فهرست مطالب

1- تاریخچه تونل سازی و سازه‌های زیر زمینی 2

ویژگی های فضاهای زیرزمینی و نمونه های بارز آنها 3

3- تعاریف مربوط به زلزله 6

3-1-     امواج زلزله : 6

3-5-     دوام نوسانها (Duration) : 8

4-3-     وضعیت لایه بندی و جنس زمین: 10

4-4-     نحوه ساخت تونل 10

5-3-     جابجائی گسل در چند رویداد مهم لرزه‌ای: 13

5-4-     جابجائی در سطح و جابجائی در عمق : 14

6-3-     بررسی تغییر شکلهای ایجاد شده در تونل 19

6-3-1-  تغییر شکلهای محوری و انحنایی 20

7- برآورد خطر پذیری تونلها 23

تونل در سیستم بزرگراهی : 24

تونل در سیستم راه آهن : 29

 

 

 

 

1- تاریخچه تونل سازی و سازه‌های زیر زمینی

 

احتمالا اولین تونل‌ها در عصر حجر برای توسعه خانه‌ها با انجام حفریات توسط ساکنان شروع شد . این امرنشانگر این است که آنها در تلاشهایشان جهت ایجاد حفریات به دنبال راهی برای بهبود شرایط زندگی خود بوده اند. پیش ازتمدن روم باستان ، در مصر ، یونان ، هند و خاور دور و ایتالیای شمالی ، تماما تکنیکهای تونلسازی دستی مورد استفاده قرار می‌گرفت که در اغلب آنها نیز از فرایندهای مرتبط با آتش برای حفر تونل های نظامی ، انتقال آب و مقبره‌ها کمک گرفته شده است. در ایران نیز از چند هزار سال پیش، به منظور استفاده از آبهای زیر زمینی تونل هایی موسوم به قنات حفر شده است که طول بعضی از آنها به 70 کیلومتر و یا بیشتر نیز می‌رسد. تعداد قنات های ایران بالغ بر50000 رشته برآورده شده است. جالب توجه است که این قنات های متعدد، طویل و عمیق با وسایل بسیار ابتدایی حفر شده اند.

 

رومی ها نیز در ساخت قنات‌ها و همچنین در حفاری تونل های راه پرکار بودند. آنها در ضمن اولین دوربینهای مهندسی اولیه را در جهت کنترل تراز وحفاری تونل ها به کار بردند.

 

اهمیت احداث تونل ها دردوران های قدیم ، تا بدین جاست که کارشناسان کارهای احداث تونل درآن تمدن‌ها را نشانگر رشد فرهنگ و به ویژه رشد تکنیکی و توان اقتصادی آن جامعه دانسته‌اند. تمدنهای اولیه به سرعت ، به اهمیت تونل‌ها ، به عنوان راه‌های دسترسی به کانی ها و مواد طبیعی نظیر سنگ چخماق به واسطه اهمیتش برای زندگی، پی‌بردند. همچنین کاربرد آنها دامنه گسترده‌ای از طاق زدن بر روی قبرها تا انتقال آب و یا گذرگاههایی جهت رفت و آمد را شامل می شد. کاربردهای نظامی تونل‌ها ، به ویژه از جهت بالابردن توان گریز یا راههایی جهت یورش به قرارگاهها و قلعه های دشمن ، ازدیگر جنبه های مهم کاربرد تونلها در تمدن های اولیه بود.

 

تونل سازی همزمان با انقلاب صنعتی، به ویژه به منظور حمل و نقل ، تحرک قابل ملاحظه ای یافت. تونلسازی به گسترش و پیشرفت کانال سازی کمک کرد و این امر در توسعه صنعت به ویژه در قرون 18 و 19 میلادی در انگلستان سهم بسزایی داشت. کانال‌ها یکی از پایه های انقلاب صنعتی بودند وتوانستند در مقیاس بسیار بزرگ هزینه‌های حمل و نقل را کاهش دهند. تونل مال پاس با طول 157 متر برروی کانال دومیدی در جنوب فرانسه اولین تونلی بود که در دوره‌های مدرن در سال 1681 ساخته شد. همچنین اولین تونل ساخته شده با کاربرد حفاری و انفجار باروت بود. در انگلستان، قرن 18 نیز جیمز بریندلی از خانواده ای مزرعه دار با نظارت بر طراحی و ساخت بیش از 580 کیلومتر کانال و تعدادی تونل به عنوان پدر کانال و تونل های کانالی ملقب شد. وی در سال 1759 با ساخت یک کانال به طول 16 کیلومتر مجموعه معدن زغال دوک بریدجواتر را به شهر منچستر متصل نمود. اثر اقتصادی تکمیل این کانال نصف شدن قیمت زغال در شهر و ایجاد یک انحصار واقعی برای معدن مذکور بود. 

 

در اوایل قرن نوزدهم به منظور عبور از قسمتهای پایین دست رودخانه تایمز هیچ سازه ای موجود نبود و 3700 عابر مجبور بودند با طی یک راه انحرافی 3 کیلو متری با قایق مسیر روترهایت به ویپنیگ را طی کنند. اقدام به ساخت یک تونل نیز به دلیل ریزشی بودن ومناسب نبودن رسوبات کف رودخانه متوقف شد. تا اینکه در حدود سال 1820 فردی بنام مارک ایرامبارد برونل از فرانسه ایده استفاده از سپر را مطرح نمود و در سال 1825 کار احداث تونل بین روترهایت و ویپنیگ را آغاز و علی رغم جاری شدن چند نوبت سیل در سال 1843 آن را باز گشایی نمود. این تونل تامس نام گرفته و اولین تونل زیر آبی بود که بدون هر گونه رودخانه انحرافی حفر شد.

 

در دیگر موارد تونلهای زهکشی بزرگ ، نظیر تونلی با طول 7 کیلو متر در هیل کارن انگلستان ، اهمیت زیادی در توسعه صنعت معدنکاری داشته‌اند. البته بررسی تاریخچه پیشرفت در روش ها و تکنیک ها و به عبارتی در هنر تونل سازی نشانگر این مطلب است که مانند بسیاری دیگر از علوم و فنون بیشتر رشد این هنردر قرن گذشته صورت گرفته و تا حال نیز ادامه دارد.

 

 

 

ویژگی های فضاهای زیرزمینی و نمونه های بارز آنها

 

هم اکنون در زمینه های مختلف کاربرد تونل‌ها ، مزایای متفاوت و گوناگونی را بر می شمرند. از آن جمله ویلت، استفاده فزاینده فعلی از فضاهای زیر زمینی را به دلایل زیر رو به افزایش دانسته است.

 

1- تفوق محیط ساختاری به معنای وجود یک حصار وساختار طبیعی فراگیر.

 

2-عایق سازی با سنگهای فراگیر که دارای ویژگیهای عالی عایق‌ها می باشند.

 

3- محدودیت کمتر دراحداث سازه های بزرگ به دلیل نیاز کمتر به استفاده از وسایل نگهداری عمده در مقایسه با احداث همان سازه بر روی سطح زمین.

 

4- کمتر بودن تأثیرات منفی زیست محیطی.

 

 

 

از دیگر مزایای تونل ها در راههای ارتباطی می توان به :

 

1- کوتاهتر شدن مسیرها و افزایش راند مان ترافیکی 

 

2-بهبود مشخصات هندسی مسیر

 

3-جلوگیری از خطرات ریزش کوه و بهمن

 

4-ایمنی بیشتر در برابر زلزله،

 

اشاره کرد .

 

 

 

مثال های متعددی می توان از نقش وتأثیر عمده تونلسازی و پروژه های بزرگ این صنعت از گذشته تا حال ذکر کرد . تونل مشهور مونت بلان دو کشور فرانسه و ایتالیا را به هم متصل می سازد. عملیات ساختمانی آن در سال 1959 آغاز گردید و حفر این تونل فاصله بین میلان و پاریس را به طول 304 کیلو متر کوتاهتر نموده است. از دیگر نمونه ها کشور فنلاند است که سازه های زیر زمینی را به صورت غارهای عظیم بدون پوشش بتنی ، به منظور انبار مواد نفتی مورد استفاده قرار داده و در حال حاضر بیش از 75 انبار نفتی در سراسر کشور فنلاند با گنجا یشی بیش از 10 میلیون متر مکعب ساخته شده.

 

 

 

2- مطالعه خرابیهای گذشته

 

بر اساس یک پندار کهن، سازه‌های زیر زمینی ایمن‌ترین سازه‌ها در برابر زلزله می‌باشند. در تمام نقاط جهان خطوط متروی زیر زمینی به عنوان پناهگاه برای نجات و اسکان در زمان وقوع زلزله مورد استفاده قرار گرفته‌اند. برای اثبات صحت و سقم این پندار، لازم است عملکرد تونلها و سازه‌های زیر زمینی در برخی از کشورهای پیشرفته در طول قرن گذشته مورد مطالعه و بررسی قرار بگیرد.

 

 

 

در کشور ژاپن تونلهای بسیاری احداث شده است، از این رو از دیدگاه تونلسازی در زمره پیشرفته‌ترین کشورها قرار دارد. با توجه به شدت زلزله خیز بودن ژاپن و اهمیتی که پدیده زلزله در آن کشور دارد، گزارشهای متعددی در زمینه صدمات وارده بر تونلها در اثر زلزله در این کشور منتشر نموده‌اند. اولین زلزله‌ای که صدمات زیادی را به تونلها وارد نمود زلزله کانتو (Kanto) در سال 1923 بود. در این زلزله به بیش از 100 زلزله آسیب وارد آمد. پس از آن مجددا بر اثر زلزله‌های 1930 کیتا-ایزو (Kita-Izu)، 1964 نیگاتا (Nigata) و 1978 ایزو-اوشیما-کینکایی (Izu-Oshima-Kinkai) صدمات شدیدی در بسیاری از تونلهای موجود در ناحیه‌های زلزله زده گزارش گردید. جدول (3-1) صدمات مربوط به تونلها را در زلزله‌های مختلف کشور ژاپن از سال 1923 تا سال 1993 را نشان می‌دهد.

 

یکی از جدیدترین رویدادهای لرزه‌ای در ژاپن که منجر به صدمات شدیدی به تونلهای زیر زمینی در منطقه زلزله زده گردید، زلزله 1995 کوبه یا هیوگوکن-نانبو بوده است. عمده‌ترین صدمات به تاسیسات زیر زمینی در این زلزله مربوط به سه ایستگاه راه آهن زیرزمینی در شهر کوبه بود. در محل ایستگاه دایکایی ستونهای مرکزی بر اثر تغییر شکل حاصل از زلزله دچار شکستگی برشی گردیده و قابلیت باربری خود را از دست دادند و در نتیجه سقف بر اثر وزن خود ریزش نمود. از آنجایی که برای طراحی این ایستگاه بر اساس استاندارد طراحی موجود تنها بارهای استاتیکی در نظر گرفته شده بود، لذا دیوارهای کناری و ستونهای مرکزی فاقد مهارهای برشی بودند. همچنین بر اثر وقوع این زلزله بیش از 30 تونل از مجموع 100 تونل موجود در منطقه دچار صدمات نسبتا شدیدی شدند. عمده‌ترین نوع این صدمات ایجاد ترکهای برشی روی تاج و سقوط گوه‌‌های سنگی از آن، شکستگی همراه با سقوط سنگ از سقف و دیواره‌ها و سقوط سنگ از محل اتصال قطعات بتنی به یکدیگر بوده است. در این زلزله خسارتهای ایجاد شده به حدود 110 تونل در این منطقه بالغ بر نیم بیلیون دلار ارزیابی شد.

 

با بررسی زلزله‌های بزرگ قرن اخیر در ایران، مشاهده میکنیم که تقریبا هیچ گونه گزارشی مبنی بر وارد آمدن خرابی بر تونلها ارائه نشده است. آنچه در گزارش‌ها در مورد تونلها می‌یابیم حاکی از رفتار مناسب تونلها در این زلزله‌ها می‌باشد. در مورد زلزله گلباف تنها گفته شده که تونل 7/2 کیلومتری در نزدیکی کانون زمین لرزه رفتار خوبی داشته است همچنین بنابر گزارشها در زلزله منجیل، تونل 950 متری نزدیک منجیل رفتار خوبی نشان داده، منتهی دو دروازه آن در اثر ریزش سنگ از کوه آسیب دیده است

 

شما هم می توانید در مورد این فایل نظر دهید.