محسن آزماینده
27th August 2011, 03:36 PM
تونل یا دالان[۱] (http://www.njavan.com/forum/#cite_note-0)[۲] (http://www.njavan.com/forum/#cite_note-1)، یک راهرو زیرزمینی است. تعریف عمومی از تونل وجود ندارد. اما به هر روی تونلها معمولاً حداقل دوبرابر عرضشان طول دارند. به علاوه آنها باید از شروع هر دهانه در همه طرف بسته باشند. برخی از برنامه‌ریزان شهری هر سازه تونل مانندی بلندتر از ۰/۱۶ کیلومتر را تونل می‌نامند و کمتر از این را زیرگذر می‌دانند.
یک تونل ممکن است برای دوچرخه‌سوارها یا رفت‌وآمد وسایل نقلیه موتوری و عمومی یا راه‌آهن و یا برای یک کانال باشد. برخی کانال‌ها برای حمل آب برای مصارف عمومی یا صنعتی است. حتی تونل‌هایی در اروپا برای رفت‌وآمد حیوانات حیات وحش (http://www.njavan.com/wiki/%D8%AD%DB%8C%D8%A7%D8%AA_%D9%88%D8%AD%D8%B4) که در جاهای خطرناک هستند درست شده‌است. همچنین برخی تونلهای مخفی برای گذر از برخی مناطق خطرناک حفر شده‌اند. مانند تونل‌هایی که بین غزه (http://www.njavan.com/wiki/%D8%BA%D8%B2%D9%87) و مصر (http://www.njavan.com/wiki/%D9%85%D8%B5%D8%B1) ایجاد شده‌اند. به هر روی شالوده یک شبکه حمل‌ونقل سریع تونلها هستند.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Disused_railway_tunnel.jpg (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Disused_railway_tunnel.jpg)
اطلاعات اولیه
تونلها و فضاهای زیزمینی برای مقاصد گوناگونی ساخته می‌شوند. از جمله: تونلهای حمل و نقل و دسترسی، تونلهای آب بر، مغارها، فضاهای زری زمینی (ایستگاههای مترو، نیروگاهها، انبارهای زیرزمینی و کارگاههای استخراج مواد معدنی).
طراحی هر یک از فضاهای فوق مستلزم دسترسی به داده‌های مناسب و به کارگیری تمهیدات ویژه‌است. در هر مورد طراح باید ضمن آگاهی دقیق از شرایط زمین، ابتدا در جهت بهبود کیفیت مصالحی که قرار است تونل در آن حفر شود، اقدام نماید. در بسیاری از زمینها تونلهای حفر شده نمی‌توانند خودنگهدار باشند و برای پابرجا نگهداشتن آنها باید از حایلهایی استفاده کرد.
به نظر می‌رسد که مهمترین عامل در طراحی تونل، یا هر فضای زیرزمینی دیگر، تامین پایداری آن است. قرارگیری این گونه سازه‌ها در میان مصالح طبیعی، یعنی سنگ و خاک، باعث شده‌است که شرایط زمین‌شناسی نقش اصلی را در پایداری ایفا نمایند.
اکتشاف مسیر تونلها
از میان کلیه فعالیتهای مهندسی عمران، حفر تونل و بطور کلی فضاهای زیرزمینی، بیش از همه نیاز به شناسایی زمین و در نتیجه همکاری زمین شناس خبره دارد. این گونه سازه‌ها باید در زمینی مطمئن و مقاوم ایجاد شوند، ولی شرایط درون زمین بسیار متغیر است و بر خلاف سطح زمین، امکان شناسایی و دسترسی به تمام نقاط آن نیز وجود ندارد.
زمینهای سست و ریزشی، خرد شده و گسل خورده، هوازده و متورم شونده و بالاخره آبدار، بیشترین مشکلات را برای حفر تونل بوجود می‌آورند و این در حالی است که در بسیاری موارد انتخاب زمین مناسب با ما نیست. به عنوان مثال، اغلب تونلهای راه یا راه آهن محلهای گذر اجباری‌اند و نمی‌توان مسیر آنها را برای رسیدن به زمین قابل اطمینان، به مقدار زیاد تغییر داد.
در چنین شرایطی وظیفه کاوشگر عبارتست از: مطالعه مسیر موجود و کسب آن گونه اطلاعاتی است که با استفاده از آنها بتوان طراحی تونل را به انجام رساند، به نحوی که با بکارگیری کمترین پوشش استحکامات داخلی، سازه زیرزمینی پایداری قابل قبولی در برابر عوامل مخرب داشته باشد.
رکن اصلی بررسیهای مربوط به فضاهای زیرزمینی و تونلها را حفاری‌های اکتشافی تشکیل می‌دهد. حفر گمانه یا تونل اکتشافی معمولاً پرخرج است، ولی اطلاعات دست اولی از شرایط حکمفرما در زمین در اختیار جستجوگر قرار می‌دهد.
حفر گمانه‌های اکتشافی، مخصوصا اگر با مقره گیری همراه باشد، بیشترین اطلاعات را در مورد شرایط حکمفرما در زیرزمین بدست می‌دهد. البته چون حفاری همراه با مقره گیری عملی وقت گیر و پرهزینه‌است، جستجوگر باید با دقت زیاد محل حفر گمانه‌ها و عمق آنها را تعیین نماید. در طول پیشرفت حفاری نیز باید مقره‌های حفاری بطور مرتب مورد بررسی قرار گرفته و در اعماق مناسب آزمایشهای ژئوتکنیکی لازم انجام گیرد. مقره‌های حفاری به ترتیب خاص و در جعبه‌های مخصوص برای بررسیهای بیشتر در آینده یا استفاده احتمالی پیمانکار محفوظ نگهداشته می‌شود.
در زمینهای نرم و عملیات اکتشافی مسیر تونلهای زیرآبی، گمانه‌ها را می‌توان بسته به شرایط، به فاصله ۱۵۰ تا ۳۰۰ متر از یکدیگر حفر نمود. البته در جاهایی که قرار است سازه‌های زیرزمینی قرار گیرد، شبکه حفاری می‌توان متراکم‌تر باشد. کلیه حفاریها باید تا پائین‌تر از تراز کف تونل مورد نظر ادامه یابد. برای تونلی که قرار است در سنگ حفر شود، مخصوصا اگر طویل هم باشد، امکان حفاری محدود است و تنها هرجا که لازم و امکان پذیر است، انجام می‌شود. در سنگ نیز باید، در کلیه گمانه‌ها سطح آب زیرزمینی و وجود احتمالی هر نوع گاز سمی یا قابل انفجار یادداشت شود.
گمانه و تونل پیشاهنگ
امروزه در برخی از پروژه‌های حساس یا در جاهایی که زمین‌شناسی به شدت پیچیده‌است، از دو مدخل، تونل موردنظر و در امتداد محور آن تونل پیشاهنگ حفر می‌شود. این تونل سطح مقطعی کوچک دارد و ممکن است تمام مسیر تونل اصلی را دربر گیرد.
نظر به اینکه حفر تونلهای پیشاهنگ بسیار وقت‌گیر و پرهزینه‌است، اغلب به جای آن از گمانه‌های پیشاهنگ استفاده می‌شود. البته در بسیاری موارد این نوع گمانه پس از پایان عملیات اکتشافی و طراحی تونل و در زمان عملیات اجرائی حفر می‌گردد. به این ترتیب که با حفر گمانه‌هایی در سینه کار تونل و هم محور با آن، شرایط زمین تا چندین متر جلوتر شناسائی شده و در صورتی که مشکلی، مانند برخورد به زمینهای سست یا خرد شده یا هجوم آب، در پیش رو باشد، در فاصله زمانی موجود، برای مقابله با آن اقدام می‌شود.
حفاری تونل در سنگ و خاک
برای حفاری تونلها روشهای متنوعی ابداع شده‌است. بطور معمول توده‌های سنگی با روشهای متداول چالزنی و انفجار و تخلیه حفاری می‌شوند، یا اینکه از ماشینهای حفار TBM استفاده می‌شود.
تونل‌زنی در سنگ
رایج‌ترین روش حفر تونل در زمینهای سنگی استفاده از انفجار مواد ناریه‌است. حفاری تونل در سنگ معمولاً تکرار چرخه چالزنی، انفجار، تخلیه مواد و نصب حایلها است. طرح، فاصله و عمق چالها، مقدار و نحوه خرج گذاری و آتشکاری آنها و ساخت سنگ عواملی مهم در شکل مقطع حفاری شده‌اند. در حفاریهایی که در سنگ انجام می‌شود، هدف نهایی آن است که سطح مقطع حاصل از انفجار کاملا مشابه مقطع طراحی شده باشد.
تونل‌زنی در خاک
حفاری تونلها در خاک بطور دستی و مکانیکی یا بطور خودکار و با مدد گرفتن از ماشینهای حفار تونل انجام می‌شود. انتخاب روش تونل‌زنی در خاک و نحوه نگهداری آن با توجه به شرایط زمین، ابعاد حفاری زیرزمینی، مقدار پیشروی در هر مرحله و مانند آن انجام می‌شود. بطور کلی، حفاری در خاک در عمل تکرار چرخه‌ای متشکل از حفاری، خارج کردن مواد و قرار دادن حایلهاست.
در روش سنتی، طول پیشروی در هر چرخه عمدتا بستگی به شرایط زمین دارد و معمولاً از فاصله بین قاب‌ها یا صفحات پوششی تجاوز نمی‌کند. روش دیگر حفاری و نگهداری خاک استفاده از سپر است. سپر اغلب به صورت استوانه‌ای است که بطور افقی قرار گرفته و از یک قاعده آن حفاری انجام می‌شود و پس از آنکه مواد حفاری شده تخلیه گردید، سپر به جلو رانده می‌شود.
حفاری تونل مترو
حفاری تونلهای مترو به سه روش انجام می‌شود: ترانشه باز، اتریشی و ماشین حفار.
روش ترانشه باز: در این روش ساخت، ابتدا بررسی و آزمایشهای ژئوتکنیکی برای تشخیص لایه‌های زمین و مقاومت خاک در مسیر حفر تونل صورت گرفته و پس از خاکبرداری و گود کردن تونل، کف منطقه گودبرداری شده تسطیح، آرماتوربندی و سپس بتن ریزی می‌شود.
روش اتریشی: در این روش، مانند همان روشی که در حفر قنوات استفاده می‌شود، با یک شفت یا رمپ به عمق مورد نظر رسیده، سپس اقدام به حفر تونل می‌نمایند. تونل خاک برداری شده در مقاطع فوقانی و تحتانی، ابتدا حفاظت موقت شده و در نهایت؛ قالب بندی، آرماتور بندی و بتن ریزی می‌شود.
روش ماشین حفار: ساخت تونل با ماشین حفار در خیابان‌های پرترافیک و در مناطقی که سطح سفره آب‌های زیرزمینی بالا است، کاربرد دارد. در این روش، یک رمپ برای ورود ماشین حفار به عمق زمین ایجاد شده و پس از آن ماشین حفار کار حفاری و ساخت تونل در زیر زمین را آغاز می‌کند. ماشین حفار به دستگاه خاکبرداری دوار با مقاومت زیاد و تعدادی چک‌های هیدرولیکی که به طور افقی حرکت می‌کنند، مجهز است. با پیشروی در دل خاک، تونل حفاری شده و خاک ناشی از حفاری، توسط تسمه نقاله به قطارهای حمل خاک که در پشت ماشین قرار دارند، به سمت عقب هدایت می‌شود. پس از آن، قطعات پیش‌ساخته بتنی توسط ماشین نصب می‌گردد.[۳] (http://www.njavan.com/forum/#cite_note-2)
منابع
↑ (http://www.njavan.com/forum/#cite_ref-0) دهخدا، علی‌اکبر، لغتنامهٔ دهخدا، سرواژهٔ «دالان».
↑ (http://www.njavan.com/forum/#cite_ref-1) فرهنگ پارسیمان، سرواژهٔ «تونل».
↑ (http://www.njavan.com/forum/#cite_ref-2) تکنیک حفر تونل (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%d8%aa%da%a9%d9%86%db%8c%da%a9+%d8% ad%d9%81%d8%b1+%d8%aa%d9%88%d9%86%d9%84&SSOReturnPage=Check&Rand=0). دانشنامه رشد.
یک تونل ممکن است برای دوچرخه‌سوارها یا رفت‌وآمد وسایل نقلیه موتوری و عمومی یا راه‌آهن و یا برای یک کانال باشد. برخی کانال‌ها برای حمل آب برای مصارف عمومی یا صنعتی است. حتی تونل‌هایی در اروپا برای رفت‌وآمد حیوانات حیات وحش (http://www.njavan.com/wiki/%D8%AD%DB%8C%D8%A7%D8%AA_%D9%88%D8%AD%D8%B4) که در جاهای خطرناک هستند درست شده‌است. همچنین برخی تونلهای مخفی برای گذر از برخی مناطق خطرناک حفر شده‌اند. مانند تونل‌هایی که بین غزه (http://www.njavan.com/wiki/%D8%BA%D8%B2%D9%87) و مصر (http://www.njavan.com/wiki/%D9%85%D8%B5%D8%B1) ایجاد شده‌اند. به هر روی شالوده یک شبکه حمل‌ونقل سریع تونلها هستند.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Disused_railway_tunnel.jpg (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Disused_railway_tunnel.jpg)
اطلاعات اولیه
تونلها و فضاهای زیزمینی برای مقاصد گوناگونی ساخته می‌شوند. از جمله: تونلهای حمل و نقل و دسترسی، تونلهای آب بر، مغارها، فضاهای زری زمینی (ایستگاههای مترو، نیروگاهها، انبارهای زیرزمینی و کارگاههای استخراج مواد معدنی).
طراحی هر یک از فضاهای فوق مستلزم دسترسی به داده‌های مناسب و به کارگیری تمهیدات ویژه‌است. در هر مورد طراح باید ضمن آگاهی دقیق از شرایط زمین، ابتدا در جهت بهبود کیفیت مصالحی که قرار است تونل در آن حفر شود، اقدام نماید. در بسیاری از زمینها تونلهای حفر شده نمی‌توانند خودنگهدار باشند و برای پابرجا نگهداشتن آنها باید از حایلهایی استفاده کرد.
به نظر می‌رسد که مهمترین عامل در طراحی تونل، یا هر فضای زیرزمینی دیگر، تامین پایداری آن است. قرارگیری این گونه سازه‌ها در میان مصالح طبیعی، یعنی سنگ و خاک، باعث شده‌است که شرایط زمین‌شناسی نقش اصلی را در پایداری ایفا نمایند.
اکتشاف مسیر تونلها
از میان کلیه فعالیتهای مهندسی عمران، حفر تونل و بطور کلی فضاهای زیرزمینی، بیش از همه نیاز به شناسایی زمین و در نتیجه همکاری زمین شناس خبره دارد. این گونه سازه‌ها باید در زمینی مطمئن و مقاوم ایجاد شوند، ولی شرایط درون زمین بسیار متغیر است و بر خلاف سطح زمین، امکان شناسایی و دسترسی به تمام نقاط آن نیز وجود ندارد.
زمینهای سست و ریزشی، خرد شده و گسل خورده، هوازده و متورم شونده و بالاخره آبدار، بیشترین مشکلات را برای حفر تونل بوجود می‌آورند و این در حالی است که در بسیاری موارد انتخاب زمین مناسب با ما نیست. به عنوان مثال، اغلب تونلهای راه یا راه آهن محلهای گذر اجباری‌اند و نمی‌توان مسیر آنها را برای رسیدن به زمین قابل اطمینان، به مقدار زیاد تغییر داد.
در چنین شرایطی وظیفه کاوشگر عبارتست از: مطالعه مسیر موجود و کسب آن گونه اطلاعاتی است که با استفاده از آنها بتوان طراحی تونل را به انجام رساند، به نحوی که با بکارگیری کمترین پوشش استحکامات داخلی، سازه زیرزمینی پایداری قابل قبولی در برابر عوامل مخرب داشته باشد.
رکن اصلی بررسیهای مربوط به فضاهای زیرزمینی و تونلها را حفاری‌های اکتشافی تشکیل می‌دهد. حفر گمانه یا تونل اکتشافی معمولاً پرخرج است، ولی اطلاعات دست اولی از شرایط حکمفرما در زمین در اختیار جستجوگر قرار می‌دهد.
حفر گمانه‌های اکتشافی، مخصوصا اگر با مقره گیری همراه باشد، بیشترین اطلاعات را در مورد شرایط حکمفرما در زیرزمین بدست می‌دهد. البته چون حفاری همراه با مقره گیری عملی وقت گیر و پرهزینه‌است، جستجوگر باید با دقت زیاد محل حفر گمانه‌ها و عمق آنها را تعیین نماید. در طول پیشرفت حفاری نیز باید مقره‌های حفاری بطور مرتب مورد بررسی قرار گرفته و در اعماق مناسب آزمایشهای ژئوتکنیکی لازم انجام گیرد. مقره‌های حفاری به ترتیب خاص و در جعبه‌های مخصوص برای بررسیهای بیشتر در آینده یا استفاده احتمالی پیمانکار محفوظ نگهداشته می‌شود.
در زمینهای نرم و عملیات اکتشافی مسیر تونلهای زیرآبی، گمانه‌ها را می‌توان بسته به شرایط، به فاصله ۱۵۰ تا ۳۰۰ متر از یکدیگر حفر نمود. البته در جاهایی که قرار است سازه‌های زیرزمینی قرار گیرد، شبکه حفاری می‌توان متراکم‌تر باشد. کلیه حفاریها باید تا پائین‌تر از تراز کف تونل مورد نظر ادامه یابد. برای تونلی که قرار است در سنگ حفر شود، مخصوصا اگر طویل هم باشد، امکان حفاری محدود است و تنها هرجا که لازم و امکان پذیر است، انجام می‌شود. در سنگ نیز باید، در کلیه گمانه‌ها سطح آب زیرزمینی و وجود احتمالی هر نوع گاز سمی یا قابل انفجار یادداشت شود.
گمانه و تونل پیشاهنگ
امروزه در برخی از پروژه‌های حساس یا در جاهایی که زمین‌شناسی به شدت پیچیده‌است، از دو مدخل، تونل موردنظر و در امتداد محور آن تونل پیشاهنگ حفر می‌شود. این تونل سطح مقطعی کوچک دارد و ممکن است تمام مسیر تونل اصلی را دربر گیرد.
نظر به اینکه حفر تونلهای پیشاهنگ بسیار وقت‌گیر و پرهزینه‌است، اغلب به جای آن از گمانه‌های پیشاهنگ استفاده می‌شود. البته در بسیاری موارد این نوع گمانه پس از پایان عملیات اکتشافی و طراحی تونل و در زمان عملیات اجرائی حفر می‌گردد. به این ترتیب که با حفر گمانه‌هایی در سینه کار تونل و هم محور با آن، شرایط زمین تا چندین متر جلوتر شناسائی شده و در صورتی که مشکلی، مانند برخورد به زمینهای سست یا خرد شده یا هجوم آب، در پیش رو باشد، در فاصله زمانی موجود، برای مقابله با آن اقدام می‌شود.
حفاری تونل در سنگ و خاک
برای حفاری تونلها روشهای متنوعی ابداع شده‌است. بطور معمول توده‌های سنگی با روشهای متداول چالزنی و انفجار و تخلیه حفاری می‌شوند، یا اینکه از ماشینهای حفار TBM استفاده می‌شود.
تونل‌زنی در سنگ
رایج‌ترین روش حفر تونل در زمینهای سنگی استفاده از انفجار مواد ناریه‌است. حفاری تونل در سنگ معمولاً تکرار چرخه چالزنی، انفجار، تخلیه مواد و نصب حایلها است. طرح، فاصله و عمق چالها، مقدار و نحوه خرج گذاری و آتشکاری آنها و ساخت سنگ عواملی مهم در شکل مقطع حفاری شده‌اند. در حفاریهایی که در سنگ انجام می‌شود، هدف نهایی آن است که سطح مقطع حاصل از انفجار کاملا مشابه مقطع طراحی شده باشد.
تونل‌زنی در خاک
حفاری تونلها در خاک بطور دستی و مکانیکی یا بطور خودکار و با مدد گرفتن از ماشینهای حفار تونل انجام می‌شود. انتخاب روش تونل‌زنی در خاک و نحوه نگهداری آن با توجه به شرایط زمین، ابعاد حفاری زیرزمینی، مقدار پیشروی در هر مرحله و مانند آن انجام می‌شود. بطور کلی، حفاری در خاک در عمل تکرار چرخه‌ای متشکل از حفاری، خارج کردن مواد و قرار دادن حایلهاست.
در روش سنتی، طول پیشروی در هر چرخه عمدتا بستگی به شرایط زمین دارد و معمولاً از فاصله بین قاب‌ها یا صفحات پوششی تجاوز نمی‌کند. روش دیگر حفاری و نگهداری خاک استفاده از سپر است. سپر اغلب به صورت استوانه‌ای است که بطور افقی قرار گرفته و از یک قاعده آن حفاری انجام می‌شود و پس از آنکه مواد حفاری شده تخلیه گردید، سپر به جلو رانده می‌شود.
حفاری تونل مترو
حفاری تونلهای مترو به سه روش انجام می‌شود: ترانشه باز، اتریشی و ماشین حفار.
روش ترانشه باز: در این روش ساخت، ابتدا بررسی و آزمایشهای ژئوتکنیکی برای تشخیص لایه‌های زمین و مقاومت خاک در مسیر حفر تونل صورت گرفته و پس از خاکبرداری و گود کردن تونل، کف منطقه گودبرداری شده تسطیح، آرماتوربندی و سپس بتن ریزی می‌شود.
روش اتریشی: در این روش، مانند همان روشی که در حفر قنوات استفاده می‌شود، با یک شفت یا رمپ به عمق مورد نظر رسیده، سپس اقدام به حفر تونل می‌نمایند. تونل خاک برداری شده در مقاطع فوقانی و تحتانی، ابتدا حفاظت موقت شده و در نهایت؛ قالب بندی، آرماتور بندی و بتن ریزی می‌شود.
روش ماشین حفار: ساخت تونل با ماشین حفار در خیابان‌های پرترافیک و در مناطقی که سطح سفره آب‌های زیرزمینی بالا است، کاربرد دارد. در این روش، یک رمپ برای ورود ماشین حفار به عمق زمین ایجاد شده و پس از آن ماشین حفار کار حفاری و ساخت تونل در زیر زمین را آغاز می‌کند. ماشین حفار به دستگاه خاکبرداری دوار با مقاومت زیاد و تعدادی چک‌های هیدرولیکی که به طور افقی حرکت می‌کنند، مجهز است. با پیشروی در دل خاک، تونل حفاری شده و خاک ناشی از حفاری، توسط تسمه نقاله به قطارهای حمل خاک که در پشت ماشین قرار دارند، به سمت عقب هدایت می‌شود. پس از آن، قطعات پیش‌ساخته بتنی توسط ماشین نصب می‌گردد.[۳] (http://www.njavan.com/forum/#cite_note-2)
منابع
↑ (http://www.njavan.com/forum/#cite_ref-0) دهخدا، علی‌اکبر، لغتنامهٔ دهخدا، سرواژهٔ «دالان».
↑ (http://www.njavan.com/forum/#cite_ref-1) فرهنگ پارسیمان، سرواژهٔ «تونل».
↑ (http://www.njavan.com/forum/#cite_ref-2) تکنیک حفر تونل (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%d8%aa%da%a9%d9%86%db%8c%da%a9+%d8% ad%d9%81%d8%b1+%d8%aa%d9%88%d9%86%d9%84&SSOReturnPage=Check&Rand=0). دانشنامه رشد.