بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به توسعه روز افزون تونل ها و سازه های زیرزمینی و هزینه های فراوانی که برای ساخت هر یک از این سازه ها صرف می گردد و نیز اهمیت آنها در شبکه حمل و نقل بین شهری و داخل شهری و خطری که در صورت آسیب دیدگی آنها متوجه جان مردم می شود، لازم است که پایداری آنها در برابر خطرات ناشی از زلزله مورد مطالعه قرار گیرد. از آنجایی که تونل ها نیز مانند هر سازه دیگری تحت تأثیر بارها و تنش های گوناگون - بارهای استاتیکی و دینامیکی - قرار دارند می بایست در طراحی تونل ها مورد توجه قرار گیرند. این مقاله در روشی توصیفی- تحلیلی انواع تونل ها و همچنین ویژگی های آن ها را بررسی کرده و عوامل ایجاد خسارت را برشمرده است. از اثر امواج زلزله بر تونل ها سخن می گوید و عوامل تعیین کننده پیش از ساخت را تحلیل می کند و در آخر پیشنهاداتی را جهت کاهش خطرات زلزله بر روی سازه های زیرزمینی و تونل های شهری ارائه می دهد.
مقدمه
نیاز به شبکه های حمل و نقل جدید، افزایش تقاضا را برای گسترش و ساخت فضاهای زیرزمینی در برداشته است. بر اساس آمارهای بین المللی، بخش اعظم شهرنشینی در دهه های اخیر، به خاطر افزایش شهرنشینی در کشورهای در حال توسعه بوده است. عوامل متعددی در این مهم دخیل می باشند که از مهمترین آنها مهاجرت به شهرها است. در ایران هم جمعیت شهرنشین رشد قابل ملاحظه ای در مدت زمان حدود نیم قرن تجربه کرده و درصد شهرنشینی را به بیش از 2 برابر افزایش داده است. این مهم، لزوم توسعه زیر ساخت های شهری با توجه به افزایش جمعیت شهرنشین را نمایان تر نموده است. مطابق با استانداردهای تعریف شده در ایران، شهرهای بالاتر از 855 هزار نفر به عنوان کلان شهر و در شهرهایی با جمعیت بالاتر از یک میلیون نفر، احداث مترو و تونل های شهری زیر زمینی توجیه پذیر خواهد بود. عمدتا هر سازه ای که به صورت حفره های منظم و طولانی در عمق خاک و سنگ قرار گیرد، تونل نامیده می شود. تونلها را می توان به سه دسته تونلهای حمل و نقل، تونلهای صنعتی و تونلهای معدنی تقسیم کرد. که اهداف احداث تونلهای شهری را می توان به صورت زیر ذکر کرد:
- کوتاهتر شدن مسیرها و افزایش راندمان ترافیکی
- محدودیت کمتر در احداث سازه های بزرگ به دلیل نیاز کمتر به استفاده از وسایل نگهداری عمده در مقایسه با احداث همان سازه بر روی سطح زمین.
- جلوگیری از فرار آب
- کمتر بودن تأثیرات منفی زیست محیطی
- ایجاد پناهگاه، استقرار نیروگاه ها
- استفاده از تونل برای استفاده از تأسیسات، برق رسانی، آب و گاز رسانی از یک طرف منطقه به طرف دیگر، به طوری که از دسترس فضای باز دور باشد.
-2 تونل:
1-2 انواع تونل:
تونل را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد: -1 تونل های آبرسانی به نیروگاه های برق
-2 تونل های دسترسی در نیروگاه های برق آبی و راه آهن اصلی -3 فضا های زیر زمینی دفاع شهری -4 تونلهای زهکشی بزرگ -5 تونل در بزرگراه ها
-6 گذرگاه هایی جهت رفت و آمد -7 تونل های معدنی با عمر کوتاه و موقت -8 شفت های قائم و مایل -9تونل های معدنی قائم
2-2 عمق تونل:
بطور کلی تونلها در مقابل زلزله، نسبت به سایر سازه های سطحی بسیار پایدارترند. چرا که جابجائی زمین، دامنه حرکات، شتاب و سرعت ذرهای زمین عموما با زیاد شدن عمق، کاهش می یابد - مخصوصا اگر زمین نرم باشد - ؛ بطوری که در مواردی شتاب زلزله در عمق بیش از 50 متر، حدود 40 درصد کاهش یافته است. البته ذکر این نکته نیز ضروری است که اگر چه شتاب و بعضی پارامترهای دیگر در عمق کمتر از لایه سطحی است، اما مشخصاتی مثل فرکانس زلزله به منبع تولید موج بستگی دارد و تابع عمق زمین نمی باشد.
3-2 شکل و اندازه تونل:
هر چه مقطع تونل بزرگتر باشد، حساسیت آن به زلزله بیشتر است. یکی از موارد بزرگ بودن موضعی تونلها، در تقاطع ها و ایستگاه های مترو می باشد. همچنین وجود دو یا چند تونل در کنار هم معمولا باعث تمرکز تنشهای استاتیکی در محیط بین تونلها می گردد. همین حالت در هنگام گذر موج زلزله که نوعی تنش است، اتفاق می افتد - مدنی، 1382، . - 15
4-2 وضعیت لایه بندی و جنس زمین:
امواج تولید شده در حین حرکت، تحت تاثیر خواص زمین قرار می گیرند. امواج فشاری و برشی در سطح برخورد با لایه های مختلف دچار انکسار و انعکاس می شوند و این باعث افزایش یا کاهش دامنه نوسان ها می گردد. از طرف دیگر، شرایط و وضعیت خاک تحت الارضی و حتی توپوگرافی یک ناحیه ممکن است عامل افزایش اساسی در شدت جنبش های سطح زمین گردد. تقویت شتاب در انباشته های نرم بزرگتر از مقدار آن در انباشته های سفت می باشد.
5-2 نحوه ساخت تونل:
روشهای مختلفی برای ساخت تونل - کندن تونلها - وجود دارد که بستگی به شرایط ساختگاهی و زمین ساختی روش مناسب انتخاب می شود. روشهایی که بیشتر معمول هستند روش حفاری شده و خاکبرداری شده است. در مورد تاثیر نحوه ساخت بر رفتار تونلها جدول زیر در HAZUS99 توسط NIBS آمریکا ارائه شده است - جدول . - 1 نحوه ساخت تاثیر بسیار زیادی بر اثر پذیری از امواج زلزله دارد، چرا که در روش حفاری، خاک اطراف کاملا دست نخورده باقی می ماند و از طرف دیگر این گونه تونلها معمولا در جائی ساخته می شوند که عمق قرار گیری تونل زیاد باشد. ولی در تونلهای سطحی مانند تونلهای مترو، اغلب از روش خاکبرداری و پوشش استفاده می شود - عبادی، . - 1388
6-2 پوشش داخلی تونل : - Lining -
پس از حفاری تونل در صورت نیاز از پوشش داخلی برای محافظت در مقابل ریزش استفاده می شود. البته مواردی نیز وجود دارد که در صورت استحکام کافی سنگ ها، از پوشش استفاده نمی شود، ولی در غیر این صورت امکان استفاده از شاتکریت، بتن درجا، و یا اجزای پیش ساخته وجود دارد.
-3 عوامل ایجاد خسارت در تونل ها:
عوامل ایجاد خسارات ناشی از زلزله بر تونل ها به سه دسته تقسیم می شود: الف - لغزش گسل ب - شکست زمین ج - ارتعاشات زمین
الف - لغزش گسل:
در این حالت خرابی زمانی رخ می دهد که تونل از منطقه گسلی عبور کند. در چنین وضعیتی، خرابی به ناحیه گسلی محدود شده و خسارت ممکن است از ترک خوردگی جزیی پوشش تونل تا ریزش کامل سقف و دیواره های تونل تغییر کند. به این علت که تونل ها سازه های خطی و طویلی هستند بنابراین، در طول مسیر خود ممکن است با گسل هایی در تقاطع باشند که این امر موجب افزایش آسیب پذیری تونلها می شود. بنابراین می بایست ساخت گاهی که برای ساخت یک تونل انتخاب می شود از لحاظ وجود گسل، نوع گسل، تعداد گسل های فعال و همچنین نوع حرکت این گسل ها مورد ارزیابی کامل و دقیق قرار گیرد - ماتیوا، 1985، . - 112
ب - شکست زمین:
شکست زمین ممکن است منجر به پدید آمدن لغزش توده سنگ یا خاک، روانگرایی، فرونشست و پدیده هایی از این قبیل گردد. شکست زمین با ایجاد ناپیوستگی در سنگ ها باعث کاهش مقاومت و چسبندگی در سنگ شده و ریزش و لغزش قطعات سنگ را به همراه دارد. روانگرایی نیز زمانی رخ می دهد که تونل در رسوبات سست - حاوی درصد بالایی ماسه و سیلت - حفر شده باشد. این نوع
