بخشی از مقاله


تحلیل پایداري و طراحی سیستم نگهداري تقاطع تونل هاي آببر با مخازن ضربه گیر سد گتوند علیا


چکیده

مقاله حاضر پیرامـون تحلیل پایداري و طراحی سیستم نگهداري تونلهاي انتقال آب و مخزن ضربهگیر سد گتونـد علیـا اسـت.

تحلیل پایداري فضاهاي زیرزمینی یکی از مهمترین موضوعات در علم مکانیک سنگ میباشد. چهار روش مختلف بـراي تحلیـل پایداري فضاهاي زیرزمینی وجود دارد که عبارتند از: روش فرم بسته، روش عددي، روش تجربی و مـدلهـاي فیزیکـی. امـروزه روشهاي عددي و تجربی به طور گستردهاي در جهان مورد استفاده قرار میگیرند. در این مقاله تحلیل پایداري بـا روش تفاضـل محدود و طبقهبندي Q و RMR که به ترتیب جزو روشهاي عددي و تجربی میباشند، انجام شده اسـت. بـراي تحلیـل عـددي پایداري فضاي زیرزمینی نرمافزار FLAC3D مورد استفاده قرار گرفته است. این نرمافزار توانایی تعیین تنشها و جابجاییهـا را در اطراف فضاي زیرزمینی دارد. نتایج به دست آمده از تحلیلها نشان میدهد که فضاي زیرزمینی ناپایدار است. لذا بـه منظـور پایدارسازي، نصب سیستم نگهداري ضروري است. بعد از نصب سیستم نگهداري میزان ماکزیمم جابجایی کمتر از مقدار جابجایی بحرانی ساکورایی میشود، بنابراین فضاي زیرزمینی پایدار خواهد شد. سیستم نگهداري پیشنهادي شامل (1 نـصب پـیچسـنگ تزریقی به طور سیستماتیک به طول 7 متر و فاصلهداري 1/5×1/5 متر به همراه شاتکریت به ضخامت 150 میلـیمتـر در مخـزن ضربهگیر و نصب پیچسنگ تزریقی به طور سیستماتیک به طول 5 متر و فاصلهداري 2×2 متر به همراه شاتکریت به ضـخامت 70 میلیمتر در تونل انتقال آب و باکس می باشد.


-1 مقدمه
سد و نیروگاه آبی گتوند علیا در 25 کیلومتري شمال شهرستان شوشتر بر روي رودخانه کارون در بخش گتوند ساخته میشود. مجموعه نیروگاه در پایین دست سد در ساحل چپ شامل چهار شاخه تونل آب به قطر 12/6 متر و مخازن ضربهگیر در هر تونل میباشد. این سد از نوع سنگریزهاي با هسته رسی بوده و با ارتفاع 175 متر، بلندترین سد خاکی ایران میباشد. ظرفیت نصب نیروگاه 1000 مگاوات و از نوع سطحی است که به وسیله 4 توربین 250 مگاواتی تامین خواهد 1 شد . سیستم آبگیر نیروگـاه شامل تونلهاي آببر بالایی و پـایینی، چاه تحت فشار و مخازن ضربهگیر میبـاشد و پـایداري آن که جزو تـاسیسات دائمی سد به شمار میروند از اهمیت خاصی برخوردار است. هدف از این مقاله، ارائه نتایج تحلیل پایداري محل تقاطع تونلهاي آببر بـا مخازن ضربهگیر و ارائه سیستم نگهداري آنها میباشد. تحلیل پایداري با روش تفاضل محدود و طبقهبندي Q و RMR که به ترتیب جز روشهاي عددي و تجربی میباشند، انجام شده است. براي تحلیل عددي پایداري فضاي زیرزمینی نرمافزار FLAC3D مورد استفاده قرار گرفته است. این نرمافزار توانایی تعیین تنشها و جابجاییها را در اطراف فضاي زیرزمینی دارد.
-2 سیستم آبرسانی نیروگاه و زمین شناسی منطقه
-1-2 مشخصات تونل آبرسان
پـروژه گتوند علیا داراي یک نیروگاه سطحی شامل 4 واحد 250 مگـاواتی است. سیستم آبـرسان ایـن نیروگاه تماماً
زیرزمینی بوده و در زیر تکیه گاه چپ سد واقع شده است. در این سیستم آب دریاچه وارد تونلهاي آبرسان فوقانی شده و پس از عبور از داخل چاههاي تحت فشار و تونلهاي آبرسان تحتانی، وارد نیروگاه میشود (شکل.(1 قطر تونلهاي آبرسان در قسمت بالا 12/6 متر میباشد. تونلهاي آبرسان در محل تقاطع با مخازن ضربهگیر مطابق شکل2 در سازند آغاجاري قرار دارند که خصوصیات ژئومکانیکی توده سنگ در جدول 1 آورده شده است.

-2-2 مخازن ضربه گیرنیروگاه

با توجه به طولانی بودن مسیر آبرسان نیروگاه و جهت آرام سازي بیش فشاري (Over-pressure) یا کم فشاري (Under-pressure) که ممکن است حین باز و بسته کردن دریچهها اتفاق افتد، احداث مخازن فشارشکن قبل از چاههاي تحت فشار در تمامی طرحهاي انتقال آب به توربین ضروري میباشد. هر مخزن بصورت قائم و شکل مقطع دایرهاي و با قطر 18 متر میباشند. موقعیت این مخازن از نظر زمینشناسی مطابق شکل 2 در زون حدواسط میباشد و خصوصیات ژئومکانیکی آن مطابق جدول 1 است.

-3-2 تنش برجا

با توجه به انجام آزمایش شکست هیدرولیکی طی سه ایستگاه در نظر گرفته شده در راستاي عمود بر تونلها، وضعیت تنش برجاي جناح چپ را میتوان در دو ناحیه تعریف نمود. ناحیه اول از ورودي آبرسانها تا محل تقاطع (Bifurcation) و ناحیه دوم از محل تقاطع تا انتهاي پنستاكهاي پایین را در بر میگیرد. در شکل 2 محدوده دو ناحیه مذکور نشان داده شده است. در جدول2 تنشهاي برجاي اصلی و راستاي آنها براي هر دو ناحیه ارائه شده است.[2]

-3 معیار نگهداري تونل آبرسان

معیار متداول در طراحی سیستم نگهداري تونلهاي آبرسان بدین صورت میباشد که توده سنگ دیواره تونل تحت هر شرایطی توسط نگهدارندههاي اولیه پایدار شود. بر این اساس پوشش دائمی فقط در جهت تامین نیازهاي مقاومتی سازهاي و هیدرولیکی طراحی میشود و هیچ گونه باري از توده سنگ به پوشش بتنی یا فلزي تحت هیچ شرایطی اعمال نمیشود و کلیه بارهاي اعمال شده از توده سنگ در شرایط بارگذاريهاي مختلف فقط توسط سیستم نگهداري اولیه تحمل میشود و پوشش بتنی یا فلزي بارهاي اعمال شده از آب داخل یا خارج تونل را تحمل میکند.[3]

-4 تحلیل پایداري بر اساس روش تجربی (طبقهبنديRMR و (Q

سیستم طبقهبندي تودهسنگ میتواند براي تخمین اولیه نگهداري مورد نیاز به کار رود. حداکثر و حداقل مقدار RMR
در قسمت مخازن ضربه گیر به ترتیب 56 و 48 و در قسمت تونل انتقال آب به ترتیب 52 و 38 می باشد. حداکثر و حداقل مقدار Q در قسمت مخازن ضربه گیر به ترتیب 2/6 و 1و در قسمت تونل انتقال آب به ترتیب 1/9 و 0/1 می باشد.

براساس طبقهبندي مهندسی تودهسنگ، سیستم نگهـداري مورد نیاز براي پایداري قسمتهاي مختلف سازه مطابق جداول 3 و 4 میباشند.

-5 مدلسازي عددي تونل آب بر و مخازن ضربه گیر به کمک نرم افزار FLAC3D

در ایـن مرحله بـا توجه به ترتیب مراحل مدلسازي بـه کمک نرمافزار FLAC3D و شرایط موجود در منطقه، تونلها و مخازن ضربهگیر مدلسازي شده و کلیه محاسبات در سه مرحله قبل از حـفر سازه، بلافاصلـه بعد از حـفر سازه و در نهایت پس از نـصب سیستم نگهداري انجام شده و در هر مرحله کلیه تنشها و جابجاییها در اطراف سازه محاسبه شده است. بطور کلی ترتیب مراحل مدلسازي به قرار زیر انجام شده است:[4]

• انتخاب محدوده مناسبی از تودهسنگ

• انتخاب مدل رفتاري مناسب و تعیین پارامترهاي آن

• اعمال شرایط مرزي و تنشهاي اولیه

• حل مدل تا رسیدن به تعادل

• ایجاد تغییر در مدل

• حل مجدد مدل

در شبکهبندي سعی شده است که با در نظر گرفتن فاصـله دقیق زونها و شرایط موجود در منطقه (شرایط اولیه و مـرزي)
به واقعیت نزدیک شده که در این ارتباط براي تسریع عملیـات مدلسازي و حل مسئله، از خاصیت تقارن محوري استفاده شده است.

در تعیین مدل رفتاري مناسب با توجه به اطلاعات و شرایط موجود در محیط مورد نظر، مدل رفتاري موهر-کلمب به عنوان مدل رفتاري مناسب براي مدلسازي در نظر گرفته شد. در مدل

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید