اثر زلزله بر سازه هاي زير زميني و تونل مترو

برآورد خطر پذيري تونلها
برآورد خطر بر اساس HAZUS99:
در مجموعه HAZUS99 که توسط NIBS آمريکا تهيه گرديده، بصورت کامل آسيب پذيري سازه‌هاي مختلف در برابر زلزله مورد بررسي قرار گرفته است، اين مجموعه بر اساس داده‌هاي آمريکا تهيه شده و بصورت مجموعه‌اي در 30 سي دي منتشر گرديده است.HAZUS99 داراي راهنماي کاملي است که فصل هفتم آن به شريانهاي حياتي اختصاص دارد. در بررسي آسيب پذيري شريانهاي حياتي، آنها را به هفت زير مجموعه تقسيم مي‌نمايد که عبارتند از:
•بزرگراه
•راه آهن
•قطار برقي
•حمل و نقل اتوبوسي
•بندر
•حمل و نقل آبي
•فرودگاهها
در تقسيم بندي فوق، هرکدام از سيستم هاي حمل و نقل داراي اجزائي مي‌باشند که تونل جزو اجزاي بزرگراهها و سيستم راه آهن ميباشد. لذا ما نيز بصورت جداگانه نقش تونل را در هر کدام از تقسيم بندي‌هاي شريانهاي حياتي مورد بررسي قرار مي‌دهيم.

تونل در سيستم بزرگراهي :

تونل يکي از اجزاي سيستم بزرگراهي مي‌باشد که به همراه سيستم راه و پلهاي بزرگراهي، مجموعه بزرگراهها را تشکيل مي‌دهد. از ميان اجزاي مختلف سيستم بزرگراهي ما فقط به بررسي آسيب پذيري تونلها مي‌پردازيم.

1-داده هاي ورودي مورد نياز

•مکان ژئوفيزيکي تونلها (طول و عرض)
•حداکثر شتاب زمين و حداکثر جابجائي زمين (PGD , PGA) در محل تونل.
•کلاس بندي تونل

2-تونلها در بحث آسيب پذيري بر اساس نحوه ساخت کلاس بندي مي‌شوند:

•تونل حفاري شده (سوراخ شده)
•تونل خاکبرداري شده

3-تعاريف مربوط به سطح آسيب به تونلها

•Ds1 : بدون آسيب
•Ds2 : آسيب جزئي
آسيب جزئي به تونلها شامل ترکهاي جزئي در پوشش تونل ( خرابي فقط نياز به يک تعمير سطحي داشته باشد) و افتادن چند سنگ و يا نشست جزئي در زمين در ورودي تونل
•Ds3 : خرابي متوسط
بصورت ترکهاي متوسط در پوشش و فروريزش سنگ تعريف مي‌شود.
•Ds4 : خرابي گسترده
بصورت نشستهاي جدي در يک ورودي تونل و ترکهاي گسترده در پوشش تونل
•Ds5 : خرابي کلي
ترکهاي جدي در پوشش تونل که ممکن است شامل ريزش احتمالي باشد.

4-منحني هاي تعميرات اجزا

بر اساس تعداد روزهاي مورد نياز براي تعمير خرابي هاي حاصل از زلزله پارامترهايي تعريف گرديده که براي تونل بصورت جداول و شکل زير ميباشد.

جدول توابع بازسازي پيوسته براي اجزاي بزرگراهي

جدول توابع بازسازي منقطع براي اجزاي بزرگراهي

5-توابع خرابي تونلها:

خرابي تونلها بر اساس خرابي زير اجزاي آن مي‌باشد که عبارتست از پوشش و ورودي تونل (G&E 1994).يافته هاي شرکت G&E بر اساس داده‌هاي زلزله گزارش شده توسط دودينگ و همکارانش مي‌باشد در سال 1978 و اون در سال 1981 مي‌باشد. خرابي اين زير سازه‌ها در جداول زير ارائه شده است.
کلا 10 تابع خرابي براي تونلها بدست آمده است که چهار تابع براي PGA و شش تابع براي PGD مي‌باشد. ( توجه شود که هر کلاس تونل بصورت جداگانه مورد بحث قرار گرفته است). مقادير متوسط و انحراف معيار اين توابع در جدول ديگري ارائه شده است.

جدول الگوريتم هاي خرابي براي تونلها (G&E 1994)

شکل منحني هاي بازسازي براي تونلهاي بزرگراهي

شکل منحني خرابي در سطوح مختلف براي تونلهاي حفاري شده بر اساس حداکثر شتاب زمين

شکل منحني خرابي در سطوح مختلف براي تونلهاي خاکبرداري شده بر اساس حداکثر شتاب زمين

شکل محنيي خرابي در سطوح مختلف براي همه انواع تونلها بر اساس جابجائي ماندگار زمين

تونل در سيستم راه آهن :

در مورد تونل در HAZUS99 تاکيد زيادي نشده است و فقط عنوان شده که تونلهاي راه‌آهن معمولا مانند پلها، باعث بند آمدن ترافيک و ... نمي‌شوند مگر اينکه کاملا عملکرد خود را از دست داده باشند.
بسياري از تعاريف در تونلهاي راه‌آهن دقيقا همان تعاريف تونلهاي بزرگراهي مي‌باشد، بايد توجه نمود که ايستگاههاي راه آهن شهري جزو اجزاي اين سيستم حمل و نقل مي‌باشد قسمتهاي مورد نياز در اينجا بيان مي‌شود.
در راه‌آهن نيز تونلها به دو نوع حفاري شده و خاکبرداري شده تقسيم مي‌شوند. در مورد ايستگاههاي شهري در اين ايين نامه گفته شده است که ايستگاههاي مترو در حکم اتصالات حياتي سيستم هستند و از نظر عملکرد سيستم بسيار مهم مي‌باشند. در آمريکاي غربي، اين تسهيلات معمولا به صورت ديوارهاي برشي بتني مسلح و يا قابهاي خمشي ساخته مي‌شوند در حالي که در آمريکاي شرقي ايستگاههاي کوچک اغلب چوبي هستند و ايستگاههاي بزرگتر معمولا با مصالح بنايي و يا قاب فلزي مهاربندي شده هستند.

1-داده هاي ورودي مورد نياز

•براي تونلهاي راه آهن :
oهمانند تونلهاي بزرگراهي
•براي ايستگاههاي شهري :
oمکان جغرافيايي تسهيلات
oPGA و PGD در محل تسهيلات
oکلاس بندي تسهيلات

2-شکل توابع خرابي

توابع خرابي و يا منحني هاي خرابي براي تمام اجزاي راه آهن که در زير توضيح داده شده است، بصورت تابع لوگ نرمال تعريف شده اند که احتمال رسيدن و يا گذشتن از سطوح خرابي مختلف براي يک سطح مشخص شده حرکت زمين مي‌باشد. هر منحني خرابي با يک مقدار ميانگين از سطح حرکت زمين و مقدار انحراف معيار مشخص مي‌شود. حرکت زمين با پارامتر بيشينه شتاب زمين (PGA) و خرابي زمين با پارامتر جابجائي ماندگار زمين (PGD)تعيين ميشود.
•براي تونلها، منحني هاي خرابي بر اساس PGA و PGD تعيين مي‌شود.
•براي تسهيلات راه‌آهن مانند ايستگاههاي شهري نيز PGA و PGD مشخص کننده هستند.

3-تعاريف مربوط به سطح آسيب

سطوح آسيب تونلها همانند تعاريف مربوط به تونلهاي بزرگراهي مي‌باشد. و در مورد ايستگاهها :
•Ds1 : بدون آسيب
•Ds2 : آسيب جزئي به سازه
•Ds3 : خرابي متوسط سازه
•Ds4 : خرابي گسترده
•Ds5 : آسيب کلي و خرابي گسترده

4-منحني هاي تعميرات اجزا

منحني هاي بازسازي بصورت زير مي‌باشد.

جدول توابع بازسازي پيوسته براي اجزاي راه آهن

جدول توابع بازسازي منقطع براي اجزاي سيستم حمل نقل ريلي

شکل منحني هاي بازسازي براي تونلهاي راه آهن

اثر زلزله بر سازه هاي زير زميني و تونل مترو

تاثير ارتعاشات زلزله بر تونلها:

آسيب پذيري سازه‌هاي زير زميني در برابر زلزله هم مي‌تواند به واسطه گسيختگي زمين در هنگام وقوع زلزله و هم به دليل ارتعاشات ناشي از زلزله روي دهد. گسيختگي زمين در هنگام وقوع زلزله عمدتا شامل گسلش، زمين لغزش و روانگرايي مي‌باشد.
بحث مربوط به گسلش در فصل قبل بصورت جداگانه مورد بررسي قرارگرفت، ولي بجز گسلش، زمين لغزش و روانگرايي نيز از پديده‌هاي طبيعي ناشي از زلزله مي‌باشد. زمين لغزش ‌ها که معمولا توسط زلزله تحريک مي‌گردند، بخصوص در ورودي-خروجي تونلها مي‌توانند صدمات زيادي را به فضاهاي زير زميني وارد نمايند. بسياري از گزارشات مربوط به آسيب فضاهاي زير زميني در اثر زلزله، به واسطه ايجاد لغزش در مدخلهاي تونلها بوده‌اند. روانگرايي نيز بخصوص چنانچه فضاي زير زميني در رسوبات سست داراي درصد بالاي ماسه و سيلت احداث شده باشد، مي‌تواند صدمات زيادي را به فضاي زير زميني وارد نمايد. اين آسيبها بيشتر در رابطه با تونلهاي مترو در نواحي شهري که از رسوبات منفصل عبور ميکنند ديده شده است.
گزارشي از يك پروژه تونل‌سازي در نوع خود بي‌نظير

پروژه تونل SMART (Stormwater Management and Road Tunnel) SMART

SMART درخشش مهندسي در اعماق زمين

تونل SMART اولين تونل دو منظوره جهان است كه در شهر كوالالامپور پايتخت كشور مالزي ساخته شده است. ساخت اين تونل از سال 2003 شروع و در ژوئن 2007 بهره‌برداري از آن آغاز شده است. اين تونل ابتدا به‌عنوان مسيري براي انحراف آب‌هاي خروشان و سيلاب‌هاي رودخانه‌اي كه از به‌هم پيوستن دو رودخانه بزرگ در مركز شهر حاصل شده است، در نظر گرفته شده بود. ولي سپس با يك ايده جالب و خلاق و با در نظرگرفتن قطر داخلي 8/11 متر، تونل به گونه‌اي طراحي شد كه بتواند در زمان‌هاي غيراضطراري كه جريان آب چندان قوي نيست به‌عنوان تونلي رفت و آمدي (در دو طبقه) براي وسايل نقليه جهت كم‌كردن بار ترافيكي يكي از شاهراه‌هاي مهم و شلوغ شهر مورد استفاده قرار بگيرد.

بهره‌برداري از اين تونل در سه حالت مي‌تواند انجام بگيرد:
حالت اول (حالت عادي يا نرمال): زماني است كه جريان آب رودخانه به قدري كم است كه اساساً نيازي به انحراف توسط تونل ندارد.
حالت دوم: زماني است كه طوفان‌هاي كوچك يا متوسط رخ مي‌دهد ولي فشار جريان آب زياد نيست. در چنين حالتي جريان آب به داخل تونل منحرف شده و از طريق مسير فرعي به پايين‌ترين قسمت تونل هدايت مي‌شود. در اين حالت دو مسير عبور و مرور بالايي تونل همچنان بر روي وسايل نقليه باز است.
حالت سوم: حالتي است كه در زمان طوفان‌هاي سهمگين رخ مي‌دهد. در چنين حالتي كل تونل بر روي وسايل نقليه بسته مي‌شود و پس از اطمينان از خارج‌شدن كليه ماشين‌ها (به‌وسيله تعداد زيادي ايستگا‌ه‌هاي رفتارسنجي تا زماني كه يك وسيله نقليه در داخل تونل باشد درهاي ورودي آب باز نمي‌گردد) جريان سيلاب به‌طور خودكار به داخل تونل هدايت مي‌شود. ظرفيت آب در تونل در چنين حالتي به سه ميليون مترمكعب مي‌رسد.

• روش ساخت تونل

شهر كوالالامپور از نظر زمين‌شناسي بر بستري از آهك قرار گرفته است. ضمناً اين شهر از سطح دريا نيز بالاتر است. از مشخصه‌هاي اصلي اين لايه‌هاي آهكي وجود تخته‌سنگ‌ها، گودال‌ها و باتلاق‌هاي متفاوت است. با توجه به طبيعت زمين‌شناسي شهر بيشتر ايده‌هاي طراحي و اجرا به سمت و سويي ميل كرده است كه كمترين اثر منفي را بر روي شرايط محيطي و زمين‌شناسي شهر وارد نمايد.

لذا براي اين پروژه از ماشين TBM مدل Slurry Shield استفاده شده است كه به هنگام كار در برخورد با بسترهاي آهكي و مواجهه با آب‌هاي زيرزميني و صخره‌هاي سخت مقاومت خوبي از خود نشان مي‌دهد. وجود يك سپر مقاوم كه با فشار هوا كار مي‌كند امكان آن را فراهم مي‌سازد كه ماشين در مواجهه با آب‌هاي زيرزميني و خاك‌هاي سست تعادل خود را كاملاً حفظ نمايد.

• ايمني تونل

از نظر استاندارد هاي امنيتي و ايمني نيز اسمارت از وضعيت خيلي خوبي برخوردار است. خروجي‌هاي اضطراري فراوان‌، سازه ضد زلزله، صدها دوربين و وجود مرکز کنترل که شبانه‌روز تردد خودروها و عبور جريان آب را زير نظر دارند اسمارت را در اين زمينه نيز بي همتا کرده است. تونل SMART داراي دستگاه‌هاي تهويه ويژه‌اي است كه در هر كيلومتر از تونل تعبيه شده است. اين دستگاه‌هاي قوي تهويه به‌طور دائم هواي ‌آلوده تونل را خارج مي‌نمايد

منابع:

مجله بلور (دانشکده معدن و متالوژي دانشگاه تهران)
وفائيان.م. بررسي پيشرفت مباني طرح سابرت و اجراي تونل، مجموعه سخنراني هاي سومين سمينار توونلسازي. خرداد 1366
انصاري، ع. مطالب ارائه شده در جزوه درسي.
طاهري، ع. مطالب ارائه شده در جزوه درسي.
کديور، م.ح. طراحي تونل بوسيله ناتم از ديدگاه مطالعات آماري
سايت جامع علمي داکفا ( www.docfa.ir )
http://geoaria.blogfa.com
http://docfa.ir
http://www.gsinet.ir
http://forum.parsigold.com
http://ttic.ir

/س