طراحی تونل برای مهندسان همیشه یک چالش سخت بوده است. تونل های کم عمق زیر شهر ها به دلیل وجود ساختمان ها، پل ها، معابر مهم، آثار باستانی و غیره همیشه باید با دقت طراحی شوند. هنگام طراحی تونل باید پارامتر های مهمی مانند ارتعاشات و نشست های زمینی در سطح و بخش های دیگر تونل های زیرزمینی در نظر گرفته شوند تا بتوان طراحی دقیق و مطمئنی داشت. تونل های شهری اغلب در خاک هایی ساخته می شوند که اضافه بار کمی دارند. در صورتی که از اصول طراحی تونل استفاده نشود، خطر فروپاشی و تغییر شکل تونل همیشه وجود خواهد داشت. این اتفاق بسیار خطرناک است و حتی بر ساختمان های اطراف تونل نیز تاثیر خواهد گذاشت. برای مثال، در تونل های قدیمی با خواص توده سنگی کم، شرایط فشرده و وزن زیاد بار های اطراف تونل می تواند پایداری تونل را به خطر بیندازد و منجر به ریزش آن شود. ما در این مقاله به طور کامل در مورد اصول طراحی تونل صحبت کرده ایم. در ادامه مقاله با ما همراه باشید.
موارد مورد نیاز برای تونل سازی
در طراحی تونل باید به طور جامع، اصول علمی محیط انسانی، مطالعات زمین، شکل زمین، خطرات زمین شناسی و خود زمین شناسی، هیدرولوژی، هواشناسی و حجم ترافیک را در نظر گرفت تا بتوان یک تونل ایمن ساخت.
در انتخاب مکان تونل نیز باید علوم توپوگرافی، ژئومورفولوژِی، زمین شناسی، هواشناسی، علوم انسانی و اجتماعی و محیط زیست را در نظر گرفت تا بتوان تراز افقی و عمودی طرح محور و موقعیت دهانه تونل را طراحی کرد و مکان مناسب آن را انتخاب کرد. در اصول طراحی تونل، باید خطوط افقی و عمودی خارج و داخل تونل را بسیار دقیق طراحی کرد تا بتوان الزامات ایمنی را رعایت کرد؛ زیرا تونل ها بخش مهمی از مهندسی بزرگراه ها هستند و باید طراحی آن ها در کل فرآیند ساخت بزرگراه لحاظ شود.
اصول تونل زنی
تونل سازی به طور کلی به دو دسته تقسیم می شود: دسته اول تونل های کم عمق و دسته دوم تونل های عمیق هستند.
از رایج ترین نمونه تونل های کم عمق می توان به تونل های مترو در شهر های بزرگ اشاره کرد. اصول طراحی تونل مترو کمی پیچیده است. این تونل ها به این علت کم عمق شناخته می شوند که بین 15 تا حداکثر 25 متر از سطح زمین فاصله دارند. البته بعضی از ایستگاه های مترو هستند که حتی تا 35 متر نیز عمق دارند؛ ولی این تونل ها نیز جزء تونل های کم عمق هستند.
انواع شکل تونل
برای درک بهتر تونل کم عمق و عمیق می توانیم یک مثال ساده بزنیم. یک بزرگراه کوهستانی داریم که در آن، تونل های مختلفی وجود دارد. در چنین حالتی برای ساخت تونل، قسمتی از کوه را سوراخ می کنند. در بسیاری موارد ارتفاع روباره این تونل ها چیزی بین 120 تا 150 متر است. این ارتفاع حتی تا 1000 متر نیز پیش می رود.
اولین کسی که اصول طراحی تونل مدرن را پایه گذاری کرد و توانست تونل های کم عمق را از تونل های عمیق متمایز کند، شخصی به نام بری بود.
arch effect در تونل سازی
در طراحی تونل ها از عاملی به نام خطوط جریان استفاده می شود. خطوط جریان رودخانه در اثر برخورد با پایه پل دچار انحراف می شوند. این منحرف شدن از مسیرشان باعث افزایش سرعت آن ها می شود. این افزایش سرعت نیز باعث می شود تا توده های سنگ در طول راه جا به جا شوند و یک حفره را به وجود بیاورند. حال در اینجا است که جریان به صورت کانال در اطراف پایه پل جریان می یابد. در این حالت است که یکی از اصول طراحی تونل اهمیت پیدا می کند. هنگامی که یک ناحیه تنش به وجود می آید؛ لازم است تا اطراف آن گودبرداری شود. به روندی که با آن جریان رودخانه را کانال کشی می کنند arch effect می گویند.
در اصول طراحی تونل، arch effect را نیز می توان وابسته به تنش های موجود در آن دانست. arch effect می تواند بسته به نوع و اندازه تنش ها به سه حالت وجود داشته باشد. این سه حالت عبارت هستند از:
- حالت اول می تواند نزدیک به پروفیل تونل رخ دهد.
- حالت دوم می تواند دور از پروفیل تونل رخ دهد .
- حالت سوم نیز می تواند هیچ کدام از این دو نباشد که بحثی جداگانه دارد و نیاز به یک مقاله کامل برای توضیح دارد و در چندین خط نمی توان آن را شرح داد.
- حالت اول
حالت اول زمانی اتفاق می‌افتد که توده سنگ های اطراف تونل در برابر جریان تنش منحرف مقاومت کند و از نظر استحکام و تغییر شکل به صورت کشسانی پاسخ دهد.
- حالت دوم
در حالت دوم به دلیل ضعیف بودن توده های سنگی، امکان مقاومت در برابر جریان آب رودخانه وجود ندارد. در اینجا به علت نبودن مقاومت در برابر جریان تنش، نسبت به حجم زمینی که درگیر شده است، پدیده پلاستی شدن (فرآیندی که در آن یک ماده جامد فراتر از نقطه شکست خود تغییر شکل می دهد.)، غیرالاستیک و انعطاف پذیری رخ می دهد. حالت دوم در اکثر اوقات موجب افزایش حجم زمین مورد استفاده می شود. این افزایش حجمی که به صورت شعاعی رشد می کند، باعث کانال کشی تنش ها به سمت بیرون از توده سنگ می شود و تا زمانی که حالت تنش سه محوری با خواص مقاومتی توده سنگ سازگار شود، ادامه خواهد داشت. در این شرایط نیز arch effect دور از خط حفاری و زمین اطراف تونل که به حالت پلاستی دچار شده اند تشکیل می شود. در این قسمت از اصول طراحی تونل باید گفت که این مورد موجب می شود تا با استحکام به وجود آمده بتوان به پایداری تونل کمک کرد. در صورتی که در پایداری تونل اختلال ایجاد شود؛ این اختلال می تواند موجب تغییر شکل تونل شود که تغییر شکل تونل می تواند برای حفاران بسیار خطرناک باشد. پس با همین arch effect و اقدامات حمایتی مناسب می توان کاری کرد تا این ریسک به حداقل برسد. پدیده هایی مانند پلاستیک سازی اطراف تونل را می توان محدود کرد، و شکل گیری arch effect را با وسایل طبیعی ایجاد کرد تا از پایداری کامل تونل اطمنیان حاصل شود.
بدون دیدگاه