ساخت تونل های سنگی

ساخت تونل های سنگی همواره یکی از پرهزینه ترین و مخاطره ترین فعالیت های مهندسی بوده که با بیشترین ناشناخته های زمین همراه است. تنوع ویژگی های توده سنگ و شرایط زمین شناسی باعث می شود تا هر تونل از نظر طراحی و ساخت منحصر به فرد باشد. ارزیابی رفتار زمین دربرگیرنده تونل و شناخت مخاطرات و لحاظ کردن را های مقابله با آن در طراحی ها از پیش نیازهای موفقیت در یک پروژه تونل سازی است. این ارزیابی باید بر پایه درک جامع زمین شناسی منطقه و تهیه مدل های زمین شناسی استوار باشد که در آن داده ها و شرایط زمین با توصیف های زمین شناسی مهندسی همراه است.

طراحی تونل های سنگی

افزایش تقاضا برای تونل های با کاربردهای مختلف در ایران، ضرورت تونل های عمیق و بلند را حتی در زمین های مسئله دار و دشوار اجتناب ناپذیر کرده است. ساخت تونل های سنگی در چنین زمینه هایی ممکن است با انواع مخاطرات زمین شناسی مهندسی و زیست محیطی همراه باشد. وقوع این مخاطرات در زمان حفاری می تواند ایمنی، برنامه زمانبندی، سودمندی و حتی امکان پذیری یک پروژه تونل سازی را تهدید کند. بنابراین یک طراحی و ساخت موفق نیاز به شناسایی صحیح این مخاطرات و در نتیجه انتخاب مسیر و روش های مناسب حفاری و به کارگیری تمهیدات مناسب برای حذف یا کاهش ریسک مخاطرات است.

امروزه ساخت تونل های سنگی به ویژه در شرایط نامناسب زمین شناسی به یکی از چالش های اصلی زمین شناسی مهندسی در ایران تبدیل شده اس. تجربه ساخت تونل در رشته کوه های جوان زاگرس و البرز نشان می دهد که توده سنگ های این مناطق رفتار بسیار متنوع و پیچیده ای دارند. وجود گسل های بزرگ و چین خوردگی های شدید، تنوع سنگ چینه شناسی و تکتونیک فعال از ویژگی های بارز زمین شناسی در توده سنگ های این رشته کوه ها است که آب خوان های بزرگ سنگ و کارست و میدان های عظیم نفت و گاز را در خود جای داده اند. به طوری که ساخت تونل های بلند و عمیق در این توده سنگ ها به یکی از پرهزینه ترین کارها و پرخطرترین فعالیت های مهندسی در ایران تبدیل شده است.

روبرو شدن با مخاطراتی مانند هجوم آب، برخورد با زون های کارستی، نشت گازهای مضر، مجاله شوندگی، برخورد با زون های گسلی و زمین های چسبنده، تورم، روان شدن زمین و دیگر مخاطرات زیست محیطی مانند افت سطح آب زیرزمینی و خشک شدن چشمه ها و چاه ها از مهم ترین و متداول ترین چالش های زمین شناسی مهندسی در تونل های سنگی ایران است که توسط محققین متعددی گزارش شده است.

مخاطرات به هر نوع عکس العمل یا فرتار بالقوه زمین در مقابل برداشت بخشی از زمین به علت حفاری تونل اطلاق شده است که پتانسیل کاهش راندمان حفاری نسبت به مقدار قابل انتظار را دارد. بنابراین رفتار زمین در مواقعی به یک حادثه تبدیل می شود که آن فتار پیش بینی نشده یا پیش بینی مناسبی برای آن انجام نشده است. مشکلات به وجود آمده در چنین شرایطی علاوه بر طولانی شدن زمان ساخت و تحمیل هزینه های اضافی به پروژه ممکن است باعث ایجاد محیط کار ناامن در این تونل ها شود.در تونل های سنگی، مخاطرات تابع رفتار زمین و مشخصات پروژه مانند روش حفاری، سرعت حفاری، قطر حفاری و شکل آن است. رفتار زمین نیز تابع ویژگی توده سنگ و شرایط زمین شناسی محیطی است که تونل در آن حفاری می شود.

برای یک طراحی و ساخت کم خطر و موفق از نظر ایمنی، هزنیه و زمان، ارزیابی صحیح رفتار زمین در برگیرنده تونل و شناسایی مخاطرات زمین شناسی مهندسی مرتبط با آن بسیار حیاتی است. چون مخاطرات تونل وابسته به رفتار زمین است بنابراین، ارزیابی رفتار زمین اولین قدم برای شناسایی مخاطرات است. طراحی تمهیدات مناسب برای کاهش یا جذف مخاطرات در تونل سازی نیز مستلزم شناسایی صحیح مخاطرات است.

مخاطرات مرتبط با تونل سازی

شرایط زمین شناسایی مسیر تونل عامل کنترل کننده رفتار زمین و مخاطرات مرتبط با آن است. تقریباً حفاری تمام تونل های سنگی و بلند ایران با انواع مخاطرات زمین شناسی مهندسی مانند برخورد با زونهای کارستی و گسلی، هجوم آب، نشت گازهای مضر، مچاله شوندگی، تورم، ریزش تونل، جاری شدن زمین و خشک شدن چشمه ها همراه بوده است. به طوری که امروزه ساخت این حفریات زیرزمینی چالش های بزرگی برای کارفرمایان، طراحان و پیمانکاران به وجود آورده است.

به طور کلی مخاطرات زمین شناسی مهندسی را می توان به دو گروه شامل مخاطرات درون تونل و مخاطرات بیرون تونل تقسیم کرد. مخاطرات بیرون تونل عموماً شامل افت سطح آب زمینی و نشست زمین است که حالت دوم در تونل های سنگی و عمیق به ندرت اتفاق می افتد. حالت اول نیز به دلیل ایجاد مشکلات زیست محیطی، در اغلب متون علمی از آن به عنوان مخاطرات زیست محیطی نام برده می شود.

تونل های سنگی با عدم قطعیت های زمین شناسی زیادی روبرو هستند. به طوری که امکانپذیری، زمان و هزینه های یک پروژه تونل سازی به زمین شناسی آن وابسته است. عدم پیش بینی مناسب از رفتار زمین و در نتیجه عدم آگاهی از مخاطرات و انتخاب نامناسب مسیر و روش های حفاری از علل اصلی بروز مخاطرات زمین شناسی مهندسی در تونل های سنگی است که اغلب با افزایش هزینه و زمان ساخت همراه می شوند.

ناقص و یا ناکافی بودن مطالعات زمین شناسی مهندسی و انتخاب مسیر تونل یا روش های حفاری بدون توجه به رفتار زمین و مخاطرات احتمالی باعث تحمیل تاخیرها و هزینه های اضافی به این پروژه ها می شود.