بخشی از مقاله
تعريف تونل: تونل راهرو زيرزميني افقي يا تقريباً افقي كه از هر دو طرف به هواي آزاد مرتبط است.
مراحل تونل سازي: مراحل احداث و آماده سازي تونلها به شرح زير است:
الف) تهيه طرح تونل ب) نقشه برداري مسير و تحقيقات مهندسي ج) حفر تونل
د) نگهداري موقت تونل
طبقه بندي تونلها: به طور كلي تونلها را مي توان به سه دسته تونلهاي حمل و نقل، تونلهاي صنعتي و تونلهاي معدني تقسيم كرد.
تونلهاي حمل و نقل: اين تونلها به قصد رفت و آمد افراد و حمل مواد احداث شده و خود به گروههاي زير تقسيم مي شوند:
الف) تونلهاي راه آهن ب) تونلهاي راه ج) تونلهاي پياده رو د) تونلهاي ناوبري هـ) تونلهاي مترو
تونلهاي صنعتي: اين تونلها به منظور انتقال مواد و تاسيسات احداث مي شوند و گروه تونلهاي زير را دربرمي گيرند.
الف) تونلهاي مربوط به نيروگاههاي آبي ب) تونلهاي انتقال آب ج) تونلهاي استفاده همگاني و پناهگاهها د) تونلهاي فاضلاب هـ) تونلهاي طرحهاي صنعتي و) انباري هاي نظامي ذ) تونلهاي دفن زباله هاي اتمي
تونلهاي معدني: اين تونلها كه به منظور احداث شبكه معادن حفر مي شوند، شامل تونلهاي زير هستند:
الف) تونلهاي گشايشي معدن ب) تونلهاي اكتشافي ج) تونلهاي استخراجي (مثل راهروهاي معدني، گالريها) د)تونلهاي خدماتي هـ) تونلهاي زهكشي
تونلهاي حمل و نقل به عنوان يك سازه دائمي و براي استفاده طولاني مدت طراحي مي شوند و سيستم نگهداري آنها بطور اصلوي با تونلهاي معادن متفاوت است.
از جمله اختلافات ديگر تونلهاي معدني و حمل و نقل، ابعاد آنهاست. تونلهاي معدني ابعاد محدودي دارند، حال آنكه تونلهاي حمل و نقل به مراتب ابعاد بزرگتري دارند.
قبل از حفر و احداث تونل، بايستي منطقه موردنظر را مطالعه كرد و مناسب ترين مسير تونل را برگزيد و آنگاه مسير را مطالعه كرد. واضح است كه اين مطالعات زمان بر و هزينه بر است، اما بدون انجام آن ممكن است اشكالات اساسي در ضمن احداث تونل بروز كند. به طور كلي مطالعات مسيريابي را مي توان به شرح زير رده بندي كرد:
الف) جمع آوري اطلاعات منطقه ب) بررسي عكسهاي هوايي و نقشه هاي توپوگرافي منطقه ج) مطالعات زمين شناسي سطحي د) مطالعات ژئوفيزيكي ل) حفر گمانه هاي اكتشافي ن) مطالعات آب شناسي ي) حفر گالريهاي اكتشافي و) آزمايشات برجا ه) بررسيهاي آزمايشگاهي
از ديدگاه مهندسي، خاك يا سنگي كه مسير تونل از آنها مي گذرد، در واقع نوعي مصالح ساختماني به شمار مي رود و بنابراين براي آ“كه بتوان شيوه حفر و نگهداري مناسب را برگزيد، ابتدا بايد ويژگي هاي مهندسي ژنها را به خوبي شناسايي كرد.
با توجه به اين واقعيت كه در واقع زمين محل، مصالح سازنده فضاي زيرزميني را تشكيل مي دهد، نه پوششهاي موقت و يا دائمي به هنگام طراحي تونل ها بايد نكات زير را مدنظر قرار داد:
الف) مطالعه دقيق وضعيت زمين شناسي و ژئوتكنيكي محل ب) تطبيق هر چه بيشتر طرح و اجراي آن با شرايط طبيعي زمين ج) حداقل دستكاري در وضعيت طبيعي زمين د) ثبت دائمي حركات زمين در اطراف فضاي ايجاد شده
قبل از هرگونه عمليات تحقيقاتي در مورد منطقه، ابتدا بايد اطلاعات موجود را جمع آوري كرد. بدين منظور بايستي با مراجعه به سازمان ها و موسساتي كه احتمال دارد در منطقه كاركرده باشند، اطلاعات احتمالي را به دست آورد. اين اطلاعات شامل موارد زير است: الف) نقشه توپوگرافي منطقه كه معمولاً از طريق سازمان نقشه برداري كشور و يا سازمان جغرافيايي ارتش تهيه مي شود ب) نقشه زمين شناسي منطقه كه براي تهيه آن بايد به سازمان زمين شناسي كشور مراجعه كرد ج) عكسهاي هوايي منطقه كه براي تهيه آن بايد به سازمان جغرافيايي ارتش مراجعه كرد. د) مراجعه به بانكهاي اطلاعاتي براي تهيه تحقيقات احتمالي كه در مورد منطقه انجام گرفته است.
ارزيابي ساختمان تونل: براساس مطالعاتي كه درباره ساختگاه تونل انجام مي گيرد، مي توان محدوده را از نظر ژئوتكنيكي ارزيابي كرد. اصولاً بسته به واكنش زمين نسبت به ايجاد تونل (يا هر فضاي زيرزميني ديگر) آن را به دو گروه كلي با شرايط مناسب و نامناسب تقسيم بندي مي كنند. اگر شرايط زمين مناسب باشد، در زمينه حفر تونل مشكلي پيش نمي آيد، حال آنكه در مورد زمينهاي نامناسب ممكن است احداث تونل با خطراتي توام باشد و يا موجب توقف، تاخير و افزايش غيرعادي هزينه ها بشود. در چنين شرايطي قبل از شروع حفاري تونل، بايد زمين را بهسازي كرد. عوامل اصلي تعيين كننده شرايط زمين عبارتند از:
الف) مشخصات سنگ ب) خاك ج) آب زيرزميني د) ساير عوامل
پيش بيني نشت زمين:
در اثر احداث تونل، وضعيت تنشهاي موثر بر زمين تغيير مي كند كه تغيير شكلهايي را به دنبال دارد. اگر براي مهار اين تغيير شكلها تدبيري اتخاذ نشود، امكان دارد كه تاج تونل نشت كند و تاثير آن به سطح زمين برسد و سرانجام باعث نشت ساختمانها و تاسيسات واقع در بالاي تونل بشود. يكي از عوامل ديگر كه در نشت زمين موثر است، زهكشي آب زيرزميني منطقه به وسيله تونل و در نتيجه پايين رفتن سطح ايستابي است.
با توجه به اهميت پديده نشت زمين بايد روشهايي را براي حفر و نگهداري تونلها برگزيد كه نشت به حداقل ممكن برسد.
در بعضي موارد طراحي و اجراي سيستم نگهداري مناسب، مانع از نشت موثر زمين يم شود و گاه نيز لازم است زمين بهسازي يا تقويت شود. ميزان نشت به شرايط زمين شناختي، ابعاد تونل و روش حفاري و نگهداري بستگي دارد.
پديده نشت معمولاً در مورد تونلسازي در زمين هاي خاكي مهمتر از زمينهاي سنگي است، اما در پاره اي موارد اجراي نامناسب حفاري و نگهداري تونل در زمينهاي سنگيني نيز پديده نشست را به دنبال داشته است.
شكل و ابعاد مقطع تونل:
انتخاب شكل و ابعاد مقطع تونل تابع هدف احداث تونل، سيستم حفر تونل، شيوه بارگيري و روش نگهداري دايمي آن است. در مواردي كه استفاده از شكلهاي مختلف امكان پذير باشد، بايد شكلي را انتخاب كرد كه هزينه هاي كلي احداث تونل به حداقل ممكن برسد.
تونلهاي مترو:
ابعاد تونلهاي مترو نيز تابع نوع قطارها و سرعت آنها است.
امتداد تونلها:
تونلهاي مترو: حداقل شعاع انحناي تونلهاي مترو نيز تابع سرعت ماكزيمم پيش بيني شده براي قطارها است. به عنوان مثال، حداقل شعاع انحناي تونلهاي مترو شهر نيويورك واقع در ايالات متحده آمريكا، 107 متر در نظر گرفته شده، حال آنكه اين عدد در مورد مترو شهر سانفرانسيسكو همين كشور، حداقل 1100 متر است.
شيب تونلها:
تونلهاي مترو: حداقل شيب مجاز تونلهاي مترو در طول مسير 3 درصد و در ايستگاهها 1 درصد و حداقل آن 5/0 درصد مي باشد.
وضعيت سنگ شناسي محدوده تونل: ساختگاه تونل ممكن است حاوي سنگهاي آذرين، رسوبي، دگرگوني و يا مخلوط آنها باشد. هر يك از اين سنگها از نظر حفر و نگهداري تونل، وضعيت هاي مختلفي دارند.
الف) سنگهاي آذرين، مقاومت فشارشي بالايي دارند و به همان نسبت حفاري آنها مشكل است، اما به علت مقاومت خوبي كه دارند، در بسياري موارد «خودنگهدار» هستند و نيازي به نصب سيستم نگهداري در آنها نيست.
ب) سنگهاي رسوبي در حالت كلي ضعيف تر از سنگهاي آذرين اند و بنابراين براي حفر تونل در بسياري از اين سنگها، مي توان از ماشين هاي تونل كني استفاده كرد. در عين حال، در بسياري موارد، تونلهايي كه در اين سنگها حفر مي شوند، به سيستم نگهداري نياز دارند.
ج) از جمله مشخصات مهم سنگهاي دگرگوني، وجود تورق در آنها است كه از جمله صفحات ضعيف اين سنگها به شمار مي آيند. البته بعضي از سنگهاي دگرگوني، فاقد اين ساخت اند.
در مورد تمام سنگها، مسئله هوازدگي از جمله مسائل مهم تونلسازي است زيرا به شدت مقاومت سنگها را كاهش مي دهد و ممكن است تا عمق زيادي بر سنگها اثر كند.
عواملي همچون وضعيت جوي و توپوگرافي منطقه و عوامل فرسايش و البته نوع سنگها در عمق هوازدگي سنگها موثرند.
تجهيز كارگاه:
قبل از آغاز عمليات حفر تونل، مقدمات كار بايد فراهم شود. فراهم كردن مقدمات امر معمولا تحت عنوان تجهيز كارگاه ناميده مي شود.
احداث جاده دسترسي:
در بعضي موارد، جاده دسترسي به محل دهانه تونل يا چاهي كه حفر تونل از طريق آن انجام مي گيرد، از قبل احداث شده است به عنوان مثال در مورد بسياري از تونلهاي راه وضعيت اين چنين است.
احداث ايستگاههاي نقشه برداري:
به منظور كنترل مسير تونل حداقل بايد دو ايستگاه نقشه برداري در محوطه جلو تونل احداث شود كه خط واصل اين دو ايستگاه از امتداد محور تونل باشد.
احداث اطاقك نگهباني دهانه تونل:
به منظور كنترل رفت و آمد افراد و تجهيزات به داخل تونل، احداث اطاقك نگهباني ضروري است، اين امر نه تنها از نظر مسائل مادي اهميت دارد بلكه ضرورت اصلي آن توجه به مسائل ايمني است.
احداث تاسيسات صنعتي مورد نياز : مهمترين تاسيسات صنعتي موردنياز حفر تونل عبارتند از:
الف) كمپرسور ب) نيروگاه برق ج) چراغ خانه د) مخزن آب
الف) كمپرسور خانه: ابعاد و مشخصات كمپرسور خانه به تعداد كمپرسورهاي موردنياز بستگي دارد. معمولاً در ابتداي شروع كار يك كمپرسور سيار كافي است و به مرور و با افزايش طول تونل، ممكن است تعداد زيادتري كمپرسور موردنياز باشد.
ب) نيروگاه برق: براي تامين روشناسي و ساير موارد، وجود مولد برق ضروري است. بديهي است ابعاد و مشخصات اين نيروگاه تابع مولد برق موردنياز است.
ج) چراغ خانه: براي هر يك از كاركناني كه در داخل تونل كار مي كنند، يك چراغ انفرادي موردنياز است كه فقط قادر است 8 ساعت كار كند و در بقيه مدت شبانه روز، بايد تحت شارژ قرار گيرد.
د) مخزن آب: براي مصارف صنعتي و بهداشتي، وجود مخزن آب در محوطه تاسيسات تونل ضروري است، حجم مخزن به ميزان مصارف آب وابسته است و براي تامين آب در صورت امكان مي توان از آبهاي موجود در حوالي دهانه تونل استفاده كرد و يا آب موردنياز را به وسيله تانكر حمل كرد.
احداث تاسيسات اداري و رفاهي:
اين تاسيسات شامل دفتر، محل غذاخوري، انبار، محل خواب، حمام و اطاق كمكهاي اوليه است.
قبل از آغاز حفر تونل، براي تعيين موقعيت دقيق دهانه و مسير و نيز مشخص كردن محل تاسيسات بايد محوطه جلو تونل به طور مقدماتي نقشه برداري شود. نقشه برداري مقدماتي براساس ايستگاهها و نقشه هاي موجود، انجام مي گيرد. البته در صورت لزوم، تعدادي ايستگاه نقشه برداري جديد احداث مي شود.
پس از آغاز عمليات حفاري، مسير پيشروي تونل و نيز چگونگي نصب سيستم نگهداري آن كنترل مي شود.
كنترل مسير:
يكي از نكات مهم در كنترل مسير تونل، اختلاف محور ونل و محور خط آهن در مورد تونلهاي مترو است. گرچه در بسياري موارد در بخشهاي مستقيم تونل اين دو محور برهم منطبق اند، اما به علت فاصهل آزاد لازم در طرفين خط، در قسمتهاي منحني اين دو از يكديگر فاصله مي گيرند. در اين گونه موارد، بايد محور تونل را براي كنترل مسير تونل در نظر گرفت.
كنترل قطعات سيستم نگهداري:
براي نگهداري تونل از قطعه هاي فلزي يا بتني پيش ساخته كه مجموعاً محيط تونل را پوشش مي دهند، استفاده مي شوند. در قسمتهاي مستقيم تونل، حلقه ها به طور مستقيم و چسبيده به هم به كار مي روند اما در مواردي كه مسير تونل در امتداد محور افقي يا قائم به حالت منحني در مي آيد، از حلقه هاي تبديلي استفاده مي شود تا مسير تونل تغيير يابد.
معمولاً پيمانكار تونل، تمايل دارد كه قبل از آغاز كار، تعداد حلقه هاي استاندارد و تبديلي موردنياز در كل تونل را بداند. بدين منظور، با معلوم بودن مسير تونل و مشخص كردن قسمتهايي كه بايد قطعات استاندارد و تبديلي به كار رود، مي توان يك ايده كلي در اين مورد به دست آورد.
توجيه امتداد محور تونل
حالتي كه تونل از دو دهانه حفر مي شود:
در مواردي كه تونل از طريق يك يا دو دهانه حفر مي شود، وجود دو ايستگاه نقشه برداري كه در هر دهانه، كه هر دو دوي امتداد محور تونل قرار گرفته باشند، كافي است. زيرا به كمك آنها مي توان، محور كاري را به داخل تونل منتقل كرد.
حالتي كه تونل از طريق چاه حفر مي شود:
در بعضي موارد، با حفر يك چاه در ميانه محور تونل و دستيابي به محور تونل حفاري تونل را در دو جهت مخالف آغاز مي كنند. در چنين مواردي يد محور كاري كه در نقشه و در سطح زمين مشخص است، به داخل جبهه كارهاي تونل منتقل شود. بدين منظور روشهاي مختلفي وجود دارد كه از جمله متداول ترين آنها، استفاده از سه شاغول است.
احداث ايستگاههاي نقشه برداري در تونل:
براي برداشت و كنترل تونل، ابتدا بايد تعدادي ايستگاه نقشه برداري در امتداد محور تونل احداث كرد. پس از احداث اين ايستگاهها، معمولاً مختصات آنها را به سه روش پيمايش تعيين مي كنند
ايستگاههاي نقشه برداري به فواصل مناسب در طول تونل انتخاب مي شوند. علاوه بر اين نقاط عادي، هر كجا كه تغييري در امتداد يا شيب تونل به وجود آيد نيز ايستگاه اضافي در نظر گرفته مي شود.
انتخاب ايستگاه در قسمتي از تونل كه مستقيم است. به قدرت ديد دوربين بستگي دارد. بديهي است ايستگاهها بايد به گونه اي انتخاب شوند كه هر ايستگاه نسبت به ايستگاههاي ماقبل و مابعد خود ديد داشته باشد.
براي احداث ايستگاه در سقف تونل پس از مشخص كردن نقطه در سقف و علامت گذاري موقت آن با رنگ، چال كوچكي به عمق حدود 10 سانتي متر در سقف حفر كرده و در داخل آن يك ميخ چوبي نصب مي كنند و بر روي اين ميخ چوبي يك ميخ فلزي مي كوبند. تمام ميخ ها به گونه اي ساخته شده اند كه به كمك آنها مي توان شاغولي را از سقف تونل آويزان كرد و شاغول همواره در يك وضعيت معين قرار مي گيرد.
