مقدمه:
اگر حفر قنوات بخشی از عرضه تونلسازی محسوب شود آنگاه قدمت این فن به 2800 سال قبل از میلاد بر می گردد. زیرا باستان شناسان معتقدند که حفر قنوات در مصر و ایران از آن زمانها معمول بوده است. تذکر این نکته در اینجا در خور توجه است که در سال 1962 طول کل قنوات در ایران را 160000 کیلومتر تخمین زده اند. اگر از این مورد که ذکر شد صرفنظر شود اولین تونل زیرآبی در 2170 سال قبل از میلاد در زمان بابلیها در زیر رودخانه فرات و بطول یک کیلومتر ساخته شد که هر چند بصورت حفاری تونل اجرا نشده است ولی همین، کار حداقل تجربه و تبحر معماران آن عصر را نشان می دهد. از این نوع کار دیگر اجرا نشده است تا 4000 سال بعد که در 1825 تونل تیمز زیر رودخانه تیمزندن ساخته شد. تونل زنی درون سنگها به علت شکل حفاری و عدم امکانات و عدم نیاز به جزء موارد بسیار محدود – فقط در دو قرن اخیر توسعه یافت. هر چند اختراع باروت به قرنها قبل برمی گردد و بعضی آنرا حتی به قرن دوم میلادی نسبت می دهند ولی کاربرد آن در شکستن سنگها احتمالاً در قرن 16 بوده است و اختراع دینامیت در قرن 19 موجب تحولات تدریجی و اساسی در سهولت ایجاد تونل در سنگها شد گرچه ایجاد تونل در سنگها به علت سختی سنگ به مواد منفجره و یا وسایل بسیار سخت و برنده دارد ولی در سنگهای خیلی نرم و در رسوبات سخت نشده، مشکل تونل زنی به لحاظ نگهداری تونل است. بطوریکه تا قبل از اختراع شیلد در سال 1812 ، ایجاد تونلهای بزرگ مقطع در رسوبات سست فوق العاده مشکل می نمود. اولین کاربرد شیلد در 1825 در حفر تونل زیر رودخانه تیمز بود. هر چند حفر این تونل 5/1 کیلومتری حدود 18 سال طول کشید. با گسترش شهرها، اختراع ترنها، افزایش جمعیت، پیشرفت صنایع و نیاز مبرم به معادن گسترش شبکه های زیرزمینی هم به منظور انتقال آب و فاضلاب و نیز در پیشروی معادن و غیره ضرورت یافت و با سرعت روزافزون از اواخر قرن 19 تا کنون پیشرفتهای چشمگیری حاصل گردیده است. بگونه ای که در سالهای اخیر استفاده از ماشینهای حفر تمام مقطع تونل رشد سریعی داشته است. ایده استفاده از این ماشینها از زمانهای دور است. اولین ثبت شده در امریکا توسط جان ویلسون در سال 1856 برای تونل هوساک در ماساچوست بوده است ولی تنها توانسته 3 متر از تونل 7600 متری را حفر نماید در دهه های اخیر توسعه بسیار زیادی پیدا کرده بطوری که در بسیاری از موارد بعنوان اولین گزینه برای حفر تونل می باشد.
بدین وسیله از استاد گرامی جناب آقای مهندس اورعی که راهنما، باعث و مشوق اینجانب بودند تشکر و قدردانی می نمایم. همچنین از مدیر عامل شرکت راه و ساختمان پاریز و از مهندس اصغری و مهندس شمسینی که مساعدت و یاری ایشان باعث دلگرمی شد تشکر و قدردانی می نمایم.
با تمام تلاشهای صورت گرفته جهت ارائه پروژه ای که تمام موارد در آن لحاظ شده باشد، قویاً معتقدیم که کار انجام شده خالی از اشکالات فراوان نبوده و به این جهت از کلیه سروران و اساتید محترم که این پایان نامه را مطالعه می فرمایند درخواست عنایت و راهنمایی را دارم.
وضعیت توپوگرافی
تونل شماره 2 ، یک تونل قوسی است که فاصله کیلومتر 417+24 الی 702+24 به طول 285 متر در یک توده سنگهای آتشفشانی حفاری می گردد تردد سنگهای آتشفشانی دارای یک پوشش از نهشته های سیلابی متشکل از مخلوط شن و ماسه است که توپوگرافی نسبتاً ملایم بوجود آورده است. و قسمت هائی که بصورت پرتگاه در نقشه توپوگرافی نشان داده شده است بعلت دست کاری هائی است که برای بهره برداری از مخلوط شن و ماسه صورت گرفته است.
همانطور که در نقشه توپوگرافی و فتوکپی عکس هوائی مشهود است: پیشرفتگی ارتفاعات بصورت دماغه بطرف دره رودخانه سفیدرود باعث شده است که جاده آسفالته فعلی که بموازات رودخانه کشیده شده است در فاصله کیلومتر 24 الی 25 با یک انحنا تند اجرا گردد. در مورد آزادراه امامزاده هاشم – منجیل برای احتراز از چنین پیچ و خم تند ناچار یک تونل قوسی بطول 285 متر طراحی گردیده است.
خط الرأس دماغه ای که تونل در آن حفر می گردد بر فراز محور تونل 274 متر از سطح دریا ارتفاع دارد – و این در حالیست که ارتفاع کف تونل در دهانه های شمالی و جنوبی به ترتیب 173 و 179 متر از سطح دریا می باشد.
شیب طولی سطح زمین در مجاورت دهانه شمالی 20 درجه و شیب عرضی آن 25 درجه می باشد. در مجاور دهانه جنوبی تونل شیب طولی سطح زمین تند بوده به حدود 65 درجه می رسد و بطور کلی توپوگرافی در محدوده دهانه جنوبی ناهنجار می باشد.
با توجه به موقعیت لایه بندی سنگ ها و توپوگرافی زمین دهانه های تونل در کیلومترهای 417+24 و 702+24 مشخص گردیده اند.
دهانه جنوبی و محور تونل شماره 2
2-1- چینه شناسی
تونل در سنگ های آذرین از نوع آتشفشانی متعلق به دوره ائوسن مربوط به سازند کرج حفاری می گردد. بجز آن در محدوده مجاور تونل نهشته های سیلابی مربوط به کواترنر از نوع مخلوط شن و ماسه با گسترش زیاد به چشم می خورد. در زیر این نهشته های آبرفتی رسوبات دانه ریز متشکل از رس و سیلت بطور موضعی دیده می شود که یک نمونه آن مجاور دهانه شمالی تونل در دیواره ترانشه قابل رؤیت می باشد.
3-1- سنگهای تشکیل دهنده
با توجه به پروفیل طولی زمین شناسی ملاحظه می گردد که تونل شماره 2 به طول 285 متر از کیلومتر 417+24 تا کیلومتر 702+24 تماماً در لایه های سخت سنگ آتشفشانی قرار خواهد گرفت. ضخامت لایه های تشکیل دهنده متغیر بوده و امتداد آنها معمولاً شمال غربی – جنوبغربی و شیب لایه ها 26 درجه به طرف شمال شرق می باشد. سنگهای مذکور توسط رسوبات آبرفتی از نوع مخلوط شن و ماسه بصورت دگرشیب پوشیده شده است.
سنگهای تشکیل دهنده تونل از دهانه ورودی (جنوبی) تا دهانه خروجی (شمالی) به شرح زیر می باشد.
1/ 3- قبل از دهانه جنوبی ترانشه ای حفر می گردد که در سنگ برش آتشفشانی و نهشته های سیلابی (مخلوط شن و ماسه) قرار خواهد گرفت. در سمت غرب بیشتر برش های آتشفشانی ظاهر خواهند شد – ابعاد دانه های برش از 15 سانتیمتر تا یک متر متغیر است. در سمت شرقی ترانشه رسوبات آبرفتی متشکل از مخلوط شن و ماسه وجود دارد که بصورت کلاهکی روی برش و سنگ های مقاوم اندزیتی را پوشش می دهد. ابعاد دانه ها در حد شن متوسط تا شن درشت می باشد و حدود 10 الی 15 درصد دانه در ابعاد قلوه سنگ می باشد. جنس دانه ها اکثراً از نوع آذرین و از 2 الی 25 سانتیمتر متغیر می باشند. و به سبب جابجائی دانه ها فاقد گوشه بوده و کرویت خوبی پیدا نموده اند.