بخشی از مقاله
چکیده
جابجاییهای زمین جزو پیامدهای اجتناب ناپذیر حفاری و ساخت یک تونل به شمار میرود. حفاری تونل با آزاد شدن تنش برجا همراه است که تنها بخشی از آن با نصب سیستم نگهداری تونل قابل کنترل میباشد. در واقع، ایجاد یک فضای خالی در حداقل زمان ممکن و فراهم آوردن زمینه نصب یک سیستم نگهداری بینهایت صلب برای پر کردن دقیق آن غیرممکن است. از اینرو، بخشی از تغییرشکل زمین در عمق تونل رخ خواهد داد، که این امر زنجیرهای از جابجایی ها را سبب میگردد که پیامد آن نشستهای سطح زمین خواهد بود و با کاهش عمق تونل بر اهمیت آن افزوده خواهد شد.
پروژه خط 2 قطار شهری مشهد با طول 14/3 کیلومتر و عمق ریل 16 تا 25 متر در شهر مشهد در حال احداث میباشد. با توجه به اینکه مسیر عبور دستگاه حفاری و حفر تونل در یکی از مسیرهای پرتردد شهری و در محدوده با تراکم ساختمانی زیاد و با ریسک بالا قرار گرفته است، لذا بررسی وضعیت نشست و ریسکهای مرتبط با نشست ساختمانهای محدوده مسیر حفاری از اهمیت بسیار بالایی برخوردار میباشد.
در این مقاله بررسی ترکیبی بر روی ساختمان-هایی از طول مسیر را ارائه میدهد که میتوانند به طور مستقیم یا غیرمستقیم تحت تأثیر تغییرشکلهای زمین ناشی از عملیات حفاری تونل قرار گیرند.، معرفی میشوند. همچنین نشستهای یکی از ساختمانهای پراهمیت در طول مسیر خط 2 قطارشهری مشهد با استفاده از نرمافزار Plaxisتجزیه و تحلیل قرار گرفته و متعاقباً ریسک نشست این ساختمان بر اساس روش معرفی شده مشخص میگردد. نتیجه نشان میدهد که روش معرفی شده به خوبی رده ریسک ساختمان را مشخص کرده که نهایتاً با توجه به رده ریسک مشخص شده میتوان تصمیمات مقتضی را برای ساختمان مورد نظر اتخاذ نمود.
-1 مقدمه
- 1 میزان ریسک نشست ساختماان
حفر تونل توسط ماشین حفاری تونل - TBM2 - در زمینهای خاکی میتواند منجر به ایجاد جابجاییهای افقی و عمودی در اطراف تونل شود. این جابجاییها میتوانند به سطح زمین رسیده و موجب آسیب رساندن به سازههای موجود در سطح زمین شوند. طی 40 سال گذشته، مشکل نشستهای ناشی از عملیات تونلسازی، مورد علاقه محققان بیشماری بوده و مقالات متعددی در این زمینه منتشر شده است. 3 استفاده از دستگاههای E.P.B.TBM - که معمولاً در محیطهای شهری با عمق کم حفاری از آن استفاده می شود - درصد احتمال وقوع ریسک نشست زمین را بشدت کاهش می دهد.
در حفاری تونل، نشستها اساساً از سه مؤلفه ناشی میشوند:[1] -1 نشست کوتاه مدت - یا آنی - -2 نشستهای ناشی از تغییرشکل لاینینگ تونل، -3 نشستهای طولانی مدت شامل تحکیم اولیه - که معمولاً در خاکهای چسبنده یا قابل تراکم در خلال از دست رفتن فشار منفذی مازاد رخ میدهد. - و تحکیم ثانویه - شکلی از خزش خاک که عمدتاً با توجه به میزان تراکمپذیری اسکلت خاکهای تراکمپذیر کنترل میشود - . در تحقیقات گذشته نشان داده است که مقدار نشست سطح زمین در اثر حفاری تونل به وسیله سپر فشار تعادلی زمین - EPB - در مسیر خط 2 قطار شهری مشهد بیش از حد مجاز میباشد - حسینی و همکاران - . برای جلوگیری از بروز خرابی در ساختمانهایی که طی فرآیند SRA4 - تعیین میزان ریسک نشست ساختمان - به دسته های III ، IV و V بر اساس میزان خطر تقسیم بندی شدهاند.
-2 روشهای اصلاح خاک
انتخاب روشی که باید به کار رود از بین روشهای موجود، بستگی به هدف از بهسازی خاک در شرایط خاص آن دارد. در جدول - 1 - خلاصهای از کاربرد روشهای مختلف و نیز تأثیر آنها، آورده شده است [5] علاوه بر این موارد، شرایط خاک هم از اهمیت حیاتی برخوردار است. در طول تونل ویژگیهای خاک متغیر است. بنابراین در نقاط مختلف اقدامات مقابله با نشست متفاوتی ممکن است مناسب باشد.
برای اجرای طرح بهسازی خاک در یک موقعیت معین، اطلاعات زیر درباره خاکی که با آن سر و کار داریم لازم است: نوع خاک- پایداری خاک- چگالی حجمی- توزیع دانهبندی- درصد رطوبت - حدود اتربرگ برای مشخص شدن مناسبترین مخلوط یا سیال تزریق برای شرایط خاص خاک محل، ممکن است نیاز به آزمایش های برجا و آزمایشگاهی باشد. پارامترهایی که در بالا ذکر گردید باید قبل از طراحی دقیق طرح بهسازی خاک تعیین شوند.
-3 اقدامات مقابله با نشست مرتبط با خط 2 قطار شهری مشهد -1-3 اقدامات حفاظتی برای حفاظت از ساختمانها و سازهها قبل از شروع تأثیرات فرآیند تونلزنی اقدامات خاصی - از جمله روش اختلاط در عمق، تزریق نفوذی، تزریق جت و انجماد - را برای بهسازی خاک باید انجام داد. در پروژه خط 2 قطار شهری مشهد، روش انجماد بعلت عدم وجود آب زیرزمینی در ترازهای مربوطه برای حفاظت از ساختمانها مورد بررسی قرار نمیگیرد. در این پروژه ساختمانها و بناها به کمک بهسازی خاک به دو روش میتوانند محافظت شوند: -1 اقدامات حفاظتی افقی و -2 اقدامات حافظتی عمودی - شکل . - 1
-4 طبقهبندی ساختمانها بر اساس میزان آسیبپذیری در برابر نشست بر اساس اطلاعات فنی حاصل از پروژه - ازجمله کاربری ساختمان، نوع فونداسیون، عمق فونداسیون، تعداد زیرزمین، تعداد طبقات ساختمان، سیستم سازهای، نوع دیوارهای سازهای، عمر نسبی ساختمانها و وضعیت کلی مقاومت سازه - ، ساختمانهای محدودهی پروژه خط 2 قطار شهری مشهد به صورت جدول - 2 - طبقهبندی میشوند. در این طبقهبندی، ساختمانها بر اساس میزان آسیب-پذیری در برابر نشست، در 5 رده که قرار میگیرند - جدول . - 2
-5 تعیین رده ریسک ساختمانها
در روند تعیین میزان ریسک نشست ساختمانها - SRA - ، آخرین گام تعیین خطر احتمالی ناشی از نشست - دستهبندی خسارت - در مقایسه با میزان آسیبپذیری هر ساختمان میباشد.[6] در اینجا رده ریسک ساختمانها به 5 دسته تقسیم میشوند که در جدول - 3 - آمده است.[6] با توجه به موارد فوق، ساختمانهای پروژه خط 2 قطار شهری مشهد به ردههای مختلف ریسک تقسیم میشوند. این ساختمانها در رده-های - I - الی - V - دستهبندی شده که ریسک در ساختمانهایی که در رده I هستند بسیار کم و ساختمانهایی که در رده V هستند بسیار زیاد است. ساختمانهایی که نیاز به اقدامات محافظتی دارند، در دسته III به بالا قرار دارند. در ادامه، هر رده ریسک به طور جداگانه بررسی شده و اقدامات محافظتی مناسب برای هر رده پیشنهاد میگردد.
- 1- 5 ساختمانهای رده ریسک V
ساختمانهایی که در رده خطر V قرار دارند با خطر خرابی سازهای و یا از دست دادن یکپارچگی آن روبرو هستند. برای محافظت از این بناها اقدامات گسترده و جدی باید انجام گیرد. ساختمانهای این رده خطر در جدول - 4 - آورده شدهاند. تمامی این ساختمانها به جز ساختمان 6B12 روی محور تونل قرار دارند. ساختمان 6B12 با اینکه روی محور تونل نمیباشد اما به خاطر اهمیت خود ساختمان - رده E، بیمارستان - رده خطر آن در بالاترین رتبه قرار گرفته است. آن دسته از ساختمانهایی که روی محور تونل قرار دارند نشست ناشی از تونل حتماً بر روی آنها تأثیر خواهد گذاشت. بنابراین عملیترین اقدامی که باید انجام داد استفاده از روشهای جبران نشست مانند تزریق تراکمی یا تزریق شکافتی است.
لازم است که برای ساختمان 6B12 بررسی گردد که استفاده از روش تزریق جبرانی مناسبتر است یا دیوار سازهای قائم بین تونل و پی ساختمان هک ترجیحاً با تزریق جت انجام میشود. به دلیل احتمال وقوع نشستهای ناهمگون، مانیتورینگ ساختمانها در زمان عبور TBM بسیار ضروری است. برای کنترل روشهای جبرانی نشست، مانیتورینگ گستردهای، مخصوصاً در زمان عبور TBM، باید بر روی ساختمانهای نیازمند حفاظت، انجام گیرد.
حتی زمانیکه روشهای جبران نشست و مانیتورینگ به خوبی در حال انجام است، ممکن است برای امنیت افراد ساکن در ساختمان نیاز شود تا به طور موقت ساختمان از سکنه تخلیه گردد. لزوم تخلیه ساختمان باید برای هر سازه به صورت جداگانه بررسی گردد که بستگی به نوع ساختمان، نوع ساختار و کاربری هر ساختمان دارد. برای هر ساختمان واقع در این رده خطر باید ارزیابی شود که آیا از نقطه نظر اقتصادی و یا اجتماعی ارزش دارد که با اقدامات مقابله با نشست مورد حفاظت قرار گیرد یا بهتر است ساختمان تخریب گردد. در ضمن اینکه اقدامات محافظتی ساختمان را از تخریب محافظت میکند، ممکن است هزینه اقدامات مذکور بسیار سنگین شود.
