نشریه مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی
سال یازدهم شماره 2 (تابستان 1401)

یکی از آثار زیست محیطی سیستم های حمل و نقل شهری ایجاد ارتعاشات ناخواسته است. این ارتعاشات به علت تواتر بالای عبور قطارها و قرارگیری کاربری های مسکونی در مجاورت خطوط ریلی درون شهری از عوامل ایجاد مزاحمت می باشند. راهکار های کاهش ارتعاشات ناشی از حرکت قطار های شهری و به طورکلی سیستم حمل و نقل ریلی باید با عنایت به ماهیت فرکانسی ارتعاش موردنظر انتخاب گردد. روش های متعددی جهت ایزولاسیون و کنترل ارتعاشات وجود دارد. استفاده از پد های ارتجاعی در طول خط ریل روشی نوین جهت کاهش ارتعاشات است. در تحقیق پیشرو ارتعاش انتقال یافته به سطح زمین در مجاورت خط هفت متروی تهران اندازه گیری، محاسبه و با مقادیر مجاز، مقایسه گردیده است، همچنین با بررسی پد -های جاذب انرژی، به عنوان یک روش موثر در کاهش مخاطرات ناشی از ارتعاشات، نقش آن در کاهش ارتعاش سیستم روسازی خط7 متروی تهران موردمطالعه قرارگرفته است. نتایج اندازه گیری های میدانی تاثیر پد معرفی شده در کاهش ارتعاشات به میزان قابل قبول بوده است.

سازه های تونل انتقال آب به دو گروه سیستم های تحت فشار و سطح آزاد طراحی می شوند؛ که غالبا توسط قطعات پیش ساخته بتنی نگهداری می شوند. در این سازه ها به دلایلی همچون؛ تراوش آب زیرزمینی، عدم تزریق مناسب و غیره موجب بروز پله شدگی و انحراف هندسی خطای نصب سگمنت در تونل خواهد شد. در این مطالعه به واسطه مدل سازی سه بعدی و دوفازی جریان در تونل انتقال آب، چرخش و فروافتادگی قطعات پوشش بتنی پیش ساخته بر افت هد هیدرولیکی و میدان جریان ناشی از پله شدگی و انحراف هندسی خطای نصب سگمنت بررسی شده است. نتایج حاصل از این پژوهش در خصوص فروافتادگی و عرض پله شدگی بیان کننده این موضوع است که خطوط جریان بدون انحراف در اثر عامل فرورفتگی در مسیر مستقیم حرکت می کنند و جریان در ناحیه فروافتادگی به صورت چرخشی و با سرعت پایین می باشد. از طرف دیگر با توجه به اینکه عرض های 0.85، 1.7، 2.55 متر، به ترتیب 25، 50 و 75 درصد عرض کامل تونل می باشند و افت های مشاهداتی رخ داده نیز در حدود 28، 47 و 75 درصد افت ناشی از پله با عرض کامل است، درنتیجه می توان بیان کرد که نسبت افت ناشی از پله با عرض ناقص، به افت ناشی از پله با عرض کامل برابر نسبت عرض ها است.

در جریان معدنکاری زیرزمینی زغال سنگ، تنش های زمین، ناهنجاری های زمین شناسی مانند گسل ها و مناطق برشی منجر به تمرکز تنش، تغییر شکل و شکست زغال سنگ و درنهایت ایجاد مخاطراتی نظیر بیرون زدگی زغال سنگ و گاز می شوند. بیرون زدگی زغال سنگ و گاز، انتشار سریع مقدار زیادی از زغال سنگ یا سنگ ها، همراه با مقدار زیادی گاز در معادن زیرزمینی زغال سنگ است. تاکنون وقوع این پدیده منجر به از بین رفتن تجهیزات و جان بسیاری از معدنچیان در سراسر جهان شده است. ازاین رو، پیش بینی، تحلیل و کنترل آن ضرورت دارد. شبیه سازی عددی یکی از روش های توانمند برای مطالعه این پدیده پیچیده است. هدف از این مقاله، پیش بینی این پدیده در معادن زیرزمینی زغال سنگ با استفاده از روش های تحلیلی و عددی است. برای این منظور، یکی از تونل های فرعی کارگاه 4E معدن پروده یک طبس که در عمق 472 متری از سطح زمین قرار دارد، در نرم افزار Phase2 شبیه سازی و احتمال وقوع بیرون زدگی در این لایه با فرض وجود یک مخزن گاز بررسی شده است. علاوه بر این، به منظور پیش بینی وقوع بیرون زدگی از معیار شکست ناپایدار استفاده شده است. با توجه به نتایج این تحقیق، بین احتمال وقوع پدیده موردمطالعه و ضخامت لایه رابطه خاصی پیدا نشد این مطلب توسط محققان قبلی این حوزه نیز تاییدشده است، اما به طورکلی لایه ضخیم تر بیشتر در معرض این پدیده است زیرا احتمال افزایش زغال نرم تر وجود دارد و مقدار کل گاز موجود برای جابه جایی زغال سنگ بیرون زده شده بیشتر است. علاوه بر این، پارامترهای مقاومتی نظیر چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی و مدول الاستیسیته دارای تاثیر معناداری برشدت وقوع بیرون زدگی بوده درحالی که احتمال وقوع این پدیده مستقل از مقاومت کششی زغال برآورد شده است.

فضاهای زیرزمینی در محیط هایی با شرایط زمین شناسی و ژیوتکنیکی با عدم قطعیت بالا اجرا می شوند و ریسک های زیادی را نیز در بر دارند. بیشترین حوادث و رخدادها اغلب با عدم قطعیت در ساخت و اجرای این سازه ها همراه است؛ بنابراین جلوگیری از وقوع حوادث با پیشرفت روش های تحلیل و مدیریت ریسک امری ضروری است. در این تحقیق به کمک روش الکتره فازی مردد، روشی برای مدیریت ریسک های موجود در تونل خط 3 قطار شهری مشهد ارایه می شود. بر اساس پاسخ متخصصان و خبرگان به پرسشنامه های تهیه شده، ریسک های مختلف زمین شناسی و ژیوتکنیکی موجود در پروژه شناسایی شده و همچنین پاسخ های مورد نظر برای کاهش اثرات این ریسک ها مشخص و سپس با استفاده از روش های تصمیم گیری فازی مردد رتبه بندی پاسخ این ریسک ها بر مبنای درجه اهمیت آن ها انجام می گیرد. نتایج نهایی نشان دهنده آن است که تهیه پروفیل زمین شناسی مهندسی طول مسیر با استفاده از اطلاعات به دست آمده و استفاده از رو ش های بهسازی خا ک در رتبه اول قرار گرفته اند. حفر ترانشه برای بررسی های کم عمق در مسیر حفر تونل در رتبه دوم و رعایت و اجرای صحیح و به موقع دستورالعمل های فنی حفاری به منظور محدودسازی نشست های القایی در رتبه سوم به لحاظ اهمیت قرارگرفته اند.

روش های تجربی تحلیل پایداری کارگاه های استخراج باز بر پایه تاثیر عوامل ژیومکانیکی و ژیومتری، بنیان گذاشته شده اند. تقریبا در همه روش های تجربی، هندسه کارگاه به طور ویژه با شاخص شعاع هیدرولیکی بیان شده است. در تمامی نمودارهای تجربی پایداری، در یک محور، شعاع هیدرولیکی و در محور دیگر سایرعوامل موثر، مانند ویژگی های ژیومکانیکی، عوامل محیطی و...، با عناوین مختلف، قابل مشاهده است. علاوه بر شعاع هیدرولیکی شاخص دیگری به نام ضریب شعاع، با هدف رفع کاستی های شعاع هیدرولیکی تعریف شده که این موضوع حاکی از نقش و اهمیت قابل توجه هندسه کارگاه است. هندسه کارگاه یک عامل قابل کنترل است که با تغییر آن می توان شرایط پایداری کارگاه را تغییر داد. بر اساس یافته های این تحقیق در حال حاضر ، تنها دو شاخص شعاع هیدرولیکی و ضریب شعاع به عنوان شاخص های معرف اثر هندسه کارگاه بر پایداری، مورد استفاده قرار می گیرند. هر دو شاخص دو پارامتری بوده و از میان ویژگی های هندسی متعدد کارگاه استخراج، شعاع هیدرولیکی تنها مساحت و محیط، و شاخص ضریب شعاع، تنها اندازه شعاع و زاویه جانمایی شعاع را بر روی سطح مورد مطالعه منظور می نمایند. این شاخص ها دارای نواقصی ازجمله، عدم کارآیی برای هندسه های نامنظم، کم بودن میزان همبستگی با پایداری، دو بعدی بودن، دامنه کم تاثیر نسبت ابعادی، چشم پوشی از اعوجاج در بعد سوم، عدم ملاحظه پایه، عدم ملاحظه انباشتگی کارگاه و پاسخ گو نبودن در نسبت های ابعادی بزرگ هستند. بر این اساس هیچ یک از دو شاخص مذکور در حد لزوم و کفایت نمی توانند نماینده مناسبی از هندسه کارگاه باشند، و برای دست یابی به روابط تجربی کامل تر و دقیق تر، ضروری است شاخص های هندسی کامل تر که در برگیرنده تعداد بیشتری از ویژگی های هندسی کارگاه استخراج باشند را تدوین کرد.

بررسی پایداری فضاهای زیرزمینی و طراحی سیستم نگهداری مناسب از مهم ترین مراحل در فرآیند حفر تونل است. روش های مختلفی برای بررسی وضعیت پایداری تونل ها وجود دارد. در این مقاله به منظور تحلیل پایداری و پیشنهاد سیستم نگهداری مورد نیاز تونل های انحراف آب سد مشمپای زنجان از روش های عددی، تجربی و همگرایی- همجواری استفاده شده است. این تونل ها به قطر 10 متر، فاصله افقی 20 متر و اختلاف ارتفاع 6 متر نسبت به هم قرار دارند. با توجه به شرایط درزه داری منطقه و تاثیر آن بر وضعیت پایداری دو تونل، از نرم‏افزار عددی المان مجزای UDEC استفاده و نتایج آن با روش های تجربی RMRو Q مقایسه شده است. همچنین با روش همگرایی- همجواری پایداری تونل ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحلیل عددی نشان می‏دهد که استفاده از سیستم نگهداری شاتکریت با ضخامت 10 سانتی متر به عنوان نگهدارنده موقت پایداری تونل را تضمین می کند و مقدار حداکثر جابجایی قایم در سقف تونل ها 64/8 و 16/9 میلی متر می باشد. ضریب اطمینان سیستم نگهداری برابر 5/3 و 02/2 با روش همگرایی- همجواری برای تونل ها برآورد شد.