طراحی تونل

طراحی تونل بخش مهمی از طراحی شبکه حمل و نقل بین شهری و درون شهری است. علاوه بر شبکه حمل و نقل، تونل ها در شبکه انتقال آب و فاضلاب نیز نقش مهمی ایفا می کنند. با توجه به وجود انواع گوناگونی از تونل ها، طراحی هر کدام ضوابط ویژه خود را دارد. چالش اصلی طراحی تمام تونل ها، ویژگی های ناشناخته محیط حفر تونل است. بعد از آن نیاز است تا پوشش مناسبی برای سطح تونل طراحی شود.

 

طراحی تونل

 

انواع تونل

طراحی تونل ها بر اساس نوع آن ها متفاوت است. انواع تونل عبارت اند از:

·       تونل های شبکه حمل و نقل، شامل تونل های راه، پیاده راه، راه آهن، مترو، حمل و نقل دریایی و غیره.

·       حفر تونل برای امور معدنی

·       تونل های انتقال آب و فاضلاب

·       تونل های انحراف جریان آب و فاضلاب

 

طراحی تونل آبی

 

ضوابط ویژه طراحی تونل

نشریه شماره ۳۰۹ سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور، راهنمای طراحی تونل های آب بر است. برخی بخش های این آیین نامه مختص تونل های آب بر است اما در برخی موارد از جمله محاسبات پایداری جدار تونل های سنگبری شده، می توان از این نشریه برای طراحی تونل های ترافیکی نیز استفاده کرد. همچنین این نشریه از نظر اجرایی، خاص تونل ها و شفت ها در زمین های سنگی است که با اجرای آن ها در زمین های نرم تفاوت عمده ای دارند.

نکته بسیار مهمی که در مقایسه طراحی تونل و سایر سازه ها وجود دارد، محدودیت دقت طراحی است. علت این کم بودن دقت این است که محیط اجرای آن ها بر خلاف سایر موضوعات مهندسی منحصراً تشکیلات زمین شناسی است. مطابق این آیین نامه در سازه های مهندسی ، معمولاً طراحی عناصر مهندسی مورد نظر (مانند بتن، آرماتور یا فولاد) است. ولی در مورد تونل ها، در صورتی که مغار حفاری شده با استفاده از روش های مختلف از جمله به کار بردن میل مهارها، بتن پاشی و تمهیدات دیگر تقویت شوند، باز در مورد پایداری و ضریب ایمنی سازه نمی توان به اعداد دقیقی رسید.

 

حفاری تونل در سازند نرم

 

مطابق نشریه ۳۰۹، در طراحی تونل ها، شفت ها و سازه های زیرزمینی، محاسبات و طراحي ها ضمن اختلاف با دیگر سازه های مهندسی، اساساً محاسبات ویژه ای بوده و به همین دلیل کدها و استانداردهای مربوط به تونل ها و شفت ها محدود و کمیاب هستند. عامل اصلی این امر محیط میزبان و اثر آن بر جدار مغار است. همچنین میزان شناخت محدود از محیط میزبان و ویژگی های آن در مقایسه با دیگر سازه های مهندسی است. با توجه به این مورد، تیم طراحي تونل باید متشکل از مهندسان عمران، زمین شناسی و ژئوتکنیک باشد.

پس از انتخاب مسیر و هندسه مناسب تونل و موقعیت شفت، بر اساس نقشه های توپوگرافی دقیق تر (حداقل مقیاس ۱:۲۰۰۰ برای مسیر و حداقل ۱:۱۰۰۰ برای ورودی و خروجی) و با توجه به اطلاعات ژئوتکنیکی و ژئوفیزیکی، طراحی ها انجام می گیرد.

 

تونل درون شهری

 

نکاتی که طبق نشریه ۳۰۹ باید در نتایج طراحی تونل ارائه شوند، عبارت اند از:

− جزییات ژئوتکنیک،

− حفظ تأسیسات موجود،

− تدابیر لازم برای جلوگیری از آبشستگی ها و یا انباشته شدن رسوبات هنگام وقوع جریان های سطحی،

− جانمایی ورودی، خروجی و شفت،

− حفاظت های موقت،

− شرایط و حدودی که پیمانکار باید حفاظت های موقت را طراحی کند،

− مراحل و ترتیب اجرا،

− پوشش نهایی تونل (شامل بتن، میلگرد و فولاد)،

− سازه های جانبی و جزییات آن ها،

− ابزار دقیق و سامانه های رفتارنگاری

− مشخصات فنی و خصوصی و برنامه گزارش های کارگاهی.

 

حفاری تونل در سازند سخت

 

تفاوت در طراحی تونل با روش های اجرایی متنوع

اینکه چه روش اجرایی برای تونل انتخاب شود تاثیر زیادی در طراحی تونل دارد. مراحل ساخت تونل سه مرحله است:

·       حفاری شامل حفاری با وسایل دستی، انفجار یا استفاده از دستگاه ها و ماشین های مخصوص

·       حفاظت های اولیه

·       حفاظت های دائمی زمین

در مرحله اول یعنی مرحله حفاری اگر روش انفجار انتخاب شود، برای اجرای انفجار نیاز به محاسبات دقیق هست. باید محاسبه شود که چه میزان مواد منفجره استفاده شود تا تخریب درست و دقیق صورت گیرد. دستگاه های پیشرفته حفاری، مانند TBM ، قابلیت دارند تا به طور همزمان با حفر تونل، سگمنت های بتنی را نیز جایگذاری کنند. در صورت استفاده از این دستگاه ها شرایط کاملا متفاوتی در طراحی ایجاد می شود.