بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به رشد روزافزون استفاده از تونلهاي مترو بهمنظور حملونقل مطمئن شهري با توجه به افزایش جمعیت و نیز اهمیت رعایت الزامات پدافند غیرعامل در محیطهاي شهري بهمنظور تأمین فضاي امن بهویژه در زمان بحران، لزوم بررسی و تحلیل تونلها را در برابر بار انفجار پرتابهها حائز اهمیت میسازد. پایداري فضاهاي زیرزمینی تحت تأثیر بارهاي دینامیکی چندان موردتوجه قرار نگرفته است.
ر این میان، عوامل مختلفی همچون عمق نفوذ و شدت انفجار، ویژگیهاي خاك و زمین و شرایط طراحی سازهاي بر پاسخ سازههاي زیرزمینی تحت بارهاي دینامیکی مؤثر است که میبایست در طراحی آنها مدنظر قرار گیرد. در این مقاله توسط نرمافزار المان محدود PLAXIS تونل متروي خط 7 تهران مدلسازي و تأثیر برخی پارامترهاي مؤثر بر رفتار تونل مترو در اثر انفجار و خرابی پوشش بتنی تونل، موردبررسی قرارگرفته است. در این راستا تأثیر عمق روباره، عمق انفجار و شدت انفجار در میزان خرابی ناشی از انفجار ارائه میگردد. طبق نتایج میزان اثرات مخرب انفجار با افزایش شدت و عمق انفجار افزایش و با افزایش فاصله عمق تونل از عمق انفجار کاهش مییابد.
.1 مقدمه
با توجه به رشد روزافزون استفاده از تونلها به دلیل افزایش جمعیت و از سویی اهمیت استراتژیک ایران در منطقه خاورمیانه و احتمال حمله از طریق بمب و پرتابهها توسط تروریستها, لزوم بررسی و تحلیل تونلها را در برابر بار انفجار حائز اهمیت میسازد. از دیدگاه پدافند غیرعامل, بررسی پایداري تونل تحت اثرات انفجار اهمیت ویژهاي دارد. در تونلهاي سنگی, انتشار امواج ناشی از انفجار پرتابهها - نفوذي یا سطحی - طبیعت ناپیوسته و رفتار پیچیدهاي دارد. میزان فشار انفجار و بزرگی امواج تنش آن در توده سنگ به عوامل مهمی نظیر عمق و وسعت انفجار - نوع پرتابه با وزن, سرعت برخورد مربوطه - , فاصله از محل انفجار و طبیعت ناپیوستگیهاي توده سنگ - ویژگیهاي ژئوتکنیکی - بستگی دارد. استفاده از فضاهاي زیرزمینی حفرشده در زمین مزیت فراوانی از جنبه نظامی، امنیتی، پدافند غیرعامل و ایمنی دارد.
بامطالعه مدلهاي عددي در رابطه با پایداري فضاهاي زیرزمینی، ملاحظه میگردد که اغلب این مدلها تنها پاسخگوي مسائل مربوط به بارهاي استاتیکی بوده و تأثیر بارهاي دینامیکی چندان موردتوجه قرار نگرفته است. همچنین بررسی بارهاي دینامیکی اغلب بهصورت تجربی انجام گرفته و انجام پروژه موردنظر در غالب المان محدود است. انواع فضاهاي زیرزمینی شامل: تونلهاي راه، راهآهن، مترو، انتقال آب، کارگاههاي زیرزمینی - بخشی از نیروگاههاي هستهاي - ، زاغههاي مهمات، پناهگاههاي زیرزمینی و… که با توجه به درجه اهمیت آن، ضریبی براي مقاومسازي آن در نظر گرفته میشود، که به دلیل حساسیت بالا مخصوصاً در تأسیسات هستهاي تحلیل دینامیکی انفجار ناشی از حملات احتمالی را مدنظر قرار دادهایم.
در بررسی تحلیلی بارهاي اعمالی بر پوشش تونل، روشهاي معتبري چون: رابطه ترزاقی، انیشتین- شوارتز، کورتیس، کنترل همگرایی، مویر- وود، موهراز، قابوسی و هندرون، پک و همکاران و...ارائه گشته که در محاسبات طرح و کنترل نتایج مناسب میباشد. در مطالعات عددي، ابتدا مدلهاي رفتاري همچون: الاستیک خطی، پلاستیک، موهرکولمب، دراکرپراگر، کپ پلاستیسیته و..را موردبررسی قرار داده و با انتخاب مدل رفتاري مناسب، با مدلسازي در بازههاي زمانی کوتاه پدیده انفجار و انتشار انواع امواج حاصل از آن و همچنین مکانیزم عملکردي پایدار کنندهها مطالعه میشود.
- 1997 - Zhengwen با استفاده از نرمافزار Abaqus، پاسخ سازههاي زیرزمینی تحت بار انفجاري سطحی در برابر تغییر عمق و اندازه سازه را بررسی کرد. نتایج نشان داد که هر چه سازه در عمق بیشتري ساخته شود، به دلیل افزایش سربار و کاهش فشار انفجار، پایدارتر است و هر چه سازه کوچکتر شود، به دلیل وزن کمتر، بیشتر تحت بار انفجار قرار میگیرد و ناپایدارتر میشود
- 2005 - Lu اثر بار دینامیکی ناشی از انفجار را بر روي سازه زیرزمینی موردبررسی قرار داده است. او پروسه انفجار و اثر آن بر روي سازه را در نرمافزار AUTODYN بهصورت دوبعدي و سهبعدي مدلسازي و موردبررسی قرار داده است. همچنین از روش SPH براي مدلسازي ماده منفجره و محیط خاکی اطراف آن استفاده نمود و نتایج نشان دادند که دقت مدلسازيهاي سهبعدي از دوبعدي بیشتر هست، اما نتایج مدلسازيهاي دوبعدي نیز قابلقبول میباشند و از دقت مناسبی برخوردارند
- 2006 - Gui با استفاده از نرمافزار FLAC 2D، انفجار در تونلی در زیر فرودگاه تایوان را بررسی کرد که طبق نتایج، دمپینگ - damping - اثر زیادي در پاسخ تونل نخواهد داشت و مدول دینامیکی خاك ابتدا باعث کاهش ممان خمشی و سپس ممان خمشی با افزایش آن ثابت میشود
طی تحقیقاتی در تونلهاي کمعمق شهري، اثر انفجار سطحی بر تونل در خاك خشک و اشباع با نرمافزار اجزا محدود Plaxis 2D بررسی گردید و تأثیر پارامترهایی همچون تراز آب زیرزمینی، مدول الاستیسیته خاك و بتن و ... موردتوجه قرار گرفت[
در تحقیقات دیگر به بررسی تأثیر انفجار پرتابههاي متعارف - بمب - GP-200 بر تونلهاي سطحی به کمک نرمافزار FLAC بامطالعه موردي مترو کرج و حومه پرداخته شد. در این تحقیق از مدل رفتاري موهر-کولمب جهت مدلسازي مصالح استفاده شد[
همچنین بهمنظور حالت بهینه قرارگیري لاینینگ و مصالح سازنده، حساسیت لاینینگ در برابر تغییرات فاصله از محل انفجار، شدت انفجار و جنس مصالح اطراف لاینینگ بررسی شد. براي مدلسازي از برنامه المان محدود ABAQUS استفاده شد. در بررسی شرایط تحلیل، نوع خاك، فاصله لاینینگ تا سطح زمین و وزن ماده منفجره بهعنوان متغیر موردبررسی قرار گرفت و انفجار در سطح زمین موردمطالعه قرار گرفت. نوع خاك شامل ماسه سست، ماسه متراکم و رس مطرح شد.فواصل لاینینگ در اعماق 5،10،15 متري و وزن ماده منفجره - TNT - ، 10،20،30 کیلوگرم براي تحلیل انتخاب شد
در یک انفجار در داخل زمین، انرژي حاصل از انفجار علاوه بر تغییرات و جابهجاییهایی که ایجاد میکند، اغتشاشاتی نیز در محیط به وجود میآورد. در محیط سنگی باعث ایجاد خردشدگی بیشازاندازه، عقب زدگی و پرتاب سنگ میشود. اما اصلیترین اغتشاشاتی که بهطورکلی در محیط ایجاد میشود، شامل انفجار هوا و لرزش زمین است.
شکل 1 اغتشاشات ایجادشده در محیط در اثر انفجار: -1 انفجار -2 انفجار هوا -3 انعکاس انفجار هوا -4 جهت باد -5 موانع خاکی -6 موانع گیاهی -7 لرزش زمین
-8 محلهاي ثبت سرعت ذرهاي -9 پرتاب سنگ -10 ساختمان -11 ماده معدنی
تأثیر انفجار بر روي هر سازهاي به نوع، وزن، اندازه و شکل برخورد ماده منفجره بستگی دارد. همچنین پارامترهایی چون فاصله انفجار از پوشش بتنی تونل، اندرکنش خاك و سازه زیرزمینی، خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاك، نوع ماده انفجاري ،شکل هندسی سازه زیرزمینی، عمق نفوذ ماده منفجره، شکل دهانه انفجاري و میزان میرایی انرژي در اعماق مختلف از عوامل تأثیرگذار بر پاسخ سازههاي زیرزمینی است. در این راستا، با انجام مدلسازي عددي نرمافزار المان محدود PLAXIS، اثر برخی پارامترهاي مؤثر بر رفتار تونل مترو در اثر انفجار و خرابی پوشش بتنی تونل، موردبررسی قرارگرفته و پاسخ تونل در برابر تغییرات عمق و شدت انفجار مطالعه گردید.
.2 پروژه خط 7 مترو تهران
• موقعیت مسیر تونل و مطالعات زمینشناسی
امروزه ترافیک سنگین و مشکلات حملونقل شهري یکی از مهمترین مشکلات شهرهاي بزرگ است. به نظر میرسد که یکی از بهترین روشها در جهت کاهش این مشکلات استفاده از حملونقل زیرزمینی و تونلهاي شهري است. این تونل درمجموع داراي طولی برابر 12 کیلومتر است. در شکلهاي زیر به ترتیب موقعیت بخش شرقی-غربی مسیر تونل بر روي تصویر ماهوارهاي و نقشه تهران نشان دادهشده است.
هدف از این مطالعات، شناسایی وضعیت زمینشناسی مهندسی -ژئوتکنیکی تحتالارضی و تهیه ارائه پروفیل زمینشناسی مهندسی، تفکیک واحدهاي خاکی بر اساس رفتار آنها در حفاري با ماشین EPB، ویژگیهاي ژئوتکنیکی هر یک از واحدها و معرفی مخاطرات زمینشناسی محتمل است. مطالعات با حفاري 61 گمانه ماشینی و 16 چاهک دستی که در مراحل اول و دوم مطالعات در مسیر تونل و ایستگاهها حفر گردیدهاند. همچنین لوگ زمینشناسی مغزههاي حاصل از حفاري موردبررسی قرار گرفت.
رسوبات آبرفتی تهران در مسیر متروي خط 7، بیشتر شامل ترکیبی از رسوبات ریزدانه، شن، ماسه و قلوهسنگ است و به شکل روکشی بر روي رسوبات قدیمیتر را پوشانده است که بهطورکلی از شرق به غرب رسوبات دانه ریزتر میشوند بطوریکه در قسمتهاي غربی مسیر تونل، لایه ریزدانه رسی توسعه بیشتري دارند.
شکل 2 موقعیت مسیر تونل بر روي تصویر ماهوارهاي تهران
