طراحی تونل چگونه انجام می شود؟
طراحی تونل با توجه به مبانی مقاومت مصالح، مکانیک خاک، مکانیک سنگ، هیدروژئولوژی و دیگر اصول مهندسی تونل انجام می شود. در ادامه به معرفی مهم ترین اصول طراحی تونل می پردازیم.
رده بندی توده سنگ چیست و چگونه استفاده می شود؟
یکی از مهم ترین اطلاعات مورد نیاز برای طراحی تونل، کیفیت توده سنگ مسیر پیشنهادی است. روش های مختلفی برای دستیابی به این اطلاعات وجود دارند.
این روش ها به سخ گروه تحلیلی (ریاضی)، تجربی و عددی (نرم افزاری) تقسیم می شوند. طبقه بندی توده سنگ، یکی از روش های تجربی پرکاربرد برای تعیین کیفیت محیط اطراف تونل است که در مرحله طراحی، تحلیل پایداری و امکان سنجی مورد استفاده قرار می گیرد.
اولین رده بندی توده سنگ در سال 1946 میلادی (سال 1325 شمسی) برای تعیین سیستم های نگهداری تونل ارائه شد.
این مسئله، اهمیت به کارگیری این ابزار در اصول مهندسی تونل را نمایش می دهد.
از پرکاربردترین طبقه بندی های توده سنگ مورد استفاده برای تونلسازی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
رده بندی Q در تونلسازی چیست؟
از میان طبقه بندی های توده سنگ، سیستم کیو (Q) به عنوان یک رده بندی تخصصی برای طراحی تونل و نگهداری آن مورد استفاده قرار می گیرد.
در این سیستم، عددی با عنوان «Q-value» مطابق با رابطه زیر محاسبه می شود:
با تعیین پارامترهای بالا و محاسبه Q-value، امکان طراحی سیستم پیشنهادی بر اساس گرافی مشابه با تصویر زیر فراهم می شود.
محور افقی در گراف بالا، Q-value و محور عمودی، طول دهانه به نسبت دهانه خونگهدار است. با قرارگیری مقادیر در محدوده های 1 تا 9، سیستم نگهداری پیشنهادی تغییر خواهد کرد. به عنوان مثال، در ناحیه 1، نیازی به نصب سیستم نگهداری نخواهد بود اما در ناحیه 3، باید از راک بولت استفاده شود.
تعیین مقاومت توده سنگ:
مرحله بعدی برای طراحی تونل، تعیین پارامترهای مقاومتی توده سنگ و ناپیوستگی های موجود در آن است.
روش های مختلفی برای این کار وجود دارند. برای سنگ های بکر (با درزه داری بسیار پایین)، این کار با استفاده از روش های آزمایشگاهی انجام می شود. با این وجود، امکان تعیین مقاومت سنگ های درزه دار و خرد شده در آزمایشگاه وجود ندارد.
از این رو، کارشناسان از روش های تجربی استفاده می کنند. از متداول روش های تجربی تعیین پارامترهای مقاومتی توده سنگ درزه دار می توان به شاخص مقاومت زمین شناسی اشاره کرد.
شاخص مقاومت زمین شناسی یا GSI چیست ؟
«شاخص مقاومت زمین شناسی» (Geological Strength Index) یا به اختصار «جی اِس آی» (GSI)، سیستمی است که با استفاده از ساختمان توده سنگ و وضعیا سطح بلوک های آن، پارامترهای مقاومتی را تعیین می کند.
روش های مختلفی برای محاسبه این شاخص وجود دارند. در اغلب این روش ها، Q-value و RMR به عنوان یکی از پارامترهای اصلی مورد استفاد قرار می گیرند.
معیار شکست چیست؟
یکی از دیگر روش های تعیین مقاومت توده اطراف تونل، استفاده از معیارهای شکست است.
معیارها یا تئوری های شکست، معادلاتی هستند که به منظور پیش بینی رفتار مواد در شرایط بارگذاری مختلف و لحظه شکست آن ها مورد استفاده قرار می گیرند.
پرکابردترین معیار شکست مورد استفاده برای طراحی تونل ها و فضاهای زیرزمینی، «معیار شکست هوک و براون» (Hoek-Brown Failure Criterion) است.
تحلیل تنش در طراحی تونل:
تحلیل تنش و کرنش، یکی دیگر از اصول مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی است. پس از تعیین پارامترهای مقاومتی محدوده اجرای تونل، تأثیر ایجاد حفره در توده یا سنگ مورد بررسی قرار می گیرد.
پیش از حفر تونل، تنش های موجود در توده خاک یا سنگ (تنش های برجا) در حالت تعادل قرار دارند. با حفر فضای زیرزمینی، این تعادل برهم می خورد.
به این ترتیب، توده سنگ یا خاک برای رسیدن به حالت تعادل، محبور به تغییر شکل می شود.
این تغییر شکل ها، تمرکز تنش در اطراف تونل (تنش القایی) و در برخی از مواقع، تغییر شکل بر روی سطح زمین (نشست) را در پی دارد.
هدف از مرحله تحلیل تنش، محاسبه تنش های القایی ناشی از حفاری و طراحی سیستم نگهداری به منظور جلوگیری از ناپایداری تونل و سطح زمین است.
روش های مختلفی برای تحلیل تنش در طراحی تونل وجود دارند. این روش ها معمولا به صورت تحلیلی یا عددی مورد استفاده قرار می گیرند.
به عنوان مثال، «معادلات کرش» (Kirsch equations)، به عنوان یکی از پرکاربردترین روش های توصیف تنش های الاستیک اطراف حفریات زیرزمینی با مقطع دایره ای شناخته می شوند.
با وجود تخمین های قابل قبول، این روش جای خود را به تحلیل های عددی داده است.
امروزه، نرم افزارهای عددی دو بعدی و سه بعدی، تحلیل های دقیقی را از شرایط تنش اطراف حفریات زیرزمینی و عکس العمل سیستم های نگهداری ارائه می کنند.
از پرکاربردترین نرم افزارهای تحلیل و طراحی تونل می توان به موارد زیر اشاره کرد:
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
