انواع شکل مقطع تونل راه و راه آهن

8258

در این نوشتار تصمیم داریم به شکل مقطع تونل های راه و راه آهن بپردازیم. در ادامه به بررسی مشخصات هندسی شکل مقطع تونل ها و مقطع عرضی ان ها می پردازیم.

پیشنهاد مطالعه: مراحل اجرای تونل های بزرگ و ساخت آنها

یکی از پارامترهای مهم در طراحی پوشش داخلی تونل ها مشخصات هندسی شکل مقطع تونل ها شامل اندازه مقطع و شیب تونل می باشد. انتخاب شکل مقطع تونل و ابعاد تونل تابع هدف احداث تونل، سیستم حفر، شیوه بارگیری و روش نگهداری دائمی آن است. در مواردی که استفاده از شکل های مختلف امکان پذیر باشد باید شکلی را انتخاب کرد که هزینه های کلی احداث تونل به حداقل برسد. شکل مقطع تونل ها می تواند به صورت دایره ای، چهارگوش، نعل اسبی و یا شکل حرف انگلیسی D که معادل ۹۰ درجه در جهت خلاف عقربه های ساعت چرخش یافته باشد، که به غلط تونل های با مقطع D شکل نام گرفته است، باشد. البته در صورت حفاری مقطع به صورت دایره ای، شکل مقطع نهایی را با استفاده از دال های بتنی به صورتی اصلاح می نماید که کف تونل به صورت مسطح و قابل استفاده به عنوان تونل های راه و راه آهن باشد.

مقطع دایره

شکل مقطع تونل دایره از نظر حفاری به وسیله ماشین های تونل زنی (TBM) و مقاومت در برابر تنش های وارده، بسیار مناسب است. در مقابل، انحنای پایین تونل از جمله معایب این مقطع به حساب می آید زیرا پس از خاتمه حفاری با صرف هزینه باید آن را به حالت مسطح درآورد.

در زمین های نامناسب و نرم، به ویژه در مواردی که احتمال تورم و آماس زمین وجود دارد، معمولاً مقطع دایره به دلیل سهولت در حفر و نصب سیستم نگهداری موقت و دائم، مناسب ترین شکل مقطع تونل است. شکل ۱ یک نمونه از تونل با مقطع دایره را نشان می دهد.

شکل مقطع تونل

شکل ۱ – تونل با مقطع دایره قبل از کف سازی

مقطع چهارگوش (باکس)

در مواردی که فشار جانبی موثر بر دیواره تونل و یا ضخامت روباره کم باشد، حفر تونل های چهار گوش با دیواره های نسبتاً قائم و کف مسطح، مقرون به صرفه است. در صورت لزوم، سقف این تونل ها را می توان به صورت قوسی انتخاب کرد زیرا استفاده از این سیستم، به ویژه در مورد تونل های کوچک ارزان تر تمام می شود. شکل ۲ یک نمونه تونل با مقطع چهارگوش را نشان می دهد.

تونل

شکل ۲ – نمایی از یک تونل با مقطع چهارگوش

مقطع D شکل

در این تونل ها، دیواره تونل تقریباّ قائم و قسمت بالای آن قوسی شکل یا نیم دایره است. به علت آن که در سنگ های محکم، دیواره قائم تونل به آسانی در برابر تنش های وارده مقاومت می کند، لذا این مقطع در تونل های سنگی بیشتر معمول است. مقطع این تونل به شکل حرف انگلیسی D که معادل ۹۰ درجه در جهت خلاف عقربه های ساعت چرخش یافته می باشد که به اشتباه تونل های با مقطع D شکل، نام گرفته است. شکل ۳ نمونه ای از تونل با مقطع D شکل را نشان می دهد.

شکل مقطع تونل

شکل ۳ – نمایی از یک تونل با مقطع D شکل

شکل مقطع تونل نعل اسبی

اغلب تونل های راه و راه آهن به شکل نعل اسبی هستند. بخش بالای تونل به شکل نیم دایره و دیواره ها و کف آن نیز منحنی است. شعاع قوس دیواره ها و کف تونل معمولاّ دو برابر شعاع بخش بالایی است. از محاسن شکل مقطع تونل نعل اسبی این است که برای نگهداری تونل می توان از قاب های فلزی استفاده کرد و از این نظر امتیازات مقطع تونل دایره ای شکل را دارد، با این تفاوت که کف آن ها تقریباّ مسطح است. کف مسطح علاوه بر آنکه برای کاربرد تونل مناسب است، بلکه موجب آسانی حفر تونل به وسیله مواد منفجره نیز می شود. از جمله امتیازات دیگر این مقطع، سهولت بارگیری و حمل مواد حفر شده است. شکل ۴ نماهای شماتیک از تونل های راه و راه آهن با مقطع نعل اسبی را نشان می دهد. شکل ۵ نسبت بین شعاع های مختلف شکل مقطع تونل های نعل اسبی را نشان می دهد.

تونل نعل اسبی

شکل ۴ – دو نما از تونل با مقطع نعل اسبی

جزئیات هندسی تونل نعل اسبی

شکل ۵ – نسبت بین شعاع های مختلف در تونل های نعل اسبی

مشخصات هندسی تونل های راه

تونل، سازه ای پر هزینه است و به همین علت در راه های کم اهمیت یا کم ترافیک مثلاً راه های فرعی درجه ۱ و ۲ از ساخت تونل پرهیز می شود. تونل های راه معمولاً دو خطه یا سه خطه است و بر حسب نوع مسیر به دو صورت زیر تقسیم بندی می شوند:

۱ – تونل های یک طرفه که معمولاً هر یک از جهت های رفت و برگشت دارای تونل مستقل است و در آزادراه ها و بزرگراه ها ساخته می شوند.

۲ – تونل های دو طرفه که معمولاً در راه های اصلی ساخته می شوند. در حال حاضر تونل های راه به صورت دو طبقه نیز اجرا می شوند.

مقطع عرضی تونل های راه

ابعاد مقطع عرضی تونل های راه، تابع چگالی، نوع ترافیک، طول تونل و تعداد تونل هایی که به طور سری پشت سر هم در امتداد یکدیگر قرار می گیرند، می باشندمطابق آئین نامه طرح هندسی راه های ایران در طراحی مقطع عرضی تونل نکات ذیل را باید مورد توجه قرار داد:

۱ – پیش بینی فضای لازم جهت تامین نیاز ترافیک آینده (حداقل بیست سال پس از افتتاح تونل)

۲ – در راه های با بیش از سه خط عبور، به جای یک تونل با مجرای بزرگ، احداث دو تونل با مجرای کوچک، به دلایل زیر توصیه می شود:

الف) با ساختن تونل در ابتدا می توان از آن به صورت دو طرفه استفاده کرد.

ب) با ساختن تونل دوم از هر تونل می توان در یک جهت استفاده کرد.

پ) هزینه ساخت دو تونل با مجرای کوچک، از یک تونل با مجرای بزرگ کمتر است.

ت) در آینده دور می توان تونل سوم را ساخت و از یکی از تونل ها برای یک جهت و از تونل دیگر برای جهت مخالف ولی از تونل سوم (که معمولاً تونل وسط خواهد بود) برای جهت تراکم استفاده کرد. به این ترتیب جهت عبور از تونل وسط، بسته به جهت تراکم ترافیک، در ساعت های مختلف اوج روز تغییر می کند.

۳ – پیش بینی فضای مناسب برای روشنایی و تهویه تونل ها در صورت نیاز.

۴ – خط های اصلی

الف) تعداد خط های عبور

تعداد خط های عبور داخل تونل، همانند قسمت های معمولی راه است. چنانچه در توسعه آتی راه افزایش خط های عبور منظور شده باشد، وضع نهایی خط ها را ملاک عمل قرار داده و تونل را طبق وضع نهایی ساخته یا احداث تونل دیگری را برای تامین توسعه آینده، در نظر گرفته می شود.

ب) عرض خط های عبور

طبق آئین نامه طرح هندسی راه ها و همچنین استاندارد AASHTO پهنای هر خط عبور تونل در مسیر آزاد راه، بزرگراه، راه اصلی و راه فرعی بهتر است با توجه به آینده دور، ۳.۶۵ متر در نظر گرفته شود. در حالت های استثنایی برای راه های اصلی و فرعی، می توان این عرض را حتی تا ۳ متر کاهش داد، مشروط بر اینکه ترافیک آینده مسیر تونل کمتر از ۴۰۰۰ وسیله نقلیه در روز و درصد وسایل نقلیه سنگین، کمتر از % ۱۰ باشد.

۵ – نوارهای کناری (شانه تونل) سمت راست و چپ

شانه های تونل مانند راه در طرفین خط های اصلی قرار می گیرند و بدون وجود اختلاف سطحی به آن متصل می شوند . این شانه ها فاقد هرگونه ممانعتی است و برای جلوگیری از اثر دیوار کناری روی خط عبور در نظر گرفته شده است. در ضمن از شانه های سمت راست برای توقف اضطراری نیز استفاده می شود. عرض این شانه ها در جدول ۱ ارائه شده است.

جدول ۱ – عرض شانه مورد نیاز در تونل ها

جدول 1

۶ – پارکینگ اضطراری

در تونل های با طول بیش از ۱۰۰۰ متر توصیه می شود که در هر ۵۰۰ متر یک پارکینگ احداث شود در تونل های دو طرفه بهتر است که پارکینگ های دو طرفه در مقابل هم قرار نگیرد.

۷ – پیاده روها

معمولاً ورود عابران پیاده به داخل تونل های برون شهری مجاز نیست و پیاده روها فقط برای استفاده ماموران بهره برداری و کسانی که وسایل نقلیه آنها دچار خرابی شده است، احداث می شود. این پیاده روها باید دارای شرایط زیر باشند.

الف – در تونل با مقطع منحنی، حداقل عرض پیاده رو ۶۰ سانتی متر باشد.

ب – در تونل با دیواره های قائم، حداقل عرض پیاده رو ۷۵ سانتی متر باشد.

ج- حداقل ارتفاع پیاده رو از لبه راه ۲۰ سانتی متر و حداکثر آن ۴۰ سانتی متر باشد. توضیح اینکه هر چه ارتفاع پیاده رو بیشتر باشد امنیت عابر پیاده در مقابل تصادف بیشتر و دسترسی به آن نیز مشکل تر است. شکل ۶ مقطع تونل راه را با در نظر گرفتن پیاده رو، شانه، زهکشی و فضای ویژه پارکینگ اضطراری نشان می دهد.

شکل مقطع تونل

شکل ۶ – مقطع تونل راه با در نظر گرفتن پیاده رو، شانه، زهکشی و فضای ویژه پارکینگ اضطراری

۸ – ارتفاع

حداقل ارتفاع آزاد تونل از سطح سواره رو تا تاسیسات تونل مانند روشنایی و سیستم های تهویه ۵.۲۰ متر (۵.۱۰ متر مجاز به علاوه ۱۰ سانتی متر روکش آسفالت آتی) است. در صورتی که تونل نیاز به روشنایی داشته باشد و نتوان فضای موجود در مقطع تونل را برای تامین نیازمندی های فوق استفاده کرد، به ناچار فضای اضافی مناسب برای روشنایی و یا سیستم تهویه با توجه به رعایت معیارهای حداقل فضای آزاد در نظر گرفته می شود. مطابق با استاندارد AASHTO ارتفاع تونل های بزرگراهی که کامیون رو نیز می باشند، پس از نصب سیستم نگهدارنده باید حداقل ۴.۷۸ متر به اضافه ضخامتی که برای روکش در نظر گرفته شده است، باشد.

۹ – شیب عرضی

شیب عرضی سطح راه تونل ها  %۱ تا %۱.۵ می باشد.

۱۰ – تعیین سرعت طرح

سرعت طرح برای تونل اغلب از مسیر راهی که تونل در آن قرار گرفته، کمتر است. مقدار سرعت طرح انتخاب شده نه تنها در تعیین مشخصات هندسی تونل تاثیر دارد، بلکه در موارد زیر نیز موثر است:

الف – طول مربوط به روشنایی اضافی ورودی

ب – آغاز روشنایی کمتر در جایی که فاصله دید از فاصله دید توقف، بیشتر باشد.

پ – عمل فشرده شدن هوای تونل توسط وسایل نقلیه (اثر پیستونی وسایل نقلیه در امر تهویه)

ت – آلودگی هوای تونل

سرعت طرح تونل در آزادراه ها و بزرگراه ها، ۸۰ کیلومتر در ساعت و در راه های اصلی ۶۰ کیلومتر در ساعت می باشد.

۱۱ – گنجایش تونل

وسایل نقلیه با در نظر گرفتن شرایط ویژه داخل تونل، مانند وجود دود (کاهش قدرت دید) و چرب بودن سطح سواره رو (کاهش قدرت ترمز) سعی در افزایش فاصله نسبت به وسیله نقلیه جلویی دارند. با توجه به این شرایط گنجایش تونل ها از ظرفیت مربوط به راه های موجود در هوای آزاد در شرایط مساوی سرعت، % ۱۰ کمتر است.

۱۲ – پله

پله های طرفین، مرز بخش قابل عبور تونل را مشخص می کنند و اثر دیوار تونل بر ترافیک خودروها را کاهش می دهد. پله به صورت جدول، از کف بلندتر و برای استفاده اضطراری پیاده است. در تونل های راه، بطور کلی راننده و سرنشینان خودروهایی که دچار نقص فنی شده اند و مامورین نگهداری، از پیاده رو اضطراری استفاده می کنند. تخلیه آب و عبور کابل، معمولاً از طریق محل عبور زیر پیاده رو صورت می گیرد. شکل ۷ مقطع عرضی تونل های راه طبق استاندارد AASHTO را نشان می دهد.

جزئیات تونل

شکل ۷ – مقطع عرضی تونل های راه طبق استاندارد AASHTO

مقطع طولی تونل های راه

در سربالایی ها شیب تونل های راه بیشتر از ۵۰۰ متر نباید از %۲ تجاوز کند. توصیه می شود که این شیب در محدوده ۱.۵% باقی بماند. در سرازیری ها حداکثر شیب در تونل های کوتاه تر از ۵۰۰ متر بهتر است از %۴ تجاوز نکند.

مشخصات هندسی شکل مقطع تونل های راه آهن

با توجه به پروفیل مسیر راه آهن که در مرحله طراحی مسیر مشخص می گردد، موقعیت مسیر راه آهن نسبت به تراز سطح زمین در ۳ حالت ذیل می تواند قرار گیرد:

  • مسیر در تراز هم سطح (روی زمین)
  • مسیر در تراز بالای سطح زمین (در ارتفاع)
  • مسیر در تراز زیرزمین (تونل)

در شرایطی که خط پروژه راه آهن برحسب پروفیل طراحی شده در تراز زیر زمین واقع شود، لازم است برای حفاظت مسیر در زیرزمین از تونل استفاده شود.

مقطع عرضی تونل های راه آهن

مقطع تونل های راه آهن باید به گونه ای در نظر گرفته شود تا حداقل فضای آزاد را با احتساب فضای مورد نیاز برای امنیت عبور قطار (قواره راه آهن) در نظر گیرند. در تونل های دو یا چند خطه فاصله محور به محور دو خط مجاور باید با فاصله محور به محور خطوط اصلی در بیرون تونل یکسان در نظر گرفته شود. اگر چه ممکن است فضای مفید تونل های راه و راه آهن به دلیل نوع قطار یا ابعاد تجهیزات متفاوت باشد ولی معمولاً با حداقل فضای مفید تونل های راه آهن مشابه هستند. جدول ۲ ابعاد تیپیک تونل های راه آهن را در چند کشور نشان می دهد.

جدول ۲ – ابعاد تونل های راه آهن در چند کشور

انواع شکل مقطع تونل راه و راه آهن

پیشنهاد مطالعه : با معروف ترین تونل های جهان آشنا شوید

مطالعه بیشتر