماق کمتر از 50 متر و تونلهای سطحی احتمال آسیب دیدگی بسیار زیادتر بوده و 35درصد از فضاهای زیر زمینی صدمه دیده در اعماق کمتر از 50 مترقرار دارند.

فهرست مراجع:

1- غیابی|هانی ـ تونل سازی و پروژه های پیشرو آن(1378) ـ مجله عمران شریف شماره 25

2- نیکخواه|مجید – گشتاسبی|کامران ـ خسارتهای ناشی از زلزله در تونل ها(1381) ـمجله ژئوتکنیک و مقاومت مصالح شماره 88

 

3-St. john &Zahrah|(1987)|”A Seismic Design Of Underground Structures”Tunnelling & underground Space Technology|  PP.165-197

 

4-Dowding & Rozen(1978)|Damage to rock Tunnel from earthquake shaking”journal geotechnical engineering|PP.175-191

 

5-Sinha|(1987)|underground structures Design and Instrumentation|Elsevier

 

6-Bickel|John and Thomas R.kuesel and Elwyn H.Kung(1996)|”Tunnel Engineering hand book.”

 

7-David Son|I.and| F.Paul (1987)| “Tunnel congresses”

 

8- اقتخاری|کیوان ـ پاپ زن|علی ـقدسی|پویا.(1381) ـ بررسی آماری و ریزپهنه بندی زلزله های بزرگ دنیا ـ نهمین کنفرانس دانشجویی عمران.

 

9- اقتخاری|کیوان ـ پاپ زن|علی ـقدسی|پویا.(1382) ـ توسعه و نوسازی سدها با استفاده از تزریق ملات ماسه و سیمان ـ دهمین کنفرانس دانشجویی عمران.

فروش فروشگاه طراحی فروشگاه آنلاین فروش فروشگاه آنلاین فروشگاه تحت وب راه اندازی فروشگاه تحت وب وب سایت فروشگاهی ارزان طراحی وب سایت باشگاه مشتریان پرداخت ماهیانه فروش آنلاین فروش محصولات چندین پذیرنده طراحی فروشگاه ریسپانسیو طراحی سایت و فروشگاه اینترنتی طراحی و پیاده سازی فروشگاه ساخت سایت فروشگاهی فروشگاه حرفه ای ساخت فروشگاه آنلاین ساخت فروشگاه Online سفارش سایت فروشگاهی طراحی فروشگاه اینترنتی اختصاصی قیمت طراحی فروشگاه اینترنتی فروشگاه ساز حرفه ای فروشگاه اینترنتی آماده فروشگاه ساز قیمت راه اندازی سایت فروشگاهی سفارش طراحی فروشگاه اینترنتی