مقدمه
تونلها سازه هاي زيرزميني هستند كه بمنظور دستيابي به حمل ونقل و انتقـال راحـت و آسـان در شـرايطي كـهمشكلات طبيعي يا خطرات خاصي در مسير وجود دارند، احداث مي شوند. طراحي تونل هايي كه در توده سـنگهايضعيف قرار مي گيرند، با طراحي سازه هاي قرارگرفته در سنگهاي مستحكم كه مسائل ناپايداري آنها غالباً ناپايداري ساختاري است، كاملا ً متفاوت از يكديگر است. طراحي بهينه مستلزم درك صحيح و عميقي از رفتار توده سـنگدر برگيرنده تونل و واكنش متقابل بين سيستم نگهدارنده و توده سنگ مي باشد. امروزه در دنيـا اسـتفاده از انـواعمختلف ابزارهاي دقيق به ويژه درتونلهاي ضعيف و حساس جزء لاينفك اجراي تونل هـا مـي باشـد و از مهمتـريناصول روش حفاري تونلها به روش ناتم1 كاربرد و استفاده از نتايج حاصـل از ابزارهـاي دقيـق در اجـراي تونـل هـامي باشد.
بطور كلي اهدافي كه در يك برنامه رفتارسنجي فضاي زيرزميني پيگيري مي شود عبارتند از :
 ارزيابي و تاييد صحت پارامترهاي طراحي
 كنترل و بهينه سازي مراحل اجرا
 بهبود شرايط ايمني اجراي طرح
 علت يابي مسائل پيش بيني نشده
 كاهش هزينه اجرا
 ارزيابي روشهاي نوين اجرا
 پيشبرد دانش و فناوري احداث فضاهاي زيرزميني
در دهه هاي اخير تحليل و پايداري تونل ها و فضاهاي زيرزميني، بـا اسـتفاده از روش هـاي عـددي توسـعه قابـلتوجهي يافته است، اما كارايي اين روش ها در پيش بيني رفتار ژئو مكانيكي سنگ به دليـل عـدم قطعيـت و غيـرقابل اعتماد بودن داده هاي ورودي همـواره مـورد ترديـد بـوده اسـت. بـه عبـارت ديگـر اعتبـار پـيش بينـي هـا وارزشيابي هاي انجام شده به كمك روش هاي عددي به دقت پارامترهاي ژئو مكانيكي بر جاي تـوده سـنگ و اينكـهاين پارامترها تا چه حد بيانگر رفتار واقعي توده سنگ مي باشد بستگي دارد. وليكن اندازه گيري دقيق پارامترهاي ژئو مكانيكي برجاي توده سنگ بسيار دشوار و گاهي غير عملي مي باشد.
1- New Austrian Tunneling Method(NATM)
براي غلبه بر اين مشكلات، رفتارسنجي فضاهاي زيرزميني در حـين و بعـد از اجـرا انجـام مـي شـود . داده هـايپردازش شده ابزار دقيق مي تواند اطلاعات با ارزشي را در ارتباط با وضعيت تنش و محدوده توده سنگ در اطـراففضاهاي زيرزميني و پايداري آن بـه دسـت دهـد. عـلاوه بـراين بـا تحليـل برگشـتي (آنـاليز م عكـوس ) داده هـايرفتارسنجي در هر لحظه مي توان پارامترهاي واقعي توده سنگ از قبيل مدول الاستيسيته، چسـبندگي و تنشـهاي القائي ناحيه حفاري و غيره را به دست آورده و از آنها در تحليل هاي آينده سود جست. بدين ترتيب كـه بـا تعيـينپارامترهاي حاصله از توده سنگ مي توان روشهاي طراحي و يا ساخت تونل و همچنين سيستم نگهدارنده را مـوردبررسي قرار داد و در صورت نيازآنها را اصلاح نمود.
از اهداف اصلي طراحي و نصب ابزاردقيق و رفتارسنجي مي توان به شـناخت رفتـار وعكـس العمـل واقعـي تـودهسنگ در برگيرنده تونل حين حفاري و كمك به پيش بيني رفتار احتمالي آن در آينده و كفايت ويا عـدم كفا يـت سيستم هاي نگهدارنده و همچنين تحليل برگشتي اشاره نمود.
در اين تحقيق به بررسي روش ناتم و عملكرد ابزار دقيق در آن خواهيم پرداخت بطوريكه با توجه به داده هـاييكه از پردازش داده هاي ابزار دقيق به دست خواهد آمـد بتـوان بهتـ رين طـرح را چـه از نظـر اجـرا و چـه از نظـراقتصادي در حين اجرا بدست آوريم.

روش تونلسازي ناتم توسط ابزار دقيق و كاربرد ابزار دقيق در فضاهاي زير زميني حفر شده به روش NATM

روش تونلسازي ناتم توسط ابزار دقيق و كاربرد ابزار دقيق در فضاهاي زير زميني حفر شده به روش NATM

فهرست مطالب

چكيده ………………………………………………………………………………………………………………………………….1

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

فصل اول: روش تونلسازي ناتم

روش تونلسازي ناتم …………………………………………………………………………………………………………………..5

1-1- سيستمهاي نگهداري در ناتم ………………………………………………………………………………………………… 5
1-2- ويژگي هاي مهم روش ناتم ………………………………………………………………………………………………….. 6
1-3- اصول پايداري ناتم ……………………………………………………………………………………………………………… 8

فصل دوم: روش تونلسازي ناتم توسط ابزار دقيق

رفتار سنجي در روش تونلزني ناتم توسط ابزار دقيق …………………………………………………………………………… 10

-1- رفتارسنجي فضاهاي زيرزميني ………………………………………………………………………………………………. 10
2-2- هدفهاي استفاده از ابزار دقيق در روش ناتم ………………………………………………………………………………. 11
2-2-1- ارزيابي و تاييد صحت پارامترهاي طراحي ……………………………………………………………………………….. 11
2-2-2- كنترل و بهينه سازي مراحل اجرا …………………………………………………………………………………………. 11
2-2-3- بهبود شرايط ايمني اجراي طرح ………………………………………………………………………………………….. 11
2-2-4- علت يابي مسائل ………………………………………………………………………………………………………….. 12
2-2-5- كاهش هزينه اجرا …………………………………………………………………………………………………………. 12
2-2-6- ارزيابي روش هاي نوين اجرا ………………………………………………………………………………………………. 13
2-3- پيشبرد دانش و فناوري احداث فضاهاي زيرزميني ………………………………………………………………………… 13
2-4- برتري جنبي رفتارسنجي …………………………………………………………………………………………………….. 13
2-5- توجيه رفتار سنجي و دامنه آن ………………………………………………………………………………………………. 14
2-6 – پارامترهاي مورد سنجش در رفتارنگاري ………………………………………………………………………………….. 14
2-6 -1- پارامترهاي توده سنگ ……………………………………………………………………………………………………. 14
2-6 -2- پارامترهاي سيستم نگهدارنده …………………………………………………………………………………………… 15
2-7- كاربرد ابزارهاي اندازه گيري …………………………………………………………………………………………………. 17
2-7-1- ابزارهاي رفتارسنجي توده سنگ ………………………………………………………………………………………….. 17
2-7-1-1- جابجايي سنجها …………………………………………………………………………………………………………. 17
2-7-1-2- پيزومترها ………………………………………………………………………………………………………………….. 23
2-7-2- ابزارهاي رفتارسنجي سيستم نگهدارنده ……………………………………………………………………………….. 24
2-7-2-1- رفتار سنجي ميل مهارها ………………………………………………………………………………………………… 24
2-7-2-2- رفتار سنجي نگهدارنده هاي بتني …………………………………………………………………………………….. 26
2-8- دستورالعملهاي مربوط به اجراي ابزاربندي ………………………………………………………………………………… 28
2-8-1- اندازه گيري تغيير شكل و جا به جايي در توده سنگ ………………………………………………………………….. 28
2-8-1-1- همگرايي سنجها ……………………………………………………………………………………………………….. 28
2-8-1-2 – كشيدگي سنجهاي گمانه اي ………………………………………………………………………………………… 29
2-8-2-1 – سلولهاي بارسنج ……………………………………………………………………………………………………….. 32
2-8-2-2- سلولهاي فشارسنج ……………………………………………………………………………………………………… 33
2-9- اندازه گيريهابه وسيله ابزار دقيق …………………………………………………………………………………………… 33
2-9-1- عوامل مهمي كه باعث تغيير برنامه زمان بندي قرائت ها مي گردد …………………………………………………. 34
2-9-2- پردازش داده ها ………………………………………………………………………………………………………………. 34
2 -9-2 -1- پردازش داده هاي همگرايي سنجها ………………………………………………………………………………….. 35
2-9-2-2- كشيدگي سنج ها ………………………………………………………………………………………………………… 35
2-9-2-3- داده هاي كشيدگي سنجها همراه با داده هاي همگرايي سنجي ………………………………………………… 36
2-9-2-4- با استفاده از منحني هاي بالا مي توان موارد زير را ارزيابي كرد ……………………………………………………. 37
2-9-3- پردازش سلولهاي بارسنجي ……………………………………………………………………………………………….. 37
2-9-3-1- داده هاي بارسنجي ……………………………………………………………………………………………………… 37
2-9-3-2- ارتباط داده هاي بارسنجي با كشيدگي سنجها و همگرايي سنجها ………………………………………………. 37
2-10- تحليل داده هاي ابزار دقيق…………………………………………………………………………………………………… 37

فصل سوم: مطالعه موردي

مطالعه موردي: پردازش داده هاي ابزار دقيق تونل راه آهن اصفهان-شيراز …………………………………………………. 40
3-1- طرح ابزار گذاري تونل هاي اصفهان- شيراز ………………………………………………………………………………… 41
3-2- رفتار نگاري تونل شماره (2) …………………………………………………………………………………………………. 42
3-3- ايستگاه هاي ابزارگذاري شده در دهانه ورودي تونل شماره 2 …………………………………………………………. 42
3-4- تحليل و تفسير داده ها و نمودارهاي ابزارهاي نصب شده ………………………………………………………………. 42
3-4-1- ايستگاه همگرايي شماره 1 ……………………………………………………………………………………………… 42
3-4-1-1- نمودار تغييرات همگرايي بر حسب زمان……………………………………………………………………………… 43
3-4-1-2- نمودار تغييرات نرخ همگرايي ………………………………………………………………………………………….. 43
3-4-1-3- نمودار تغييرات همگرايي فاصله از جبهه كار ………………………………………………………………………… 44
3-4-2- ايستگاه همگرايي شماره 2 …………………………………………………………………………………………….. 45
4-4-2-1 – نمودار تغييرات همگرايي بر حسب زمان ………………………………………………………………………….. 45
3-4-2-2- نمودار تغييرات نرخ همگرايي ………………………………………………………………………………………….. 45
3-4-2-3- نمودار تغييرات همگرايي- فاصله از جبهه كار ……………………………………………………………………….. 46
3-4-3- ايستگاه شماره 3 ………………………………………………………………………………………………………….. 47
3-4-3-1- نمودار همگرايي بر حسب زمان ……………………………………………………………………………………….. 47
3-4-3-2- نمودار تغييرات نرخ همگرايي ……………………………………………………………………………………………. 48
3-4-3-3- نمودار تغييرات همگرايي- فاصله از جبهه كار ………………………………………………………………………… 48
3-4-3-4 – نمودار تغييرات كرنش سنجهاي الكتريكي ……………………………………………………………………………. 49
3-3-3-5- كشيدگي سنج هاي درون گمانه اي …………………………………………………………………………………. 49
3-5- بررسي وضعيت كيفي پايداري تونل …………………………………………………………………………………………. 51

نتايج ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 52 نتايج ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 53
نتايج حاصل از اندازه گيري ……………………………………………………………………………………………………………53

4- ارزيابي نتايج حاصل از تركيب داده ها …………………………………………………………………………………………. 54
4- 1- تركيب داده ها كشيدگي سنج و همگرايي سنج ………………………………………………………………………… 54
4-2- تركيب داده هاي كشيدگي سنج و بارسنج هيدروليكي ميل مهاري ……………………………………………………. 54 فهرست منابع ………………………………………………………………………………………………………………………… 56 چكيده انگليسي ………………………………………………………………………………………………………………………. 57

فهرست جداول

جدول 2-1- پيشنهاد زمانبندي قرائت همگرائي سنجها …………………………………………………………………………. 35
جدول 3-1- نمايي از ابزارهاي نصب شده در دهانه خروجي ……………………………………………………………………. 42 جدول 3-2- بررسي وضعيت كيفي تونل …………………………………………………………………………………………… 51

فهرست اشكال

شكل 1-1- عمليات طاق برداري…………………………………………………………………………………………………….. 7

شكل 1-2- عمليات كف برداري …………………………………………………………………………………………………….. 8
شكل 2-1- جابجا شدن قابها در اثر لغزش يك بلوك سنگي ……………………………………………………………………. 12

شكل 2-2- توقف عمليات حفاري تونل در اثر ريزش ………………………………………………………………………………. 13 شكل 2-4- دستگاه قرائت سنج مركزي ………………………………………………………………………………………….. 16

شكل 2-5- دستگاه ترمينال باكس …………………………………………………………………………………………………. 17 شكل 2-6- نمايي از كشيدگي سنج هاي گمانه اي ……………………………………………………………………………. 18 شكل 2-7- كشيدگي سنج انعطاف پذير …………………………………………………………………………………………. 19

شكل 2-8- نمايي از انحراف سنج مركب ………………………………………………………………………………………… 20

شكل 2-9- نمايي از مقطع لوله هاي انحراف سنج …………………………………………………………………………….. 20 شكل2-10- نمايي از متر همگرايي سنج …………………………………………………………………………………………. 21 شكل 2-11- نمايي از پبن همگرايي ………………………………………………………………………………………………. 22 شكل 2-12- نمايي از پين هاي نشانه و دوربين هاي نقشه برداري ………………………………………………………….. 23 شكل 2-13- نمايي از پيزومترهاي اكتريكي و تار مرتعش ……………………………………………………………………….. 24 شكل 2-15- نمايي از سلول فشارسنج داخل بتن ………………………………………………………………………………. 27 شكل 2-16- نمايي از يك جفت كرنش سنج …………………………………………………………………………………….. 27 شكل2-17- نمايي از آرايش پين هاي 5 نقط ه اي ……………………………………………………………………………….. 29 شكل 2-18- نمايي از حركت رادها ………………………………………………………………………………………………… 36
فصل سوم
شكل 3-1- نمايي از سيستم نگهدارنده ………………………………………………………………………………………….. 40 شكل 3-2- نمايي از پين همگرايي سنج نصب شده در ديواره يكي از تونل هاي اصفهان- شيراز …………………………. 41 نمودار 3-1- تغييرات همگرايي بر حسب زمان ……………………………………………………………………………………. 43 نمودار 3-2- نمودار تغييرات نرخ همگرايي ………………………………………………………………………………………… 44

نمودار 3-3- نمودار تغييرات همگرايي فاصله از جبهه كار ……………………………………………………………………….. 44 نمودار 3-4- نمودار تغييرات همگرايي بر حسب زمان ……………………………………………………………………………. 45 نمودار 3-5- نمودار تغييرات نرخ همگرايي …………………………………………………………………………………………. 46 نمودار 3-6- نمودار تغييرات همگرايي- فاصله از جبهه كار ……………………………………………………………………….. 46 نمودار 3-7- نمودار همگرايي بر حسب زمان ………………………………………………………………………………………. 47 نمودار 3-8- نمودار تغييرات نرخ همگرايي …………………………………………………………………………………………… 48 نمودار 3-9- نمودار تغييرات همگرايي- فاصله از جبهه كار ………………………………………………………………………… 48
نمودار 3-10- نمودار تغييرات كرنش بر حسب زمان ………………………………………………………………………………. 49 نمودار 3-11- نمودار جابجايي توده سنگ بر حسب زمان ……………………………………………………………………….. 50 نمودار 3-12- نرخ جابجايي توده سنگ …………………………………………………………………………………………….. 50

فصل اول

روش تونلسازي ناتم
اصطلاح ناتم مخفف روش جديد تونلسازي اتريشي مي باشد كـه توسـط پروفسـور رابسـويچ از 1955 در حرفـه تونلسازي مطرح شده و بين سال هاي 1965 تا 1975 توسط نـامبرده و همكـارانش سـالبورگ و پـاچو تكميـل وتوسعه يافته است. [1]
در روش جديد تونلسازي، اصول رفتار توده سنگ و رفتار سنجي حفريات زيرزميني در حين ساخت با يكـديگر تلفيق شده اند. در حقيقت روش ناتم يك مجموعه حفاري ويژه و تكنيك نگهداري نيست، اين تصور كه اگر براي نگهداري تونل از شاتكريت همراه با پيچ سنگ استفاده كنند روش ناتم به كار رفته است اشتباه است. [9]
ناتم شامل تركيبي از روش هاي حفاري و تونلسازي اسـت ، امـا تفـاوت آن بـا سـاير روش هـا در بـه كـارگيريرفتارسنجي مداوم و مستمر حركت سـنگ و بـازنگري سيسـتم نگهـداري بـراي دسـتيابي بـه اقتصـادي تـرين و پايدارترين روش نگهداري است. [9،2]
به هر حال جنبه هاي زياد ديگري در اين روش وجود دارد كه آن را نسبت به ساير روش ها متمايز مي سـازد وبه آن مفهومي فراتر از يك روش مي بخشد.
1-1- سيستمهاي نگهداري در ناتم [2،1]
الف) سيستم نگهدارنده غير صلب كه معمولاً سطح خارجي اين نگهدارنده توسط شـاتكريت پوشـانده شـده و درصورت نياز توسط سيستم نگهدارنده تحكيمي كه شامل قابهاي اضافي ميباشند، تكميل و تحكيم ميشود.
ب) سيستم نگهدارنده بتني كه پوشش داخلي را تشكيل مي دهد و عموماً قبل از بـه تعـادل رسـيدن (سيسـتماوليه) اجرا نمي شود؛ چرا كه اين پوشش داخلي حالت صلبي دارد و بايد بعد از اين كه نيروهاي موجود در اطـرافتونل به يك حالت پايدار رسيدند اين سيستم نصب شود زيرا در غير اينصـورت نيروهـاي موجـود باعـث شكسـتهشدن پوشش بتني مي شود. بنابراين هدف از پوشش ثانويه اين است كه ضـريب اطمينـان از مقاومـت را افـزايش داده و به پايداري كامل برسيم.
ناتم بر اساس فلسفه ساخت در حين پيشروي مبتني بر اصول زير است:
1- نه بسيار سخت
2- نه بسيار انعطاف پذير
3- نه خيلي زود
4- نه خيلي دير
ناتم با آزاد سازي كنترل شده تنش تونل را پايدار مي سازد. سنگ در برگيرنده به همراه ال مـان هـاي نگهـدارينصب شده از يك سيستم تماماً بارگذار، به يك سازه خود نگهدار تبديل مـي گـردد كـه از ايجـاد سسـت شـدگينامطلوب كه موجب از بين رفتن مقاومت ذاتي مي شود جلوگيري مي كند. با ابداعي كه پوشش نيمه صلب ناميده مي شود ( يعني بولتگذاري منظم با ب كارگيري شاتكريت)، خود نگهداري با آزاد سازي كنترل شـده تـنش همـراهمي شود. از طرفي اين سيستم نگهداري قوي ايجاد مي كند و از طرف ديگر انعطاف پذيري لازم ايجاد مي شود تـاتنش در هنگام تغيير شكل شعاعي آزاد شود. بنابراين در سقف قوسـي، گسـترش تـنش هـاي برشـي در پوشـش شاتكريت به مقدار حداقل كاهش مي يابد.
1-2- ويژگي هاي مهم روش ناتم [9،2]
الف) ناتم مبين بر اين اصل است كه در هنگام ايجاد حفاري با كنترل دقيـق نيروهـا، در هنگـام توزيـع مجـددتنش از حداكثر ظرفيت توده سنگ استفاده شود. موضوع اصلي، توده سنگ مجاور حفاري تونل مي باشد كه بايـدهمراه با سيستم نگهداري به عنوان يك عضو باربر گرفته شود. تا حلقه بيروني توده سـنگ بـا پـيچ سـنگ كـاريمنظم ميتواند همراه با شاتكريت فعال شود.
‌ب) نصب اصولي پيچ سنگ با پوشش شاتكريت بدون جلوگيري از سست شدگي توده سنگ به آن اجازه تغيير شكل هاي محدودي مي دهد. در مرحله اول نيروهاي بسيار كمي لازم است تا از حركـت تـوده سـنگ جلـوگيري شود ولي هنگامي كه حركت شروع شد نيروهاي زيادي لازم است تا بتوان از حركت سنگ جلوگيري كنـيم . پـس روش ناتم، طرف دار نصب نگهداري در زمان خود ايستايي است.
‌ج) جايي كه نرخ تغيير شكل ها زياد است از پوشش شاتكريت شياردار ( پاشيدن شاتكريت در مقاطع طولي) كه بوسيله درزهاي انبساطي از هم جدا شده اند استفاده مي كنيم. همچنين اضافه مي شود كه در شرايط زمين غيـرفشارنده اگر شاتكريت با تا خير پاشيده شود، مشخصاً تنش هاي موجود در شاتكريت كاهش مي يابنـد امـا تـاخيربايد در مدت زمان خود ايستايي باشد.
‌د) از نظر استاتيكي، يك تونل بايد به شكل يك لوله جدار ضخيم متشـكل از يـك حلقـه بـاربر قـ وس سـنگ وپوشش نگهداري عمل كند (زيرا يك تونل زماني مي تواند به صورت لوله عمـل كنـد كـه در محـيط كـاملاً بسـته باشد). بستن حلقه در تونل بويژه جايي كه پي سنگ در شرايط زمين فشارنده قادر به تحمل فشـار نگهـداري بـالانمي باشد اهميت زيادي دارد.
‌ه) بدليل توزيع مجدد تنش در هنگام پيشروي، حفاري تاج تمام مقطع بسيار مطلوب است. پيشروي بـا مراحـلمختلف معمولاً پديده توزيع مجدد تنش را پيچيده كرده و توده سنگ را خراب مي كنـد . در مـواردي كـه بـ دليل زمان خود ايستايي بسيار كم و وجود اتفاقاتي نظير ريـزش سـنگ، تونـل زنـي تمـام مقطـع امكـان پـذير نباشـد مهندسين روش حفاري را به روش طاق برداري و كف برداري تغيير مي دهند(شكلهاي 1-1 و1-2).
‌و) در اين روش از مقاومتذاتي خودسنگ براي نگهداري آن سنگ استفاده ميشود. اين كـار در روش نـاتم بـهوسيله ثبت لايه شاتكريت اوليه و به دنبال آن چنانچـه لازم باشـد، از پـيچ سـنگ هـا بـه طـور مـنظم، پاشـيدنشاتكريت اضافي و استفاده از قاب هاي فولادي انجام مي شود. به عنوان مثال در تونـل لوكتـاك ، در زمـين هـايشديدافًشارنده،ناتم بدون قوس هاي فولادي نيازمند چندين لايه شاتكريت است كـهايـن كـار بـدون اتمـام حفـاريميسرنشده بود.
ي) در توده سنگ هاي آبدار، بايد شاتكريت در قطعات كوچك، با باقي گذاشتن منافذي براي زهكشي هاي مؤثر به كار برده شود.

الف- استفاده از توده سنگ
‌ب- پوشش شاتكريت براي حفظ ظرفيت تحمل بار توده سنگ
‌ج- رفتار تكاملي تغيير شكل هاي توده سنگ حفاري شده بوسيله ابزار دقيق د- كاربرد نگهداري هاي انعطاف پذير ه- بستن كف به شكل حلقه نگهداري باربر به منظور كنترل تغيير شكل توده سنگ روش ناتم بيشتر براي زمين نرم مناسب مي باشد كه مي تواند هم به صورت دستي و هم با ماشـين حفـر شـود . جايي كه درزه و شكستگي زياد نباشد، جايي كه اغلب مي توان با آتشباري ملايم يك پروفيل صاف را ايجاد كرد و جائيكه يك حلقه باربر كامل مي تواند اجرا شود. ضمناً رفتارنگاري نقش مهمـي در مـورد تصـميم گيـري بـرايزمان و مقدار نگهداري ثانويه در اين روش ايفا مي كند.

روش تونلسازي ناتم توسط ابزار دقيق و كاربرد ابزار دقيق در فضاهاي زير زميني حفر شده به روش NATM

روش تونلسازي ناتم توسط ابزار دقيق و كاربرد ابزار دقيق در فضاهاي زير زميني حفر شده به روش NATM

فصل دوم:
رفتارسنجي در روش تونلزني ناتم توسط ابزار دقيق

رفتار سنجي در روش تونلزني ناتم توسط ابزار دقيق
شرايط گوناگون زمين شناسي و طبيعت پيچيده توده سـنگها ، پـيش بينـي و مدلسـازي رفتـار تـوده سـنگ درطرحهاي ژئومكانيكي به ويژه پيرامون فضاهاي زيرزميني را از ديدگاه علمي و نظري مشكل مي سازد. تعدد عوامل موثر بر رفتار توده سنگ و عدم شناخت قطعي آنها لزوم ارزيابي رفتار واقعي آن را ايجاب مي كند.
با ارزيابي رفتار توده سنگ در محل ساختگاه مي توان پيش بيني هاي نظري طراحـي را بـا واقعيـت مقايسـه وپارامترهاي توده سنگ را اصلاح يا تأييد كرد بعبارت ديگر سنجش رفتار توده سـنگ در محـل مكمـل و تصـحيح كننده طراحي نظري است.
به مشاهده اندازه گيري و ثبت پارامترهاي رفتاري توده سنگ رفتارسنجي ، به هر وسـيله اي كـه بـدين منظـوراستفاده شود ابزار و به عمل استفاده از ابزار براي رفتارسنجي ابزار بندي گفته مي شود.
اهميت بررسي به كمك ابزار دقيق و رفتار سنجي آنقدر زياد است كه به عنـوان يكـي از اركـان روش نـاتم كـهامروزه روش غالب در طراحي و اجراي تونل ها مي باشد شناخته شده است. [10،2] 2-1- رفتارسنجي فضاهاي زيرزميني
بطوركلي رفتارسنجي فضاهاي زيرزميني در سه بخش انجام مي گيرد: [10]
1) رفتارسنجي فضاهاي زيرزميني قبل از اجراي طرح براي به دست آوردن از پارامترهاي ژئومكـانيكي مـوردنياز طراحي (براي مثال محفظه هاي آزمايش )
2) رفتار سنجي فضاهاي زيرزميني در حين اجرا بزاي كنترل رفتار سازه وبهينه سازي روش اجـرا، سيسـتمنگهدارنده و پوشش نهايي
3) رفتار سنجي فضاهاي زيرزميني پس از اجرا و هنگام بهره برداري به منظور پيش بيني و كنترل مخاطرات احتمالي در روشهاي نوين سـاخت فضـاهاي زيرزمينـي، نظـر بـه اهميـت بيشـتر رفتارسـنجي فضـاهايزيرزميني در حين اجرا به عنوان ابزاري بـراي پاسـخگويي بـه نكـات مـبهم طـرح اوليـه و بـه كـارگيريپارامترهاي واقعي در اصلاح آن در اين مجموعه به اين پرداخته مي شود.
2-2 – هدفهاي استفاده از ابزار دقيق در روش ناتم
بطور كلي رفتارسنجي عبارت است از بازرسي رفتار سازه و توده سنگ پيرامون آن از طريق مشاهده يا به كمـكابزار دقيق. اهداف رفتارسنجي در فضاهاي زيرزميني به شرح زير است:[10،9،2]
2-2-1- ارزيابي و تاييد صحت پارامترهاي طراحي
در مرحله طراحي، بطور معمول اطلاعات كاملاً دقيقي از وضعيت واقعي زمـين و پارامترهـاي لازم در دسـترسمهندس طراح نيست. در زمان اجرا، ابزارگـذاري و رفتارسـنجي وسـيله مناسـبي اسـت كـه توسـط آن مـي تـوانپارامترها و شرايط فرض شده طراحي را تأييد و عملكرد سازه ها و توده سنگ را ارزيابي كرد.
اگر شرايط واقعي زمين با شرايط پيش بيني شده اختلاف چشمگيري داشته باشد، بر اساس مشـاهدات و نتـايجابزار دقيق تغييرات و اصلاحات در طرح و يا در روش اجرا صورت مي گيرد.
2-2-2- كنترل و بهينه سازي مراحل اجرا
كنترل مراحل اجرا در مراحل برخورد با مسايلي نظير توزيع بارهاي زمين، آب زير زميني و نشست ساختمانهاي مجاور در تونل هاي شهري با استفاده از ابزار دقيق بهتر انجام مي گيـرد . در بسـياري از طرحهـا بـا رفتارسـنجيمناسب از وقوع مشكلات محتمل جلوگيري شده است.
به عنوان مثال در حين اجراي فضاهاي زيرزميني ، تصميم گيري درباره تقويت سيستم نگهدارنده و يـا تغييـر درزمانبندي اجراي آن به عواملي مانند اندازه و آهنگ همگرايـي ديـواره فضـاي زيرزمينـي بسـتگي دارد. تغييـر دروضعيت توده سنگ با استفاده از ابزار دقيق مي تواند اطلاعات كاملتري را در اختيار طراح قرار دهد.
2-2-3- بهبود شرايط ايمني اجراي طرح
ايمني در اجراي كارهاي زيرزميني از ضروريات اساسي است. با رفتار سنجي توده سنگ و كنترل رفتار آن، مي توان مشكلات ايمني را تشخيص داده و در جلوگيري و رفع آن اقدام كرد. وضعيت ايمني فضـاهاي زيرزمينـي بـارفتارسنجي مداوم و مستمر بررسي مي شود. اين كار به ويژه در ساخت فضاهاي بزرگ و يا چندگانه زيرزميني از اهميت بيشتري برخوردار است.
2-2-4- علت يابي مسائل
زماني كه اجراي طرح با مشكلات پيش بيني نشده مانند ناپايداري روبه رو شود، با رفتـار سـنجي مـي تـوان بـهعلت آن پي برد. به عنوان مثال حركت بيش از حد ديواره تونل ممكن است به واسطه فشار زياد آب در سـنگ يـاجا بجايي بلوكهاي سنگي باشد كه با استفاده از ابزار دقيق مي توان فشار آب و يا اندازه، محل و عمـق بلـوك جـابجا شده را مشخص و طرح سيستم نگهدارنده را اصلاح و اجرا كرد (شكل 2-1).
شكل 2-1- جابجا شدنقابها در اثر لغزشيك بلوكسنگي
2-2-5- كاهش هزينه اجرا
ساخت فضاهاي زيرزميني داراي هزينه سنگين است و با احتمال بروز خطرات زيـادي روبـه رو اسـت . آگـاهي ازتغيير مكانها، توزيع تنشها و بارهاي وارد بر سيستم نگهدارنده آن از طريق رفتارسنجي، باعث صـرفه جـويي قابـلملاحظه اي در هزينه اجراي طرح مي شود. هزينه متعارف رفتارسنجي در سطح بين المللي در حدود نيم تا يـكدرصد كل هزينه اجراست. در صورت عدم اجراي برنامه رفتارسنجي مناسب، بنا به دلايل زير ممكن اسـت هزينـهطرح افزايش چشمگيري بيابد:
 احتمال طراحي محافظه كارانه
 تأخير در اجرا در نتيجه برخورد با ناپايداري و ساير مسائل و مشكلات ژئومكانيكي (شكل 2-2)
 تأخير در بهره وري
مواردي وجود داشته است كه با بكارگيري رفتارسنجي، هزينه تمام شده حتي از رقم برآورد اوليه طرح نيز كمتر شده است.
شكل 2-2 – توقف عمليات حفاري تونل در اثر ريزش
2-2-6- ارزيابي روش هاي نوين اجرا
پذيرش روش هاي اجرا مستلزم تأييد صحت آن در محل كارگاه است و ارزيابي آنها بـدون انجـام رفتارسـنجي وكنترل بسيار دشوار است. برنامه مناسب رفتارسنجي در حين اجرا يكي از كارآمدترين ابزارها براي ارزيابي عملكرد روش هاي نوين اجرا و كنترل آنهاست.
اهميت اين كار در فضاهاي زيرزميني با ابعاد بزرگ (مانند مغارها، كه در چند مرحلـه حفـاري شـده و سيسـتمنگهدارنده متناسب با پيشروي اجرا مي شود) بيشتر آشكار مي شود.
2-3- پيشبرد دانش و فناوري احداث فضاهاي زيرزميني
بر پايه داده هاي بدست آمده از رفتارسنجي، درك متخصصان از ماهيت اندركنش زمين – سازه نگهدارنده فضاي زيرزميني افزايش يافته است. پيشرفت روش هاي طراحي و اجراي فضاهاي زيرزميني و بهبود سيستم نگهدارنـدهآنها از جمله نتايج رفتارسنجي دقيق و مناسب است. بدين منظور رفتارسنجي يكي از اركان اساسي در روش ناتم است.
2-4- برتري جنبي رفتارسنجي
معمولاً رفتار و مشخصات توده سنگ و سيستم نگهدارنده در سرتاسـر فضـاي زيـر زمينـي يكسـان نيسـت. در صورت وجود شرايط مشابه، نتايج ثبت شده رفتارسنجي براي يك مقطع نيز براي مقـاطع مشـابه آن كـاربرد دارد.
چنانچه پس از اجراي طرح، مشكلات فني و يا كاربري در فضاي زيرزميني به وجود آيد با مراجعه بـه نتـايج ثبـتشده رفتارسنجي مي توان علت را يافته و راه حلهاي مناسب را پيشنهاد كرد.
2-5- توجيه رفتار سنجي و دامنه آن
در آغاز بايد با توجه به ويژگيهاي طرح فضاي زير زميني، نيازهاي آن تعريف و ضرورت انجام رفتارسنجي به طور كامل توجيه شود. اين ويژگي ها عواملي مانند شرايط ژئومكانيكي توده سنگ، سيسـتم نگهدارنـده ، طـول عمـر، شكل و ابعاد هندسي فضاي زيرزميني را شامل مي شود. روشن است كه شرايط ژئومكانيكي توده سنگ در توصيه و تدوين برنامه رفتار سنجي نقش بسزايي دارد. در توجيه برنامه رفتارسـنجي ابتـدا بايـد مسـايل علمـي – فنـي ، اقتصادي و اجرايي هم در چارچوب كلي طرح و هم براي رفتارسنجي مدنظر قرار گيرد و سپس اين برنامه به طـورصحيح و دقيق طراحي شود.
در توجيه اقتصادي برنامه رفتارسنجي اگر چه افزايش ايمني و سرعت اجرا وكاهش هزينه مورد نظـر اسـت ولـيحتي در مواردي كه رفتارسنجي ظاهراً هزينه هاي اجرايي را افزايش مي دهد بايد توجه داشت كه ايـن افـزايش درازاي بالا بردن درجه ايمني در طول اجرا و دوره بهره برداري است كه به دليل جلوگيري از رويدادهاي پيش بينـينشده و تاخير هاي اجرايي در نهايت طرح را اقتصادي تر مي نمايد.
براي اجراي يك برنامه ي رفتارسنجي مناسب، شناخت صحيح از نيازها، انتخاب و تركيب مناسـب ابـزار دقيـق، انعطاف پذيري برنامه با ملاحظه وضعيت طرح، نصب درست ابزار و حفاظت آن، زمانبندي مناسب قرائت و تفسـيرو به كارگيري درست نتايج الزامي است.
2-6- پارامترهاي مورد سنجش در رفتارنگاري
با اجراي يك برنامه رفتارنگاري مناسب مي توان هر يك يا تركيبي از پارامترهاي زير را به دست آورد :[5،3]
2-6-1- پارامترهاي توده سنگ
– جابجاييها
– جا بجايي افقي ( با انحراف سنج) 1

– جا به جايي قائم و يا مايل ( با نقاط نشانه ميكروژئودزي)2، كشيدگي سنجهاي گمانه اي يك نقطـه اي
4(M.P.B.X)و چند نقطه اي3(S.P.B.X)
– همگرايي ( با مترنواري دقيق)5
– تغيير تنش در سنگ ( با تنش سنجهاي گوناگون )
– فشار آب در حفره يا درزه ( با پيزومتر)6
2-6-2- پارامترهاي سيستم نگهدارنده
– خيز ( با انحناسنج)7
– بار وارده ( با سلول بارسنج)8
– تنش وارده ( با كرنش سنج و سلول فشار سنج)9
– جابجايي درز و ترك ( با درزسنجهاي گوناگون)10
– همگرايي ( با متر نواري دقيق )
در شكل 2-3 نمايي از ابزارهاي نصب شده در يك مقطع از تونل نشان داده شده است كه اجزاي آن به شرح ذيـلاست:
1- كشيدگي سنج گمانه اي
2- ميل مهار ابزاربندي شده
3- سلول تعيين بار ميل مهار
4- سلول فشارسنج و كرنش سنج داخل بتن
5- پين و متر همگرايي
6- دستگاه قرائت مركزي (شكلهاي 2-4 و 2-5)


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان