بخشی از مقاله
چکیده
فضاها زیر سطحی نظیر تونلها از عوامل مهم توسعه شهری هستند .اجرای تونلها در محیطهای شهری همواره با مشکلات مختلف و متعددی همراه بوده است .گزارش حاضر به بحث و بررسی روش اجرای تونلهای شهری میپردازد .پس ارائه مقدمهای در خصوص ویژگیهای خاص تونلها، انواع روشهای اجرای تونلها مورد بررسی قرار داده شده است .روشها ی چون کند و پوش، پوش و کند، روش نوین تونلسازی اتریشی و حفاری ماشینی تمام مقطع در ا ن بخش ارائه شده اند .در توضیحات روش کند و پوش، روشها یی جهت تحکیم و تثبیت د یوارههای گود نیز ارائه شده اند .در هر روش اجرای تونل، نقاط قوت و ضعف و کاربردهای هریک نیز مطرح گردیده اند.
-1 مقدمه
توسعه پایدار شهری با رویکرد استفاده از فضاهای زیرسطحی یکی از رهیافت های نوین در زمینه شهرسازی است. این رویکرد ضمن استفاده از قابلیتهای مثبت فضاهای زیرسطحی تلاش میکند تا مسائل و مشکلات شهرها از قبیل کمبود فضا، مسائل حمل و نقل و مشکلات زیست محیطی را حل نماید. همچنین، ازجمله فاکتورهای توسعه اقتصادی، افزایش ساخت فضاهای زیرسطحی می باشد. به واسطه هزینه های سرسام آور و مشکلات عدیده تملک اراضی شهری، در مقایسه با توسعه روزمینی، فضاهای زیرسطحی ارزا نتر می باشند.
در حال حاضر در تمام کشورهای جهان فضاهای زیرسطحی زیادی با کاربر یهای متنوع، در حال بهره برداری هستند. پایینتر بودن هزینه های اولیه و عملیاتی نسبت به ایجاد تأسیسات در سطح زمین ، فراغت از مسائل توپوگرافی و عدم محدودیت در استفاده از فضا، ایمنی مناسب در مقابل حوادث طبیعی و حملات هوایی و بالاخره پایین بودن هزینه های سرمایش و گرمایش ازجمله مزایایی است که باعث رویکرد به استفاده از فضاهای زیرسطحی در عرصه های گوناگون شده است. از اصلی ترین فضاهای زیرسطحی در توسعه پایدار شهری، تونلهای ترافیکی و تونلهای مترو هستند که با هدف تسهیل ترافیک سطحی احداث میشوند. البته اجرای این قبیل تونل ها در محیطهای شهری همواره با چالشهای جدی و مسائل ویژه ای همراه بوده است. تونلسازی در محیطهای شهری ویژگیهای خاصی به شرح زیر دارد :
- همانند سایر ساز ه ها، طرح تونل باید به طور قابل توجهی با کاربری نهایی و مشخصات عملکردی تونل مرتبط باشد. ولیکن، باوجود آزادی ظاهری از قید توپوگرافی و طراحی سه بعدی، قیدهای متعددی بروز می کنند تا موقعیت محور تونل را محدود کنند. درنتیجه، مزاحمت های مکرر و اغلب غیرقابل اجتنابی از طرف ساختمان های واقع بر روی سطح زمین، تأسیسات زیرزمینی و سایر سازه های زیرزمینی از قبل موجود حادث میشود.
- ازآنجاکه اخذ مجوزهای لازم یا اشغال سطح زمین در محیطهای شهری دشوار است، دسترسی برای انجام مطالعات ژئوتکنیکی لازم م یتواند محدود شود.
- به دلایل عملکردی و اقتصادی، تونل سازی شهری عموماً در اعماق سطحی انجام میشود. این مسئله یکسری عواقب و آثار زمین شناسی و زیرسطحی را به همراه دارد.
- اعماق سطحی زمین اغلب شامل خاک ضعیف، نهشت ههای رسوبی، یا خا کهای دستی است. وضعیت زمین یکی از فاکتورهای کلیدی طراحی تونل و کنترل کننده های عملیات اجرایی است.
- در مناطق مختلفی از جهان، شهرها دارای پیشینه تاریخی مهم هستند. بدین روی، ممکن است زیرزمین در اعماق سطحی نهشته های باستان شناسی وجود داشته باشد؛ این نهشته ها باید شناخته شده و شیوه برخورد با آ نها ، به ویژه هنگام طراحی دسترسی های تونل به شفت های سرویس مشخص شود.
- تونل سازی شهری در اعماق سطحی، حتی در کنترل شده ترین شرایط اجرایی تونل، باعث وقوع نشست می شود. مقدار نشست تابع فاکتورهای متعدد به هم وابسته ای است از قبیل مقاومت زمین، واکنش زمین به حفاری ، کنترل پایداری جبهه و مقطع تونل در طول زمان اجرا، وجود آب زیرزمینی و رژیم هیدروژئولوژیکی و ... .
- واکنش ساختمان ها و تأسیسات به نشست های ناشی از تونلسازی هم در شرایط معمولی و هم در شرایط غیرمعمولی - با در نظرگیری چند سناریوی محتمل مورد بررسی قرار داده شود.
- سطح بالای اندرکنش با جریان زندگی روی سطح زمین باید تحلیل شده و توسط را ه حلهایی که با کمترین تداخل و مزاحمت موردپذیرش مردم باشد، به دقت حل وفصل شود. این به معنای تهیه یک طرح مناسب برای انحراف موقت ترافیک، جانمایی دقیق کارگا هها در پلان، توجه ویژه به مسئله کنترل غبار و سروصدای منتشره و مراقبت ویژه در خصوص مسائل مربوط به ایمنی است.
- یک طرح پایش گسترده ژئوتکنیکی، سازه ای و زیست محیطی لازم است که نه تنها به صرف هزینه مستقیم و اضافی؛ بلکه به نیروی انسانی اضافی نیز نیاز دارد.
- عموماً تونل سازی در محیط شهری، ارتباط تنگاتنگی با اجرای پروژ ههای زیرساختهای استراتژیک دارد. سیاستمداران و سرمایه گذاران پروژه در کنار عموم مردم، همگی امنیت بودجه پروژه در صرف هزینه و زمان اجرای آن را تقاضا خواهند نمود. از دیگر سوی، در طراحی و اجرای پروژه های تونل شهری همواره مسائل زیر از درجه بالایی از اهمیت برخوردار بوده اند:
- هزینه: شامل مجموع هزینه های طراحی و اجرای تونل
- زمان: که شامل زمان موردنیاز برای طراحی های مفهومی، پایه، مراحل اول و دوم و نیز زمان اجرای تونل میشود و در بسیاری پروژه ها تطویل زمان طرح و اجرای تونل مسائل ویژ های به پروژه تحمیل کرده است.
- ایمنی: شامل ایمنی کارگران، مهندسین و پرسنل اجرای تونل، شهروندان و ساز هها و مستحدثات سطحی
- کیفیت مصالح و اجرا: این عامل همواره از عوامل مهم اجرای پروژه ها بوده اند. در اجرای تونل های شهری کیفیت مصالح و اجرا با توجه به دشوار یهای مربوط به ساخت تونل از اهمیت بالاتری برخوردار می شود.
- بهداشت محیط زیست: که مسائلی چون آلودگی هوا، آلودگی صوتی، آلودگی آ بهای سطحی و زیرزمینی، لرز شها و ... را در بر می گیرد.
- تداخل با محیط پیرامون: شامل مواردی چون اختلال در ترافیک، اختلال در کسب و کار و ... تلفیق معیارهای فوق با مسائل و چالشهای ذکرشده، همواره باعث شده تا تونل سازی مسئله ای دشوار و پیچیده باشد. گزارش حاضر سعی بر آن دارد تا این مسائل را تشریح نماید.
-2 انواع روش های اجرای تونلهای شهری
پیشینه حفر تونل در کشور به احداث قنوات برای دستیابی به آ بهای زیرزمینی و به بیش از 3000 سال پیش میرسد. حفر قنات هایی به طول د هها کیلومتر در عمق تا چند صد متر، نشان از توانایی و تبحر ایرانیان قدیم در تونل سازی دارد. در حال حاضر نیز با پیشرفت فناوری و افزایش نیروهای متخصص و مجرب، انواع تونلهای شبکه حمل و نقلی، صنعتی، معدنی و ... به رو شهای گوناگون در کشور اجرا میشوند.
ازآنجاکه احداث تونلها معمولاً بر عناصر طبیعی پیرامون مانند خاک و سنگ تأثیر میگذارد، توجهی ویژه در مورد کاهش اثرات مخرب آن ضروری است، چراکه این امر سبب از بین رفتن تعادل طبیعی این عناصر میشود. به همین علت است که هدف اصلی در انواع روشهای حفاری، به حداقل رساندن تغییرات زمین در زمان حفاری است. همچنین یکی از مهمترین عوامل اصلی درزمینه پیشرفت و تکامل صنعت تونل سازی، پیشرفت هایی است که در مورد روشهای حفاری آن انجام گرفته است. ازجمله روش های حفاری که بدین منظور ابداع شده اند می توان از روش های سنتی ابتدایی، رو شهای حفاری و حفاظت مرحله به مرحله، روش های حفاری با ماشین آلات اختصاصی، روش حفاری تمام مقطع و... نام برد. در ادامه به منظور آشنایی بیشتر با چگونگی حفر تونل بخصوص تونلهای متروتشریح میشوند رو شهای عمده برای اجرای تون لهای شهری عبارت اند از:
- روش کند و پوش
- روش پوش و کند
- روش حفاری اتریشی ناتم
- روش حفاری ماشینی تمام مقطع
-1-2 روش کندو پوش
اجرای فضای زیرزمینی - تونل - بر مبنای روش کند و پوش - ترانشه باز - به این نحو انجام می شود که ابتدا مسیر تونل تا عمق نهایی به صورت کامل حفاری شده و سپس ساخت سازه تونل انجام می پذیرد. این روش در محلهایی قابل اجرا است که بتوان تردد و جریان ترافیک عبوری را در محل موردنظر تا اتمام عملیات ساخت سازه تونل متوقف نمود. در اغلب موارد به خاطر مسائل ترافیکی استفاده از این روش مقدور نیست. اساسی ترین چالش در اجرای این روش، پایدارسازی گود است. در این روش پایدارسازی به دو شکل کلی زیر انجام میشود
- خاکبرداری با شیب پایدار زمین انجام می پذیرد که این شیب به مشخصات مکانیکی و پارامترهای ژئوتکنیکی در مسیر پروژه بستگی دارد.
- گودبرداری به صورت حفر ترانشه با دیواره قائم و پایدارسازی دیواره از طریق اجرای سازه نگهبان. اجرای این روش در مقایسه با دیگر رو ش ها سادهتر است. اگرچه این روش اثرات بیشتری روی محیط اطراف دارد اما نسبت به سایر رو شها ارزا نتر است. البته در مواردی که عمق احداث تونل زیاد بوده و خاک از نظر مقاومتی ضعیف باشد، هزینه های نگهداری جداره گود افزایش یافته و صرفه اقتصادی این روش باید بررسی گردد. سازه نگهبان خاک می تواند به یکی از این رو شها اجرا شود.
– 1-1-2 تثبیت با سپرکوبی
روش استفاده از سپرکوبی امروزه توسعه گسترده ای در مناطق مختلف جهان برای ساخت دیواره های قائم که ملزم به تحمل بارهای ناشی از فشار آ ب وخاک باشند، پیداکرده است. این روش در زمین ههای مختلف اجرایی ازجمله اجرای دیوار ههای ساحلی و اسکله ها، را هها و گودبردار یهای عمیق به کاربرده شده است. درروش سپرکوبی برای دیوار ههای کم ارتفاع از پروفیل های ساده استفاده میشود ولی در مورد خاکهای سخت و یا بسیار سست و همین طور دیواره های مرتفع از پروفیل های ترکیبی استفاده میشود که دارای مقاومت خمشی بسیار بالایی می باشند. همچنین در دیواره های موقت و کوتاه ، سپری بدون مهار اجراشده و به صورت طره عمل مینماید. ولی لازم است در دیواره های عمیق از مهار برای پایدار ساختن سپری استفاده کرد.
