بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مهمترین تصمیمات در مراحل اولیه طراحی تونلهای قطار شهری، تصمیمگیری در مورد تکی یا دوقلو بودن تونل میباشد. نتیجه این تصمیم، علاوه بر تغییراتی که در طرح ایستگاههای موجود در مسیر پروژه ایجاد مینماید، بر روش اجرا، هزینهها و زمان ساخت پروژه موثر بوده و بر هزینهها، تجهیزات و تأسیسات حین بهرهبرداری نیز تأثیرگذار خواهد بود. انجام صحیح این تصمیم گیری و انتخاب گزینه برتر، مستلزم بررسی همه جانبه شرایط پروژه و در نظر گرفتن تمام پارامترهای موثر در این زمینه میباشد. این پارامترها را میتوان در دو دسته کلی شامل پارامترهای حین اجرا (در زمان ساخت مسیر مترو) و حین بهره برداری بررسی نمود. در این مقاله به معرفی این پارامترها پرداخته شده و به عنوان مطالعه موردی، پارامترهای بررسی شده جهت مقایسه دو گزینه تونل تکی (یک تونل با قطر حدود 9 متر) و دوقلو (دو تونل موازی با قطرهای حدود 6/5 متر) در طراحی انجام شده برای پروژه خط A متروی قم و نتیجه آن که انتخاب تونل تکی برای این پروژه میباشد، ارائه شده است.
کلمات کلیدی
تونل تکی، تونل دوقلو، مترو، ساخت، بهره برداری
i تهران، بزرگراه رسالت، بین 16 متری دوم مجیدیه شمالی و شهید کرد، پلاک 320، مهندسین مشاور ساحل. تلفن: 23015559 نمابر 22526008
1
-1 مقدمه
پارامترهای تاثیر گذار در انتخاب تونل تکی یا دو قلو، در دو گروه کلی حین ساخت و حین بهره برداری قرار میگیرد. پارامترهایی که به لحاظ اجرا (در زمان ساخت پروژه) باید بررسی شوند، شامل شرایط محیطی مسیر، میزان نشست سطح زمین و محدوده تاثیر، معارضین سطحی و زیر سطحی، هزینههای تملیک و روش حفاری و پایدارسازی تونل است. از نظر بهره برداری نیز، عواملی همچون ایمنی، وضعیت تهویه و هزینههای بهرهبرداری از جمله پارامترهایی هستند که باید مورد بررسی قرار گیرند. پارامترهای مذکور به ویژه در حین اجرا و ساخت تونلها خود متأثر از شرایط زمین شناسی و ژئوتکنیکی از یک طرف و شرایط محیطی و محدودیتهای شهری از طرف دیگر است که با توجه به شرایط اختصاصی هر پروژه، متفاوت میباشد. به لحاظ شرایط پروژه، الزامات طراحی و موقعیت و محل اجرای پروژه، وزن هر یک از پارامترهای مؤثر متفاوت بوده و میتواند نتیجه نهایی را تغییر دهد. بر این اساس و با توجه به عوامل مؤثر، هریک از گزینههای تونل تکی و دوقلو دارای مزایا و معایبی در زمان اجرا و بهره برداری از جنبه-های اجرایی، فنی، ایمنی و مباحث هزینهای است که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است.
-2 پارامترهای مورد بررسی به لحاظ اجرا (در زمان ساخت پروژه)
همانگونه که اشاره گردید، برخی از تاثیرات انتخاب نوع تونلهای موجود در مسیر پروژههای قطار شهری، مربوط به زمان اجرا و ساخت این تونلها میباشد. در این بخش به معرفی و توصیف این پارامترها پرداخته شده است: [1]
-1-2 حفاری و پایدارسازی تونل و مقاومت خاک میزبان
این تونلها میتوانند به دو روش مکانیزه و یا کلاسیک حفاری گردند. اگر حفاری مکانیزه تونل با دستگاه TBM مد نظر باشد،که معمولاً در محیطهای شهری بسته به شرایط زمین و تونل از نوع EPB یا Slurry میباشد، در گزینه تونل تکی به یک دستگاه با قطر بزرگ و در گزینه دوقلو، دو TBM با قطر کوچکتر مورد نیاز خواهد بود که در هر کدام مسائل هزینهای و تامین TBM مطرح خواهد بود. با توجه به شرایط پروژه و نوع دستگاه انتخاب شده بر اساس شرایط زمین و ابعاد تونل این مسئله باید مورد بررسی و مقایسه قرار گیرد.
در حفاری کلاسیک (Conventional Excavation)، به لحاظ پایداری، تونلهای دوقلو با توجه به سطح مقطع کوچکتر، نسبت به تونل تکی پایدارتر میباشند. این مسئله به مقاومت و شرایط خاک میزبان بستگی دارد. اما حفاری یک تونل و حرکت و مانور راحتتر ماشین آلات و تجهیزات بدلیل ابعاد بزرگتر تونل، از مزایای تونل تکی در حفاری کلاسیک میباشد. در گزینه دوقلو، حفاری دو تونل مطرح خواهد بود که تجهیزات و هزینههای بالاتری را میطلبد.
-2-2 تجهیز و دسترسی
در طراحی تونلهای دوقلو، در فواصل معین طولی (بسته به طراحی) میانبر یا تونلهای ارتباطی (cross-passage) جهت ارتباط و دسترسی دو تونل مجاور در نظر گرفته میشود که در مورد تونلهای تکی، این تونلهای ارتباطی وجود ندارد. در تونلهای دو قلو علیرغم امکان استفاده از کارگاه مشترک برای دو تونل، به دلیل پشتیبانی همزمان دو تونل، فضای بزرگتری برای کارگاه مورد نیاز است و تجهیزات لازم نیز بیشتر خواهد بود. بطور کلی وجود یک جبهه کاری در تونلهای تکی، کاهش تجهیزات از قبیل تجهیزات تهویه، ترابری، تامین انرژی، پرسنل و فضای اشغال شده توسط کارگاه را در پی خواهد داشت. هزینههای مربوط به تملیک موقت و دائم برای احداث کارگاه در اغلب موارد در گزینه تونل تکی کمتر میباشد.
-3-2 انعطاف پذیری مسیر و معارضین
در طراحی مسیر تونل (مسیر پروژه) باید به محدودیتهای موجود مثل عبور از زیر عوارض سطحی مهم (مثل بناهای تاریخی، ساختمانها، خیابانها و ...) همچنین سازههای زیر سطحی مثل شبکه فاضلاب، خطوط دیگر مترو، تاسیسات شهری، قناتها و غیره توجه گردد. بدین جهت لازم است بهترین مسیر که کمترین تداخل با این عوارض را داشته باشد انتخاب گردد. معمولاً سعی میشود تا حد امکان مسیر مترو در امتداد و زیر خیابانهای اصلی طراحی گردد. برخی از دلایل ترجیح تونل تکی نسبت به تونل دوقلو به لحاظ انعطاف پذیری مسیر و معارضین به شرح زیر است:
- انعطاف پذیری بیشتر مسیر و امکان تدقیق راحتتر پلان و پروفیل مسیر با توجه به معارضین موجود، همچنین استفاده بهتر از مزایای حفاری در مسیر زیر خیابانهای شهری بدلیل منفرد بودن تونل در گزینه تونل تکی (بطور کلی محدودیتهای مسیر کاهش مییابد)
- کاهش تعداد ساختمانهایی که تونل از زیر آنها عبور خواهد کرد و کاهش هزینههای تملیک موقت و دائم
- کاهش فضای تاثیر حفاری در تونل تکی نسبت به تونلهای دوقلو. لازم به ذکر است که افزایش قطر تونل، باعث افزایش حداقل شعاع قوس تونل شده که از این نظر انعطاف پذیری تونلهای دوقلو بیشتر خواهد بود.
-4-2 نشست سطح زمین در اثر حفاری
در اثر حفاری تونلها و آزادسازی تنشهای برجایخاک، معمولاً مقداری جابجایی در اطراف تونل رخ داده و این تغییر شکل تا سطح زمین ادامه یافته و نشست در سطح زمین را سبب خواهد شد. جهت ارزیابی و مقایسه تاثیر حفاری تونلهای تکی و دوقلو روی نشست سطح زمین میتوان از روش تجربی استفاده نمود. [2] میزان حداکثر نشست در تونل تکی به دلیل قطر بزرگتر، بیشتر از
میزان حداکثر نشست حاصل از برآیند نشستها در اثر حفاری دو تونل
2
با قطر کوچکتر در گزینه دوقلو میباشد. در مقابل، گسترش تاثیر حفاری در سطح زمین (منطقه تحت تاثیر نشست) در گزینه تونل دوقلو بیشتر از تونل تکی است که با افزایش فاصله تونلها (عرض پایه) این منطقه وسیعتر خواهد شد.
یک نمونه منحنی نشست ترسیم شده برای تونل تکی (با قطر حدود 9 متر) و دو تونل با قطر کوچکتر (حدود 6/5 متر) در گزینه دوقلو در شکل 2 نشان داده شده است. در این مورد عمق تونل ها یکسان فرض شده است.
