بخشی از مقاله
خلاصه
بازرسی ایمنی سازهای تونلهای عملیاتی برای تشخیص ناهنجاری های پوشش داخلی در اسرع وقت و برای ترمیم به موقع ناهنجاریهای تهدیدآمیز انجام می شود. درک علل ناهنجاری پوشش داخلی برای اجرای اقدامات متقابل صحیح و درست برای جبران ناهنجاری ضروری است. با این حال، عوامل زیادی روی پایداری سازهای تونل ها تاثیر می گذارد که احتمالا منجر به دامنه گسترده ای از ناهنجاری های پوشش داخلی می شود. شناسایی علل احتمالی بر اساس نتایج بازرسی یک وظیفه مهم برای حفظ امنیت تونل عملیاتی است. مطالعه حاضر بر روی یک ناهنجاری پوشش داخلی مشترک در تونل ها "ترک" که ناشی از حرکت شیروانی مجاور است، متمرکز شده است. با توصیف سیستماتیک توزیع فضایی، بافت و ظاهر ترکها روی یک سطح پوشش داخلی تونل، علل محتمل ناهنجاریهای پوشش داخلی می توان شناخته شود.
علاوه بر این، درجه تغییر شکل مقطع عرضی تونل و حرکت شیروانی همراه شده میتواند تخمین زده شود. مطالعه حاضر یک رویکرد جدید برای شناسایی علل ممکن بروز الگوهای ترک خاص بر روی سطح پوشش داخلی تونل ناشی از ناپایداری شیروانی مجاور، اعمال می کند. سه مطالعه موردی با تصاویر سطح پوشش داخلی، طرح بندی ناهنجاریهای شناخته شده، و توزیع فضایی 3D ناهنجاری برای شرح تصویری علل احتمالی تفسیر و یا شناسایی ارائه شده است. علاوه بر این، دادهها مورد نیاز برای تشخیص الگوها در ترک های پوشش داخلی در حال بررسی است. برخی از پیشنهادات برای بازرسی های ایمنی سازه ای تونل و تکنیک های مرتبط نیز داده شده است.
کلمات کلیدی: ناپایداری شیروانی، تونل، بازبینی، تعیین ایمنی سازه ای، ترک ها
1. مقدمه
برای جلوگیری از اثرات منفی ممکن ناشی از وقفه در خدمات تونل بر روی حمل و نقل عمومی، سازه تونل به صورت دورهای بازرسی می شود1]و.[2 ایمنی تونل ها بر اساس نتایج بازرسی با استفاده از آیین نامه های مختلف، از جمله آیین نامه هایی که توسط انجمن راه و ترابری ژاپن و جامعه مهندسان عمران ژاپن پیشنهاد شده، ارزیابی شده است 3]و4و.[5 این آیین نامه ها به طور معمول برخی از اقدامات برای ارزیابی ایمنی، مانند نرخ همگرایی و یا نشست یک تونل، عرض، طول و چگالی ترک پوشش داخلی را ارائه میکنند. هنگامی که تدابیر تعمیر و نگهداری مورد نیاز است، علل بالقوه ناهنجاریها باید مشخص شود تا از مراحل صحیح اصلاحی که تقویت سازه پوشش داخلی و یا به حداقل رساندن بارگذاری اضافی اعمال شده در سازه تونل را به عهده دارند، اطمینان حاصل شود. با این حال، رابطه بین ناهنجاری های پوشش و علل آنها ممکن است ساده نباشد 6]و7و.[8
با توجه به پیچیدگی تشکیلات زمین شناسی، تغییرات در خواص مکانیکی سنگ یا خاک اطراف تونل، و ویژگیهای بسیار نامشخص ساختار یک تونل، رفتار یک تونل از جمله تونلهای در حال ساخت و یا در حین عملیات، معمولا در مکانهای مختلف متفاوت است 9]و.[10 عوامل بسیاری میتواند روی پایداری تونل تاثیر میگذارد که منجر به ناهنجاریهای مختلف در ساختار دیواره یک تونل میشوند. شکل .1 برخی از ناهنجاریهای رایج قابل مشاهده بر روی سطح پوشش را نشان میدهد. چگونگی تشخیص تفاوتهای میان ناهنجاریهای پوشش ناشی از علل مختلف با درجات خاصی از تاثیر، و بعد از آن شناسایی یا تفسیر، مسائل مهمی هستند. بنابراین، باید تکنیک هایی برای بازرسی ایمنی سازه ای تونل توسعه یابند.
در این مقاله روی یکی از شایع ترین ناهنجاری های پوشش داخلی، یعنی ترک ها، که از حرکت شیروانی های مجاور ناشی می شوند، مطالعه شده است. این مطالعه درس های گرفته شده از 11 پروژه بازبینی با تعداد کل 112 تونل عملیاتی در دهه گذشته را توضیح می دهد .[11] ویژگی های این ترک، مانند توزیعهای فضایی ، بافت و ظاهر، در ابتدا مورد بحث و خلاصه بندی قرار گرفته است. سه مطالعه موردی با موقعیت های مختلف مکانی بین محور تونل در جهت حرکت شیروانی برای توصیف ترک های پوشش داخلی به طور مفصل مورد مطالعه قرار گرفته است. در نهایت، اطلاعات مورد نیاز برای تشخیص الگوهای ترک پوشش بررسی شده است. برخی از پیشنهادات برای اقلام بازرسی و تکنیک های مرتبط نیز ارائه شده است.
2. ویژگی های ترک پوشش داخلی ناشی از ناپایداری شیروانی های مجاور
وانگ و همکاران [12] ، که آسیب به تونل های کوه ناشی از زلزله چی چی در سال 1999 را ارزیابی کردند، گزارش دادند که 49 تونل از 57 تونل در مرکز تایوان آسیب دیده اند. از این تعداد 49 تونل آسیب دیده ، 13 مورد مختل شدن ترافیک و حمل و نقل و به عنوان شدیدا آسیب دیده طبقه بندی شدند. بررسی های بعدی نشان داد که فروپاشی 3 و 4 تونل از این 13 تونل شدیدا آسیب دیده توسط گسیختگی شیروانی و جابجایی پوشش که توسط حرکت شیروانی سبب شده اند، به وجود آمده است وانگ و همکاران [13] در نتیجه، ناپایداری شیروانی به عنوان یک علت عمده فروپاشی بالقوه شناسایی شده است و توجه بیشتری در پروژه های بازرسی تونل به آن شده است .
در مجموع، 112 تونل عملیاتی در تایوان توسط 11 پروژه در دهه گذشته بازرسی شده است. از این تعداد 112 تونل، حداقل 30 تونل که دارای ناهنجاری های پوشش داخلی است، احتمالا با تغییر شکل برشی ناشی از حرکت شیروانیهای مجاور همراه شده است 11]و. [14 بازرسی های دقیق و پایش بلند مدت با استفاده از روش های ژئوفیزیکی و نقشه برداری نیمرخ عرضی دقیق، برای شناسایی علل ناهنجاری های پوشش بکار گرفته شده است 11]و.[15 تونلها با یکی از شرایط زیر مواجه می شود که برای توصیف توزیع فضایی ، بافت و ظاهر ترک پوشش مورد بررسی قرار گرفته شده است.
- 1 آسیب به پوشش تونل و حرکت شیروانی های مجاور به طور مستقیم قابل مشاهده هستند، و روابط آنها ساده است. در نتیجه، علل ترک های پوشش را می توان به آسانی شناخته شود.
2 - ناهنجاری های پوشش را می توان به طور مستقیم مشاهده و ناپایداری شیروانی را می توان با اندازه گیری جابجایی زمین با استفاده از دستگاه نقشهبرداری و یا با ابزارهای ژئوتکنیک میدانی تایید کرد. هر دو ناحیه آسیب دیده و سطح لغزش تحت حرکت شیروانی را می تواند تایید شود و با مکان ناهنجاری های پوشش تطبیق داد.
- 3 ناهنجاری های پوشش را می توان به طور مستقیم مشاهده و ناپایداری شیروانی را می توان با تفسیر عکس های هوایی شناسایی کرد. منطقه آسیب دیده و جهت حرکت شیروانی، اما نه سطح لغزش آن، می تواند از طریق تحقیقات میدانی شناخته شود. محل ناهنجاریهای پوشش مطابق با حرکت شیروانی می باشد.
- 4 ناهنجاری های پوشش به دلیل اقدامات تعمیر و نگهداری مانند پر کردن ترکها، اضافه کردن شاتکریت و پشت بندهای فولادی مقطعی، به طور مستقیم قابل مشاهده نیستند. با این حال، رکوردهای تعمیر و نگهداری شواهدی ارائه می کنند که می تواند در تفسیر ناهنجاری های پوشش استفاده شوند.
1.2. توزیع فضایی ترک های پوشش
تنش اعمال شده به پوشش تونل به طور معمول در طول تکمیل آن محدود شده اند، به خصوص برای تونل هایی که با استفاده از تکنیک های تونل زنی مدرن مانند روش تونل زنی اتریشی جدید1 ساخته شده اند. بیشترین سازگاری تنش در اطراف سنگ/خاک توسط اولین عضوهای تکیهگاهی در طول تونل زنی به دست آمده است. همگرایی سنگ/خاک اطراف تونل به یک حالت پایدار می رسد، به عنوان مثال، کمتر از 3~2 میلی متر در هر ماه، قبل از اینکه پوشش دوم اجرا گردد. پس از آن تغییر شکل تونل پس از ساخت و ساز، که باعث افزایش تنش های پوشش می شود، اساسا موجب تغییر در تنش های محیطی می شود. هنگامی که تغییر قابل توجه در تنش های محیطی از مقاومت پوشش داخلی بیشتر باشد، پوشش گسیخته میشود و ترک خواهد خورد. ویژگی های سازهای یک پوشش و اندرکنش آنها با سنگ/خاک اطراف آن نیز روی توسعه و آرایش فضایی ترک ها تاثیر می گذارد. تاثیر ناپایداری شیروانی در الگوهای ترک در یک سطح پوشش داخلی را می توان به سه نوع با توجه به موقعیت تونل ها نسبت به جهتی که در آن شیروانی های مجاور حرکت می کند طبقه بندی کرد.
نوع اول مطابق با شکل 2الف. هنگامی که محور تونل عمود بر جهت حرکت شیروانی است، تغییر شکل برشی اطراف سنگ/خاک ناشی شده از حرکت شیروانی روی سطح مقطع عرضی تونل رخ می دهد. یک ترک طولی که از چندین مفصل ساخت و سازی عرضی به صورت دایروی عبور می کند، متداولترین ناهنجاری است. به طور معمول، تنها ترک طولی پیوسته در تاج تونل واقع شده است. دیگر ترک هایی که ممکن است رخ دهند و کمتر شایع هستند، و یا مخفی هستند، تغییر شکل برشی است که در مفاصل ساخت و ساز طولی که تاج و دیوارهای جانبی را به یکدیگر متصل می کند، رخ می دهد.
نوع دوم مطابق با شکل 2ب. هنگامی که محور تونل موازی با جهت حرکت شیروانی است، تغییر شکل برشی در طول پروفیل طولی توزیع میشود. مفاصل ساخت و ساز عرضی به طور معمول در فواصل 12~6 متری در تونل با پوشش های بتنی درجا قرار گرفته است و ممکن است فضاهایی برای سازگاری تغییر شکل برشی آماده کنند. وقتی که تغییر شکل برشی ناشی از حرکت شیروانی بر روی یک سطح لغزش متمرکز شده است و از یک بخش بین دو مفصل ساخت و ساز عرضی مجاور عبور می کند، این حلقه های پوشش داخلی ممکن است بریده شوند و ایجاد ترک های متقاطع محیطی نمایند.
نوع سوم مطابق با شکل 2ج. هنگامی که محور تونل نسبت به جهت حرکت شیروانی نسبتا مایل است، هیچ مفصل ساخت و سازی در سازه پوشش داخلی موازی تغییر شکل برشی نیستند که تاثیر حرکت شیروانی را کاهش دهد. در نتیجه، پوشش داخلی تونل باید با تغییر شکل برشی، تغییر شکل دهد. یک ترک دایروی شیبدار، معمولا با بافت برشی قابل توجه و همراه با ترک پلهای در طول صفحه برش قابل مشاهده است.
3. مطالعه موردی
سه مورد با موقعیت های مکانی مختلف بین محورهای تونل نسبت به حرکت شیروانی ها، برای توضیح بیشتر ویژگیهای ترک پوشش بررسی شد.
