تحقیق مطالعه و بررسي ساختار زمين ساختي و تكتونيكي منطقة البرز مركزي

مقدمه:

امروزه اساس و مبناي تحليل و طراحي‌هاي سازه‌هاي زيرزميني و حفرياتي همچون تونل بر پايه اطلاعات دقيق مكانيك سنگي و زمين شناسي بوده واستفاده از نرم‌افزارهاي مرتبط و تلفيق اين داده‌ها و لحاظ نمودن آن در طراحي جزء لاينفك و اساسي مي‌باشد.

در اين پروژه كه به آناليز تونل امام زاده هاشم واقع در جاده هراز پرداخته‌ايم، سعي كرده‌ايم تا با جمع‌آوري اطلاعات كاربردي بر پايه مكانيك سنگ و برداشت‌هاي زمين‌شناسي و استفاده از نرم افزارهاي phases و unwedge به اين مهم دست يابيم.

اساس و مبناي تحليل :

ساختار زمين ساختي و تكتونيكي منطقة البرز مركزي كه محدودة احداث تونل امام زاده هاشم نيز جزء اين منطقه مي باشد ، ساختاري تكتونيزه و پردرزه(ريزشي) مي باشد و با توجه به اينكه نمي توان تونلهاي بزرگ مقطع را در اين گونه مناطق به صورت تمام مقطع حفر نمود (بدليل مشكل ريزش و نگهداري) عموماً اساس حفاري اينگونه تونلها بصورت نيم مقطع و با طراحي هاي مختلف و در ادامه نگهداري بصورت مرحله اي مي باشد . بر اين اساس مبناي آناليز وتحليل اين تونل را بر اساس طراحي مقاطع مختلف قرار داديم تا از اين طريق بتوانيم بهترين شرايط را جهت كنترل و نگهداري گوه ها ( با توجه به تقسيم نيروي شكل خود گوه ها و حصول بهترين ضريب ايمني ) و تعيين اثر انواع مختلف تنشهاي اطراف تونل (تنش عمودي  و تنش افقي  و تنش هيدروستاتيكي  و تحليل آنها و بررسي ضريب ايمني هر يك و برطرف كردن نقاط ضعف هر قسمت از طريق حفاري بصورت مقاطع هندسي مناسب و در نهايت نگهداري هر مقطع با توجه به شرايط محيطي و خود ايستايي سنگهاي اطراف سازة زيرزميني فراهم نماييم .

از محاسن اين روش مي توان به موارد زير اشاره كرد :

1- كنترل ريزش هاي ناگهاني قبل و بعد از نگهداري

2- كاهش هزينه هاي نگهداري در دراز مدت

3- افزايش ضريب ايمني كاري

4- جلوگيري از تلفات جاني و مالي

5- طراحي و نگهداري سازة زير زميني قبل از اجراء و …

انواع مقاطع مورد بررسي :

در طراحي مقاطع و تحليل آنها از دو نرم افزار Phases و Unwedge استفاده گرديد و سعي خود را بر اين گذاشتيم تا از مقاطي استفاده گردد كه قابليت اجرا را دارا بوده و عموماً در حفاري تونل از آنها استفاده شده است . بر اين اساس شش مقطع بعنوان جبهة كار مورد بررسي قرار گرفت كه در پيوست (1-1) آمده است و در نهايت بهترين مقطع بعنوان مقطع پيش روي انتخاب گرديد كه در تحليل هر يك از نرم افزارهاي فوق الذكر بصورت مفصل در مورد هر يك توضيح خواهيم داد .

محدودة مورد بررسي اطراف تونل نيز بر اساس تأثير ايجاد يك حفرة زير زميني يعني چهار برابر بيشترين شعاع تونل از جدارة تونل (4a) در نظر گرفته شد كه در هر دو نرم افزا لحاظ گرديد .

نحوة جمع آوري اطلاعات مربوطه :

از جمله مسائلي كه بايد به دقت به آن مي پرداختيم جمع آوري اطلاعات مورد نياز بود. با توجه به اطلاعات مكانيك سنگي حاصل از جمله روش RMR و  Q و اطلاعات برداشتهاي زمين شناسي شامل امتداد – شيب – فاصله داري دسته در زه ها و شناختن جنس لايه ها اطراف تونل و با توجه به گزارشات شركت مهندسين مشاور توانستيم اطلاعات جزئي و در عين حال دقيق تر خود را بدست آوريم كه در آناليز هر يك از نرم افزارها بطور مفصل به آن خواهيم پرداخت .

نحوة ارائه تحليل :

از آنجايي كه تعداد مقاطع مورد مطالعه و محدوده هاي مورد بررسي از طريق اين دو نرم افزار زياد مي باشد و بررسي هر حالت نياز به ارائه تصاوير هر يك داشت ، سعي كرديم كه در هر نرم افزار يك محدوده را بطور كامل و با ارائه تصاوير بررسي نماييم و بقية محدوده ها و مقاطع را پس از آناليز نهايي در قالب يك CD  ضميمة  اين پايان نامه كنيم و فقط نتايج و توضيحات مربوط به هر محدوده و مقطع را بصورت مكتوب ارائه دهيم كه در نهايت علاقه مندان مي توانند با مراجعه به CD  مورد نظر به هر يك از اطلاعات دست يابد .

2-1 روشهاي مورد استفاده جهت طبق بندي توده هاي سنگ

براي طبقه بندي توده هاي سنگ چندين روش متكي بر پارامترهاي ژئوتكنيكي مختلف موجود است تفاوت بين اين روشها در انتخاب پارامترها و چگونگي كاربرد آنها در اندازه دهي است . مهمترين روشهاي تجربي كه در حال حاضر مورد استفاده قرار مي گيرد عبارتند از :

1- روش بينيا و سكي يا RMR

2- روش بارتن يا Q

2-1-1 روش بينيا و سكي BIENIAWDKI

مهندس بينيا و سكي پنج پارامتر را جهت درجه بندي سنگها در نظر مي گيرد :

1- مقاومت فشاري ساده يا آزمايش فرانكلين (براي سنگهاي سخت )

2- R.Q.D براي مشخص كردن كيفيت سنگ

3- فواصل در زه ها ،منظور از در زه تمام انواع ناپيوستگيهاي سنگ مي باشد – ( چينه بندي سنگ ، شيستي بودن ، شكاف در سنگهاي رسوبي)

4- نوع در زه ها

5- وروديهاي آب

مقادير مربوط به اين پارامترها در جدول شماره 2-1-1-1 پيوست درج شده است .

به هر پارامتر يك نمره داده مي شود كه مجموع اين نمرات كيفيت سنگ را مشخص مي كند پس از جمع كردن نمرات حاصل براي پنج پارامتر اصلي و منظور نمودن درجه بندي سنگ (از خيلي خوب تا خيلي بد) از جدول شماره 2-2-1-3 استفاده مي گردد .

همچنين براي تعيين زماني كه در طول آن قسمت حفاري شده بدون حائل بندي پايدار خواهد ماند نيز ازنمودار شماره 2-2-1-4 استفاده مي شود .

با حاصل جمع نمره هائي كه بدست مي آيد . رده بندي سنگ را كه R.M.R ناميده مي شود ، تعيين مي كنند .

جدول2-1-1-1 تعيين مقاومت فشاري و RQD و فواصل در زه ها و نوع در زه ها

جدول 2-1-1-3 تعيين رده‌بندي سنگ (RMR)

2-1-2 روش بارتن BARTON

معيار كيفيت سنگ (Q) از روي شش پارامتر ژئوتكنيكي كه بصورت زير تركيب شده اند محاسبه مي شود .

R.Q.D: انديس كيفي سنگ 100×                                                  = R.Q.D

Jn: تعداد تيره‌هاي درزه‌ها                                                         0.5<Jn<20

Jr: عدد زبري و ناصافي ضعيفترين درزه‌ها                                        0.5<Jr<4

Ja: مشخص كننده ميزان دگرگوني درزه‌ها يا مشخصات مصالح پر كننده آنها

0.75<Ja<20

Jw: شرايط هيدرولوژيكي                                                         0.05<Jw<1

SRF: وضع تكتونيك سنگ (ضريب كاهش تنش)                        0.5<SRF<20

مقادير مربوط به پارامترهاي فوق در جداول 2-1-2-1 الي 2-1-2-5 درج شده است.

نسبت  به طور تقريب مشخص كننده اندازه قطعات سنگ مي‌باشد.

نسبت  مشخص كننده مقاومت سنگ در برابر برش بين قطعات است.

نسبت  مشخص كننده تنشها و نيروهاي محرك مي‌باشد.

پس از اينكه معيار كيفيت سنگ (Q) محاسبه شد با استفاده از جدول شماره 2-1-2-6 پيوست و با توجه به ابعاد تونل و نوع آن رده سنگ مشخص مي‌شود.