مقاله بررسی تونل و آلودگي هاي آن

دسته بندي : فنی و مهندسی » عمران
مقاله بررسي تونل و آلودگي هاي آن در 52 صفحه ورد قابل ويرايش

تعريف تونل: تونل راهرو زيرزميني افقي يا تقريباً افقي كه از هر دو طرف به هواي آزاد مرتبط است.

مراحل تونل سازي: مراحل احداث و آماده سازي تونلها به شرح زير است:

الف) تهيه طرح تونل ب) نقشه برداري مسير و تحقيقات مهندسي ج) حفر تونل

د) نگهداري موقت تونل

طبقه بندي تونلها: به طور كلي تونلها را مي توان به سه دسته تونلهاي حمل و نقل، تونلهاي صنعتي و تونلهاي معدني تقسيم كرد.

تونلهاي حمل و نقل: اين تونلها به قصد رفت و آمد افراد و حمل مواد احداث شده و خود به گروههاي زير تقسيم مي شوند:

الف) تونلهاي راه آهن ب) تونلهاي راه ج) تونلهاي پياده رو د) تونلهاي ناوبري هـ) تونلهاي مترو

تونلهاي صنعتي: اين تونلها به منظور انتقال مواد و تاسيسات احداث مي شوند و گروه تونلهاي زير را دربرمي گيرند.

الف) تونلهاي مربوط به نيروگاههاي آبي ب) تونلهاي انتقال آب ج) تونلهاي استفاده همگاني و پناهگاهها د) تونلهاي فاضلاب هـ) تونلهاي طرحهاي صنعتي و) انباري هاي نظامي ذ) تونلهاي دفن زباله هاي اتمي

تونلهاي معدني: اين تونلها كه به منظور احداث شبكه معادن حفر مي شوند، شامل تونلهاي زير هستند:

الف) تونلهاي گشايشي معدن ب) تونلهاي اكتشافي ج) تونلهاي استخراجي (مثل راهروهاي معدني، گالريها) د)تونلهاي خدماتي هـ) تونلهاي زهكشي

تونلهاي حمل و نقل به عنوان يك سازه دائمي و براي استفاده طولاني مدت طراحي مي شوند و سيستم نگهداري آنها بطور اصلوي با تونلهاي معادن متفاوت است.

از جمله اختلافات ديگر تونلهاي معدني و حمل و نقل، ابعاد آنهاست. تونلهاي معدني ابعاد محدودي دارند، حال آنكه تونلهاي حمل و نقل به مراتب ابعاد بزرگتري دارند.

قبل از حفر و احداث تونل، بايستي منطقه موردنظر را مطالعه كرد و مناسب ترين مسير تونل را برگزيد و آنگاه مسير را مطالعه كرد. واضح است كه اين مطالعات زمان بر و هزينه بر است، اما بدون انجام آن ممكن است اشكالات اساسي در ضمن احداث تونل بروز كند. به طور كلي مطالعات مسيريابي را مي توان به شرح زير رده بندي كرد:

الف) جمع آوري اطلاعات منطقه ب) بررسي عكسهاي هوايي و نقشه هاي توپوگرافي منطقه ج) مطالعات زمين شناسي سطحي د) مطالعات ژئوفيزيكي ل) حفر گمانه هاي اكتشافي ن) مطالعات آب شناسي ي) حفر گالريهاي اكتشافي و) آزمايشات برجا ه) بررسيهاي آزمايشگاهي

از ديدگاه مهندسي، خاك يا سنگي كه مسير تونل از آنها مي گذرد، در واقع نوعي مصالح ساختماني به شمار مي رود و بنابراين براي آ“كه بتوان شيوه حفر و نگهداري مناسب را برگزيد، ابتدا بايد ويژگي هاي مهندسي ژنها را به خوبي شناسايي كرد.

با توجه به اين واقعيت كه در واقع زمين محل، مصالح سازنده فضاي زيرزميني را تشكيل مي دهد، نه پوششهاي موقت و يا دائمي به هنگام طراحي تونل ها بايد نكات زير را مدنظر قرار داد:

الف) مطالعه دقيق وضعيت زمين شناسي و ژئوتكنيكي محل ب) تطبيق هر چه بيشتر طرح و اجراي آن با شرايط طبيعي زمين ج) حداقل دستكاري در وضعيت طبيعي زمين د) ثبت دائمي حركات زمين در اطراف فضاي ايجاد شده

قبل از هرگونه عمليات تحقيقاتي در مورد منطقه، ابتدا بايد اطلاعات موجود را جمع آوري كرد. بدين منظور بايستي با مراجعه به سازمان ها و موسساتي كه احتمال دارد در منطقه كاركرده باشند، اطلاعات احتمالي را به دست آورد. اين اطلاعات شامل موارد زير است: الف) نقشه توپوگرافي منطقه كه معمولاً از طريق سازمان نقشه برداري كشور و يا سازمان جغرافيايي ارتش تهيه مي شود ب) نقشه زمين شناسي منطقه كه براي تهيه آن بايد به سازمان زمين شناسي كشور مراجعه كرد ج) عكسهاي هوايي منطقه كه براي تهيه آن بايد به سازمان جغرافيايي ارتش مراجعه كرد. د) مراجعه به بانكهاي اطلاعاتي براي تهيه تحقيقات احتمالي كه در مورد منطقه انجام گرفته است.

ارزيابي ساختمان تونل: براساس مطالعاتي كه درباره ساختگاه تونل انجام مي گيرد، مي توان محدوده را از نظر ژئوتكنيكي ارزيابي كرد. اصولاً بسته به واكنش زمين نسبت به ايجاد تونل (يا هر فضاي زيرزميني ديگر) آن را به دو گروه كلي با شرايط مناسب و نامناسب تقسيم بندي مي كنند. اگر شرايط زمين مناسب باشد، در زمينه حفر تونل مشكلي پيش نمي آيد، حال آنكه در مورد زمينهاي نامناسب ممكن است احداث تونل با خطراتي توام باشد و يا موجب توقف، تاخير و افزايش غيرعادي هزينه ها بشود. در چنين شرايطي قبل از شروع حفاري تونل، بايد زمين را بهسازي كرد. عوامل اصلي تعيين كننده شرايط زمين عبارتند از:

الف) مشخصات سنگ ب) خاك ج) آب زيرزميني د) ساير عوامل

پيش بيني نشت زمين:

در اثر احداث تونل، وضعيت تنشهاي موثر بر زمين تغيير مي كند كه تغيير شكلهايي را به دنبال دارد. اگر براي مهار اين تغيير شكلها تدبيري اتخاذ نشود، امكان دارد كه تاج تونل نشت كند و تاثير آن به سطح زمين برسد و سرانجام باعث نشت ساختمانها و تاسيسات واقع در بالاي تونل بشود. يكي از عوامل ديگر كه در نشت زمين موثر است، زهكشي آب زيرزميني منطقه به وسيله تونل و در نتيجه پايين رفتن سطح ايستابي است.

با توجه به اهميت پديده نشت زمين بايد روشهايي را براي حفر و نگهداري تونلها برگزيد كه نشت به حداقل ممكن برسد.

در بعضي موارد طراحي و اجراي سيستم نگهداري مناسب، مانع از نشت موثر زمين يم شود و گاه نيز لازم است زمين بهسازي يا تقويت شود. ميزان نشت به شرايط زمين شناختي، ابعاد تونل و روش حفاري و نگهداري بستگي دارد.

پديده نشت معمولاً در مورد تونلسازي در زمين هاي خاكي مهمتر از زمينهاي سنگي است، اما در پاره اي موارد اجراي نامناسب حفاري و نگهداري تونل در زمينهاي سنگيني نيز پديده نشست را به دنبال داشته است.

شكل و ابعاد مقطع تونل:

انتخاب شكل و ابعاد مقطع تونل تابع هدف احداث تونل، سيستم حفر تونل،‌ شيوه بارگيري و روش نگهداري دايمي آن است. در مواردي كه استفاده از شكلهاي مختلف امكان پذير باشد، بايد شكلي را انتخاب كرد كه هزينه هاي كلي احداث تونل به حداقل ممكن برسد.

تونلهاي مترو:

ابعاد تونلهاي مترو نيز تابع نوع قطارها و سرعت آنها است.

امتداد تونلها:

تونلهاي مترو: حداقل شعاع انحناي تونلهاي مترو نيز تابع سرعت ماكزيمم پيش بيني شده براي قطارها است. به عنوان مثال، حداقل شعاع انحناي تونلهاي مترو شهر نيويورك واقع در ايالات متحده آمريكا، 107 متر در نظر گرفته شده، حال آنكه اين عدد در مورد مترو شهر سانفرانسيسكو همين كشور، حداقل 1100 متر است.

شيب تونلها:

تونلهاي مترو: حداقل شيب مجاز تونلهاي مترو در طول مسير 3 درصد و در ايستگاهها 1 درصد و حداقل آن 5/0 درصد مي باشد.

وضعيت سنگ شناسي محدوده تونل: ساختگاه تونل ممكن است حاوي سنگهاي آذرين، رسوبي،‌ دگرگوني و يا مخلوط آنها باشد. هر يك از اين سنگها از نظر حفر و نگهداري تونل، وضعيت هاي مختلفي دارند.

الف) سنگهاي آذرين،‌ مقاومت فشارشي بالايي دارند و به همان نسبت حفاري آنها مشكل است، اما به علت مقاومت خوبي كه دارند، در بسياري موارد «خودنگهدار» هستند و نيازي به نصب سيستم نگهداري در آنها نيست.

ب) سنگهاي رسوبي در حالت كلي ضعيف تر از سنگهاي آذرين اند و بنابراين براي حفر تونل در بسياري از اين سنگها، مي توان از ماشين هاي تونل كني استفاده كرد. در عين حال، در بسياري موارد، تونلهايي كه در اين سنگها حفر مي شوند، به سيستم نگهداري نياز دارند.

ج) از جمله مشخصات مهم سنگهاي دگرگوني، وجود تورق در آنها است كه از جمله صفحات ضعيف اين سنگها به شمار مي آيند. البته بعضي از سنگهاي دگرگوني، فاقد اين ساخت اند.

در مورد تمام سنگها، مسئله هوازدگي از جمله مسائل مهم تونلسازي است زيرا به شدت مقاومت سنگها را كاهش مي دهد و ممكن است تا عمق زيادي بر سنگها اثر كند.

عواملي همچون وضعيت جوي و توپوگرافي منطقه و عوامل فرسايش و البته نوع سنگها در عمق هوازدگي سنگها موثرند.

تجهيز كارگاه:

قبل از آغاز عمليات حفر تونل، مقدمات كار بايد فراهم شود. فراهم كردن مقدمات امر معمولا تحت عنوان تجهيز كارگاه ناميده مي شود.
عوامل آلوده كننده هواي تونلها

براي اينكه بتوان تهويه تونلها را به خوبي انجام داد، ابتدا بايستي عوامل آلوده كننده هواي تونلها را بررسي كرد. در مرحله حفاري مهمترين عوامل آلوده كننده گرد و غبار و گازهاي ناشي از آتشباري است، اما در مرحله بهره برداري گازهاي ناشي از موتورهاي درونسوز مهمترين عوامل آلوده كننده هستند.

مسائل ناشي از گرد و غبار از جمله قديمي ترين مشكلات صنعتي است كه از زمان انقلاب صنعتي تا عصر حاضر به شكلهاي مختلف گريبانگير نيروي كار بوده است اين پديده به خصوص در تونلها و محيطهاي كاري زيرزميني بيشتر احساس مي شود به همين منظور همواره سعي بر اين بوده است كه اين عارضه از جنبه هاي مختلف مورد بررسي قرار گيرد و سپس معيارها و قوانين مربوط به كنترل و بهبود شرايط كاري نيروي انساني تعيين شود اولين مجموعه قوانين كه براي كنترل گردو غبار در معادن و تونلها تدوين شد مربوط به كشور اتحاديه آفريقاي جنوبي است كه در سال 1912 ميلادي در مورد شرايط كار در معادن طلاي «ويت واترزرند» اين كشور وضع شد ديگر كشورها نيز طي سالهاي 1920 تا 1930 ميلادي قوانيني وضع كردند اين قوانين عمدتاً مربوط به پديده سيليكوز و آيين نامه هاي لازم براي انجام كار در سنگهاي حاوي سيليس بود مقررات آن زمان ناشي از نظرات پزشكي وقت، بدين مضمون بود كه اصولا گرد وغبار ناشي از سنگهاي سخت، موجب ايجاد ناراحتي سيليكوز و بيماري سل در افراد مي شود كه نهايتا مرگ را به دنبال دارد در اين زمانها گرد و غبار ناشي از زغال چندان خطر آفرين تلقي نمي شد.

حادثه مهم در اين مورد در سال 1959 ميلادي، طي كنفرانسي كه پيرامون مسئله پنوماكونيوس در ژوهانسبورگ آفريقاي جنوبي برگزار شده بود، روي داد در اين كنفرانس پيشنهاداتي براي جهت گيري مجدد مطالعات بر روي موضومع مورد بحث انجام گرفت و به ويژه توجه خاصي در مورد روشهاي نمونه برداري و استراتژي هاي مربوطه متمركز شد همچنين مشخص شد كه قطر هر ذره از گرد و غباري كه به هنگام تنفس وارد ششها مي شود معادل 5 ميكرون است و به چنين ذراتي گرد و غبار قابل تنفس اطلاق شد بعدا اين باور به وجود آمد كه بيان درصد وزني گرد وغبار قابل تنفس در شرايط مختلف نسبت به روش متداول آن زمان يعني شمارش ذرات، روش مناسب تري براي بيان خطرات بالقوه موجود در هوا است.

براي رده بندي ذرات معلق روشهاي مختلفي وجود دارد كه از جمله آنها مي توان به دو روش تقسيم بندي كه در مهندسي ايمني محيطهاي زيرزميني مطرح است اشاره كرد كه اولي بر اساس توزيع ابعاد ذرات و دومي بر حسب آثار فيزيولوژيكي بنا شده است.

1) تقسيم بندي براساس ابعاد ذرات معلق در هوا:

بسته به نوع كانيهاي تشكيل دهنده سنگها، گردوغبار موجود در هواي تونلها، در ابعاد متنوعي ديده مي شود ساده ترين راه براي تعيين ابعاد ذرات غيركروي، روش مساحت تصوير يا قطر هندسي معادل است مقصود از قطر هندسي معادل،‌ قطر كره اي است كه مساحت تصوير آن با مساحت تصوير ذره واقعي برابر است.

2) تقسيم بندي براساس اثرات فيزيولوژيكي:

از نقطه نظر صدمات بالقوه اي كه گردوغبار براي سلامتي افرادي كه در زيرزمين كار مي كنند دارد، آنها را به 5 دسته زير تقسيم مي كنند:

الف) گردوغبارهاي سمي:

اين ذرات واكنشهايي را با سيستم تنفسي انجام مي دهند يا اينكه سبب مي شوند تا تركيبهاي سمي از طريق ديواره هاي مخاط و لثه ها وارد جريان خون شوند بعضي از كانيهاي فلزي از جمله اين دسته اند مضرترين آنها شامل تركيبات آرسنيك، سرب، اورانيوم و ديگر كانيهاي راديواكتيو، جيوه، كادميوم، سلنيم، منگنز، تنگستن و نيكل است.

ب) گرد و غبارهاي سرطان زا

موتاسيون يا جهش سلولي ناشي از تابش اشعه هاي آلفا، بتا و گاماي حاصل از تلاش سري هاي اورانيوم، باعث گسيل دختران رادن مي شوند كه در زمره خطرناك ترين ذرات سرطان زا محسوب مي شوند سايش بافت ششها و انجام واكنش شيميايي سطحي در اثر رشته هاي آس بست، سبب تشكيل تومور مي شود كه اين امر در مقياس محدودتر در مورد ذرات كوارتز تازه توليده شده نيز صادق است. كساني كه در معرض گردوغبارهاي آرسنيكي قرار مي گيرند نيز ممكن است دچار سرطان شوند هم اكنون در مورد خواص سرطان زايي بالقوه مواد حاصل از اگزوز ماشين آلات ديزلي نيز در جريان است.