بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه با گسترش دانش مکانیک سنگ، پیشرفت دستگاههای حفاری و محدودیتهای فضاهای سطحی، توجه اغلب کشورهای توسعه یافته به احداث فضاهای زیرزمینی در سنگ با هدف توسعه پایدار و افزایش امنیت ملی برای مقاصد مختلف عمرانی، نظامی، نفت و گاز، انرژی و معدنی معطوف شده است. لذا لازم است که پایداری این نوع سازههای زیرزمینی از لحاظ استاتیکی و دینامیکی در برابر خطرات طبیعی و تهدیدات نظامی از دید پدافند غیرعامل مورد مطالعه قرار گیرد.
ساختار زمینشناسی متنوع ایران باعث شده مهندسین سنگ علاوه بر روشهای طراحی سازه در محیطهای پیوسته، نیازمند روشهای خاص در محیطهای ناپیوسته دارای ناپیوستگیهای متعدد و پیچیده در سنگ باشند. از بین روشهای موجود، روشهای تجربی فاقد دقت کافی واکثراً در شرایط خاص قابل استفادهاند.
از طرفی روشهای تئوری اغلب دارای فرضیات و سادهسازیهایی است که به واقعیت نزدیک نیست. همچنین روشهای آزمایشگاهی نیز قادر به در نظر گرفتن ناپیوستگیها و مقیاس واقعی مسئله نمی باشند. بنابراین تنها روشهای عددی هستند که قادر به مدلسازی دقیق منطقه و در نظر گرفتن تمام شرایط موجود میباشند. در این مقاله سعی شده ضمن معرفی انواع سازههای زیرزمینی سنگی به تحلیل پایداری عددی سازههای مذکور در محیطهای ناپیوسته با هدف پدافند غیرعامل مورد بررسی قرار گیرد.
.1 مقدمه
پدافند یا دفاع غیرعامل به معنای کاهش آسیبپذیری نیروی انسانی، تاسیسات و تجهیزات حیاتی و استراتژیک هر کشور در هنگام وقوع حوادث غیرمترقبه طبیعی نظیر زلزله، زمین لغزش، سیل و بحرانهای انسانساز مانند حملههای تروریستی و جنگها، بدون استفاده از اقدامات نظامی و صرفاً با بهرهگیری از تمهیدات غیرنظامی، فنی و مهندسی و مدیریتی است. در این خصوص طراحی و ساخت انواع سازههای سطحی و زیرزمینی با هدف ایجاد فضاهای امن به منظور مقابله با آثار حوادث طبیعی و غیر طبیعی در زمان صلح و جنگ جزء لاینفک اصول پدافند غیر عامل هر نظام سیاسی بوده که باعث توسعه پایدار کشورها می گردد.
سازههای زیرزمینی به دلیل پنهان بودن در سطح زمین - اختفا - و قرارگیری در عمق زمین مزیت بیشتری نسبت به سازههای سطحی دارند. از طرفی جنس دیواره، سقف و کف اغلب سازههای زیرزمینی از سنگ میباشد که دارای مقاومت بیشتری نسبت به مصالح غیر طبیعی مورد استفاده در سازههای سطحی است. در واقع این نوع سازهها، شامل فضاهای زیرزمینی است که با عملیات حفاری درون توده سنگ ایجاد میشوند.
توده سنگ محیط پیوسته و یا ناپیوستهای است که طی فرآیند زمین شناسی در طول میلیونها سال به وجود آمده و به تعادل میرسد. از نقطه نظر مهندسی سنگ، محیط پیوسته سنگی در واقع شامل ماده سنگ برجای فاقد ناپیوستگی است که همگن، همسانگرد و دارای رفتار الاستیک خطی است. ولی در محیط ناپیوسته سنگی، علاوه بر ماده سنگ، انواع ناپیوستگیها وجود داشته بنابراین این محیط ناهمگن، ناهمسان و دارای رفتار الاستوپلاستیک غیرخطی است. منظور از ناپیوستگی، صفحات ضعیف موجود در توده سنگ میباشد که شامل انواع گسلها، چین خوردگیها، لایه بندیها و درزه-ها است که باعث کاهش مقاومت و البته پیچیده شدن رفتار توده سنگ میگردد. در این مقاله سعی شده است که ضمن معرفی انواع سازههای زیرزمینی در توده سنگ، به نحوه طراحی و پایدارسازی آنها با در نظر گرفتن اصول پدافند غیرعامل پرداخته شود.
.2 سازههای زیرزمینی پدافند غیرعامل
سازههای زیرزمینی مورد استفاده در پدافند غیرعامل را میتوان به دو بخش شهری و غیرشهری طبقهبندی نمود. سازه-های زیرزمینی شهری شامل شهرهای زیرزمینی، تونلهای راه شهری، تونلهای قطار شهری - مترو - ، تونلهای آب و فاضلاب، پارکینگها، زیرگذرها و پیادهراهها، فروشگاهها، انبارها، بیمارستانها، مراکز اداری و آموزشی، سالنهای هنری، ورزشی، تفریحی و ورزشی و پناهگاهها می باشد.
در دهههای اخیر جهت کاهش مشکلات ترافیکی این نوع سازهها کاربرد گستردهای در مدیریت کلان شهرها یافتهاند که با بکارگیری اصول پدافند غیرعامل در توسعه امنیت شهرها و کاهش خسارات جانی و مالی در زمان بحرانهای طبیعی و غیرطبیعی می توانند نقش موثری را ایفا نمایند. همچنین سازههای زیرزمینی غیرشهری نیز شامل، تونلهای راه بین شهری، تونلهای انحراف و انتقال آب، نیروگاههای برقابی و اتمی، مغارها، مخازن انرژی، چاهها آب، نفت و گاز، انبارها، پایگاههای نظامی، فضاهای ذخیره سازی باطله، کارخانههای صنعتی و انواع فضاهای زیرزمینی کوچک و بزرگ افقی، شیبدار و قانم معادن زیرزمینی است که می توانند نقش مهمی در امنیت ملی و پدافند غیر عامل کشورها ایفا کنند.
.3 ساختار سازههای زیرزمینی در سنگ
غالباً سازههای زیرزمینی به عنوان فضاهای زیرزمینی حفاری شده در مواد طبیعی نظیر سنگ و یا خاک شناخته می-شوند. با توجه به وضعیت زمینشناسی موجود در مناطق مختلف، از نقطه نظر مهندسی مکانیک سنگ محیطی که یک سازه زیرزمینی درون آن ایجاد میشود می تواند پیوسته، ناپیوسته و شبهپیوسته منظور گردد. در شکل 1، وضعیت انواع محیطهای سنگی در ایجاد یک سازه زیرزمینی نشان داده شده است.
شکل .1 طبقهبندی انواع محیطهای سنگی؛ - الف - پیوسته، - ب - ناپیوسته, - ج - شبهپیوسته
همانطور که در شکل .1الف مشخص است، محیطهای پیوسته شامل زمینهای همگن و یکپارچه ای است که از سنگ بکر فاقد ناپیوستگی تشکیل شده است. اما محیطهای ناپیوسته - شکل .1ب - در واقع زمینهای ناهمگن و غیریکپارچهای است که شامل سنگ بکر و ناپیوستگی است که به عنوان توده سنگ یا سنگهای درزهدار شناخته میشوند. محیطهای شبه پیوسته نیز برای سنگهایی است که شدیداً خرد شده و یا هوازده هستند - شکل .1ج - . چون رفتار نهایی زمین در این حالت میتواند شبیه به رفتار محیط پیوسته باشد، محیط را شبهپیوسته مینامند.معمولاً در روشهای تحلیل پایداری سازهها، رفتار سنگ در محیطهای شبه پیوسته معادل محیطهای پیوسته در نظر گرفته می شود.
.4 تحلیل پایداری سازههای پدافند غیرعامل
جهت استفاده از فضاهای زیرزمینی به عنوان سازههای پدافند غیرعامل بایستی علاوه بر بررسی پایداری این نوع سازهها از لحاظ استاتیکی ناشی از تنشهای طبیعی برجای اولیه قبل از حفاری و تنشهای القایی ثانویه بعد از حفاری، باید آنها را در برابر بارهای دینامیکی ناشی از حفاری در سنگ به روشهای چالزنی و آتشباری و یا انتشار امواج لرزهای در سنگ در اثر تهدیدات طبیعی نظیر زلزله و زمین لغزش و تهدیدات نظامی نظیر برخورد و انفجار انواع مختلف بمب و موشک بررسی نمود.
