کتاب تونل سازی در سنگ های سست جلد اول

ساختن تونل لذت بخش است. ساختن تونل یک هنر است. احداث تونل در توده‌های سنگی ضعیف تجارت مخاطره آمیزی است. تونل‌ها مورد علاقۀ کل افراد در سراسر جهان هستند و همچنین در طول جاده‌های تپه‌ای و خطوط ریلی باعث جذب توریست‌ها می‌شوند. متروهای زیرزمینی متداول‌تر از تونل‌ها هستند و عملکرد آن‌ها از حمل ونقل سطح جاده‌ای ایمن‌تر می‌باشد. تونل‌ها حتی در طول زمین لرزه‌هایی با شدت بالا ایمن‌اند. به علاوه فناوری ساخت تونل‌های زیرزمینی، اکوسیستم و شرایط زیست محیطی را ارتقا داده است.

کتاب‌های سنتی سزوچی (1967)، بینیساوسکی (1984)، بیکل و همکاران (1997) و هوک و همکاران (1995)، به طور کلی با موضوع ساخت تونل در سنگ‌های سخت سروکار دارند. بینیساوسکی تاریخچه‌ای از ساخت تونل ارائه کرده است که بسیار جالب است. تونل‌های شگفت انگیز زیردریایی (تونل‌های ریلی غوطه‌ور در سراسر جهان) توسط کالورول (1990) تشریح شده است. منطقۀ هیمالیا بهترین آزمایشگاه میدانی برای درک مکانیک سنگ و فناوری ساخت تونل در سنگ‌های ضعیف است. از این رو، تجربۀ ساخت تونل در کوه‌های هیمالیای جوان و ضعیف از لحاظ ژئوتکنیکی برای مهندسان تونل در سراسر جهان پر ارزش است. رشته کوه هیمالیا آزمون‌های زیادی برای نظریه‌ها و فناوری‌های ساخت تونل فراهم می‌کند. از این رو، هیمالیا برای همۀ ما ارزش است.

پروفسور کارلز فیرهاست  زمانی عنوان کرد که تنها یک استراتژی برای ساخت تونل می‌توان طراحی کرد. طراحی سیستم نگهدارندۀ تونل در شرایط زمین‌شناسی پیچیده امکان‌پذیر نیست. شرایط زمین‌شناسی پیچیده و کوه‌های بلند مشکلات فوق العاده‌ای در ساخت تونل به همراه دارند. شگفتی‌های زمین‌شناسی در راستای تونل‌های بلند و عمیق (بیشتر از یک کیلومتر طول) درنواحی کوهستانی جوان و دست‌خورده رایج است. شگفتی‌های زمین‌شناسی (نواحی برشی وگسل ها) حتی بعد از تکمیل تونل ممکن است، کشف شوند. از این رو، استراتژی طراحی شده برای تقویت موضعی تونل، نزدیک ضعف‌های زمین‌شناسی غیر منتظره، باید به حد کافی انعطاف پذیر باشد. برخلاف دیگر پروژه‌های عمرانی، برنامه‌ریزی‌ها باید قابل انعطاف‌ باشد. اکتشاف، کوچکترین حلقه در پروژۀ ساخت تونل‌های طولانی و عمیق است. مشکلات زیادی در ایجاد گمانه‌های حفاری در طول تونل عمیق و طولانی در منطقه وجود دارد زیرا دستگاه حفاری را به بالای کوه نمی‌توان برد و همیشه آب مورد نیاز حفاری قابل دسترس نیست. به طور کلی گمانه‌های اکتشافی برای درک مقطع عرضی زمین‌شناسی ایجاد می‌شوند. اما در لایه‌های چین خورده و گسل‌ها، خطاهای اکتشاف بر اساس عمق‌های مشاهده شده در حفاری‌ها زیاد است. مهندسان عمرانی برای شناخت بیشتر توده‌سنگ، نیاز به یک مقطع عرضی زمین‌شناسی قابل اطمینان دارند. از این رو بایستی چندین گمانه در مسیر ساخت تونل برای شناخت شرایط زمین‌شناسی حفاری شود. این گمانه‌های شناسایی نقش بسیار مهمی در هنگام ساخت تونل در سنگ‌های ضعیف، ایفا می‌کند.

دستگاه حفر تونل (TBM) انتخابی مناسبی برای توده‌های سنگی همگن و غیر فشرده (H<
 

350
 

Q

1

3 ) و بدون نواحی برشی است. مهندسان نباید از TBM در محلی که تحقیقات زمین‌شناسی مهندسی به طور مفصل انجام نشده و توده‌سنگی بسیار ناهمگن است، استفاده کنند. پیمانکاران می‌توانند TBM را با توجه به شرایط همگن توده‌سنگ، طراحی کنند (باسین،2004).

مکانیک سنگ نقش مهمی در برنامه‌ریزی و ساخت تونل ایفا می‌کند. باید توجه کرد که معمولاً لایه‌هایی که قابل اطمینان به نظر می‌رسند، ممکن است مشکلات شدیدی در راستای ساخت تونل بوجود آورند. مهندسی ساخت تونل در سال 1970 شکل گرفت ولی قبل از آن نیز ساخت تونل انجام می‌گردید. خطرات احداث تونل هم اکنون بهتر درک می‌شوند و مؤثرتر حل می‌گردند. مهندسان مکانیک سنگ و زمین‌شناسان برای ایمنی کارگران و رفع تهدیدهای ساخت تونل باید در پروژه‌های مهم حفر تونل استخدام شوند. معمولاً پشتیبانی خوب، هزینۀ اجرا و تأخیر در تکمیل ساخت تونل‌ها را کاهش خواهد داد.

روش‌های متعارف ساخت تونل با حفاری و انفجار در روش تونل‌سازی جدید اتریشی (NATM) و روش نروژی ساخت تونل (NMT)  بکار رفته است. ماشین آلات ساخت تونل در حفاری‌های سریع، بسیار مفید هستند. NATM (فصل نهم) استراتژی ساخت تونل را در طریق شرایط مختلف زمین ارائه می‌کند. NMT یک جدول طراحی را برای سیستم نگهدارنده ارائه می‌کند. شات‌کریت تقویت شده با الیاف فولادی (SFRD) عموماً در نگهداشتن سنگ‌های ضعیف و متوسط در زمین‌های فشرده استفاده می‌شود. به طور طبیعی SFRS با پیچ‌سنگ‌های پرشده با دوغاب انتخاب ایده‌آلی برای سنگ‌های ضعیف است. به مهندسان و دانشمندان زمین‌شناسی باید برای ساخت تونل ایمن در دوران پیشرفته تبریک گفت. ترس از ساخت تونل در اعماق زیاد (کمتر از 1000 متر) دیگر وجود ندارد. این کتاب سعی دارد تا یک استراتژی یکپارچه و پیشرفته را درمورد ساخت تونل در سنگ‌های ضعیف برای قرن بیستم ارائه کند.

شرایط مدیریتی بیش از شرایط جغرافیایی بر نرخ ساخت تونل تأثیر می‌گذارد. از این رو، پیشرفت در مدیریت ساخت بسیار مهم است. مدیران باید تلاش‌های بیشتری برای بستن قراردادهای موفق و مؤثر در به چالش کشیدن شغل‌هایی مثل ساخت تونل در سنگ‌های ضعیف و خردشده انجام دهند. روح همکاری و تعهد (یعنی اعتماد دو جانبه) باید به وسیلۀ مدیران اجرایی ایجاد شود. مدیریت بحران مخصوصاً در ساخت تونل مهم است. پیمانکاران باید زندگی کارگران و TBM و ماشین‌آلات تونل را در حین کار تضمین کنند. همۀ ارادۀ مهندسان عمران در تکمیل سریع یک پروژه متمرکز می‌شود. در واقع، تمام آنچه که ما امروز در مورد مکانیک سنگ آموخته‌ایم، ناشی از تجربیات ساخت تونل در گذشته است. نظارت قابل اعتماد و مستمر توسط ابزار پیشرفته، کلید موفقیت در مقابله با خطرات غیر منتظره در ساخت تونل است. تجارب گستردۀ موسسۀ تحقیق مرکزی معدن در هند این را نشان می‌دهد.

نیمۀ آخر قرن بیستم به عنوان طلوع عصر طلایی ساخت تونل در کل جهان نامیده شده است. در حدود پنجاه سال گذشته، بیشتر تونل‌های عمیق و طولانی در کوه‌های سنگی آلپ ساخته شده‌اند. تونل 34 کیلومتری لوتسبرگ زیر کوه آلپ سویس که در سال 2007 به پایان رسید، هم اکنون طولانی‌ترین تونل برای حرکت قطارها روی زمین است. تونل دیگر، تونل گوتهارد با طول 58 کیلومتر در موازات تونل لوتسبرگ طولانی‌ترین تونل جهان خواهد بود ولی در سال 2020 به پایان می‌رسد.

مهندسان تونل و زمین‌شناسان و مدیران باید برای چالش‌های آینده در ساخت تونل تعلیم ببینند. بینیساوسکی عنوان کرد که درس‌های ذیل را باید از تجارب  ارزشمند گذشته آموخت.

1. ساخت تونل در سنگ‌های سخت هم اکنون علمی آمیخته با هنر تجربی است.

2. پیشرفت‌های عظیم در فناوری ساخت تونل به دلیل تلاش‌های تیمی بود، اما اغلب به رهبری یک نفر انجام می‌گرفت.

3. ابتکار و خلاقیت مهندسان در گذشته ثابت شده است اما هنوز پتانسیل کامل مهندسان ساخت تونل کشف نشده است. نقش مهندس مکانیک سنگ در پروژۀ ساخت تونل بسیار موثر است.

4. دستگاه حفر تونل در تمام سنگ‌های همگن، خاک‌ها، تخته سنگ‌ها و مناطق گسل و غیره می‌تواند موفق باشد.

به لطف خدا، آیندۀ ساخت تونل و فناوری استفاده از فضای زیرزمینی، روشن‌تر از گذشته به نظر می‌رسد. در کشور اتریش، تونل‌های زیرزمینی شهری در طول آزاد راه‌ها رایج است. تقاضا برای متروهای زیرزمینی چند طبقه‌ای با راه‌های دسترسی فراوان به سرعت درحال افزایش است. انتظار می‌رود که ساخت تونل حتی در سنگ ضعیف به سرعت در حال پیشرفت باشد. شبکۀ تونل آب آشامیدنی یک ضرورت فوری در کشورهای پرجمعیت است. تونل‌های زیر دریا در تخیل برنامه‌ریزان در حال شکل گرفتن هستند. تونل بین لندن و نیویورک در اقیانوس اطلس درحال برنامه‌ریزی است. اجرای شهرهای زیرزمینی از لحاظ اقتصادی تا اواخر قرن بیستم اجرایی می‌شود. ایالات متحده آمریکا دستگاه حفاری ذوب سنگ را در سال 1972 ابداء کرد. بدین ترتیب که این دستگاه توده‌سنگ را در گاز می‌سوزاند و به پیش می‌رود. نروژ ساخت تونل‌های شناور روی دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها را تجربه می‌کند. مهندسان آینده و دانشمندان قصد دارند در استفاده از انرژی مؤثرترین باشند. سازه‌های زیرزمینی برخلاف ساختارهای سطحی از مردم در برابر انواع بلایای طبیعی‌ حمایت می‌کنند.

«زمین‌شناسی که عمدتاً از آن به عنوان علم تاریخی و توصیفی یاد می‌شد، در سال‌های اخیر جنبۀ کاربردی به خود گرفته است. این علم تا حد زیادی، کاربردی و عملی شده است. زمین‌شناسی در صنعت معدن به عنوان ابزار کمکی در شناسایی معادن فلزات نقش اول را بازی می‌کند. هم اکنون زمین‌شناسی در فرآوری سوخت و جستجو برای میادین نفت، با در نظر گرفتن معیارهای زیست محیطی ایفای نقش می‌کند.»

چارلز برکی، مهندس پیشگام زمین‌شناسی 1939

تکنیک‌های پیشرفته در ساختار زیرزمینی نیاز به استفاده از دانش پیشرفته دارد که این نوعی از علم و تجربه است. به طور کلی درپایان این هزارۀ میلادی و با افزایش روز افزون حفاری‌های زیرزمینی، موضوع مقرون به صرفه بودن و ایمنی حفاری‌ها اهمیت یافته است. تکنیک‌های پیشرفتۀ ژئوفیزیک، مفهوم و کاربرد آن در ساختارهای زیرزمینی مخصوصاً در تونل‌ها در این فصل بحث و بررسی شده است.

پیشرفت اولیه در روش‌های ژئوفیزیک برای تعیین ساختار زمین‌شناسی زیر سطح زمین، ابتدا برای تحقیق روی مخازن بالقوه نفت و گاز طبیعی شکل گرفت. امروزه، تکنیک‌های ژئوفیزیک نه تنها برای شناسایی‌های زیرزمینی در اعماق صد متری بلکه برای شناسایی مخازن عمیق‌تر نفت و گاز طبیعی در اعماق چندین کیلومتری، استفاده می‌شوند. اخیراً این گرایش (استفاده از ژئوفیزیک) در بسیاری از کشورها با تصویب قوانین خاص حاکم بر استفاده عمومی فضای زیرزمینی ارتقا یافته است.

برای خرید دوره کامل این اثر کلیک کینن