پروژه تونل سازی

تعریف تونل: تونل راهرو زیرزمینی افقی یا تقریباً افقی که از هر دو طرف به هوای آزاد مرتبط است.

مراحل تونل سازی: مراحل احداث و آماده سازی تونلها به شرح زیر است:

الف) تهیه طرح تونل      ب) نقشه برداری مسیر و تحقیقات مهندسی    ج) حفر تونل

د) نگهداری موقت تونل

طبقه بندی تونلها: به طور کلی تونلها را می توان به سه دسته تونلهای حمل و نقل، تونلهای صنعتی و تونلهای معدنی تقسیم کرد.

تونلهای حمل و نقل: این تونلها به قصد رفت و آمد افراد و حمل مواد احداث شده و خود به گروههای زیر تقسیم می شوند:

الف) تونلهای راه آهن    ب) تونلهای راه     ج) تونلهای پیاده رو    د) تونلهای ناوبری    ه) تونلهای مترو

تونلهای صنعتی: این تونلها به منظور انتقال مواد و تاسیسات احداث می شوند و گروه تونلهای زیر را دربرمی گیرند.

الف) تونلهای مربوط به نیروگاههای آبی   ب) تونلهای انتقال آب   ج) تونلهای استفاده همگانی و پناهگاهها   د) تونلهای فاضلاب   ه) تونلهای طرحهای صنعتی  و) انباری های نظامی   ذ) تونلهای دفن زباله های اتمی

تونلهای معدنی: این تونلها که به منظور احداث شبکه معادن حفر می شوند، شامل تونلهای زیر هستند:

الف) تونلهای گشایشی معدن    ب) تونلهای اکتشافی    ج) تونلهای استخراجی (مثل راهروهای معدنی، گالریها)       د)تونلهای خدماتی         ه) تونلهای زهکشی

تونلهای حمل و نقل به عنوان یک سازه دائمی و برای استفاده طولانی مدت طراحی می شوند و سیستم نگهداری آنها بطور اصلوی با تونلهای معادن متفاوت است.

از جمله اختلافات دیگر تونلهای معدنی و حمل و نقل، ابعاد  آنهاست. تونلهای معدنی ابعاد محدودی دارند، حال آنکه تونلهای حمل و نقل به مراتب ابعاد بزرگتری دارند.

قبل از حفر و احداث تونل، بایستی منطقه موردنظر را مطالعه کرد و مناسب ترین مسیر تونل را برگزید و آنگاه مسیر را مطالعه کرد. واضح است که این مطالعات زمان بر و هزینه بر است، اما بدون انجام آن ممکن است اشکالات اساسی در ضمن احداث تونل بروز کند. به طور کلی مطالعات مسیریابی را می توان به شرح زیر رده بندی کرد:

الف) جمع آوری اطلاعات منطقه   ب) بررسی عکسهای هوایی و نقشه های توپوگرافی منطقه   ج) مطالعات زمین شناسی سطحی   د) مطالعات ژئوفیزیکی   ل) حفر گمانه های اکتشافی    ن) مطالعات آب شناسی   ی) حفر گالریهای اکتشافی   و) آزمایشات برجا    ه) بررسیهای آزمایشگاهی

از دیدگاه مهندسی، خاک یا سنگی که مسیر تونل از آنها می گذرد، در واقع نوعی مصالح ساختمانی به شمار می رود و بنابراین برای آ“که بتوان شیوه حفر و نگهداری مناسب را برگزید، ابتدا باید ویژگی های مهندسی ژنها را به خوبی شناسایی کرد.

با توجه به این واقعیت که در واقع زمین محل، مصالح سازنده فضای زیرزمینی را تشکیل می دهد، نه پوششهای موقت و یا دائمی به هنگام طراحی تونل ها باید نکات زیر را مدنظر قرار داد:

الف) مطالعه دقیق وضعیت زمین شناسی و ژئوتکنیکی محل   ب) تطبیق هر چه بیشتر طرح و اجرای آن با شرایط طبیعی زمین   ج) حداقل دستکاری در وضعیت طبیعی زمین  د) ثبت دائمی حرکات زمین در اطراف فضای ایجاد شده

قبل از هرگونه عملیات تحقیقاتی در مورد منطقه، ابتدا باید اطلاعات موجود را جمع آوری کرد. بدین منظور بایستی با مراجعه به سازمان ها و موسساتی که احتمال دارد در منطقه کارکرده باشند، اطلاعات احتمالی را به دست آورد. این اطلاعات شامل موارد زیر است: الف) نقشه توپوگرافی منطقه که معمولاً از طریق سازمان نقشه برداری کشور و یا سازمان جغرافیایی ارتش تهیه می شود    ب) نقشه زمین شناسی منطقه که برای تهیه آن باید به سازمان زمین شناسی کشور مراجعه کرد    ج) عکسهای هوایی منطقه که برای تهیه آن باید به سازمان جغرافیایی ارتش مراجعه کرد.    د) مراجعه به بانکهای اطلاعاتی برای تهیه تحقیقات احتمالی که در مورد منطقه انجام گرفته است.

ارزیابی ساختمان تونل: براساس مطالعاتی که درباره ساختگاه تونل انجام می گیرد، می توان محدوده را از نظر ژئوتکنیکی ارزیابی کرد. اصولاً بسته به واکنش زمین نسبت به ایجاد تونل (یا هر فضای زیرزمینی دیگر) آن را به دو گروه کلی با شرایط مناسب و نامناسب تقسیم بندی می کنند. اگر شرایط زمین مناسب باشد، در زمینه حفر تونل مشکلی پیش نمی آید، حال آنکه در مورد زمینهای نامناسب ممکن است احداث تونل با خطراتی توام باشد و یا موجب توقف، تاخیر و افزایش غیرعادی هزینه ها بشود. در چنین شرایطی قبل از شروع حفاری تونل، باید زمین را بهسازی کرد. عوامل اصلی تعیین کننده شرایط زمین عبارتند از:

الف) مشخصات سنگ     ب) خاک     ج) آب زیرزمینی    د) سایر عوامل

پیش بینی نشت زمین:

در اثر احداث تونل، وضعیت تنشهای موثر بر زمین تغییر می کند که تغییر شکلهایی را به دنبال دارد. اگر برای مهار این تغییر شکلها تدبیری اتخاذ نشود، امکان دارد که تاج تونل نشت کند و تاثیر آن به سطح زمین برسد و سرانجام باعث نشت ساختمانها و تاسیسات واقع در بالای تونل بشود. یکی از عوامل دیگر که در نشت زمین موثر است، زهکشی آب زیرزمینی منطقه به وسیله تونل و در نتیجه پایین رفتن سطح ایستابی است.

با توجه به اهمیت پدیده نشت زمین باید روشهایی را برای حفر و نگهداری تونلها برگزید که نشت به حداقل ممکن برسد.

در بعضی موارد طراحی و اجرای سیستم نگهداری مناسب، مانع از نشت موثر زمین یم شود و گاه نیز لازم است زمین بهسازی یا تقویت شود. میزان نشت به شرایط زمین شناختی، ابعاد تونل و روش حفاری و نگهداری بستگی دارد.

پدیده نشت معمولاً در مورد تونلسازی در زمین های خاکی مهمتر از زمینهای سنگی است، اما در پاره ای موارد اجرای نامناسب حفاری و نگهداری تونل در زمینهای سنگینی نیز پدیده نشست را به دنبال داشته است.

شکل و ابعاد مقطع تونل:

انتخاب شکل و ابعاد مقطع تونل تابع هدف احداث تونل، سیستم حفر تونل،‌ شیوه بارگیری و روش نگهداری دایمی آن است. در مواردی که استفاده از شکلهای مختلف امکان پذیر باشد، باید شکلی را انتخاب کرد که هزینه های کلی احداث تونل به حداقل ممکن برسد.

تونلهای مترو:

ابعاد تونلهای مترو نیز تابع نوع قطارها و سرعت آنها است.

امتداد تونلها:

تونلهای مترو: حداقل شعاع انحنای تونلهای مترو نیز تابع سرعت ماکزیمم پیش بینی شده برای قطارها است. به عنوان مثال، حداقل شعاع انحنای تونلهای مترو شهر نیویورک واقع در ایالات متحده آمریکا، 107 متر در نظر گرفته شده، حال آنکه این عدد در مورد مترو شهر سانفرانسیسکو همین کشور، حداقل 1100 متر است.

شیب تونلها:

تونلهای مترو: حداقل شیب مجاز تونلهای مترو در طول مسیر 3 درصد و در ایستگاهها 1 درصد و حداقل آن 5/0 درصد می باشد.

وضعیت سنگ شناسی محدوده تونل: ساختگاه تونل ممکن است حاوی سنگهای آذرین، رسوبی،‌ دگرگونی و یا مخلوط آنها باشد. هر یک از این سنگها از نظر حفر و نگهداری تونل، وضعیت های مختلفی دارند.

الف) سنگهای آذرین،‌ مقاومت فشارشی بالایی دارند و به همان نسبت حفاری آنها مشکل است، اما به علت مقاومت خوبی که دارند، در بسیاری موارد «خودنگهدار» هستند و نیازی به نصب سیستم نگهداری در آنها نیست.

ب) سنگهای رسوبی در حالت کلی ضعیف تر از سنگهای آذرین اند و بنابراین برای حفر تونل در بسیاری از این سنگها، می توان از ماشین های تونل کنی استفاده کرد. در عین حال، در بسیاری موارد، تونلهایی که در این سنگها حفر می شوند، به سیستم نگهداری نیاز دارند.

ج) از جمله مشخصات مهم سنگهای دگرگونی، وجود تورق در آنها است که از جمله صفحات ضعیف این سنگها به شمار می آیند. البته بعضی از سنگهای دگرگونی، فاقد این ساخت اند.

در مورد تمام سنگها، مسئله هوازدگی از جمله مسائل مهم تونلسازی است زیرا به شدت مقاومت سنگها را کاهش می دهد و ممکن است تا عمق زیادی بر سنگها اثر کند.

عواملی همچون وضعیت جوی و توپوگرافی منطقه و عوامل فرسایش و البته نوع سنگها در عمق هوازدگی سنگها موثرند.

تجهیز کارگاه:

قبل از آغاز عملیات حفر تونل، مقدمات کار باید فراهم شود. فراهم کردن مقدمات امر معمولا تحت عنوان تجهیز کارگاه نامیده می شود.

احداث جاده دسترسی:

در بعضی موارد، جاده دسترسی به محل دهانه تونل یا چاهی که حفر تونل از طریق آن انجام می گیرد، از قبل احداث شده است به عنوان مثال در مورد بسیاری از تونلهای راه وضعیت این چنین است.

احداث ایستگاههای نقشه برداری:

به منظور کنترل مسیر تونل حداقل باید دو ایستگاه نقشه برداری در محوطه جلو تونل احداث شود که خط واصل این دو ایستگاه از امتداد محور تونل باشد.