بخشی از مقاله
خلاصه
شهر تهران به عنوان پرجمعیت ترین شهر کشور، برای رفع مشکلات رفت و آمد مردم و برای جلوگیری از بروز ترافیک های سنگین نیازمند احداث راه های سطحی و زیرزمینی متعددی است تا نیازهای آنها را از لحاظ صرفه جویی در وقت و هزینه برآورده سازد. یکی از راهکارهای اصلی رفع این مشکل احداث تونل است که می تواند تعداد بسیار زیادی از مسافران و وسایل نقلیه را در واحد زمان جابجا نماید. تونلهای شهری غالباً در محیطهای آبرفتی حفاری شده و دارای شرایط زمین شناسی ویژه ای میباشند.
تونل شهیدحکیم - چیتگر - نیز مانند بسیاری از تونلهای حفاری شده در زمینهای آبرفتی دارای شرایط زمین شناسی آبرفتی میباشد. وقوع اضافه حفاریها و ریزشهای ناخواسته در زمان عملیات حفاری مشکلات بسیاری را در ارتباط با پر کردن این فضاهای باقیمانده، وقوع نشستهای سطحی، مهندسی ادعا - Claim Engineering - و زمان و هزینه عملیاتهای مکمل ایجاد میکند.
لذا شناخت دلایل وقوع این اضافه حفاریها و در صورت امکان جلوگیری از شدت وقوع آنها می تواند بسیار مفید و کارا بوده و به مهندسین کمک نماید تا با درکی مناسب نسبت به تحلیل شرایط زمین شناسی و تبعات ناشی از آن در عملیات تونل سازی در محیطهای آبرفتی اقدام نمایند. حفاری تونل به روش اطریشی - NATM - انجام شده در این مقاله به دلایل اضافه حفاری و مشخصات زمین شناسی محدوده این طرح می پردازیم در نتیجه .1 در مجموع 7 درصد از کل حجم حفاری انجام شده را بولدر تشکیل میدهد و این بولدرها هنگامی که در دیوارهی حفاری قرار میگیرند منجر به بروز اضافهحفاریهای ناخواسته میشوند.
1. مقدمه
در شهرهای بزرگ و پر جمعیت تونل های نقش مهمی را در جابجایی مسافر ایفا می کنند. در بیشتر مناطق شهری، به ناچار خطوط مترو و تونل شهری یا از نزدیکی ساختمانهای مجاور می گذرد و یا مستقیماً از زیر آنها عبور می کنند. حفاری شهری در نزدیکی سازه های موجود توزیع تنش درونی زمین را تغییر می دهد، لذا تغییر مکان های درونی زمین اجتناب ناپذیر است. اما نکته قابل توجه این است که روند حفاری کنترل شده می تواند تغییر مکان های درونی زمین کاهش دهد. از آنجا که حفاری این تونل های مترو و راهمعمولاً در اعماق کم انجام می گیرد، جنس معمولا خاکی است.
روند حفاری در افزایش جمعیت خصوصا در چند دهه اخیر و تراکم فزاینده در مناطق شهری از یک سو، و نیاز به دسترسی سریع به مناطق مختلف و سفر های درون شهری از سوی دیگر، مهندسان را ناگزیر به استفاده از فضا های زیر زمینی شهری ساخته است. بدیهی است که ساخت اینگونه فضا های زیر زمینی مخاطراتی را برای سازه های سطحی و زیر سطحی در بر خواهد داشت. که نادیده گرفتن آن می تواند خسارات جبران ناپذیر مالی و جانی را به بار آورد. از جمله این مخاطرات، مساله نشست سطح زمین و حتی بروز ناپایداری ناشی از حفاری تونل است که محیط اطراف تونل را تحت تاثیر خود قرار خواهد داد. آگاهی از این مخاطرات، مهندسان و دانشمندان را بر آن داشته است که روش های نوین و دقیقی را برای تخمین نشستهای سطحی ناشی از حفاری تونل ارائه نمایند.
بزرگراه رسالت یکی از مهمترین مسیرهای شبکه بزرگراهی شهر تهران با امتداد شرقی - غربی است که از غربی ترین مناطق شرقی ترین آنها امکان دسترسی های منطقهای و محلی را میسر میسازد .در محدوده منطقه 22 حدفاصل بزرگراه آزادگان تا تقاطع ایران خودرو امتداد بزرگراه از جنوب دریاچه که در حال ساخت است، عبور نموده و با گذر از اراضی پارک جنگلی چیتگیر به تقاطع ایران خودرو متصل میشود..
با توجه به اهمیت کاربری تفریحی رفاهی پارک جنگلی چیتگر از یک سو و پیش بینی کاربریهای دیگر از جمله دریاچه مصنوعی - چیتگر و کاربریهای اطراف آن و شهربازی واقع در شمال پارک چیتگر لازم است تا بزرگراه حکیم در این محدوده، علاوه بر تسهیل دسترسی به مراکز مذکور حداقل اثرات اجتماعی و زیست محیطی را در منطقه ایجاد نمایید . به این منظور احداث تونل در امتداد بزرگراه حکیم در محدوده عبور از پارک چتگر در دستور کار معاونت فنی و عمرانی شهرداری تهران قرار گرفت و قرارگاه سازندگی خاتم النبیاء قرب نوح با عاملیت موسسه حراء به عنوان پیمانکار این پروژه انتخاب گردید.
اجرای تونلهای بزرگراهی به شکلهای مختلفی صورت میگیرد که یکی از رایجترین آنها حالت دوقلو - Twin Tunnels - است. تونل دو قلوی حکیم در واقع ادامه بزرگراه حکیم است که در محل پارک جنگلی چیتگر به تونل تبدیل میگردد .طول این دو تونل حدود 3048 متر با عرض دهانه داخلی 18 متر و ارتفاع خالص 12.5 متر روش حفاری این تونل NATM یا تونلسازی اتریشی عملیات اجرای پوشش نهایی[2] پس از عایق بندی تمامی سطوح داخلی، به صورت کامل اجرا خواهد شد. این تونل از گروه تونلهای هوشمند بوده و تجهیزات هوشمندسازی کنترلهای ترافیکی برای آن پیشبینی شده است.
شکل -1 پلان کلی از طرح
2. مطالعه ساختگاه تونل
پیش از اقدام به حفاری و احداث تونل، ساختگاه پروژه از جهات مختلف مطالعه شده و مناسب ترین مسیر برای حفاری تونل انتخاب میشود. پس از این بررسیهای اولیه که منجر به انتخاب مسیر بهینه میشود، مسیر انتخاب شده مورد اکتشاف و بررسیهای دقیقتر قرار میگیرد. سطح بررسیها و میزان دقت به کار رفته با توجه به نوع پروژه، اهمیت آن و مخاطرات مسیر تعیین میشود. علیرغم اینکه این مطالعات پرهزینه و زمانبر است، اما بدون انجام آن ممکن است اشکالات اساسی در ضمن احداث تونل رخ دهد.
در مورد تونلهای شهری، دستیابی به بهترین مسیر حفاری تونل با چالشی جدی در زمینه تملک اراضی مواجه است. ساختار پیچیده و بافت فشردهی شهرها - بخصوص در شهرهای پر جمعیت - باعث شده است تا بخش زیادی از مسیر تونل فاقد حق انتخاب باشد؛ در نتیجه تونل های شهری معمولاً در مسیری دیکته شده حفاری می شوند.
به عبارت دیگر، در تونلسازی شهری به جای آنکه چند مسیر حفاری به عنوان گزینههای محتمل در نظر گرفته شوند و پس از مطالعهی مسیرهای مختلف و ارزیابی های فنی و اقتصادی گزینه برتر که عموماً دارای کمترین چالشهای زمینشناسی است انتخاب گردد، به این صورت است که ابتدا مسیر تونل با توجه به قابلیت تملک کارفرما و با هدف وارد آمدن کمترین آسیب به سازههای شهری انتخاب شده و سپس به منظور شناسایی مسیر و بررسی مخاطرات اجرایی حفاری و بطور کلی برنامهریزی پروژه ، کاوش مسیر، در سطح و بویژه در زیر زمین انجام میشود.
با توجه به مطالب گفته شده، کاملاً منطقی به نظر میرسد که مسیر تونلهای شهری از زیر معابر و گذرگاههای عمومی با رعایت بیشترین فاصله از ساختمانهای مجاور انتخاب شود. در چنین شرایطی برخورد با وضعیت های غیر متعارف زمینشناسی و نیز شرایط مخاطرهآمیز تونلسازی دور از انتظار نخواهد بود. یکی از پیامدهای این موضوع بروز ریزشهای ناخواسته در مقاطع حفاری در حین و بعد از اتمام عملیات حفاری میباشد.
3. مخاطرات زمین شناسی
مخاطرات زمین شناسی ومهندسی مسیر حفریات تونلی، در نواحی هموار و ناهموار و نهشتههای ریزدانه و درشتدانه متفاوت است. به طور کلی مهمترین خطرات بالقوه که ممکن است عملیات حفاری تونلی را با مشکل مواجه سازد و همچنین در زمان بهرهبرداری مشکلاتی ایجاد نماید را میتوان به ترتیب اهمیت به شرح ذیل عنوان نمود:
خطر ریزش قنات های فعال و متروک -1 خطر روانگرایی خاک -2 خطر نشست تحکیمی زمین -3 برخورد با آبهای زیرزمینی -4 برخورد به لایههای سست و زونهای برشی گسلها -5 برخورد با موانع زیرسطحی و روسطحی -6 برخورد با قطعات سنگی بزرگ در مسیر حفاری
4. بررسی آماری دلایل وقوع ریزش در تونلسازی
نتایج بررسی دلایل وقوع ریزش1 در تونلها را نشان میدهد. در این بررسی 110 مورد ریزش - در محدوده سالهای 1940 الی 2006 میلادی - مطالعه شده است
شکل -2 دلایل وقوع ریزش در تونلها
- ارتفاع کم روباره - Low Overburden - چنین شرایطی در جریان حفاری بخش ابتدایی پرتال موقت تونل جنوبی - در خاک نابرجا - و همچنین حفاری کیلومتراژهای اولیه تونل شمالی کارگاه چیتگر - همزمان با وجود مشکلات دیگری از جمله شیبدار بودن سطح زمین و نشت آبهای سطحی - مشاهده شده است.[4]
- تاثیر جریان آب - Influence Of Water - علاوه بر اینکه جریان آب - و در نتیجه به وجود آمدن شرایط زمین لجنی - در اکثر قسمتهای ترانشه صدر و تونلهای شمالی و جنوبی کارگاههای خلیج فارس، چیتگر، حکیم و شهدای غزه باعث صعوبت حفاری، نصب نگهداری موقت و دائم شده؛ باعث بروز ناپایداری شیروانی در دیواره شمالی ترانشه صدر و بروز ریزش - در شرایط نشت آب از بخشهای فوقانی - شده است.
- تغییر ناگهانی شرایط زمین و شرایط زمینشناسی پیشبینی نشده - Changed Ground Conditions - این مورد نیز در بخش شرقی پروژه به وضوح مشاهده شده است. تغییر شرایط زمین به دلیل تغییر نوع سازند در تونل شمالی، و در تونل جنوبی مشاهده و ثبت گردیده است. معمولاً هنگامی که تغییر نوع سازند اتفاق میافتد شرایط زمین برای حفاری نامناسب بوده و این مناطق با لایه های ریزشی، هجوم آب و بطور کلی شرایطی که روند حفاری را مختل مینماید مواجه هستند.
