مقدمه
تونلها سازه های زیرزمینی هستند که بمنظور دستیابی به حمل ونقل و انتقـال راحـت و آسـان در شـرایطی کـهمشکلات طبیعی یا خطرات خاصی در مسیر وجود دارند، احداث می شوند. طراحی تونل هایی که در توده سـنگهایضعیف قرار می گیرند، با طراحی سازه های قرارگرفته در سنگهای مستحکم که مسائل ناپایداری آنها غالباً ناپایداری ساختاری است، کاملا ً متفاوت از یکدیگر است. طراحی بهینه مستلزم درک صحیح و عمیقی از رفتار توده سـنگدر برگیرنده تونل و واکنش متقابل بین سیستم نگهدارنده و توده سنگ می باشد. امروزه در دنیـا اسـتفاده از انـواعمختلف ابزارهای دقیق به ویژه درتونلهای ضعیف و حساس جزء لاینفک اجرای تونل هـا مـی باشـد و از مهمتـریناصول روش حفاری تونلها به روش ناتم1 کاربرد و استفاده از نتایج حاصـل از ابزارهـای دقیـق در اجـرای تونـل هـامی باشد.
بطور کلی اهدافی که در یک برنامه رفتارسنجی فضای زیرزمینی پیگیری می شود عبارتند از :
 ارزیابی و تایید صحت پارامترهای طراحی
 کنترل و بهینه سازی مراحل اجرا
 بهبود شرایط ایمنی اجرای طرح
 علت یابی مسائل پیش بینی نشده
 کاهش هزینه اجرا
 ارزیابی روشهای نوین اجرا
 پیشبرد دانش و فناوری احداث فضاهای زیرزمینی
در دهه های اخیر تحلیل و پایداری تونل ها و فضاهای زیرزمینی، بـا اسـتفاده از روش هـای عـددی توسـعه قابـلتوجهی یافته است، اما کارایی این روش ها در پیش بینی رفتار ژئو مکانیکی سنگ به دلیـل عـدم قطعیـت و غیـرقابل اعتماد بودن داده های ورودی همـواره مـورد تردیـد بـوده اسـت. بـه عبـارت دیگـر اعتبـار پـیش بینـی هـا وارزشیابی های انجام شده به کمک روش های عددی به دقت پارامترهای ژئو مکانیکی بر جای تـوده سـنگ و اینکـهاین پارامترها تا چه حد بیانگر رفتار واقعی توده سنگ می باشد بستگی دارد. ولیکن اندازه گیری دقیق پارامترهای ژئو مکانیکی برجای توده سنگ بسیار دشوار و گاهی غیر عملی می باشد.
1- New Austrian Tunneling Method(NATM)
برای غلبه بر این مشکلات، رفتارسنجی فضاهای زیرزمینی در حـین و بعـد از اجـرا انجـام مـی شـود . داده هـایپردازش شده ابزار دقیق می تواند اطلاعات با ارزشی را در ارتباط با وضعیت تنش و محدوده توده سنگ در اطـراففضاهای زیرزمینی و پایداری آن بـه دسـت دهـد. عـلاوه بـراین بـا تحلیـل برگشـتی (آنـالیز م عکـوس ) داده هـایرفتارسنجی در هر لحظه می توان پارامترهای واقعی توده سنگ از قبیل مدول الاستیسیته، چسـبندگی و تنشـهای القائی ناحیه حفاری و غیره را به دست آورده و از آنها در تحلیل های آینده سود جست. بدین ترتیب کـه بـا تعیـینپارامترهای حاصله از توده سنگ می توان روشهای طراحی و یا ساخت تونل و همچنین سیستم نگهدارنده را مـوردبررسی قرار داد و در صورت نیازآنها را اصلاح نمود.
از اهداف اصلی طراحی و نصب ابزاردقیق و رفتارسنجی می توان به شـناخت رفتـار وعکـس العمـل واقعـی تـودهسنگ در برگیرنده تونل حین حفاری و کمک به پیش بینی رفتار احتمالی آن در آینده و کفایت ویا عـدم کفا یـت سیستم های نگهدارنده و همچنین تحلیل برگشتی اشاره نمود.
در این تحقیق به بررسی روش ناتم و عملکرد ابزار دقیق در آن خواهیم پرداخت بطوریکه با توجه به داده هـاییکه از پردازش داده های ابزار دقیق به دست خواهد آمـد بتـوان بهتـ رین طـرح را چـه از نظـر اجـرا و چـه از نظـراقتصادی در حین اجرا بدست آوریم.

روش تونلسازی ناتم توسط ابزار دقیق و کاربرد ابزار دقیق در فضاهای زیر زمینی حفر شده به روش NATM

روش تونلسازی ناتم توسط ابزار دقیق و کاربرد ابزار دقیق در فضاهای زیر زمینی حفر شده به روش NATM

فهرست مطالب

چکیده ………………………………………………………………………………………………………………………………….1

مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………….2

فصل اول: روش تونلسازی ناتم

روش تونلسازی ناتم …………………………………………………………………………………………………………………..5

1-1- سیستمهای نگهداری در ناتم ………………………………………………………………………………………………… 5
1-2- ویژگی های مهم روش ناتم ………………………………………………………………………………………………….. 6
1-3- اصول پایداری ناتم ……………………………………………………………………………………………………………… 8

فصل دوم: روش تونلسازی ناتم توسط ابزار دقیق

رفتار سنجی در روش تونلزنی ناتم توسط ابزار دقیق …………………………………………………………………………… 10

-1- رفتارسنجی فضاهای زیرزمینی ………………………………………………………………………………………………. 10
2-2- هدفهای استفاده از ابزار دقیق در روش ناتم ………………………………………………………………………………. 11
2-2-1- ارزیابی و تایید صحت پارامترهای طراحی ……………………………………………………………………………….. 11
2-2-2- کنترل و بهینه سازی مراحل اجرا …………………………………………………………………………………………. 11
2-2-3- بهبود شرایط ایمنی اجرای طرح ………………………………………………………………………………………….. 11
2-2-4- علت یابی مسائل ………………………………………………………………………………………………………….. 12
2-2-5- کاهش هزینه اجرا …………………………………………………………………………………………………………. 12
2-2-6- ارزیابی روش های نوین اجرا ………………………………………………………………………………………………. 13
2-3- پیشبرد دانش و فناوری احداث فضاهای زیرزمینی ………………………………………………………………………… 13
2-4- برتری جنبی رفتارسنجی …………………………………………………………………………………………………….. 13
2-5- توجیه رفتار سنجی و دامنه آن ………………………………………………………………………………………………. 14
2-6 – پارامترهای مورد سنجش در رفتارنگاری ………………………………………………………………………………….. 14
2-6 -1- پارامترهای توده سنگ ……………………………………………………………………………………………………. 14
2-6 -2- پارامترهای سیستم نگهدارنده …………………………………………………………………………………………… 15
2-7- کاربرد ابزارهای اندازه گیری …………………………………………………………………………………………………. 17
2-7-1- ابزارهای رفتارسنجی توده سنگ ………………………………………………………………………………………….. 17
2-7-1-1- جابجایی سنجها …………………………………………………………………………………………………………. 17
2-7-1-2- پیزومترها ………………………………………………………………………………………………………………….. 23
2-7-2- ابزارهای رفتارسنجی سیستم نگهدارنده ……………………………………………………………………………….. 24
2-7-2-1- رفتار سنجی میل مهارها ………………………………………………………………………………………………… 24
2-7-2-2- رفتار سنجی نگهدارنده های بتنی …………………………………………………………………………………….. 26
2-8- دستورالعملهای مربوط به اجرای ابزاربندی ………………………………………………………………………………… 28
2-8-1- اندازه گیری تغییر شکل و جا به جایی در توده سنگ ………………………………………………………………….. 28
2-8-1-1- همگرایی سنجها ……………………………………………………………………………………………………….. 28
2-8-1-2 – کشیدگی سنجهای گمانه ای ………………………………………………………………………………………… 29
2-8-2-1 – سلولهای بارسنج ……………………………………………………………………………………………………….. 32
2-8-2-2- سلولهای فشارسنج ……………………………………………………………………………………………………… 33
2-9- اندازه گیریهابه وسیله ابزار دقیق …………………………………………………………………………………………… 33
2-9-1- عوامل مهمی که باعث تغییر برنامه زمان بندی قرائت ها می گردد …………………………………………………. 34
2-9-2- پردازش داده ها ………………………………………………………………………………………………………………. 34
2 -9-2 -1- پردازش داده های همگرایی سنجها ………………………………………………………………………………….. 35
2-9-2-2- کشیدگی سنج ها ………………………………………………………………………………………………………… 35
2-9-2-3- داده های کشیدگی سنجها همراه با داده های همگرایی سنجی ………………………………………………… 36
2-9-2-4- با استفاده از منحنی های بالا می توان موارد زیر را ارزیابی کرد ……………………………………………………. 37
2-9-3- پردازش سلولهای بارسنجی ……………………………………………………………………………………………….. 37
2-9-3-1- داده های بارسنجی ……………………………………………………………………………………………………… 37
2-9-3-2- ارتباط داده های بارسنجی با کشیدگی سنجها و همگرایی سنجها ………………………………………………. 37
2-10- تحلیل داده های ابزار دقیق…………………………………………………………………………………………………… 37

فصل سوم: مطالعه موردی

مطالعه موردی: پردازش داده های ابزار دقیق تونل راه آهن اصفهان-شیراز …………………………………………………. 40
3-1- طرح ابزار گذاری تونل های اصفهان- شیراز ………………………………………………………………………………… 41
3-2- رفتار نگاری تونل شماره (2) …………………………………………………………………………………………………. 42
3-3- ایستگاه های ابزارگذاری شده در دهانه ورودی تونل شماره 2 …………………………………………………………. 42
3-4- تحلیل و تفسیر داده ها و نمودارهای ابزارهای نصب شده ………………………………………………………………. 42
3-4-1- ایستگاه همگرایی شماره 1 ……………………………………………………………………………………………… 42
3-4-1-1- نمودار تغییرات همگرایی بر حسب زمان……………………………………………………………………………… 43
3-4-1-2- نمودار تغییرات نرخ همگرایی ………………………………………………………………………………………….. 43
3-4-1-3- نمودار تغییرات همگرایی فاصله از جبهه کار ………………………………………………………………………… 44
3-4-2- ایستگاه همگرایی شماره 2 …………………………………………………………………………………………….. 45
4-4-2-1 – نمودار تغییرات همگرایی بر حسب زمان ………………………………………………………………………….. 45
3-4-2-2- نمودار تغییرات نرخ همگرایی ………………………………………………………………………………………….. 45
3-4-2-3- نمودار تغییرات همگرایی- فاصله از جبهه کار ……………………………………………………………………….. 46
3-4-3- ایستگاه شماره 3 ………………………………………………………………………………………………………….. 47
3-4-3-1- نمودار همگرایی بر حسب زمان ……………………………………………………………………………………….. 47
3-4-3-2- نمودار تغییرات نرخ همگرایی ……………………………………………………………………………………………. 48
3-4-3-3- نمودار تغییرات همگرایی- فاصله از جبهه کار ………………………………………………………………………… 48
3-4-3-4 – نمودار تغییرات کرنش سنجهای الکتریکی ……………………………………………………………………………. 49
3-3-3-5- کشیدگی سنج های درون گمانه ای …………………………………………………………………………………. 49
3-5- بررسی وضعیت کیفی پایداری تونل …………………………………………………………………………………………. 51

نتایج ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 52 نتایج ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 53
نتایج حاصل از اندازه گیری ……………………………………………………………………………………………………………53

4- ارزیابی نتایج حاصل از ترکیب داده ها …………………………………………………………………………………………. 54
4- 1- ترکیب داده ها کشیدگی سنج و همگرایی سنج ………………………………………………………………………… 54
4-2- ترکیب داده های کشیدگی سنج و بارسنج هیدرولیکی میل مهاری ……………………………………………………. 54 فهرست منابع ………………………………………………………………………………………………………………………… 56 چکیده انگلیسی ………………………………………………………………………………………………………………………. 57

فهرست جداول

جدول 2-1- پیشنهاد زمانبندی قرائت همگرائی سنجها …………………………………………………………………………. 35
جدول 3-1- نمایی از ابزارهای نصب شده در دهانه خروجی ……………………………………………………………………. 42 جدول 3-2- بررسی وضعیت کیفی تونل …………………………………………………………………………………………… 51

فهرست اشکال

شکل 1-1- عملیات طاق برداری…………………………………………………………………………………………………….. 7

شکل 1-2- عملیات کف برداری …………………………………………………………………………………………………….. 8
شکل 2-1- جابجا شدن قابها در اثر لغزش یک بلوک سنگی ……………………………………………………………………. 12

شکل 2-2- توقف عملیات حفاری تونل در اثر ریزش ………………………………………………………………………………. 13 شکل 2-4- دستگاه قرائت سنج مرکزی ………………………………………………………………………………………….. 16

شکل 2-5- دستگاه ترمینال باکس …………………………………………………………………………………………………. 17 شکل 2-6- نمایی از کشیدگی سنج های گمانه ای ……………………………………………………………………………. 18 شکل 2-7- کشیدگی سنج انعطاف پذیر …………………………………………………………………………………………. 19

شکل 2-8- نمایی از انحراف سنج مرکب ………………………………………………………………………………………… 20

شکل 2-9- نمایی از مقطع لوله های انحراف سنج …………………………………………………………………………….. 20 شکل2-10- نمایی از متر همگرایی سنج …………………………………………………………………………………………. 21 شکل 2-11- نمایی از پبن همگرایی ………………………………………………………………………………………………. 22 شکل 2-12- نمایی از پین های نشانه و دوربین های نقشه برداری ………………………………………………………….. 23 شکل 2-13- نمایی از پیزومترهای اکتریکی و تار مرتعش ……………………………………………………………………….. 24 شکل 2-15- نمایی از سلول فشارسنج داخل بتن ………………………………………………………………………………. 27 شکل 2-16- نمایی از یک جفت کرنش سنج …………………………………………………………………………………….. 27 شکل2-17- نمایی از آرایش پین های 5 نقط ه ای ……………………………………………………………………………….. 29 شکل 2-18- نمایی از حرکت رادها ………………………………………………………………………………………………… 36
فصل سوم
شکل 3-1- نمایی از سیستم نگهدارنده ………………………………………………………………………………………….. 40 شکل 3-2- نمایی از پین همگرایی سنج نصب شده در دیواره یکی از تونل های اصفهان- شیراز …………………………. 41 نمودار 3-1- تغییرات همگرایی بر حسب زمان ……………………………………………………………………………………. 43 نمودار 3-2- نمودار تغییرات نرخ همگرایی ………………………………………………………………………………………… 44

نمودار 3-3- نمودار تغییرات همگرایی فاصله از جبهه کار ……………………………………………………………………….. 44 نمودار 3-4- نمودار تغییرات همگرایی بر حسب زمان ……………………………………………………………………………. 45 نمودار 3-5- نمودار تغییرات نرخ همگرایی …………………………………………………………………………………………. 46 نمودار 3-6- نمودار تغییرات همگرایی- فاصله از جبهه کار ……………………………………………………………………….. 46 نمودار 3-7- نمودار همگرایی بر حسب زمان ………………………………………………………………………………………. 47 نمودار 3-8- نمودار تغییرات نرخ همگرایی …………………………………………………………………………………………… 48 نمودار 3-9- نمودار تغییرات همگرایی- فاصله از جبهه کار ………………………………………………………………………… 48
نمودار 3-10- نمودار تغییرات کرنش بر حسب زمان ………………………………………………………………………………. 49 نمودار 3-11- نمودار جابجایی توده سنگ بر حسب زمان ……………………………………………………………………….. 50 نمودار 3-12- نرخ جابجایی توده سنگ …………………………………………………………………………………………….. 50

فصل اول

روش تونلسازی ناتم
اصطلاح ناتم مخفف روش جدید تونلسازی اتریشی می باشد کـه توسـط پروفسـور رابسـویچ از 1955 در حرفـه تونلسازی مطرح شده و بین سال های 1965 تا 1975 توسط نـامبرده و همکـارانش سـالبورگ و پـاچو تکمیـل وتوسعه یافته است. [1]
در روش جدید تونلسازی، اصول رفتار توده سنگ و رفتار سنجی حفریات زیرزمینی در حین ساخت با یکـدیگر تلفیق شده اند. در حقیقت روش ناتم یک مجموعه حفاری ویژه و تکنیک نگهداری نیست، این تصور که اگر برای نگهداری تونل از شاتکریت همراه با پیچ سنگ استفاده کنند روش ناتم به کار رفته است اشتباه است. [9]
ناتم شامل ترکیبی از روش های حفاری و تونلسازی اسـت ، امـا تفـاوت آن بـا سـایر روش هـا در بـه کـارگیریرفتارسنجی مداوم و مستمر حرکت سـنگ و بـازنگری سیسـتم نگهـداری بـرای دسـتیابی بـه اقتصـادی تـرین و پایدارترین روش نگهداری است. [9،2]
به هر حال جنبه های زیاد دیگری در این روش وجود دارد که آن را نسبت به سایر روش ها متمایز می سـازد وبه آن مفهومی فراتر از یک روش می بخشد.
1-1- سیستمهای نگهداری در ناتم [2،1]
الف) سیستم نگهدارنده غیر صلب که معمولاً سطح خارجی این نگهدارنده توسط شـاتکریت پوشـانده شـده و درصورت نیاز توسط سیستم نگهدارنده تحکیمی که شامل قابهای اضافی میباشند، تکمیل و تحکیم میشود.
ب) سیستم نگهدارنده بتنی که پوشش داخلی را تشکیل می دهد و عموماً قبل از بـه تعـادل رسـیدن (سیسـتماولیه) اجرا نمی شود؛ چرا که این پوشش داخلی حالت صلبی دارد و باید بعد از این که نیروهای موجود در اطـرافتونل به یک حالت پایدار رسیدند این سیستم نصب شود زیرا در غیر اینصـورت نیروهـای موجـود باعـث شکسـتهشدن پوشش بتنی می شود. بنابراین هدف از پوشش ثانویه این است که ضـریب اطمینـان از مقاومـت را افـزایش داده و به پایداری کامل برسیم.
ناتم بر اساس فلسفه ساخت در حین پیشروی مبتنی بر اصول زیر است:
1- نه بسیار سخت
2- نه بسیار انعطاف پذیر
3- نه خیلی زود
4- نه خیلی دیر
ناتم با آزاد سازی کنترل شده تنش تونل را پایدار می سازد. سنگ در برگیرنده به همراه ال مـان هـای نگهـدارینصب شده از یک سیستم تماماً بارگذار، به یک سازه خود نگهدار تبدیل مـی گـردد کـه از ایجـاد سسـت شـدگینامطلوب که موجب از بین رفتن مقاومت ذاتی می شود جلوگیری می کند. با ابداعی که پوشش نیمه صلب نامیده می شود ( یعنی بولتگذاری منظم با ب کارگیری شاتکریت)، خود نگهداری با آزاد سازی کنترل شـده تـنش همـراهمی شود. از طرفی این سیستم نگهداری قوی ایجاد می کند و از طرف دیگر انعطاف پذیری لازم ایجاد می شود تـاتنش در هنگام تغییر شکل شعاعی آزاد شود. بنابراین در سقف قوسـی، گسـترش تـنش هـای برشـی در پوشـش شاتکریت به مقدار حداقل کاهش می یابد.
1-2- ویژگی های مهم روش ناتم [9،2]
الف) ناتم مبین بر این اصل است که در هنگام ایجاد حفاری با کنترل دقیـق نیروهـا، در هنگـام توزیـع مجـددتنش از حداکثر ظرفیت توده سنگ استفاده شود. موضوع اصلی، توده سنگ مجاور حفاری تونل می باشد که بایـدهمراه با سیستم نگهداری به عنوان یک عضو باربر گرفته شود. تا حلقه بیرونی توده سـنگ بـا پـیچ سـنگ کـاریمنظم میتواند همراه با شاتکریت فعال شود.
‌ب) نصب اصولی پیچ سنگ با پوشش شاتکریت بدون جلوگیری از سست شدگی توده سنگ به آن اجازه تغییر شکل های محدودی می دهد. در مرحله اول نیروهای بسیار کمی لازم است تا از حرکـت تـوده سـنگ جلـوگیری شود ولی هنگامی که حرکت شروع شد نیروهای زیادی لازم است تا بتوان از حرکت سنگ جلوگیری کنـیم . پـس روش ناتم، طرف دار نصب نگهداری در زمان خود ایستایی است.
‌ج) جایی که نرخ تغییر شکل ها زیاد است از پوشش شاتکریت شیاردار ( پاشیدن شاتکریت در مقاطع طولی) که بوسیله درزهای انبساطی از هم جدا شده اند استفاده می کنیم. همچنین اضافه می شود که در شرایط زمین غیـرفشارنده اگر شاتکریت با تا خیر پاشیده شود، مشخصاً تنش های موجود در شاتکریت کاهش می یابنـد امـا تـاخیرباید در مدت زمان خود ایستایی باشد.
‌د) از نظر استاتیکی، یک تونل باید به شکل یک لوله جدار ضخیم متشـکل از یـک حلقـه بـاربر قـ وس سـنگ وپوشش نگهداری عمل کند (زیرا یک تونل زمانی می تواند به صورت لوله عمـل کنـد کـه در محـیط کـاملاً بسـته باشد). بستن حلقه در تونل بویژه جایی که پی سنگ در شرایط زمین فشارنده قادر به تحمل فشـار نگهـداری بـالانمی باشد اهمیت زیادی دارد.
‌ه) بدلیل توزیع مجدد تنش در هنگام پیشروی، حفاری تاج تمام مقطع بسیار مطلوب است. پیشروی بـا مراحـلمختلف معمولاً پدیده توزیع مجدد تنش را پیچیده کرده و توده سنگ را خراب می کنـد . در مـواردی کـه بـ دلیل زمان خود ایستایی بسیار کم و وجود اتفاقاتی نظیر ریـزش سـنگ، تونـل زنـی تمـام مقطـع امکـان پـذیر نباشـد مهندسین روش حفاری را به روش طاق برداری و کف برداری تغییر می دهند(شکلهای 1-1 و1-2).
‌و) در این روش از مقاومتذاتی خودسنگ برای نگهداری آن سنگ استفاده میشود. این کـار در روش نـاتم بـهوسیله ثبت لایه شاتکریت اولیه و به دنبال آن چنانچـه لازم باشـد، از پـیچ سـنگ هـا بـه طـور مـنظم، پاشـیدنشاتکریت اضافی و استفاده از قاب های فولادی انجام می شود. به عنوان مثال در تونـل لوکتـاک ، در زمـین هـایشدیدافًشارنده،ناتم بدون قوس های فولادی نیازمند چندین لایه شاتکریت است کـهایـن کـار بـدون اتمـام حفـاریمیسرنشده بود.
ی) در توده سنگ های آبدار، باید شاتکریت در قطعات کوچک، با باقی گذاشتن منافذی برای زهکشی های مؤثر به کار برده شود.

الف- استفاده از توده سنگ
‌ب- پوشش شاتکریت برای حفظ ظرفیت تحمل بار توده سنگ
‌ج- رفتار تکاملی تغییر شکل های توده سنگ حفاری شده بوسیله ابزار دقیق د- کاربرد نگهداری های انعطاف پذیر ه- بستن کف به شکل حلقه نگهداری باربر به منظور کنترل تغییر شکل توده سنگ روش ناتم بیشتر برای زمین نرم مناسب می باشد که می تواند هم به صورت دستی و هم با ماشـین حفـر شـود . جایی که درزه و شکستگی زیاد نباشد، جایی که اغلب می توان با آتشباری ملایم یک پروفیل صاف را ایجاد کرد و جائیکه یک حلقه باربر کامل می تواند اجرا شود. ضمناً رفتارنگاری نقش مهمـی در مـورد تصـمیم گیـری بـرایزمان و مقدار نگهداری ثانویه در این روش ایفا می کند.

روش تونلسازی ناتم توسط ابزار دقیق و کاربرد ابزار دقیق در فضاهای زیر زمینی حفر شده به روش NATM

روش تونلسازی ناتم توسط ابزار دقیق و کاربرد ابزار دقیق در فضاهای زیر زمینی حفر شده به روش NATM

فصل دوم:
رفتارسنجی در روش تونلزنی ناتم توسط ابزار دقیق

رفتار سنجی در روش تونلزنی ناتم توسط ابزار دقیق
شرایط گوناگون زمین شناسی و طبیعت پیچیده توده سـنگها ، پـیش بینـی و مدلسـازی رفتـار تـوده سـنگ درطرحهای ژئومکانیکی به ویژه پیرامون فضاهای زیرزمینی را از دیدگاه علمی و نظری مشکل می سازد. تعدد عوامل موثر بر رفتار توده سنگ و عدم شناخت قطعی آنها لزوم ارزیابی رفتار واقعی آن را ایجاب می کند.
با ارزیابی رفتار توده سنگ در محل ساختگاه می توان پیش بینی های نظری طراحـی را بـا واقعیـت مقایسـه وپارامترهای توده سنگ را اصلاح یا تأیید کرد بعبارت دیگر سنجش رفتار توده سـنگ در محـل مکمـل و تصـحیح کننده طراحی نظری است.
به مشاهده اندازه گیری و ثبت پارامترهای رفتاری توده سنگ رفتارسنجی ، به هر وسـیله ای کـه بـدین منظـوراستفاده شود ابزار و به عمل استفاده از ابزار برای رفتارسنجی ابزار بندی گفته می شود.
اهمیت بررسی به کمک ابزار دقیق و رفتار سنجی آنقدر زیاد است که به عنـوان یکـی از ارکـان روش نـاتم کـهامروزه روش غالب در طراحی و اجرای تونل ها می باشد شناخته شده است. [10،2] 2-1- رفتارسنجی فضاهای زیرزمینی
بطورکلی رفتارسنجی فضاهای زیرزمینی در سه بخش انجام می گیرد: [10]
1) رفتارسنجی فضاهای زیرزمینی قبل از اجرای طرح برای به دست آوردن از پارامترهای ژئومکـانیکی مـوردنیاز طراحی (برای مثال محفظه های آزمایش )
2) رفتار سنجی فضاهای زیرزمینی در حین اجرا بزای کنترل رفتار سازه وبهینه سازی روش اجـرا، سیسـتمنگهدارنده و پوشش نهایی
3) رفتار سنجی فضاهای زیرزمینی پس از اجرا و هنگام بهره برداری به منظور پیش بینی و کنترل مخاطرات احتمالی در روشهای نوین سـاخت فضـاهای زیرزمینـی، نظـر بـه اهمیـت بیشـتر رفتارسـنجی فضـاهایزیرزمینی در حین اجرا به عنوان ابزاری بـرای پاسـخگویی بـه نکـات مـبهم طـرح اولیـه و بـه کـارگیریپارامترهای واقعی در اصلاح آن در این مجموعه به این پرداخته می شود.
2-2 – هدفهای استفاده از ابزار دقیق در روش ناتم
بطور کلی رفتارسنجی عبارت است از بازرسی رفتار سازه و توده سنگ پیرامون آن از طریق مشاهده یا به کمـکابزار دقیق. اهداف رفتارسنجی در فضاهای زیرزمینی به شرح زیر است:[10،9،2]
2-2-1- ارزیابی و تایید صحت پارامترهای طراحی
در مرحله طراحی، بطور معمول اطلاعات کاملاً دقیقی از وضعیت واقعی زمـین و پارامترهـای لازم در دسـترسمهندس طراح نیست. در زمان اجرا، ابزارگـذاری و رفتارسـنجی وسـیله مناسـبی اسـت کـه توسـط آن مـی تـوانپارامترها و شرایط فرض شده طراحی را تأیید و عملکرد سازه ها و توده سنگ را ارزیابی کرد.
اگر شرایط واقعی زمین با شرایط پیش بینی شده اختلاف چشمگیری داشته باشد، بر اساس مشـاهدات و نتـایجابزار دقیق تغییرات و اصلاحات در طرح و یا در روش اجرا صورت می گیرد.
2-2-2- کنترل و بهینه سازی مراحل اجرا
کنترل مراحل اجرا در مراحل برخورد با مسایلی نظیر توزیع بارهای زمین، آب زیر زمینی و نشست ساختمانهای مجاور در تونل های شهری با استفاده از ابزار دقیق بهتر انجام می گیـرد . در بسـیاری از طرحهـا بـا رفتارسـنجیمناسب از وقوع مشکلات محتمل جلوگیری شده است.
به عنوان مثال در حین اجرای فضاهای زیرزمینی ، تصمیم گیری درباره تقویت سیستم نگهدارنده و یـا تغییـر درزمانبندی اجرای آن به عواملی مانند اندازه و آهنگ همگرایـی دیـواره فضـای زیرزمینـی بسـتگی دارد. تغییـر دروضعیت توده سنگ با استفاده از ابزار دقیق می تواند اطلاعات کاملتری را در اختیار طراح قرار دهد.
2-2-3- بهبود شرایط ایمنی اجرای طرح
ایمنی در اجرای کارهای زیرزمینی از ضروریات اساسی است. با رفتار سنجی توده سنگ و کنترل رفتار آن، می توان مشکلات ایمنی را تشخیص داده و در جلوگیری و رفع آن اقدام کرد. وضعیت ایمنی فضـاهای زیرزمینـی بـارفتارسنجی مداوم و مستمر بررسی می شود. این کار به ویژه در ساخت فضاهای بزرگ و یا چندگانه زیرزمینی از اهمیت بیشتری برخوردار است.
2-2-4- علت یابی مسائل
زمانی که اجرای طرح با مشکلات پیش بینی نشده مانند ناپایداری روبه رو شود، با رفتـار سـنجی مـی تـوان بـهعلت آن پی برد. به عنوان مثال حرکت بیش از حد دیواره تونل ممکن است به واسطه فشار زیاد آب در سـنگ یـاجا بجایی بلوکهای سنگی باشد که با استفاده از ابزار دقیق می توان فشار آب و یا اندازه، محل و عمـق بلـوک جـابجا شده را مشخص و طرح سیستم نگهدارنده را اصلاح و اجرا کرد (شکل 2-1).
شکل 2-1- جابجا شدنقابها در اثر لغزشیک بلوکسنگی
2-2-5- کاهش هزینه اجرا
ساخت فضاهای زیرزمینی دارای هزینه سنگین است و با احتمال بروز خطرات زیـادی روبـه رو اسـت . آگـاهی ازتغییر مکانها، توزیع تنشها و بارهای وارد بر سیستم نگهدارنده آن از طریق رفتارسنجی، باعث صـرفه جـویی قابـلملاحظه ای در هزینه اجرای طرح می شود. هزینه متعارف رفتارسنجی در سطح بین المللی در حدود نیم تا یـکدرصد کل هزینه اجراست. در صورت عدم اجرای برنامه رفتارسنجی مناسب، بنا به دلایل زیر ممکن اسـت هزینـهطرح افزایش چشمگیری بیابد:
 احتمال طراحی محافظه کارانه
 تأخیر در اجرا در نتیجه برخورد با ناپایداری و سایر مسائل و مشکلات ژئومکانیکی (شکل 2-2)
 تأخیر در بهره وری
مواردی وجود داشته است که با بکارگیری رفتارسنجی، هزینه تمام شده حتی از رقم برآورد اولیه طرح نیز کمتر شده است.
شکل 2-2 – توقف عملیات حفاری تونل در اثر ریزش
2-2-6- ارزیابی روش های نوین اجرا
پذیرش روش های اجرا مستلزم تأیید صحت آن در محل کارگاه است و ارزیابی آنها بـدون انجـام رفتارسـنجی وکنترل بسیار دشوار است. برنامه مناسب رفتارسنجی در حین اجرا یکی از کارآمدترین ابزارها برای ارزیابی عملکرد روش های نوین اجرا و کنترل آنهاست.
اهمیت این کار در فضاهای زیرزمینی با ابعاد بزرگ (مانند مغارها، که در چند مرحلـه حفـاری شـده و سیسـتمنگهدارنده متناسب با پیشروی اجرا می شود) بیشتر آشکار می شود.
2-3- پیشبرد دانش و فناوری احداث فضاهای زیرزمینی
بر پایه داده های بدست آمده از رفتارسنجی، درک متخصصان از ماهیت اندرکنش زمین – سازه نگهدارنده فضای زیرزمینی افزایش یافته است. پیشرفت روش های طراحی و اجرای فضاهای زیرزمینی و بهبود سیستم نگهدارنـدهآنها از جمله نتایج رفتارسنجی دقیق و مناسب است. بدین منظور رفتارسنجی یکی از ارکان اساسی در روش ناتم است.
2-4- برتری جنبی رفتارسنجی
معمولاً رفتار و مشخصات توده سنگ و سیستم نگهدارنده در سرتاسـر فضـای زیـر زمینـی یکسـان نیسـت. در صورت وجود شرایط مشابه، نتایج ثبت شده رفتارسنجی برای یک مقطع نیز برای مقـاطع مشـابه آن کـاربرد دارد.
چنانچه پس از اجرای طرح، مشکلات فنی و یا کاربری در فضای زیرزمینی به وجود آید با مراجعه بـه نتـایج ثبـتشده رفتارسنجی می توان علت را یافته و راه حلهای مناسب را پیشنهاد کرد.
2-5- توجیه رفتار سنجی و دامنه آن
در آغاز باید با توجه به ویژگیهای طرح فضای زیر زمینی، نیازهای آن تعریف و ضرورت انجام رفتارسنجی به طور کامل توجیه شود. این ویژگی ها عواملی مانند شرایط ژئومکانیکی توده سنگ، سیسـتم نگهدارنـده ، طـول عمـر، شکل و ابعاد هندسی فضای زیرزمینی را شامل می شود. روشن است که شرایط ژئومکانیکی توده سنگ در توصیه و تدوین برنامه رفتار سنجی نقش بسزایی دارد. در توجیه برنامه رفتارسـنجی ابتـدا بایـد مسـایل علمـی – فنـی ، اقتصادی و اجرایی هم در چارچوب کلی طرح و هم برای رفتارسنجی مدنظر قرار گیرد و سپس این برنامه به طـورصحیح و دقیق طراحی شود.
در توجیه اقتصادی برنامه رفتارسنجی اگر چه افزایش ایمنی و سرعت اجرا وکاهش هزینه مورد نظـر اسـت ولـیحتی در مواردی که رفتارسنجی ظاهراً هزینه های اجرایی را افزایش می دهد باید توجه داشت که ایـن افـزایش درازای بالا بردن درجه ایمنی در طول اجرا و دوره بهره برداری است که به دلیل جلوگیری از رویدادهای پیش بینـینشده و تاخیر های اجرایی در نهایت طرح را اقتصادی تر می نماید.
برای اجرای یک برنامه ی رفتارسنجی مناسب، شناخت صحیح از نیازها، انتخاب و ترکیب مناسـب ابـزار دقیـق، انعطاف پذیری برنامه با ملاحظه وضعیت طرح، نصب درست ابزار و حفاظت آن، زمانبندی مناسب قرائت و تفسـیرو به کارگیری درست نتایج الزامی است.
2-6- پارامترهای مورد سنجش در رفتارنگاری
با اجرای یک برنامه رفتارنگاری مناسب می توان هر یک یا ترکیبی از پارامترهای زیر را به دست آورد :[5،3]
2-6-1- پارامترهای توده سنگ
– جابجاییها
– جا بجایی افقی ( با انحراف سنج) 1

– جا به جایی قائم و یا مایل ( با نقاط نشانه میکروژئودزی)2، کشیدگی سنجهای گمانه ای یک نقطـه ای
4(M.P.B.X)و چند نقطه ای3(S.P.B.X)
– همگرایی ( با مترنواری دقیق)5
– تغییر تنش در سنگ ( با تنش سنجهای گوناگون )
– فشار آب در حفره یا درزه ( با پیزومتر)6
2-6-2- پارامترهای سیستم نگهدارنده
– خیز ( با انحناسنج)7
– بار وارده ( با سلول بارسنج)8
– تنش وارده ( با کرنش سنج و سلول فشار سنج)9
– جابجایی درز و ترک ( با درزسنجهای گوناگون)10
– همگرایی ( با متر نواری دقیق )
در شکل 2-3 نمایی از ابزارهای نصب شده در یک مقطع از تونل نشان داده شده است که اجزای آن به شرح ذیـلاست:
1- کشیدگی سنج گمانه ای
2- میل مهار ابزاربندی شده
3- سلول تعیین بار میل مهار
4- سلول فشارسنج و کرنش سنج داخل بتن
5- پین و متر همگرایی
6- دستگاه قرائت مرکزی (شکلهای 2-4 و 2-5)


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان