گردشی در اعماق زمین با تونل

همیشه برای شروع پروژه های عمرانی، مانند ساخت سد، فرودگاه، تونل، برج ها با کاربری های متفاوت و هر نوع سازه دیگر، به یک مهندس عمران نیاز داریم. مهندسی ژئوتکنیک که به آن مهندسی خاک و پی نیز می گویند، یکی از گرایش های مهم رشته مهندسی عمران می باشد که از اهمیت بسیار زیادی در مهندسی سازه برخوردار است. در واقع این گرایش به زیر سطح زمین مرتبط است و کاربرد آن در مباحث طراحی تونل ها، سدها و ... می باشد که مشخصات خاک و فونداسیون پی و خاک را مورد بررسی قرار می دهد. در این میان، مهندسی تونل، از حوزه های مهندسی ژئوتکنیک محسوب می شود که به دنبال حفر تونل و روش های طراحی و تحلیل تونل و فضاهای زیرزمینی می باشد. البته نباید اهمیت وجود یک زمین شناس خبره در این امر را نادیده گرفت. به این علت که قبل از حفر تونل و مکان های زیرزمینی، باید شناسایی زمین از لحاظ شرایط درون زمین توسط یک زمین شناس انجام شود.

تعریف تونل:

فعالیت های عمرانی و معدنی گاها در زیر سطح زمین صورت می گیرد. این فعالیت ها نیاز به یک فضایی در زیر زمین دارند. این فضاهای زیر زمینی به صورت تونل و مغار می باشند. تونل ها در واقع یک مسیر در زیر زمین هستند که همچون راهرو به صورت دورپوشیده برای گذر از موانعی همچون کوه و جاده و رودخانه و ... می باشند. تمامی دور تونل ها لزوما کاملا بسته نیست و می تواند از یک طرف باز هم باشد. این مسیرهای زیرزمینی می توانند به دلایل مختلفی همچون عبور انسان ها، ماشین آلات و تاسیسات یا برای حمل و نقل مصالح مورد استفاده قرار بگیرند. حتی بعضی از تونل ها در کشورهای اروپایی برای عبور حیواناتی که زیست گاه خطرناکی دارند، تاسیس شده است. همچنین گاها از تونل ها برای انتقال آب، انتقال فاضلاب و مواد معدنی نیز استفاده می شود. در این میان، مغارها به دلایل ایجاد تاسیسات زیرزمینی مثل نیروگاه ها و ایستگاه های مترو مورد استفاده قرار می گیرند، چون نسبت به تونل ها، فضاهای بزرگتری هستند. بنابراین می توان گفت تونل ها کاربری های متنوع و زیادی در حوزه های مختلف دارند.

مهندس تونل و مهندسی تونل:

از گذشته های خیلی دور، رفت و آمد ما در یک صفحه دوبعدی اتفاق می افتاد. می توان گفت طبیعت منشاء ایجاد فضاهای زیرزمینی بوده است. انبارها جزو اولین مکان هایی بودند که در زمین حفر شدند و مورد استفاده قرار گرفتند. دلایل زیادی وجود دارد که بشر را تشویق می کرد که به فضاهای زیرزمینی روی بیاورد. پیشرفت علم و تکنولوژی، افزایش جمعیت و بالا رفتن تقاضا برای ایجاد یک شبکه حمل و نقل با کیفیت، باعث شد که اهمیت تونل و نیز علم مهندسی تونل بیش از پیش افزایش یابد. از جمله دلایل دیگر روی آوردن به فضاهای زیرزمینی و اهمیت تونل ها، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

درنظر گرفتن ایزولاسیون: سازه های زمینی نسبت به سازه های زیرزمینی در مقابل زلزله آسیب پذیرترند.

محافظت از محیط زیست: مثلا در فنلاند، یک تونل با کاربری عبور ماشین ها، باعث به وجود آمدن یک پل سرسبز شده است که محل مناسبی برای عبور انسان ها و حیوانات می باشد.

دلایل توپوگرافی: به منظور گسترش و استفاده از فضاهای زیرزمینی. به طور مثال پارکینگ های زیرزمینی باعث به وجود آمدن فضای سطحی بیشتری برای شهرها می شوند.

استفاده های اجتماعی: انتقال آب تمیز به داخل شهرها و انتقال آب آلوده و فاضلاب به خارج شهرها، یکی دیگر از کاربری های تونل ها می باشد.

علم مهندسی تونل، شرایط زمین را در نظر می گیرد و سپس امکان ایجاد فضاهای زیرزمینی با موارد استفاده های متفاوت را مورد مطالعه و بررسی قرار می دهد. بنابراین در علم مهندسی تونل، شخص متخصص ابتدا باید با مفاهیم مرتبط با تونل ها، ویژگی ها و کاربری های متنوع آنها آشنا باشد. مهندسی تونل از گرایش های بسیار تخصصی در بحث ژئوتکنیک می باشد که به بررسی و مطالعه در زمینه فضاهای زیرزمینی و چگونگی استفاده بهینه از آن ها می پردازد. بنابراین به فرد متخصص که در این زمینه مطالعه و بررسی می کند، مهندس تونل گفته می شود.

گروه آموزشی پارس پژوهان به منظور آشنایی دانشجویان، فارغ التحصیلان و علاقه مندان به مباحث ژئوتکنیکی، کلاس های آموزشی در این زمینه برگزار می کند که می تواند اطلاعات مرتبط با این کلاس ها را در اینجا مشاهده نمایید.

مزایا و معایب تونل ها:

بعضی از مزایای ایجاد تونل و فضاهای زیرزمینی در ذیل مطالب بالا عنوان شد. به طور کلی ایجاد تونل و استفاده از فضاهای زیرزمینی، مزایا و معایبی در مقایسه با روش های دیگر راه سازی دارد، که در این جا مفصل تر به این بحث می پردازیم. یکی از مهم ترین و بارزترین مزایای ایجاد تونل این است که وقتی در زیر زمین ایجاد می شود، بنابراین برای فعالیت های روی زمین مشکلی ایجاد نمی کند. کوتاه شدن مسیر و افزایش سرعت جابجایی در تونل ها از مزایایی هستند که نمی توان آن ها را نادیده گرفت. همچنین آلودگی صوتی کمتر، در امان ماندن از خطرات بارش برف و یخ زدگی نیز از دیگر حسن های ایجاد تونل و استفاده از فضاهای زیرزمینی می باشد. مزایای بسیار دیگری نیز می توان برای این امر برشمرد که در این نوشتار نمی گنجد و مطالعه و بررسی بیشتر در این مورد را به خواننده واگذار می کنیم.

تونل ها در کنار تمام مزایایی که می توان برای آن ها برشمرد، محدودیت ها و معایبی نیز دارند. از جمله این که، ایجاد این فضاها نیازمند نیروی کار ماهر و باتجربه، هزینه سرمایه گذاری بسیار زیاد و کنترل بالا از شروع تا اتمام پروژه و ... می باشد. بنابراین همانطور که بیان شد، در این زمینه باید متخصصین امر و مهندسین تونل که به این مسئله اشراف کامل دارند، مزایا و معایب را در نظر بگیرند و سپس تصمیم گیری لازم در هر زمینه را بگیرند.

طراحی تونل و تنش و کرنش:

مهندسین تونل، اصولی را باید در زمینه مهندسی تونل رعایت کنند که به بحث مکانیک خاک و پی، مکانیک سنگ و ... مرتبط می باشد. در واقع این مطالعات و بررسی ها در زمینه طراحی تونل باید صورت بگیرد. یکی از این زمینه های مطالعات و بررسی، بحث تحلیل تنش و کرنش می باشد. در واقع تنش هایی که در خاک و سنگ وجود دارند، می بایست پیش از شروع به کار برای حفر تونل بررسی شوند. این کار باید با هدف جلوگیری از ناپایداری هایی که ممکن است بین تونل و سطح زمین به وجود بیاید، صورت بگیرد. در واقع در بحث طراحی تونل، یکی از عوامل بسیار مهم، پایداری تونل می باشد.

ساخت تونل:

همان طور که بیان شد، تونل ها کاربری های متنوع و زیادی دارند و برای رسیدن به اهداف گوناگونی ساخته می شوند. مثلا استفاده از تونل به جهت حمل و نقل (عبور و مرور ماشین ها، انتقال آب و فاضلاب و ...) یا به منظور فضاهای زیرزمینی برای ایستگاه های مترو و انبارهای مواد معدنی و ... . برای ایجاد هرکدام از این کاربری ها، باید تجهیزات مناسب، برنامه ریزی دقیق و شخص متخصص امر وجود داشته باشد.

امروز تونل سازی یکی از مشاغل مهم محسوب می شود به جهت اینکه عبور و مرور بسیار آسان تر می شود. قبل از اینکه کشوری بخواهد تونل بسازد باید مواردی را رعایت کند، اما همیشه بدان معنی است که حتما نیاز مبرم برای وجود تونل در آن کشور احساس شده است. از ماشین آلات حفاری برای ساخت تونل ها استفاده می شود. یکی از این ماشین آلات که بسیار در این زمینه پرکاربرد می باشد، ماشین حفاری TBM می باشد. این دستگاه سرعت پیشروی بسیار بالایی دارد که به جهت نیاز به پایدارسازی کم، امنیت بالایی را برای کارگران به وجود می آورد.

علاقه مندان به آشنایی بیشتر به مبحث ماشین آلات حفاری و به خصوص روش TMB می توانند از دوره های آموزشی نرم افزارهایPLAXIS3D، در ABAQUS با رویکرد ژئوتکنیک ، FLAC و ... که در گروه آموزشی پارس پژوهان برگزار می شود، استفاده نمایند. برای اطلاعات بیشتر در مورد هر دوره، روی اسم آن کلیک کنید.

نتیجه گیری:

در جهان امروز، تونل ها و فضاهای زیرزمینی به عنوان سازه هایی که بسیار پرکاربرد هستند، مطرح می باشند. ساخت تونل و مهندسی آن، در واقع یکی از فعالیت های بسیار پیچیده در زمینه مهندسی عمران می باشد. بنابراین مهندسین عمران، معدن و ژئوتکنیک باید با مفاهیم ایجاد و ساخت تونل و فضاهای زیرزمینی آشنا باشند. به این منظور گروه آموزشی پارس پژوهان برای علاقمندان به این زمینه، کلاس های آموزشی برگزار می کند که تمامی اطلاعات مرتبط با این کلاس ها را می توان در اینجا مشاهده کنید.