بخشی از مقاله
خلاصه
به دلیل اینکه روزانه جمعیت انبوهی به طور مستقیم یا غیر مستقیم از سازههایی مثل تونل، مترو، زیرگذر و ... استفاده میکنند. بررسی رفتار این سازهها برای پیشبینی نحوی عملکرد آنها و تشخیص حالتهای بحرانی ممکن از اهمّیت ویژهای برخوردار میباشد. یکی از چالش هایی که مهندسین برای ساخت این گونه سازه ها با آن مواجه اند تنش هایی است که در اثر نشست خاک های اطراف سازه بر آن وارد می شود.
از این رو برای پیش بینی خطرات احتمالی در اثر این نشست ها، بررسی رفتار خاکی که سازه ی ما در درون آن محصور شده است امری ضروری می باشد. از این رو در این مقاله مقطعی از تونل اجرا شده در خط 7 متروی تهران را با استفاده از نرم افزار ژئوتکنیکی پلکسیس مدلسازی کرده و به مقایسه ی آن با تغییر شکل های بدست آمده از نتایج ابزار دقیق پرداخته ایم. نتایج حاصل از این بررسی نشان داد که با توجه به نرم بودن خاک محل احداث تونل، بعد زمان عاملی تاثیر گذار در تغییر شکل های و خاک اطراف آن بوده و بهتر است در محاسبات وارد شود تا اقدامات لازم برای پیشگیری از بروز مشکلات ناشی از این تغییرات اعمال گردد.
1. مقدمه
انجام پروژه های تونل سازی برای اهداف مختلف در نواحی پر جمعیت شهری در طول دهه گذشته به سرعت افزایش یافته است. رشد فزاینده جمعیت و لزوم دسترسی سریع به نقاط مختلف و افزایش تراکم در مناطق شهری، لزوم استفاده از فضاهای زیر زمینی را در مناطق شهری ناگذیر ساخته است. تونل سازی در نواحی کم عمق شهری و در زمین های نرم، همواره توأم با مخاطراتی است که نادیده گرفتن آن ها می تواند عواقب ناخوشایندی در بر داشته باشد. مسأله نشست سطح زمین و تأثیر آن بر سازه های سطحی از مهم ترین این مخاطرات استکه به منظور جلوگیری از خسارت بر سازه های روی زمین می بایستی با آیین نامه های مربوطه کنترل شود.
به طور کلی حفر تونل و دیگر سازه های زیرزمینی منجر به حذف توده ای از خاک و سنگ محل و بروز تغییرات قابل توجه در وضعیت تنش اطراف آن ها می شود. از جمله پدیده ی مهم ناشی از این دست خوردگی وقوع نشست در سطح زمین می باشد که این امر به ویژه در مورد تونل های کم عمق در مناطق شهری و به خصوص به هنگام عبور از زیر مناطق مسکونی از اهمیت زیادی برخوردار است.
به همین دلیل مسأله نشست ناشی از تونل سازی و اثرات متعاقب آن به لحاظ اهمیت خاص مخاطرات مربوطه همواره از سوی محققین مختلف تحت بررسی بوده است تا با اتخاذ شیوه های مناسب میزان آن را قبل از شروع به عملیات ساخت برآورد کنند. به عبارت دیگر از جمله اهداف مهم در اجرای تونل در شهر ها، به حد اقل رساندن مقادیر نشست و کنترل آن در طی اجرا می باشد. این مسأله یکی از ملزومات در طراحی و اجرای موفقیت آمیز یک تونل در مناطق شهری به شمار می آید.
2. مکانیزم خزش
مکانیزم خزش می تواند بر اساس تئوری تخلخل دوگانه تفسیر شود. این توضیح بر پایه ی ساختار دوگانه توده خاک که شامل حفرات ریز و درشت می باشد، استوار است. خزش نتیجه ی انتقال آب حفره ای از ساختار ریز به ساختار درشت می باشد. این تئوری توسط محققات زیادی مثل بری و پوسکیت - 1972 - ، زیوارت - 1986 - ، ناوارو و آلونسو - 2001 - ، میشل و سوگا - 2005 - و ونگ و ژو - 2006 - دنبال می شود.
ساختمان خاک ترکیبی از دو ساختار با خواص رفتاری متفاوت می باشد، شکل1 اختار اولیه از سنگدانه های درشت به عنوان یک اسکلت ساختاری پیوسته برای تحمل تنش های موثر ، تشکیل شده است. همچنین این ساختار شامل حفراتی بزرگ که می تواند با آب پر شده باشد، می باشد. ساختار ثانویه شامل گروه های کوچک رس بین سنگدانه های بزرگ و اطراف ساختار اولیه و حفراتی است که با آب هایی با ویسکوزیته ی مختلف پر شده است. این تفکر وجود دارد که جابجایی مربوط به گروه های رس - سنگدانه های کانی رس - به موجب رفتار ویسکوزی لایه های آب جذبی اطراف سنگدانه های کانی رس می باشد.
ضمنا، مورایاما و شیباتا - 1961 - ، کریستنسن و وو - 1964 - و میشل - 1964 - مکانیزم خزش را بر پایه تئوری فرآیند نسبی تفسیر کردند. از این رو، تغییر شکل های خزشی به علت حرکات اتم ها و ملکول ها تحت اثر تنش ثابت برای رسیدن به وضعیت تعادل جدید می باشند. به دلیل اینکه از حرکات اتم ها و ملوکول های وابسته به هم توسط سد انرژی ای مجازی جلوگیری می شود، انرژی فعال کافی برای غلبه بر این سد ها مورد نیاز است. در حقیقت حرکات اتم ها و ملکول ها ایستا باقی نمی ماند اما با یک فرکانس مرتعش می شود. با توجه به اینکه خزش یک فرآیند نسبی است، تغییر شکل خاک ها بر اساس انرژی فعال سازی و تعداد پیوندهای بین ذرات بر واحد سطح ارزیابی می شود.
شکل -1 شکل شماتیک ساختمان رس
پیوند های بین ذرات ناشی از پیوند بین ذرات جامد یا کانی ها با یکدیگر است. کوهن و میشل - 1993 - مفهوم جدیدی را که از اصول فرآیند نسبی اقتباس کرده بودند برای تغییرات خزشی بیان کردند که حرکات لغزشی بین ذرات را توضیح می دهد. علت حرکات لغزشی، مولفه تانژانت نیروی تماسی ذرات خاک، می باشد. تغییر شکل ها با در نظر گرفتن رابطه ی بین ویسکوزیته لغزشی، نیروی لغزشی و نسبت اصطکاک بین نیروی تانژانتی و نرمال تعیین می شود.
2. پروژه خط هفت متروی تهران
شهر تهران در شمال بخش مرکزی ایران و جنوب رشته کوه البرز در طول جغرفیایی 51 41 و عرض شمالی 35 7 قرار داشته و ارتفاع آن از سطح دریا بین 900 تا 1800 متر می باشد. با توجه به موقعیت سیاسی، اقتصادی، تجاری و صنعتی شهر تهران، توسعه سیستم حمل و نقل عمومی و بهبود وضعیت ترافیکی آن اجتناب ناپذیر است. جمعیت جوان این شهر از یک طرف و افزایش تعداد وسایل نقلیه، ترافیک شهری و آلودگی هوا از طرف دیگر باعث شده است که احداث خطوط مترو جهت ساماندهی به وضعیت ترافیکی در دستور کار مسئولین قرار گیرد.
بر اساس مطالعات صورت گرفته، برنامه های قطار شهری تهران شامل 9 خط می باشد که در شکل 2 نشان داده شده است. خط هفت متروی تهران از شهرک امیرالمؤمنین در شرق تهران شروع شده و پس از عبور از بزرگراه بسیج و امتداد یافتن در طول بزرگراه شهید محلاتی و اتصال به میدان قیام و گسترش آن در امتداد خیابان مولوی و هلال احمر و اتصال به بزرگراه نواب صفوی، مسیر آن در امتداد شمالی - جنوبی در طول بزرگراه نواب تغییر می یابد. این خط شامل 28 ایستگاه است که تمامی آن ها زیرزمینی می باشند.
شکل -2 نقشه ی خطوط مترو تهران
تونل خط هفت متروی تهران با طول 22/4 کیلومتر یکی از تونل های بزرگ مقطع و طویل کشور محسوب می شود. با توجه به سطح مقطع بزرگ تونل، عبور از زیر مناطق مسکونی، نوع زمین و در نهایت دارا بودن ضریب ایمنی بالا و سرعت مناسب، عملیات حفاری این تونل با استفاده از دستگاه سپر تعادلی زمین - EPB - TBM انجام خواهد شد.
