بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مقایسه فنی و اقتصادی روشهای اجرای شبکه های فاضلاب شهری با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP)
چکیده:
شبکه های جمعآوری فاضلاب از جمله مهمترین زیرساختهای شهری هستند که با صرف سرمایههای عظیم به اجرا درمیآیند؛ لذا شناسایی نقاط ضعف و قوت فناوریها، ارزیابی معیارهای اقتصادی، بررسی روشهای مختلف اجرا ونهایتاً انتخاب روش بهینه، امری مهم و بدیهی است. در این پژوهش، ضمن معرفی اجمالی روشهای متداول اجرای شبکه های فاضلاب، مقایسه فنی، اقتصادی، زیست محیطی و انسانی برای پنج روش مهم و عمده اجرای شبکه های فاضلاب شهری شامل »حفاری دستی«، »ترانشه باز«، »میکروتونلینگ«، »لولهرانی« و »لولهرانی ضربه ای« انجام پذیرفت. پارامترهای موثر در پنج رده شناسایی و دسته بندی شده و امتیازدهی به پارامترها انجام شد. دادهها با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) در محیط نرمافزاری تجزیه و تحلیل گردید. بر اساس نتایج این پژوهش، عوامل اقتصادی بیشترین نقش را در انتخاب روش بهینه داشته و روش میکروتونلینگ به عنوان بهینهترین روش به لحاظ تأمین همزمان پارامترهای فنی و اقتصادی پیشنهاد شد.
کلمات کلیدی: شبکه فاضلاب، مقایسه فنی و اقتصادی، تحلیل سلسله مراتبی (AHP)
.1 مقدمه و هدف
بهبود روشهای اجرای شبکه های جمعآوری فاضلاب شهری، ضمن بهینهسازی پارامترهای مهم اقتصادی و کیفی، نقش بسزایی بر توسعه اجتماعی دارد .[1] انواع هزینه های یک پروژه در چهار گروه اصلی تقسیمبندی میشود: هزینه های قبل از ساخت (شامل مخارج برنامهریزی، طراحی و...)؛ هزینه های ساخت و اجرا (شامل هزینه های مستقیم: مصالح، نیروی کار و هزینه های غیرمستقیم: مخارج سربار، هزینه های اداری و...)، هزینه های اجتماعی (شامل آلودگی صوتی، اثرات زیستمحیطی، ترافیک و...) و هزینه های بهرهبرداری و نگهداری (شامل هزینه های شروع به کار، هزینه های نگهداری و...) 1] و .[2 روشهای حفر فضاهای زیرسطحی به طور کلی به دو دسته تقسیم میشوند که عبارتاند از: روشهای حفر با تخریب سطح (ترانشه باز) و روشهای حفر بدون تخریب سطح (بدون ترانشه.[3] (1 اگرچه در ایران معیار اصلی برای انتخاب شیوه اجرا و بازسازی شبکه های فاضلاب، هزینه های مستقیم اقتصادی بوده است، اما به حساب آوردن هزینه های مربوط به منابع انسانی، اجتماعی و زیست محیطی در معادلات برآورد مالی، ممکن است صفحه ترازو را به سمت روشهای نوین بدون حفر ترانشه بکشاند .[4] روشهای ترانشه باز و روشهای بدون ترانشه دو تقسیم بندی اصلی برای اجرای تاسیسات زیرزمینی است؛ که در این میان، اصطلاح روشهای بدون ترانشه اصولا به روشهای کارگذاری یا بازسازی شبکه که کمترین میزان آسیب به پوشش سطحی زمین و سطح خیابانها را دارند، اطلاق میشود .[1] مزایای روشهای بدون ترانشه همانند دقت زیاد در نصب تأسیسات، کاهش هزینه های غیرمستقیم و هزینه های ناشی از در نظر گرفتن ملاحظات اجتماعی و زیستمحیطی؛ باعث گسترش روز افزون آن در فضاهای پرترافیک و حساس شده است 3] و .[2 در کنار این مزایا، از محدودیتهای روش بدون ترانشه میتوان به لزوم سرمایهگذاری اولیه بالا، نیاز به تجربه و تخصص نیروی انسانی و ریسکپذیری نسبت به موانع غیرمنتظره و یا تغییر نوع زمین اشاره کرد .[5]
.1 .1 حفرمیکروتونل:2
این روش از تکنیکهای جدید و پیشرفته برای حفاری زیر سطحی است و با استفاده از آن تخریب سطح به حداقل رسیده و دقت بالای نصب، درمسیرهای منحنی و شیبدار قابل دستیابی است. ماشینهای میکروتونلینگ در دو نوع اسلاری3و متهدار موجود هستند. در مقابل این مزایا، دستگاهها بسیار گران قیمت بوده و همچنین، پیمانکاران تجربه کمی درباره بهرهگیری از آن دارند .[3] این تکنیک برای حفر تونلهای کوچک مناسب است (شبیه به ماشین حفر تونلهای بزرگ)، توسط اپراتور با تجربه و متخصص حاضر در اتاق کنترل در سطح زمین هدایت شده و معمولا برای حفاری اقطار 1/5-0/6 متر مورد استفاده قرار میگیرد 6] و .[7 برای ارتقای این روش، مباحثی همچون تقویت قسمت جلوگاه میکروتونلر با تصفیه سیال بازگشتی و بکارگیری آن در حفاری، انتخاب زاویه مناسب برخورد تیغه یا جلوگاه میکروتونلر، ارائه مدلهای محاسباتی برای کاهش تنشهای وارده و جلوگیری از فروریختن دیوارهها ارائه شده است .[8] همچنین مدلهای محاسباتی برای بهینهسازی جایگذاری لولهها مانند AZ-01 برای این روش نیز ارائه شده است .[9] مزایای این روش شامل کاهش هزینه های اجتماعی، هزینه عملیات وسایل نقلیه، هزینه های وابسته افزایش مسافت به علت کندکاری، هزینه جلوگیری از عبور پیاده از پیادهروها، هزینه های کنترل آلودگی و گرد و خاک، از دست دادن درآمدهای فروش کارت پارک، کاهش درآمدهای فروشندگان ناحیه، هزینه های ناشی صرف زمان بیشتر در ترافیک میباشد .[2]
.2 .1 لوله رانی:4
این روش، یکی از تکنیکهای نصب تکنولوژی بدون ترانشه میباشد. این روش در واقع عملیات تونلکنی با استفاده از نیروی جک هیدرولیکی است 6] و .[7 زمانی که این راهحل در مقایسه با حفاری روباز مطرح میشود، ارزیابی مزیت تغییر مسیر لوله را باید در نظر گرفت؛ چرا که این عامل باعث کاهش طول خط لوله و همچنین کاهش تعداد منهول میگردد .[11] مراحل و نحوه اجرای پروژه در لولهرانی و میکروتونل عبارتست از: احداث شفت خاکبرداری، مش بندی، قالببندی و بتنریزی. در لولهرانی، حفاری با چرخش سرمته و اعمال نیرو توسط جک آغاز شده و خط لوله از طریق چاله مبدا به چاله مقصد، جک میشود .[1] برای ایجاد تکیهگاهی که بتوان جکها را به داخل زمین راند، یک دیوار فشاری جلوبرنده یا که تکیهگاه دستگاه میباشد، ساخته میشود 1] و .[6 در انتها، پس از کارگذاری لولهها، منهولها در محلهای تعیین شده احداث میگردند.
تجهیزات حفاری لولهرانی نیز شامل حفاری بادست، ماشین TBM، سپر با بازوی حفار، سپر با چکش هیدرولیکی، ماشین گل حفاری، سپرهای تحت فشار و ماشین میکروتونل میباشد .[7] مهمترین عاملی که ابعاد لولهها را تحت فشار وارده کنترل میکند، مقاومت آنهاست. انتخاب مصالح لوله بستگی به طول لوله رانی، قطر، اوضاع زمین یا نوع استفاده از خط لوله دارد 7]و.[11 هرچه طول لوله بیشتر باشد، اصطکاک لوله افزایش مییابد. برای رفع این مشکل، قطرحفاری به اندازه 12 الی 200 میلیمتر بزرگتر از قطر لوله در نظر گرفته شده و از یک ماده روانکننده مانند گل حفاری (بنتونیت) استفاده میگردد 6] و 7 و .[10
از جمله چالشهای رودررو در روش لولهرانی میتوان به ضرورت تثبیت بستر شفتها، مشکلات تخلیه آب شفتها درصورت بالا بودن سطح آب زیرزمینی، مقابله با برداشت ماسه اضافی و نشستهای احتمالی سطح جاده اشاره نمود 6] و .[12 همچنین یکی از نکات مهم اجرایی این روش، نیاز به محیط سرپوشیده با حداقل ابعاد 4 تا 6 متر است برای نصب و فرستادن شفت میباشد .[13]
.3 .1 لوله رانی ضربه ای:5
این روش شامل استفاده از نیروهای دینامیکی توسط چکش ضربه ای که در انتهای لوله متصل شده میباشد. این روش این امکان را میدهد که اجرای بزرگ فولادی در یک طیف وسیعی از خاک با شرایط مختلف نصب شوند؛ البته هر چه کوبیدن طولانیتر شود برای تقلیل نیروی اصطکاکی از مقداری مایع حفاری استفاده میگردد تا از هدر رفت نیروی محرکه چکش جلوگیری شوداین. روش معمولاً در حفاریهای افقی استفاده میشود اما هیچ منعی برای حفاری عمودی وجود ندارد و به دو روش رو باز و رو بسته انجام میشود .[7] ضخامت دیواره لولههای مورد استفاده به قطر و طول لوله بستگی دارد (شکل .[15] (5
»کفشک برشی«6 ابزاری است که در ابتدای لوله پیشرو قرار میگیرد تا از تغییر شکل لوله در اثر برخورد لوله و خاک و ضربه وارد شده و ایجاد حفره در لوله پیشرو جلوگیری کند تا در مسیر درست حرکت داشته و انحرافی صورت نگیرد. برای جلوگیری از تغییر شکل این ابزار از مخروطی شده آن استفاده میشود تا کارایی و راندمان بالاتری داشته باشد (شکل (6در. بیشتر موارد پس از رسیدن لوله به گودال مقصد، پیستونِ اعمال نیرو از لوله جدا شده و خاک درون لوله به سه روش زیر بسته به موقعیت تخلیه میشود: (1 خارج کردن خاک به وسیله هوا و آب فشردهشده؛ (2 تفکیک و خارج کردن خاک با متههای حلزونی و زمینکوبهای مکانیکی و یا با فشار دستگاههای جت؛ (3 برای لولههایی با قطر بالای 900 mm میتوان از خاکبرداری دستی استفاده کرد .[15]
در روش لولهرانی ضربه استاندارد در طرف گودال مقصد، محل رسیدن لوله معلوم شده و جکگذاری میشود و از طریق روش ایمپکت مولینگ7 (حداکثر 75 میلیمتر) گمانه حفر شده، این کار برای هدایت ضربهزننده به نقطه دقیق اعمال نیرو و همچنین این گمانه میتواند اطلاعات دقیقی از نوع خاک را در متراژهای جلوتر در اختیار قرار دهد (شکل .[15] (6
.2 مواد و روشها
روش تحلیل سلسله مراتبی(AHP) 8 توسط فردی عراقی به نام ساعتی در سال 1980 پیشنهاد گردید. این روش، تصمیمگیرندگان را قادر میسازد تا اثرات متقابل و همزمان بسیاری از وضعیتهای پیچیده و نامعین را تعیین کنند. در روش AHP، المانهای هر سطح با المانهای مربوط به خود در سطح بالاتر مقایسه میشوند تا بدینوسیله روش مقایسه زوجی و منطقی بدست آید. نتایج حاصل از مقایسه ها، ماتریسی به صورت زیر خواهد بود :[16]
