بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به تاثیر شکل هندسی دهانه ی تونل بر میزان پایداری آن در این مقاله به تحلیل استاتیکی تونل های دایره ای و نیز تونل های نعل اسبی اصلاح شده - Mouth profile - در سه حالت تونل چند شعاعی با اسپن معادل با قطر، تونل چند شعاعی با ارتفاع دهانه ای برابر با قطر و تونل چند شعاعی با سطح مقطعی معادل با سطح مقطع تونل دایره ای نظیر پرداخته شده است و در پایان نتایج حاصله با یکدیگر مورد قیاس قرار گرفته اند. بدین منظور با استفاده از نرم افزار المان محدود Plaxis 2D v.8.5 ، جا به جایی ها و تنش های افقی و قائم در 8 نقطه از محیط تونل - به تناوب زاویه ی 45 درجه - و همچنین در نقطه ی نظیر تاج تونل در سطح زمین به ازای تونل های مختلف محاسبه و با یکدیگر مقایسه شده است.
جهت یکسان سازی شرایط، سایر پارامتر های مورد بررسی از قبیل ارتفاع روباره، مشخصات خاک و نگه دارنده ی تونل ثابت فرض شده و همچنین فاصله ی کف تونل تا انتهای مدل برابر با قطر تونل مورد بررسی در نظر گرفته شده است. از جا به جایی های صورت گرفته حین حفاری تونل صرف نظر شده و تنها جا به جایی های بعد از حفر تونل لحاظ شده است. تونل ها به صورت تک و در محیط خشک، بدون حضور آب های زیر زمینی مدل شده اند. مدل رفتاری خاک ها موهر -کولمب می باشد.
1. مقدمه
در دنیای امروز با توجه به رشد روز افزون جمعیت و محدودیت فضاهای سطحی و همچنین به دلیل مطالعات صورت گرفته بر روی سازه های زیر زمینی و پیشرفت هایی که در این زمینه به دست آمده، استفاده از سازه های زیر سطحی در قالب تونل های شهری، شبکه های ریلی نظیر مترو، خطوط راه آهن و ... مورد اقبال قرار گرفته است که این امر موجب کاهش حجم ترافیک و به تبع آن رفع مشکلاتی از قبیل آلودگی های صوتی، آلودگی هوا، هدر رفت سوخت و ... شده است. به علاوه جهت تامین مقاصدی چون دفع فاضلاب ، عبور تاسیسات و ادوات مکانیکی، انجام فعالیت های معدنی و انبار مخازن نفتی، ساخت نیروگاه ها، دفن زباله های هسته ای و همچنین مقاصد دفاعی و نظامی نظیر ساخت پناه گاه ها، انبار مهمات و ...
حفر تونل یکی از بهترین گزینه ها می باشد. شکل هندسی ورودی تونل با توجه به عوامل مختلف، از قبیل شرایط محیطی محل ساخت تونل و میزان فضای موجود، شرایط ژئوتکنیکی و زمین شناسی منطقه، کاربری تونل و انتخاب روش بهینه ی حفاری و ... تغییر می کند و هر یک از اشکال هندسی دارای ویزگی هایی مختص به خود می باشد که در این مقاله رفتار استاتیکی تونل های دایره ای با تونل های چند شعاعی - نعل اسبی اصلاح شده - در سه حالت اسپن معادل با قطر، ارتفاع برابر با قطر و سطح مقطع معادل با سطح مقطع تونل دایره ای نظیر، مورد قیاس قرار گرفته است.
2. برخی روش های تونل زنی
.1 .2 تونل زنی به روش تمام مقطع 1 - TBM -
این روش یکی از پیشرفته ترین روش های احداث تونل می باشد که امروزه به جای سایر روش های سنتی از قبیل حفاری با ادوات دستی، حفاری به کمک انفجار و .... از آن استفاده می شود. دستگاه حفاری تی بی ام نخستین بار در سال 1845 در یک کارخانه ی اسلحه سازی نزدیک تورین به اندازه ی یک لوکوموتیو به منظور حفاری تونل فرجوس بین دو کشور ایتالیا و فرانسه ساخته شد از این دستگاه می توان برای حفر تونل دایره ای تمام مقطع در انواع مصالح و در قطرهای بین یک تا شانزده متر استفاده کرد. . دستگاه حفاری تی بی ام بیش تر برای پروژه های تونل زنی با طول زیاد مناسب بوده و با حرکتی چرخشی ضمن حفاری تمام مقطع به وسیله ی مته های نصب شده در قسمت پیشانی دستگاه به جلو می رود. هرچند در ابتدای کار استفاده از این روش به نسبت روش های دیگر پرهزینه به نظر می رسد اما حفر تونل به صورت تمام مقطع و پیشروی با دقت بالا و سرعت مناسب با کاهش هزینه های ساخت باعث جبران هزینه های اولیه می گردد. در شکل 1 نمونه هایی از ماشین حفاری تمام مقطع ملاحظه می شود.
شکل - 1 نمونه هایی از ماشین حفاری تمام مقطع [3]
.2 .2 تونل زنی به روش اتریشی 2 - NATM -
روش ناتم که بر اصل استفاده از نیروهای توده خاک اطراف محل حفاری تونل جهت پایداری آن استوار است نخستین بار توسط پیمان کاران اتریشی جهت حفر تونل متروی فرانکفورت آلمان به کار رفت. این روش امروزه به دلیل برخی ویژگی های منحصر به فرد خود از قبیل دقت بالا در تخمین هزینه های ساخت، انعطاف پذیری مناسب جهت اصلاح طرح اولیه در مواقع لزوم در قالب به کارگیری تمهیدات ساده و ... در کنار روش حفاری تمام مقطع - TBM - به یکی از پرکاربرد ترین روش های تونل زنی دنیا تبدیل شده است. به نحوی که تنها در کشور آلمان تا کنون 120 تونل راه آهن با استفاده از این روش ساخته شده است. در شکل -2 - الف - نمونه ای از یک تونل حفر شده و در شکل - -2ب - فرم شماتیک مراحل حفاری تونل به روش اتریشی مشاهده می شود.
شکل -2 نمونه هایی از حفاری تونل به روش اتریشی [2]
3. مشخصات تونل های چند شعاعی
شکل -3 مشخصات تونل های چند شعاعی مورد استفاده [2]
4. مشخصات ژئوتکنیکی مصالح و نگه دارنده ی تونل
جدول -1 خصوصیات ژئوتکنیکی خاک مورد استفاده [4]
جدول -2 مشخصات مکانیکی نگه دارنده ی تونل [1]
شکل -4 مقادیر پیشنهادی ضریب بر هم کنش نگه دارنده و خاک اطراف تونل
