عبور تونل های درون شهری از دالان های خطر

امروزه در شهرهای بزرگ، متروها و تونلهای شهری به عنوان یکی از کلیدیترین و مهمترین زیرساختهای شبکه حمل و نقل شهری به شمار میآیند. ساخت این نوع زیرساختها در کشورهای توسعه یافته و حصول نتایج مناسب از به کارگیری آنها در کاهش مشکلات حمل و نقل شهری، لزوم توجه به استفاده گسترده از این سازهها را در کشورهای در حال توسعه اجتنابناپذیر می کند.

از سوی دیگر، اجرای چنین پروژههای عظیمی در داخل کشور که شامل اجزای مختلفی نظیر سازههای مهندسی، تجهیزات الکتریکی و مکانیکی بوده و هزینه قابل توجهی برای ساخت آنها صرف میشود، همواره ممکن است با خطرات و تهدیدهایی همراه باشد. این خطرات و تهدیدها به عنوان یکی از اصلیترین چالشهای حرفه تونلسازی در هر سه فاز طراحی، اجرا و بهرهبرداری محسوب میشود.

نگاهی به ادبیات فنی تونلها و مخاطراتی که از سال 1990 تاکنون روی داده است نشان میدهد این مخاطرات عموماً هنگام عملیات حفاری و همچنین دوران بهرهبرداری از تونلها در نتیجه نشناختن وضعیت و شرایط ژئوتکنیکی، مکانیکی، آب زیرزمینی، زلزله و آتشسوزی بوده که منجر به گسیختگی بخشهایی از محور تونل شده است. سیل در تونل حمل بار شیکاگو امریکا در سال 1992، آتشسوزی در تونل گریت بلت لینک دانمارک در 1994، گسیختگی تونل هیثرو انگلیس در سال 1994 ناشی از اجرای نامناسب تونل وقوع گسیختگی در تونل آناتولیا ترکیه در سال 1999 ناشی از فعال شدن یک گسل در مجاورت آن و بمبگذاری انتحاری در داخل ایستگاه متروی مسکو در سال 2004 از جمله مثالهای واقعی در این ارتباط است. (منابع، ان. سی. اچ، آرپی - 2008 و وینیک 2006)

در شهر تهران نیز تاکنون خرابیهایی هنگام حفاری تونلهای ماشینرو و مترو به وقوع پیوسته است که ممکن است دلیل آن بررسی نکردن جامع میزان پتانسیل وقوع مخاطرات باشد که در این رابطه میتوان به ریزش تونل شهری توحید در سال 1388، ریزش تونل خط 3 مترو در حوالی پادگان قلعه مرغی در سال 1389 و جنوب میدان منیریه در همین سال و بالاخره ریزش خط یک مترو در نزدیکی قلهک در سال 1387 اشاره کرد.

ضرورت شناسایی خطر

واقعیت این است که تهران به عنوان بزرگترین کلانشهر و پایتخت کشور، در ابعاد مختلف سیاسی، اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی از اهمیت قابل توجهی برخوردار بوده و با توجه به حجم بالای سفرهای روزمره درون شهری آن، نیازمند توسعه شبکه ارتباطی بخشهای مختلف شهر به یکدیگر است. همچنین، با توجه به قیمت بالای زمینهای شهری در کلانشهری همچون تهران، استفاده از فضای زیرزمینی بویژه تونلها جهت نیل به توسعه شهری همواره مورد توجه مدیران شهری بوده است. از اینرو، شناخت، ارزیابی و مدیریت مخاطرات و به دنبال آن تحلیل و نحوه برخورد با ریسکهای موجود در پروژههای تونلهای شهری، کمک شایانی به کاهش هزینهها و مدیریت زمان در بحث مدیریت شهری خواهد کرد.

با افزایش روزافزون میزان جمعیت در مناطق شهری و صنعتی شدن شهرها و همچنین به منظور بالابردن کیفیت زندگی مردم، نیاز به توسعه بیش از پیش زیرساختها و تاسیسات شهری از قبیل شبکههای آبرسانی، انتقال برق و گاز، جمعآوری فاضلابهای خانگی و صنعتی، تونلهای مترو و... نمود بیشتری پیدا میکند. امروزه، برای ساخت و توسعه این نوع زیرساختها و تاسیسات بخصوص در کلانشهرها، سعی شده از فضاهای زیرسطحی بیشترین استفاده به عمل آید. استفاده از این نوع فضاها علاوه بر حفظ زیبایی شهر، مشکلات کمتری را برای رفتوآمد مردم هنگام اجرای تاسیسات به همراه خواهند داشت.

آبهای زیرزمینی

تونلسازی در فضاهای زیرسطحی اشباع و حاوی آب زیرزمینی، همواره مخاطرهآمیز بوده و مشکلات و چالشهای بسیاری را هنگام عملیات حفاری متوجه تونلها کرده است. مشکلاتی را که ممکن است در اثر وجود آب زیرزمینی در اطراف تونل برای این سازه به وجود آید میتوان از بررسیهای گسترده در موقعیتهای مختلف و با استفاده از گمانههای اکتشافی پیشبینی کرد. هر چند، پیشبینی دقیق مقدار آب ورودی به تونل معمولاً دشوار است.

قرارگیری تراز زیرین تونل در زیر تراز آب زیرزمینی یا قرار گرفتن در معرض حفرات زیرزمینی هنگام اجرا، میتواند احتمال جریان یافتن مصالح اشباع و سست به داخل فضای تونل را میسر سازد. در نتیجه، شناسایی و پیشگیری این قبیل شرایط مخاطرهآمیز از اهمیت بسیار بالایی برخوردار بوده و حیاتی است. از سوی دیگر، وجود جریان آب زیرزمینی، فرایند حفاری تونل را در تمامی مراحل تحت تاثیر قرار خواهد داد.

از سوی دیگر، با توجه به آنکه تونلهای حمل و نقل درون شهری نظیر تونلهای مترو با یکدیگر در ارتباط هستند، اگر در بخشی از سازه یک تونل واقع در محیط اشباع گسیختگی به وجود آید، به عنوان مثال پوشش تونل دچار شکاف موضعی شده یا درز اتصال سگمنتها دچار گسیختگی شود، وقوع این امر میتواند سبب ورود آب به داخل تونل و متعاقب آن آبگرفتگی کامل تونل و در نهایت جاری شدن سیل و انتقال آن به سایر تونلهای متصل شود. همچنین این احتمال وجود دارد که جاری شدن سیل، باعث ورود حجم قابل توجهی خاک از قبیل ماسه، سیلت، شن، یا واریزههای زونهای گسله به داخل تونل شود. از اینرو، در مدت زمان کوتاهی ممکن است بخش قابل توجهی از فضای داخلی تونل با واریزه یا گل ناشی از ورود مصالح اطراف پر شوند که وقوع این پدیده میتواند باعث مسدود شدن بخشی از تونل شود. به علاوه، وقوع پدیده شلشدگی خاک زیر پی سازههای فوقانی تونل در اثر وقوع چنین رویدادی ممکن است سبب فرورفتن و نشست قابل توجه پی سازهها یا حتی انهدام کامل آنها شود.

خطرات ناشی از فرونشست زمین

اجرای تونل در مناطق شهری ممکن است با وقوع اثرات مخرب روی ساختمانها، سازهها و تاسیسات مجاور محل حفاری نیز همراه باشد که انتخاب روش حفاری صحیح تا حد زیادی خطرات ناشی از آن را کاهش خواهد داد. اما نباید فراموش کرد که به هر حال، حفاری تونل باعث دستخوردگی خاک و به هم خوردن تعادل تنش اطراف محدوده حفاری تونل میشود که در نتیجه آن، تغییر شکلهایی در محیط اطراف تونل و در نهایت، در لایههای فوقانی ناحیه حفاری تونل و همچنین در سطح زمین به وجود خواهد آمد. در صورتی که این تغییر شکلها به سطح زمین برسند، روی سازههای روسطحی مجاور بخش حفاری اثرات منفی خواهند گذاشت. از مشخصههای تونلهای شهری میتوان به عمق کم آنها، دهانه بزرگ این فضاها و همچنین قرارگیری ساختمانها روی آنها یا در مجاورت آنها نام برد که همگی کنترل نشست سطحی را دشوار میکنند.

از جمله دیگر خطراتی که ممکن است برای تونلها ایجاد شود، شستگی مصالح محیط اطراف تونل در دوره بهرهبرداری به دلایل مختلف است که به مرور موجب از بین رفتن خاک اطراف آن و در نهایت نشست تونل میشود. این پدیده علاوه بر اینکه به سازه تونل آسیب میرساند، ممکن است اثرات ناشی از آن به سطح زمین نیز منتقل شده و اثرات مخربی را بر سازههای سطحی به همراه داشته باشد.

آتشسوزی در تونل

مروری بر سوابق آتشسوزیهای رخداده در داخل تونلهایی که تاکنون ساخته شدهاند، نشان میدهد که وقوع آتشسوزیهای غیرعمدی در داخل آنها بسیار محتملتر از نوع عمدی آن است. آتشسوزی ممکن است سازه تونل یا وسایط نقلیه داخل آن را دچار آسیب کرده و در صورتی که کنترل نشود، سلامت افراد داخل تونل را به مخاطره اندازد. حتی این امکان وجود دارد که در نتیجه وقوع آتشسوزیهای بزرگ، گسیختگیهای کلی در سازه تونل رخ داده و آن را کاملاً تخریب کند.

در پدیدار شدن هر نوع آتشسوزی، حضور سه پارامتر حتمی خواهد بود: سوخت، اکسیژن و منبع اشتعال. در تمامی تونلها، هر یک از پارامترهای مذکور تا اندازهای وجود دارد، به نحوی که نمیتوان ریسک ناشی از آنها را به طور کامل منتفی دانست.

در سالهای اخیر، آتشسوزیهای متعددی در تونلها رخ داده است که تبعات و خسارات بسیار سنگینی را چه برای تونل و چه برای استفادهکنندگان آن به همراه داشته است.

اگرچه اکثر آتشسوزیهای بزرگ به دلیل بروز تصادف داخل تونلها به وجود آمدهاند، اما این عامل دلیل اصلی آتشسوزی داخل این تونلها نیست. آمارها نشان میدهند که اغلب آتشسوزیهای رخداده داخل تونلها به دلیل بروز نقص فنی در تجهیزات الکتریکی و مکانیکی خودروها نظیر بالارفتن بیش از حد درجه حرارت سیستم موتور یا سیستم ترمز آنها است.

آمارها همچنین نشان میدهند که آتشسوزیهای ثبت شده در تونلها از حدود 20 دقیقه تا 4 روز به طول انجامیدهاند. مدت زمان تداوم اکثر این نوع آتشسوزیها بین 3-2 ساعت بوده است؛ هرچند، چندین مورد نیز در دنیا وجود دارند که برای کنترل آنها مدتزمانی به مراتب بیش از 3 ساعت صرف شده است.

در ارتباط با وقوع آتشسوزی در تونلهای مترو نیز باید اشاره کرد که این قبیل آتشسوزیها، نسبت به آتشسوزی در تونلهای ماشینرو که تردد وسایط نقلیه سنگین حامل بار در داخل آنها محدودیتی نداشته باشد، به مراتب با شدت کمتری اتفاق خواهند افتاد. از دلایل متداول آتشسوزی در تونلهای مترو باید به بیدقتی مسافران در استفاده یا جابهجایی مواد آتشزا، از خط خارج شدن قطار و برخورد آن با سایر قطارها یا جداره تونل، بروز نقص الکتریکی در سیستمهای راهبری، نیروی محرکه و روشنایی یا نقص در سیستمهای سرمایشی و گرمایشی داخل واگنها و بروز نقص مکانیکی در واگنها نظیرسیستم ترمزها اشاره کرد.

یکی از عوامل تاثیرگذار بر افزایش شدت آتشسوزی در تونلهای مترو، فاصله کوتاه بین ایستگاههای مترو است که این امر میتواند سبب گسترش آتشسوزی از داخل تونل به ایستگاهها یا از ایستگاهی به ایستگاه دیگر شود. به عبارت دیگر، اکثر ایستگاههای مترو در زیرزمین واقع شده و این ایستگاهها اغلب یکی از راههای دسترسی به مراکز خرید و ساختمانهای دیگر هستند. برای این نوع از شریانهای دسترسی، یکی از خطرات متداول، شروع آتشسوزی از محل ایستگاهها و تاسیسات مجاور و گسترش آن به محدوده مترو یا سایر ایستگاههای مجاور است. مشکل دیگر در تونلهای مترو، وجود ازدحام بالای مسافران است.

وقوع هر نوع آتشسوزی همواره همراه با تولید گرما، دود و مواد سمی بوده که میتواند موجب آسیب رساندن به سازه و تجهیزات داخل تونل و افراد داخل آن شود. در واقع هنگام آتشسوزی، گرما عامل اصلی آسیب به سازه و تاسیسات داخل تونل است، در حالی که به ندرت دلیل اصلی مرگ انسانها میتواند باشد.

در این خصوص، عواملی که سلامت افراد داخل تونل را به صورت جدی تهدید میکند، از دست رفتن میدان دید در نتیجه انتشار دود در محیط و همچنین استشمام گازهای سمی تولید شده در اثر آتشسوزی است.

بیتوجهی به تعمیر و نگهداری تونلها

در تونلهای ماشینرو درون شهری احتمال هرگونه آسیب و خرابی ناشی از عوامل مختلف از قبیل تصادف وسایط نقلیه با دیواره تونل، آتشسوزی، ترکخوردگی، آلودگی ناشی از ترافیک عبوری (به طور مثال، دود خروجی از اگزوز اتومبیلها) و... روی سازه و همچنین تجهیزات آن از قبیل تجهیزات الکتریکی، مکانیکی و... وجود دارد. در این مورد، انجام بازرسیهای دورهای و اقدام به تعمیر و نگهداری تونل امری بسیار حیاتی و ضروری است.

از اینرو، باید سازه و تجهیزات کنترلی الکتریکی و مکانیکی را در بهترین شرایط عملکردشان نگهداری کرد تا از خرابی هر یک از این سیستمها جلوگیری به عمل آید.

ورود آبهای سطحی و سیلاب

در مناطقی با نزولات جوی بالایا در شهرهایی که سیستمهای جمعآوری آبهای سطحی به طور موثری اجرا نشده یا عمل نمیکنند، هنگام بارندگی، همواره معابر دچار آبگرفتگی شده و آبهای سطحی در قالب سیلابهای کوچک در معابر و خیابانها جریان مییابند. در این بین، سازههای زیرزمینی مانند ایستگاههای مترو، تونلهای شهری، شبکههای تاسیساتی و... از جمله مستعدترین نواحی برای ورود آبهای سطحی هستند. در صورتی که این نوع سازههای زیرزمینی در برابر ورود آبهای سطحی و سیلابها محافظت نشوند، امکان آبگرفتگی آنها و حتی احتمال مسدود شدنشان نیز وجود خواهد داشت.

یکی از خطراتی که تونلهای درونشهری را در مواجهه با ورود آبهای سطحی و سیلاب تهدید میکند، شیب طولی ناحیه ورودی یا خروجی تونل است که در واقع عاملی برای تسهیل ورود آبهای سطحی به داخل تونل محسوب میشود. در واقع، شیب طولی تونل سبب خواهد شد تا آب با سرعت قابل توجهی وارد تونل شود.

همچنین اگر حجم آب ورودی به داخل تونل از ظرفیت سیستمهای زهکشی تونل بیشتر باشد، عملاً امکان تخلیه آن خصوصاً در ساعات اولیه آبگرفتگی تونل تقریباً غیرممکن خواهد بود. از اینرو، آبگرفتگی تونل میتواند خطراتی را متوجه افرادی که در حال عبور از تونل هستند و همچنین سیستمهای الکتریکی، مکانیکی و... داخل تونل کند.

اثرات زلزله روی تونل

سازههای زیرزمینی نسبت به سازههای سطحی (از قبیل ساختمانها و پلها) کمتر در معرض آسیب ناشی از زلزله قرار دارند، زیرا زمین اطراف، سازههای زیرزمینی را محصور کرده و لذا غالباً در هنگام وقوع زمینلرزه، ارتعاش سازه و زمین با یکدیگر هم فاز هستند.

به عبارت دیگر تا زمانی که زمین اطراف سازه زیرزمینی پایدار باشد و فقط تغییر شکلهای کوچکی را تجربه کند، تونل تمایل به جابهجایی همزمان با زمین اطراف خود را داشته و سطح عملکرد سازهای خود را حفظ خواهد کرد.

بابک نگهداری - رییس مرکز مطالعات و برنامه ریزی شهر تهران

http://tdmmo.tehran.ir/default.aspx?tabid=179&ArticleId=7030