بررسی تأثیر سطح آب زیر زمینی بر ارتعاشات حاصل از حرکت قطار مترو با استفاده از مدل سازی عددی (مطالعه موردی مترو مشهد)

چکیده
استفاده از قطارهای زیر زمینی مترو به عنوان وسیله ای سریع و مطمئن می تواند گزینه ای مناسب برای کاهش ترافیک شهری و حمل نقل سریع مسافران باشد . از طرفی حرکت متروها با سرعت مناسب در حد فاصل بین ایستگاه ها موجب ایجاد ارتعاشات هر چند خفیف ، اما گاهی اوقات آزار دهنده برای افراد ساکم در حریم خطوط مترو می شود. این ارتعاشات که یکی از جدی ترین نگرانی های مربوط به مناطق نزدیک به
سیستم های حمل و نقل می باشد می تواند باعث ارتعاش ساختمان ها و نیز شنیده شدن صداهای ناهنجار و آزار دهنده در فضای داخلی
ساختمان ها گردد.
پارامترهای بسیار زیادی در میزان ارتعاشات ایجاد شده در اثر حرکت قطارهای زیر زمینی دخیل هستند که آگاهی از اینکه هر یک از آنها چگونه بر ماهیت این ارتعاشات تأثیر گذارند، در پیش بینی و کاهش این ارتعاشات بسیار موثر است .
در این تحقیق با استفاده از مدل سازی عددی، تأثیر عمق سطح آب زیر زمینی بر ارتعاشات حاصل از حرکت قطارهای مترو در ساختار زمین شناسی مشهد به طور دقیق مورد بررسی قرار گرفته است . نتایج به دست آمده حاکی از آن است که با وجود تأثیر قابل توجه عمق سطح آب زیر زمینی بر ارتعاشات ایجاد شده ، رابطه منظم و قانون مندی در این رابطه وجود ندارد.

کلید واژه : ارتعاشات مترو، سطح آب زیر زمینی ، مدل عددی


1.    مقدمه

یکی از مهمترین نکات قابل توجه در زمان بهره برداری ازخطوط مترو، آلودگی های زیست محیطی ناشی ازارتعاشات و نوفه های حاصل از حرکت مترو و همچنین مخاطرات ژئوتکنیکی این ارتعاشات در خاک های سست و ساختمان های قدیمی و فرسوده می باشد.


2.    معرفی پروژه قطار شهری مشهد
مسیر خط 3 قطار شهری مشهد بطول تقریبی 18 کیلومتر ، جنوب غربی شهر را با عبور از بخش مرکزی شهر و به شمال شرقی شهر متصل می نماید . عمق تونل در طول مسیر حدود 12 متر از سطح زمین و قطر تونل 6 متر می باشد . شمایی از مسیر متروی شهر مشهد در شکل (1) نمایش داده شده است .
اطلاعات مربوط به مشخصات زمین شناسی مسیر مترو بر مبنای گزارشات ژئوتکنیک شرکت قرب قائم (مجری طرح )تأمین شده است .

3.    مدل سازی عددی در نرم افزار  UDEC
گام اول در یک مدل سازی عددی با استفاده از نرم افزار UDEC ، تعیین ابعاد مدل مورد نظر می باشد، بدیهی است که برای حصول نتایج با دقت بالا لازم است که تونل و سایر اجزاء سازه ای و نیز توده سنگ تا فاصله بی نهایت از تونل در مدل وارد گردد.

4.    آنالیز مدل
از آنجا که قصد داریم مدل ایجاد شده تا حد امکان به شرایط واقعی پروژه شبیه باشد لذا لازم است که قبل از انجام آنالیز دینامیکی ، شرایط ایجاد شده در زمین ، در اثر حفاری تونل مترو را در مدل اعمال کنیم ، به عبارت دیگر حفاری تونل در زمین باعث ایجاد یک سری تغییر شکل ها و تنش ها در محیط اطراف تونل می شود که لحاظ نمودن آنها در مدل دینامیکی منجر به حصول نتایجی واقعی تر می شود . بنابراین در بخش آنالیز مدل ، دو فاز محاسباتی تعریف خواهیم نمود. فاز اول ، آنالیز الاستوپلاستیک مربوط به حفاری و نصب پوشش بتنی تونل و فاز دوم، آنالیز دینامیکی مربوط به زمان عبور قطار ازداخل تونل می باشد .

فاز اول ـ حفاری تونل : در این فاز نوع آنالیز را از نوع پلاستیک (plastic) انتخاب نموده و با غیر فعال نمودن کلاسترهای مربوط به داخل فضای تونل عملیات حفاری تونل را شبیه سازی می نماییم . همچنین با کلیک بر روی پوشش بتنی تونل آن را فعال نموده و نیز فشار آب حفره ای در داخل تونل را صفر کرده و مجدداً یک آنالیز فشار آب حفره ای انجام می دهیم . در واقع دراین مرحله ، عملیات حفاری تونل ، نصب پوشش بتنی، و اجرای دال بتنی کف تونل شبیه سازی می گردد.
فاز دوم ـ آنالیز دینامیکی مدل در حین عبور قطار : از آنجا که در این تحقیق تغییر مکان های ایجاد شده در مدل مربوط با آنالیز دینامیکی برای ما مهم است لذا قبل از شروع آنالیز فاز دوم ، کلیه تغییر مکان های ایجاد شده در مدل در حین حفاری تونل را صفر می کنیم ، هر چند تغییرات ایجاد شده در وضعیت تنش های موجود در مدل در حین فاز اول ، کماکان در مدل باقی خواهند ماند . بدین ترتیب کلیه تغییر مکان های ایحاد شده در پایان آنالیز مدل مربوط به فاز دوم خواهد بود همچنین در این مرحله ، تابع بار دینامیکی قطار را که به مدت 48/20 ثانیه می باشد به مدل اعمال می گردد.

5.    بررسی تأثیر عمق سطح آب زیرزمینی بر ارتعاشات ایجاد شده در سطح زمین
در ایستگاه خیابان آب (NI)که عمق سطح آب زیرزمینی در زمان انجام آزمایش های زمین شناسی 4.4 متر بوده است ، آنالیز دینامیکی مربوط به عبور قطار با سرعت (km/h) 80 را به ازای اعماق مختلف سطح آب زیر زمینی تکرار نمودیم . مشخصات لایه های زمین شناسی و نیز وضعیت آب زیر زمینی این ایستگاه در پیوست ارائه شده است . شکل (5) ارتعاشات سطح زمین در فواصل مختلف از محور ریل رابه ازای اعمال مختلف سطح آب زیر زمینی نمایش می دهد . قابل ذکر است که در این مدل، تونل در عمق 23 متری از سطح زمین قرار دارد .

6.    نتیجه گیری و پیشنهادات
با وجود تأثیر قابل توجه عمق سطح آب زیر زمینی بر ارتعاشات ایجاد شده ، رابطه منظم و قانون مندی در این رابطه وجود ندارد .