بخشی از مقاله
تعیین فاصله بهینه میانی تونل های دوقلوی گردنه رخ
چکیده
یکی از موضوعات مورد بررسی در تونل های دو قلو تعیین فاصله بهینه میان دو تونل بر مبنای ملاحظات فنی و اقتصادی است . لذا در این مطالعه ابتدا روش های تعیین پایه های حایل میان دو تونل بررسی و دسته بندی شده است . سپس تونل دو قلوی گردنه رخ معرفی و با توجه به نتایج طبقه بندی های مهندسی سنگ و نتایج آزمایشگاهی و با بهره گیری از نرم افزار Rocklab پارامتر های ژئومکانیکی توده سنگ میزبان تونل ارزیابی شده است . در ادامه فاصله بهینه میان دو تونل با توجه به تغییرات نیروهای داخلی نگهداری نصب شده تعیین شده است.
کلمات کلیدی: تونل ، فاصله بهینه ، تونل دوقلو ، نرم افزار FLAC 2D
. مقدمه
با افزایش روز افزون حمل و نقل جاده ای در کشور ما ایران اهمیت راه های بین شهری هر روز بیشتر خواهد شد . در این راستا مسیر اصفهان- شهرکرد با توجه به عوارض کوهستانی فرآوان و همچنین حجم ترافیک عبوری زیاد و نقاط حادثه ساز فرآوان ، یکی از مهم ترین مسیر های برون شهری کشور می باشد که جنوب کشور را به فلات مرکزی ایران متصل می کند . با توجه به اهمیت این مسیر و خطرات آن جهت بهبود کیفیت مسیر احداث دو تونل در کیلومتر این جاده و در منطقه گردنه رخ در دستور بررسی قرار گرفت . این تونل ها باعث کاهش کیلومتری مسیر و حذف بیش از نقطه حادثه ساز مسیر می گردد . طول این تونل ها متر و به شکل نعل اسبی با کف صاف و دیواره های قائم می باشد و میزان روباره از متر تا متر تغییر می کند .در این تحقیق به وسیله مدل سازی عددی ابتدا شرایط موجود در نرم افزار FLAC 2D مدل شده و سپس با بررسی نیرو های وارده بر نگهداری فاصله بهینه میان دو تونل در هر مقطع مشخص گردیده است .فاصله میانی دو تونل از این جهت مورد بررسی قرار میگیرد که با نزدیک شدن دو تونل به هم تمرکز عملیات بیشتر شده و هزینه های مربوط کاهش می یابد ولی در عوض تمرکز تنش در اطراف فضای حفر شده بیشتر شده و باعث ناپایداری می گردد.
ٍ . مطالعات صورت گرفته
تا کنون روش های مختلفی برای بررسی پایه حایل میان دو تونل ارائه شده است که این روش ها را می توان در دو دسته تئوری و عددی قرار داد . در این مقاله ابتدا روش های تعیین پایه حایل میان دو تونل مرور شده است . به طور کلی می توان روش های تعیین فاصله بهینه( یا به طور کلی تاثیر تونل ها بر اطراف آن ) را به دو دسته روش های عددی و تحلیلی تقسیم نمود که به طور کلی هر دو روش با اندازه گیری زون پلاستیک حاصل از حفر اقدام به اینکار می نمایند .
ٍ- . روش های عددی :
اساس روشهای عددی شبیه سازی یک محیط با بینهایت درجه آزادی توسط محیطی با درجه آزادی محدود در تعداد میعنی از نقاط میباشد. چنانچه اثر نیرو و بارگذاری در این نقاط بررسی شده و پس از تعیین میزان تعییر شکل در این نقاط، برای سایر نقاط با روشهای درونیابی تغییر شکل محاسبه می گردد. در اغلب این مسائل محیط دارای شکل دلخواه میباشد که تحت بارگذاری ثقلی، نیروهای خارجی، تنشهای برجا، تغییرات درجه حرارت، فشار سیال، پیش تنیدگی، نیروهای دینامیکی و ... قرار گرفته و برای پیدا کردن تغییر شکلها از روابط تنش – کرنش در توده سنگ استفاده می شود.
روشهای عددی به دو گروه عمده تقسیم می شوند: یک گروه برای محیطهای پیوسته و گروه دوم برای محیطهای ناپیوسته مورد استفاده قرار می گیرند. گروه اول، زمین را همانند یک محیط پیوسته در نظر گرفته و برای حل آن را به اجزایی تقسیم میکند. در صورتیکه گروه دوم زمین را به صورت مجموعهای از بلوکهای مجزا در نظر می گیرد که در آن درزهها و ناپیوستگیها مرز بین بلوکها را تشکیل میدهد.
FEM، BEM و FDM مربوط به گروه اول و DEM از گروه دوم میباشد.FEM و FDM کل ناحیه را به المانهایی تقسیمبندی کرده و مسئله را حل میکند، در حالیکه BEM فقط مرز تونل را مدل میکنداین. روش مخصوصا برای نقاطی مفید است که شرایط بحرانی در مرز تونل باشد.
ٍ-ٍ . روش های تحلیلی :
در این روشها از تحلیل تنشها و دگر شکلیها در اطراف تونل استفاده می شود. این روشها شامل تکنیکهایی از قبیل تحلیل فرم بسته ، شبیهسازی قیاسی (الکتریکی – فتوالاستیک) و مدلسازی فیزیکی میباشد .
از روش فرم بسته برای تحلیل پایداری تونلهایی میتوان استفاده نمود که شکل هندسی سادهای دارند مانند دایره یا بیضی.
برای تحلیل این گونه تونلها میتوان از تئوری الاستیسیته و روابط kirsch استفاده نمود. اما از آنجاییکه تونلها به ندرت دارای شکل هندسی ساده میباشند این روش کمتر مورد استفاده قرار می گیرد و بیشتر از روشهای عددی استفاده می شود.
مدلهای فیزیکی اطلاعات مفیدی را مخصوصا برای امتحان مد شکست فراهم میکننداز. مدلهای فیزیکی مخصوصا در معادن زغال سنگ بسیار استفاده شده است .
َ . زمین شناسی
منطقه مورد مطالعه بر اساس نقشه زمین شناسی سازمان زمین شناسی کشور، از ساختاری چین خورده برخوردار است که روند عمومی چین ها در این ناحیه در راستای شمال غرب – جنوب شرق می باشد.
از نظر سنگ شناسی این منطقه بطور کلی از توالی های رسوبی آهکی زمان کرتاسه و ائوسن تشکیل شده که در برخی قسمت ها با سنگ های تخریبی همراه شده اند. بررسی نقشه زمین شناسی ذکر شده نشانگر آنست که در محدوده تونل، از قدیم به جدید، واحدهای ، ٍ، َ، ُ، ، ّ و و رسوبات کواترنر رخنمون یافته اند که در این میان واحد َ از وسعت و تراکم بیشتری برخوردار است. ویژگی های سنگ شناسی این واحدها به ترتیب زیر است: واحد: این واحد از تناوب آهک، شیل، مارن و ماسه سنگ نازک لایه با سن کرتاسه زیرین تشکیل شده که در روی آن واحد ٍ قرار گرفته است.
واحد ٍ: این واحد شامل ماسه سنگ قرمز و کنگلومرا با میان لایه هایی از شیل ماسه ای قرمز با سن کرتاسه زیرین است که در روی آن واحد َ قرار
گرفته است.
واحدَ: این واحد از آهک خاکستری تیره با سن کرتاسه میانی تشکیل شده که با واحد ُ دارای مرز بین انگشتی است. بر روی این واحد، واحد قرار
گرفته است.
واحد ُ: جنس این واحد از نوع آهک برشی بوده و سن آن کرتاسه میانی می باشد. در روی این واحد، واحد قرار گرفته است.
واحد : این واحد از آهک های مارنی سبز رنگ نازک لایه با سن کرتاسه بالایی تشکیل شده است.
واحدهای ّ و : جنس واحد ّ از کنگلومرا با میان لایه هایی از آهک دولومیتی و جنس واحد شامل کنگلومرای آهکی و آهک نومولیتی است و سن این واحدها ائوسن می باشد.
در مسیر تونل دو گسل اصلی نیز وجود دارد که با بررسی تاریخچه آنها هیچ داده لرزه خیزی موجود نیست و لذا از مداخله آنها در محاسبات صرف نظر گشته است و فقط به خصوصیات توده سنگ های موجود در مسیر پرداخته شده است .
پس از برداشت داده های اولیه ویژگی های ژئو مکانیکی مسیر تونل در هر ناحیه ساختاری مورد ارزیابی قرار گرفت بدین صورت که ابتدا در هر منطقه دسته درزه ها به تفکیک از لحاظ میانگین جهت دسته درزه ، وضعیت سطح درزه ها ، ماده پرکننده ، وضعیت آب ، فاصله درزه ها ، جدایش و طول درزه ها مورد ارزیابی قرار گرفتند . سپس باتوجه به نتایج بدست آمده، و برای طبقه بندی ژئومکانیکی توده سنگ براساس سیستم RMR (بنیاوسکی َُُ) درمحدوده هر ناحیه ساختاری امتیازهای مربوط به هر پارامتر محاسبه گردید .
ُ . طبقه بندی مهندسی توده سنگ
جهت طبقه بندی توده سنگ مسیر تونل تونل دوم رخ چهارمحال بختیاری ابتدا از طبقه بندی RMR استفاده شده است. در این روش نخست پارامتر های ابتدایی در نظر گرفته می شود و به هر یک از آنها امتیاز (R) داده می شود و به این ترتیب مجموع آنها به عنوان امتیاز RMR بدست میآید. نتایج مربوط به این طبقه بندی در جدول آورده شده است. در این پروژه مشخص شد که توده سنگهای موجود در مسیر تونل در رده سنگهای متوسط قرار می گیرند .
از مقدار RMR برای تخمین چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی توده سنگ استفاده می شود. معمولآ پارامترهای مقاومتی در بخش مقاومت حداکثری و پسماند متفاوت میباشند. دیده شده است که این مقادیر فقط برای شیروانیهای موجود در توده سنگهای اشباع و هوازده قابل کاربرد می باشددر. مورد تونلها به دلیل وجود درزه های نسبتاَ بسته، چسبندگی کمی بیشتر می باشد .
- شاخص مقاومت زمین شناسی :(GSI)
هوک و همکاران () شاخص مقاومت زمین شناسی (GSI) را هم برای سنگهای سخت و هم برای سنگهای ضعیف معرفی کردند. که این شاخص علاوه بر این که تکمیل کننده معیارهای شکست، از جمله معیارهای شکست هوک-براون و موهر- کلمب می باشد، راهی برای برآورد پارامترهایی مثل
a، S و M m نیز می باشد.
- تعیین پارامترهای توده سنگ توسط نرم افزار Rocklab
نرم افزار Rocklab برای تعیین پارامترهای مقاومتی توده سنگ با استفاده از معیار شکست هوک و براون در سال ٍ طراحی شده است. این نرم افزار قادر به تعیین پارامترهای مقاومتی توده سنگ از قبیل چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی، مقاومت فشاری و کششی، مدول تغییر شکل پذیری به همراه ثابت های مورد نیاز معیار شکست هوک و براون ( ٍ) می باشد. پارامترهای ورودی مورد نیاز نرم افزار شامل مقاومت فشاری سنگ بکر، شاخص مقاومت زمین شناسی (GSI)، mi برای سنگ بکر و ضریب آشفتگی (D) و در صورت وجود وزن مخصوص سنگ و عمق تونل می باشد.در جدول ٍمقادیر خروجی نرم افزار balkcoR، برای سنگهای اطراف تونل دوم رخ آورده شده است. بعد از وارد کردن داده های نرم افزار Roclab خروجی-های آن برای مدلسازی تونل مورد مطالعه بدست میآید. در شکل یکی از تحلیلهای انجام گرفته با این نرم افزار آوده شده است.
