نوشته های مشابه
اثر عوامل زمین شناسی که برای حفر تونل: از میان کلیه فعالیتهای مهندسی عمران، حفر تونل و بطور کلی فضاهای زیرزمینی، بیش از همه نیاز به شناسایی زمین و در نتیجه همکاری زمین شناس خبره دارد. این گونه سازه‌ها باید در زمینی مطمئن و مقاوم ایجاد شوند، ولی شرایط درون زمین بسیار متغیر است و بر خلاف سطح زمین، امکان شناسایی و دسترسی به تمام نقاط آن نیز وجود ندارد. زمین‌های سست و ریزشی، خرد شده و گسل خورده، هوازده و متورم شونده و بالاخره آبدار، بیشترین مشکلات را برای حفر تونل بوجود می‌آورند و این در حالی است که در بسیاری موارد انتخاب زمین مناسب با ما نیست.
به عنوان مثال، اغلب تونلهای راه یا راه اهن محلهای گذر اجباری‌اند و نمی‌توان مسیر آنها را برای رسیدن به زمین قابل اطمینان، به مقدار زیاد تغییر داد. در چنین شرایطی وظیفه کاوشگر عبارتست از: مطالعه مسیر موجود و کسب آن گونه اطلاعاتی است که با استفاده از آنها بتوان طراحی تونل را به انجام رساند، به نحوی که با بکارگیری کمترین پوشش استحکامات داخلی، سازه زیرزمینی پایداری قابل قبولی در برابر عوامل مخرب داشته باشد رکن اصلی بررسیهای مربوط به فضاهای زیرزمینی و تونلها را حفاری‌های اکتشافی تشکیل می‌دهد.
حفر گمانه یا تونل اکتشافی معمولاً پرخرج است، ولی اطلاعات دست اولی از شرایط حکمفرما در زمین در اختیار جستجوگر قرار می‌دهد. حفر گمانه‌های اکتشافی، مخصوصا اگر به مغزه گیری همراه باشد، بیشترین اطلاعات را در مورد شرایط حکمفرما در زیرزمین بدست می‌دهد. البته چون حفاری همراه با مغزه گیری عملی وقت گیر و پرهزینه‌است، جستجوگر باید با دقت زیاد محل حفر گمانه‌ها و عمق آنها را تعیین نماید. در طول پیشرفت حفاری نیز باید مغزه‌های حفاری بطور مرتب مورد بررسی قرار گرفته و در اعماق مناسب آزمایشهای ژئوتکنیکی لازم انجام گیرد.
در زمین‌های نرم و عملیات اکتشافی مسیر تونلهای زیرآبی، گمانه‌ها را می‌توان بسته به شرایط، به فاصله ۱۵۰ تا ۳۰۰ متر از یکدیگر حفر نمود.البته در جاهایی که قرار است سازه‌های زیرزمینی قرار گیرد، شبکه حفاری می‌توان متراکم‌تر باشد. کلیه حفاریها باید تا پائین‌تر از تراز کف تونل مورد نظر ادامه یابد. برای تونلی که قرار است در سنگ حفر شود، مخصوصا اگر طویل هم باشد، امکان حفاری محدود است و تنها هرجا که لازم و امکان پذیر است، انجام میشود. در سنگ نیز باید، در کلیه گمانه‌ها سطح آب زیرزمینی و وجود احتمالی هر نوع گاز سمی یا قابل انفجار یادداشت شود.
مغزه‌های حفاری به ترتیب خاص و در جعبه‌های مخصوص برای بررسیهای بیشتر در آینده یا استفاده احتمالی پیمانکار محفوظ نگهداشته میشود
برای بررسی اثر عوامل زمین شناسی شرایط زمین به صورت سه گروه زیر در نظر گرفته شده است:
اثرساختار زمین:
شامل:
۱٫چین خوردگی
۱٫چین خوردگی:
وجود چین خوردگی در سنگ سبب کاهش مقاومت آن می شود و در اثر احداث تونل ممکن است درز و شکافهای بیشتری را در سنگ سبب شود.
معمولترین شکل تغییر شکل توده های سنگی از چین خوردگی ناشی می شود و این امر در ساختارهای سنگی لایه ای آشکار تر است، هر چند چین خوردگی در کلیه انواع سنگها اتفاق می افتد.
چین ها در طول مختلف از چند سانتیمتر تا چند کیلومتراتفاق می افتند. شدت چین خوردگی منعکس کنندة میزان پیچیدگی و از تغییرشکل موضعی و لغزش یا برش نسبی بخشهای مختلف سنگی که تحت چین خوردگی قرار گرفته است، می باشد.
لایه های چین خورده تشکیل تله های طبیعی می دهند که محل مناسبی برای تجمع ذخایر می باشد چین های بشدت پیچیده غالباً با رفتار پلاستیک سنگها بویژه در رسوبات نرمتر و در سنگهای دگرگونی همراه می باشند. در چین خوردگی خمشی، در ساختارهای بشدت لایه ای، لغزش نسبی بین لایه ها اتفاق می افتد. چنین شکلهایی چون باز شدن ترکها یا شکافهای کششی در تشکیلات سنگی محکمتر علاوه بر گسترش برش در مناطق فشاری چینها نیز بوقوع می پیوندد.
در سنگهایی که بطور خمشی چین خورده اند، غالباً تمرکز تنش محلی اتفاق می افتد و در جاهایی که این تمرکز تنش به حد مناسبی برسد، چنین تنشهایی می توانند در جریان حفر باعث عمل انفجار (خودبخودی) در انواع سنگهای خاصی که در دسته بندی سنگها اصطلاحاً محکمتر و ترد نامیده می شوند، بشوند.
سنگهایی که به طور خمشی چین خورده اند در تونلها مناطقی با پایداری کم و کاهش یافته ایجاد می کنند. این بواسطه احتمال شکستگی زیادتر و تنشهای بالایی می باشد که ریسک رانش سنگهای بلاواسطه اطراف تونل که بر اثر حفر بتازگی باز شده اند را افزایش می دهد.
۲٫گسل:
وجود گسل سبب ایجاد صفحات شکستگی در سنگ می شود که پس از حفر تونل احتمال لغزش قطعات سنگ را به دنبال دارد.
ویژگی اصلی یک گسل ناشی از تاثیر تنش ایجاد شده ای است که باعث گسیختگی و جابجایی بعدی در طول صفحة گسیختگی می شود.
دسته بندی های مختلفی برای گسلها وجود دارد، ولی همة آنها را می توان به طور گسترده ای تحت گسلهای نرمال یا عادی، گسلهای معکوس و گسلهای امتداد لغز دسته بندی کرد.
– در گسلهای عادی، جابجایی نسبی در طول شیب صفحه گسل باعث می شود که لایه ها بطور افقی از یکدیگر فاصله بگیرند.
– در گسلهای معکوس جابجایی افقی باعث همپوشانی لایه ها بر روی یکدیگر می شود و علت این امر این است که جابجایی سنگها در طول شیب صفحه گسل، لایه هایی که قبلاً به هم وصل بوده اند را بر روی یکدیگر قرار می دهد.
- گسلهای امتداد لغز به طور عمده از طریق جابجایی نسبی افقی مشخص می شوند.
- نکات زیر در مورد گسلها توسط wahlstrom مورد بحث قرار گرفته است، البته صاحبنظران دیگری ملاحظاتی را در ارتباط با تونلسازی بدان اضافه کرده اند:
۱- گسلها غالباً به صورت مسیری برای حرکت آبهای زیرزمینی عمل می کنند ولی ممکن است به عنوان دیواره آب بند نیز عمل نمایند.
در نتیجه فرسایش داخلی بویژه در سنگهای خاصی نظیر سنگ آهک ها می تواند اتفاق بیافتد، در حالی که در مورد دیگر انواع سنگها مانند ماسه سنگها، فلدسپاتها و سنگهای آذرین، دگر سانی قابل توجه سنگ دیواره محتمل است.
۲- اثرات اصطکاکی جابجایی در طول صفحة گسل علاوه بر واکنش شیمیایی ناشی از چرخش آب، می تواند موجب دگرسانی سنگ دیواره گردد یا دگر سانی آن را تشدید کند.
۳- عرض منطقه گسل به سوابق تکتونیک و زمین شناسی و نوع سنگها وابسته است. حتی در جاهایی که به طور نسبی جابجایی کوچکی بین لایه اتفاق افتاده است،عرض مناطق گسله می تواند به چندین ده متر برسد و این مسئله نشان دهندة برگشتهای متعدد در جابجایی در طول دوره های زمانی متمادی می باشد.
۴- مشخصات پر شدن بین گسل ها و مواد پر کننده به طور کاملاً مشخصی متفاوت هستند و اغلب میزان تاثیر جابجایی آب زیر زمینی می تواند بسیار حائز اهمیت باشد منعکس می کنند.
۵-سنگهای دانه ریز و پودر و خرد شده ای که بر اثر عمل سایش ناشی از حرکت نسبی دیواره گسل در طول صفحه گسل ایجاد شده اند را اصطلاحاً گوژ می نامند.
آب به تجزیه چنین سنگهایی کمک می کند و مواد پر کننده مذکور اغلب می توانند حاوی کانیهای رسی باشند که این کانیها می توانند موجب تغییر شکل پلاستیک در درون حفرات زیرزمینی, بر اثر خواص رفتاری وابسته به زمان و اثرات فشاری آماس یا تورم شوند.
در نتیجه شرایط مرطوب و تماس آب با مواد پر کننده گسل می تواند دیواره تونل را تحریک به ریزش کند. این مواد پر کننده قدرت مهار شوندگی کم یا ناچیزی دارند و زمان ایستایی آنها ضعیف است. خصوصیت دانه ریزی این مواد اغلب موجب ویژگی نفوذ ناپذیری آن بطور عمده می شود.
۶- جابجایی نسبی توده سنگها تولید خراش, تراش و صیقل در سطوح گسل می نماید. اینها می تواند جهت جابجایی را نشان دهند و در تونلسازی از جهت نشان دادن صفحات با اصطکاک بسیار پایین, که بسهولت تحریک به جدایش و لغزش سنگ به داخل فضای تونل می شوند, بسیار حائز اهمیت می باشند.
۷- گسلها و ساختارهای اتصال دهنده امکان چرخش آب زمین و نفوذ آن به اعماق زیر سطح و دیواره های جانبی را میسر می سازند. این امر موجب دگرسانی سنگهای دیواره و هوازدگی عمقی می شود که با افت استحکام سنگها تا اعماق قابل بلاحظه ای از سطح زمین همراه است.
۸- جهت گسل در ارتباط با خط تونل حائز اهمیت زیادی است چون این مسئله طول تونل متاثر از گسل و محدوده ای از تونل که با منطقه گسله همراه است را مشخص می کند.
ترزاقی اظهار داشته است که از جنبه مهندسی تونل, مقدار افت یا جابجایی قائم گسلها چندان مهم نیست, زیرا گسلهای با جابجایی قائم زیاد معمولاً فقط با لایه های نازکی از مواد پر کننده همراه هستند.
بر عکس گسلهای دیگری با جابجایی قائم کوچکتر در درون همان سنگها با سنگهای خرد شده بسیار بیشتری در هر دو صفحه گسل همراه هستند. به هر حال, از جنبه تجربی در ارتباط با تونلهای زیر آبی, ترزاقی اظهار داشته است که اگر ضخامت سنگ نسبتاً محکم واقع بین تونل و بستر دریا به طور عمده ای کم باشد, افت یا جابجایی قائم گسل می تواند بسیار حائز اهمیت باشد.
-
درزه:
در جایی که سنگ بشکند و در نتیجه آن جابجایی عمده قابل رویتی در صفحه شکستگی اتفاق نیفتد را اصطلاحاً درزه گویند. بر عکس یک گسل, یک صفحه گسیختگی یا لغزش در سنگ است که جابجایی نسبی در آن صورت می گیرد.
درزه ها بصورت دسته ای هستند. درزه های یک مجموعه درزه, موازی یکدیگرند و معمولاً بیش از دو دسته درزه وجود دارد که نسبت به هم تحت زاویه ثابتی قرار می گیرند. ترزاقی گزارش کرده است که سیستم درزه ها در سنگهای آذرین درشت دانه زبر، بویژه گرانیت به طور معمول سه دسته هستند و ایجاد بلوکهای کم وبیش منشوری می کنند. وی اظهار داشته است که سنگهای رسوبی نیز بطور معمول دارای سه دسته درزه هستند که یک دسته معمولاً به موازات صفحات لایه بندی می باشند و دو دسته دیگر صفحات لایه بندی را با زاویه تقریباً قائمه قطع می کنند. اصولاً آرایش درزه ها نشانگر ضعفهای ساختاری در توده سنگ هستند و به طور عمده بر زمان ایستایی انواع مختلف سنگ تاثیر می گذارند. تاثیر گذاری درزه ها و شکل آرایش آنها بر شکل ریزش یا گسیختگی سنگ و مشخصه پتانسیل ریزش آنها در جریان عملیات حفر تونل محتمل است. در نتیجه، آرایش درزه ها در جریان انتخاب و کاربرد وسائل نگهداری و بویژه برای نگهداری موقت مستلزم توجه خاص می باشد. آرایش درزه های سنگ بایستی در مرحله طراحی تونل و در زمان انتخاب سیستم نگهداری موقت مد نظر قرار گیرد اثر عوامل زمین شناسی.
منشأ جنس سنگ:
با انجام مطالعات لازم در زمینه مشخصات توده سنگ ازقبیل:
نام سازند سنگ ، ترکیب کانی شناسی ، اندازه کانی های سنگ ، بافت ، رنگ ، وعوامل ساختاری آن از قبیل هوازدگی(فیزیکی ) و نحوه واکنش شیمیایی آن، سختی و مقاومت سنگ ، ناپیوستگی ، تراوایی ، شرایط رطوبت سنگ ، … و شناخت کامل جنس زمین می توان تدابیر لازم را برای حفر تونل و طراحی نگه دارنده ها به عمل آورد.
طبقه بندی مهندسی سنگ اولین سنگ بنای مهندسی تونل است که بر اساس آن طراحی سازه و تحکیم تونل ، اتخاذ روش اجرایی مناسب ، برنامه ریزی سیکل کاری تونل و …. مشخص میشوند .
یکی از روشهای مهم و کاربردی طبقه بندی مهندسی سنگها ، طبقه بندی ژئومکانیکی یا امتیاز توده است .درساخت اکثر تونل ها در دنیا و در کشور ما از این روش بهره می گیرند.
با توجه به بررسی های انجام شده این نتیجه گیری انجام شده است که سنگ های ریزشی و پدیده کارست بیشترین مشکلات را در حفر تونل بوجود می آورند:
ریزش عبارت است از فرو ریختن بخشی از خاک و سنگ خارج از مرز حفاری تعریف شده در نقشه فضای زیر زمینی ، در اثر عدم شناخت وضعیت زمین شناسی و یا عدم اتخاذ تدابیر اجرائی لازم که همزمان با گام پیشروی و یا در هر زمان بعد از آن اتفاق می افتد و مشخصه های آن موردی بودن ، موضعی بودن و عدم تبعیت از شکل مقطع ( ژئومتری تونل ) می باشند.
از نقطه نظر عوامل موثر بر ریزش ، ریزشها در تونل به دو دسته تقسیم می شوند:
ـ ریزش در پرتال ( ورودی های ) تونل
ــ ریزش در داخل تونل ( سقف و دیواره)
موارد فوق به همراه اضافه حفاری که در حال حاضر به دو بخش متعارف و نامتعارف یا قصور و خارج از قصور معرفی می گردد مسائل و مشکلات زیر را به همراه دارند :
۱- خطرات جانی
۲- هزینه های مالی شامل : ریزش برداری ، بارگیری ، حمل ، پرسازی محل ریزش و اجبار در استفاده از سازه های فولادی سنگین با حجم بالا.
۳- خارج شدن شکل تونل از حالت دایره ای و ایجاد محلهای تمرکز تنش که می تواند با گذشت زمان موجب کاهش عمر پروژه و تخریب تونل شود. اساساً پایداری تونل بر شکل دایره ای آن استوار است و چند ضلعی شدن تونل نیاز به تحکیمات به مراتب قوی تری را ایجاب می نماید.
۴- صرف وقت و نیروی انسانی زیاد به منظور کارشناسی علل ریزشها و اضافه حفاریها که معمولاَ منجر به نتایج غیر فنی می گردد.
۵- افزایش زمان اجرای پروژه ها به واسطه افزایش حجم عملیات و هزینه ها
آنچه در سنگ هاي کارستی رخ می دهد، تشکیل ناپیوستگیها و حفرات در نقاط مختلف مستعد در جسم سنگ خواهد بود.
آنچه مسلم است محل درزه و گسل ها که باعث فراهم نمودن مسیر جریان آب هاي زیرزمینی خواهد بود، یکی از مکان هاي مستعد فرسایش انحلالی می باشد.
از طرفی اگرچه روش هایی جهت شناسایی حفرات کارستی در مجاورت تونل موجود می باشند ، اما تاکنون روش مناسبی جهت شناسایی دقیق این عوارض در مقیاس منطقه اجرای پروژه ها وجود ندارد به منظور شناخت بیشتر رفتار تونل ها در محیط کارستی ،مدل سازی و تحلیل تونل حفر شده در محیطی که دارای حفرات کارستی متعدد در اطراف تونل و به صورت تصادفی می باشد واثرات این عوارض کارستی در تغییر شکل ها و همگرایی تونل مورد بررسی قرار گرفته است.
اثر هیدرولوژی و ژئوهیدرولوژی:
جهت احداث تونل و برای هر منظوری که لازم است تونل احداث شود بایستی موارد زیر بطور کامل در نظر گرفته و به مرحله عمل درآید :
۱- قبل از احداث بررسیهای کامل زمین شناسی و آب شناسی شامل مطالعات مقدماتی، نیمه تفصیلی – تفصیلی منطقه از نظر ارتباط طبقات آبدار با یکدیگر و نحوه عمل گذر آب در طبقات آبرفتی
یا سازندهای سخت کاملاً بررسی و چنانچه چارهای جز حفر تونل نباشد زیانهای وارده به منابع آب قبل از احداث و منفعت حفر تونل از جهت دیگر بررسی و چنانچه راهکار دیگری نبود حتی با صرف هزینه بیشتر از نظر طولانی شدن مسیر حرکت و انتقال برای احداث تونل برنامهریزی شود اثر عوامل زمین شناسی.
-۲ چنانچه حفر تونل در سازندهای آهکی آبدار است چون مطالعات عملی در این سازندها در ایران بخوبی انجام نگرفته پس از بررسی کامل زمین شناسی سعی شود از مسیرهائی استفاده شود که محل عبور آب نیست بخصوص اینکه آب این تشکیلات محل تغذیه چشمه ها و دشتهای آبرفتی است، لازم است بررسی کامل به عمل آید و از احداث تونل در این تشکیلات که موجب تغییر سیستم حرکت آب در منطقه میشود خودداری شود.
- چنانچه بالاجبار راه دیگری وجود نداشت و حتماً بایستی تونل در این تشکیلات آهکی آبدار حفر گردد و پس از مطالعه دقیق و مراحل لازم و کامل زمین شناسی و آب شناسی نقاط ضعف بخصوص گسلها و مناطق آبدار عبور آب و غارها بررسی و قبل از احداث اقدام به حفر گمانه های عمیق متناسب با ضخامت لایه ها انجام و پس از بررسی کامل آبشناسی برای هر منطقه از تونل راهکارهای عملی که موجب از بین رفتن آب موجود در این تشکیلات و زیانهای جبران ناپذیر دیگری نشود به عمل آید.
نتیجه
حفر تونل در تشکیلات آبدار آبرفتی بخصوص در سازندهای سخت بویژه آهکی تا حد امکان انجام نشود. یا در صورت اجبار لازم است مطالعات کاملی قبل از هر اقدامی به عمل آید و پس از نتیجه گیری کلی طرح لازم تهیه و در صورت مثبت بودن اقدام و اجرا گردد.
۱_لایه بندی و شکستگی ها:
وجود شکستکی و لایه بندی از عوامل نا مساعد در مسیر حفر تونل بوده و تعیین امتداد و جهت شیب غالب این شکستگی ها نسبت به محور تونل از نکات مهمی است که باید مورد مطالعه قرار بگیرد.
اگر در مسیر حفر تونل لایه بندی داشته باشیم ، بهترین حالت برای حفر تونل حالتی است که محور تونل عمود بر امتداد لایه بندی باشد وشیب لایه بندی قائم باشد شکل (۱_۲_الف)و نا مساعد ترین حالت برای حفر تونل حالتی است که محور تونل به موازات امتداد لایه بندی باشد و شیب لایه بندی قائم باشد.شکل (۱_۲_ب)
۲_چین خورد گی:
اگر مسیر حفر تونل از میان ساختار های چین خورده (تاقدیس و ناودیس)عبور کند وضعیت قرار گیری محور تونل نسبت به محور چین خوردگی مهم ترین عاملی است که باید مورد بررسی قرار گیرد.
۲_۱_محور تونل موازی با محور چین خوردگی باشد
اگر محور تونل موازی با محور چین خوردگی باشد، بهترین حالت برای حفر تونل ، حالتی است که محور تونل به موازات محور تاقدیس باشد (الف)، زیرا وجود لایه های چین خورده در تاقدیس به صورت چتری عمل کرده که فشار سربار فوقانی را به اطراف منتقل می کننداثر عوامل زمین شناسی.
در این حالت مقدار فشار وارده به سقف تونل ۶۰ در صد کمتر از مقدار فشاری است که لایه ها قبل از چین خوردگی می توانستند اعمال کنند. در این حالت اگر جریان آب از بخش فوقانی به لایه های پایین تر هدایت شود ، لایه های چین خورده آب را به سمت خارج ازمحور تونل هدایت می کنند.
نامساعدترین حالت برای حفر تونل در لایه های چین خورده ، حالتی است که محور تونل به موازات محور ناودیس باشد (ب) ، زیرا لایه ای چین خورده در ناودیس تنش ناشی از سر بار فوقانی را به محل محور تونل منتقل میکنند.مقدار تنش در محور ناودیس ۲٫۶۵ برابر بیشتر از حالتی است که لایه ها چین نخورده باشند.در این حالت جریان آب به سمت داخل تونل بوده و نسبت به محور تونل همگراست.(شکل ۱_۳)
۲_۲_ محور تونل عمود بر محور چین خوردگی باشد
اگر محور تونل عمود بر محور تاقدیس باشد، جهت جریان و فشار آب نسبت به مرکز تونل حالت دور شونده (واگرا)و نسبت به دهانه های تونل حالت متمرکز شونده (همگرا)دارند .اما اگر محور تونل عمود بر محور ناودیس باشد، جهت جریان و فشار آب نسبت به مرکز تونل حالت متمرکز شونده (همگرا ) و نسبت به دهانه های تونل حالت دور شونده (واگرا) دارد.
بر اساس وضعیت قرار گیری تونل نسبت به دره وپرتگاه حاشیه جاده و جهت لایه بندی سنگ ها ، میزان پایداری تونل متفاوت است. اگر یک سمت دیواره تونل به سمت پرتگاه و یا دره باشد و شیب لایه های سنگی به سمت دره ویا پرتگاه باشد(شکل ۱_۳_د) سقف و دیواره تونل به سمت پرتگاه ناپایدار خواهد بود. حالات مختلف قرار گیری تونل نسبت به لایه بندی را در شکل (۱_۴) مشاهده میکنید اثر عوامل زمین شناسی.
علاوه بر مشخص کردن وضعیت ساختار های زمین شناسی در محل احداث تونل ، تمام پارامترهایی که در طبقه بندی سنگ بررسی می شود ، باید در محل حفر تونل اندازه گیری شود.این پارامتر ها عبارتند از :
RQD_
_جهت شیب و امتداد لایه
_فاصله بندی درزه ها
(Spacing)
_میزان تداوم درزه در داخل سنگ
_زبری سطوح درزه ها
_مقاومت تراکمی تک محوری سنگ
_وضعیت و شرایط آب زیر زمینی
فاکتور های موثر در شکل هندسی مقطع تونل
۱_نوع استفاده از فضای زیر زمینی
معمولا برای فضاهای معدنی ، شکل مقطع مربع ،مستطیل،و یا ذوزنقه ای ، برای فضاهای ارتباطی ، شکل نعل اسبی و برای تونل های تحت فشار ،مقاطع دایره ای در نظر گرفته می شود.
۲_ وضعیت تنش های برجا (۳σ ، ۱σ ) در محل
یکی از فاکتور هایی که روی شکل هندسی مقطع تونل اثر می گذارد، میزان و جهت ۳σ ،۱σ در محل می باشد . معمولا سعی می شود که شکل مقاطع تونل طوری باشد که کمترین تنش در تونل را ایجاد نماید تا میزان ناپایداری در تونل کاهش یابد. بدین منظور سعی میشود که محور بزرگ تونل در امتداد ۳σ در نظر گرفته شود. برای بدست آوردن وضعیت تنش های بر جا در محل از شواهد زمین شناسی به شرح زیر استفاده می شوداثر عوامل زمین شناسی.
۲_۱_ گسل:
_اگر گسل های موجود در منطقه از نوع نرمال باشد، ۱σقائم و۳σ افقی است.
_اگر گسل های موجود در منطقه از نوع معکوس باشد ۳σ افقی و۱σ قائم است.
_اگر گسل های موجود در منطقه از نوع امتداد لغز باشند ،۱σ با سطح شکست زاویه
می سازد.
۲_۲_ چین خوردگی
در چین ها ،۱σعمود بر محور و سطح محوری چین و۳σ به موازات سطح محوری چین می باشد.
۲_۳_دایک های قائم
در دایک های قائم۳σ در جهت قائم عمل کرده و۱σ در جهت عمود بر دایک عمل می کند.
برای اندازه گیری مقادیر تنش های اصلی (۳σ،۱σ) ، می توان از آزمایش های جک مسطح ، آزمایش پیش مغزه گیری و آزمایش شکست هیدرولیکی استفاده نمود .
در نقاطی که سنگ ها به صورت پلاستیک عمل می کنند و در جایی که سنگ ها کاملا خرد شده هستند ، بهتر است از تونل هایی با مقاطع دایره ای شکل استفاده شود، زیرا در این حالت فشار به صورت یکنواخت توزیع شده و کمترین تمرکز تنش وجود خواهد داشت .
_رابطه پایداری تونل با عمق
در محل حفر تونل ها ، ناپایداری هایی که در تونل ها اتفاق می افتند ، بر حسب این که تونل در اعماق کم یا زیاد حفر شده باشد ، تحت تاثیر عوامل مختلفی ایجاد می شود . پایداری تونل هایی که در اعماق زیاد حفر می شوند به مقاومت توده سنگ های در بر گیرنده بخش حفاری شده و همچنین به تنش های القا شده در سنگ بستگی دارد .
وقتی سنگی با لایه بندی افقی در بالای سقف تونل واقع شده باشد ، لایه های نازک تر گرایش دارند که از توده سنگ اصلی جدا شوند و تیر های جداگانه ای را تشکیل دهند.در مواردی که تیر نازک در زیر تیر ضخیم تری قرار گرفته باشد ، بار از تیر ضخیم به تیر نازک زیرین انتقال داده می شوند.
در نتیجه تیر نازک زیرین قادر به تحمل نیروی وارده نبوده و سقف تونل گسیخته می شود ولی چنانچه لایه روی تونل ضخامت کافی داشته باشد، بار وارده از لایه های بالای خود را تحمل نموده و سقف تونل پایدار خواهد بود. لذا عموما تونل هایی که در عمق احداث می شوند، پایدارتر ازتونل هایی هستند که در سطح احداث می شوند (شکل ۱_۵_الف).
از طرفی تونل های نز دیک به سطح بیشتر در معرض تاثیر درز و شکستگی قرار دارند که این امر می تواند موجب ناپایداری آنها گردد، اما با افزایش عمق از تاثیر این عامل کاسته شده و به مقدار تنش و مقاومت سنگ افزوده می شود.این موضوع در شکل (۱_۵_ب)نشان داده شده است.اثر عوامل زمین شناسی
_اثر آب زیر زمینی بر پایداری تونل
آب های زیر زمینی از دسته عوامل موثردر ناپایداری تونل ها محسوب می گردندو در مواردی که توده سنگ اغلب از گروه نمک های کارستیکی و انحلال پذیر و درزه دار باشد ، مسأله هیدرولوژی و هیدرو ژئو لوژی مناطق مورد مطالعه باید به دقت مورد شناسایی و ارزیابی قرار گیرد ، زیرا در این شرایط محاسبه حجم کل آب موجود در توده سنگ به راحتی مقدور نیست و لذا جریان آب در توده سنگ و بخصوص در امتداد درز و شکاف و سطوح ضعف سنگ ها موجبات لغزش و ناپایداری توده سنگ را فراهم می آورد.بنابراین تونل هایی که در بالای سطح ایستایی احداث می گردند،پایدارتر از تونل هایی که در زیر سطح ایستایی واقع گردیده اند،می باشند.اثر عوامل زمین شناسی
بستگی به نفوذ پذیری سنگ ها و همچنین جهت شیب و امتداد لایه ها ، تراوش دائمی از سقف و دیواره های تونل وجود خواهد داشت. لازم به ذکر است که حفر تونل در تشکیلات آبدار از طرفی خود باعث زهکشی طبیعی طبقات آبدار می گردد ، بخصوص در شرایطی که به کمک زهکشی های پیش بینی شده برای تونل ، ممکن است با پایین آوردن شطح ایستایی آب و با حد اقل هم تراز کردن آب با کف تونل ، از شدت ناپایداری تونل در اثر حضور آب زیر زمینی کاست.در زیر به یررسی مهمترین اثرات سوء آب های زیر زمینی بر تونل پرداخته شده است
۱_ا عمال فشار هیدرو استاتیک به پوشش داخل تونل و در نتیجه نا پایدار نمودن آن
۲_ایجاد مشکلات به هنگام حفاری و اجرا ی پروژه
۳_ته نشست مواد محلول همراه با آب در محل تراوش و برجای گذاری رسوبات گچی و نمکی
۴_شست و شوی مواد در امتداد درزه ها و سطوح ضعف طبیعی و در نتیجه وسیعتر شدن فضای بین درزه ها و افزایش آبگذاری از آن ها
۵_یخ زدن آب در فصول سرد و ایجاد قندیل های یخ در داخل تونل.
