مقدمه

پــیش از احــداث پــروژه هــاي مهندســی، لازم اســت ســاختگاه آن مــورد مطالعــه و بررســی قــرار گیــرد. مطالعــات ســاختگاه، عمــدتا شــامل مطالعــات ســطح الارضــی و تحــت الارضــی مــی باشــد.

بررسی هاي سطحی که بـا توجـه بـه عـوارض سـطحی زمـین انجـام مـی شـود، صـرفا ارائـه دهنـده بک سري مشخصات کیفـی محـل مـورد مطالعـه اسـت، بـدین لحـاظ ایـن گونـه مطالعـات قـادر بـه ارائــه پارامترهــاي کمــی مهندســی نمــی باشــند. در ارتبــاط بــا مطالعــات زیرســطحی روشــهاي گونــاگونی وجــود دارد، یکــی از ایــن روشــها آزمــایش پرســیومتري اســت. آزمــایش پرســیومتري اولین بـار در سـال ۱۹۵۷ توسـط لـوئیس منارد،دانشـمند فرانسـوي جهـت مطالعـات پـی بکـار بـرده شــد. از آن پــس آزمــایش پرســیومتري توســعه پیــدا کــرده و انــواع مختلفــی از آن مناســت بــراي شــرایط مختلــف عرضــه شــده اســت(.( Baguelin,et,al. 1978 بــا مقایســه پرســیومتري بــا ســایر آزمایشات برجا وآزمایشگاهی مزایاي زیر را براي پرسیومتري می توان ذکر کرد:

-۱ پرسیومتري یـک آزمـایش برجـا بـوده و لـذا در مکانیـک خـاك پیشـرفته مـورد توجـه قـرار مـی گیرد.

-۲ در مقایسه با سـایر آزمایشـات برجـا ماننـد آزمـایش بـرش پـره اي و نفـوذ مخـروط ، عـلاوه بـر ویژگیهــاي مقــاومتی نظیــر PL و Po ، پارامترهــاي تغییــر شــکل پــذیري خــاك را نیــز مــی تــوان بدست آورد.

-۳ آزمایش پرسـیومتري حجـم بیشـتري از خـاك را تحـت آزمـایش قـرار مـی دهـد، چیـزي کـه در مورد آزمایشهاي دیگر مانند نفوذ مخروط نمی توان گفت.

-۴ در بیشــتر مواقــع نتــایج آزمــایش پرســیومتري بــدون نیــاز بــه آزمایشــات آزمایشــگاهی در طراحی پی قابل استفاده است.
-۵ آزمـایش پرسـیومتري در بسـیاري از خاکهـا قابـل اسـتفاده اسـت، چیـزي کـه در سـایر آزمایشـها شاید به راحتـی نتـوان گفـت . مـثلا آزمـایش بـرش پـره اي کـه در خاکهـاي ماسـه اي و گراولـی بـا زهکشی آزاد جـواب نمـی دهـد. انـواعی از پرسـیومتري فشـار بـالا وجـود دارد کـه جهـت اسـتفاده در سنگ طراحی شده اند. ( Baguelin,et,al. 1978 )

بــه لحــاظ ایــن ویژگیهــا و مزایــا ســت کــه روز بــه روز بــر اســتنفاده ازآزمــایش پرســیومتري در مطالعات ساختگاهی افـزوده شـده و ایـن آزمـایش سـهم بیشـتري از سـبد آزمایشـهاي توصـیه شـده براي مطالعه ساختگاههاي مهندسی را به خود اختصاص می دهد.

۲۰۱

بررسی نتایج آزمایشهاي پرسیومتري در سنگهاي سست((soft rock سازند میشان در جزیره خارك

آزمایشهاي پرسیومتري انجام شده در جزیره خارك ونتایج آن

محــل انجــام آزمایشــات پرســیومتر ي در جزیــره خــارك و در محــل احــداث طرحــی موســوم بــه طرح الفین خارك کـه بـه کارفرمـائی مـدیریت توسـعه پتروشـیمی احـداث مـی شـود ، بـوده اسـت .
در ایــن تحقیــق نتــایج ۱۶۳ آزمــایش پرســیومتري کــه در ۲۵ حلقــه گمانــه انجــام شــده ، مــورد استفاده قرار گرفته اسـت . عمـق گمانـه هـا حـداقل ۱۵ متـر و حـداکثر ۵۴ متـر مـی باشـد . گمانـه ها به روش کربارل گیـري حفـر شـده و مقـاطع اتجـام آزمـایش پرسـیومتري بـه روش توصـیه شـده توســط پهلــوان(۱۳۸۱ )آمــاده ســازي شــده اســت. ســاختگاه مــورد بررســی در مجــاورت ســاحل جزیـره خـارك قـرار گرفتـه اسـت . لیتولـوژي عمـده آن سـنگهاي نـرم ماننـد مـارن ، رس سـنگ ، سیلتستون و کمتر ماسه سنگ هـاي رسـی و سـیلتی مـی باشـد کـه بـه صـورت متنـاوب قـرار گرفتـه انـد . اگـر سـاختگاه مـورد بررسـی در جهـت عمـق در نظـر گرفتـه شـود ، در سـطح بـا رسـوبات منفصل رسی ، سیلتی ، ماسـه اي و غیـره . شـروع شـده و بـا افـزایش عمـق رسـوبات سـیمانته شـده و در قسـمتهاي عمیـق تـر سـنگهاي مـارنی و رس سـنگ هـاي سـیلتی تشـکیل دهنـده سـتون چینـه شناسی هستند . ستون چینـه شناسـی ذکـر شـده بخشـی از سـازند میشـان اسـت . دسـتگاه پرسـیومتر ي مـورد اسـتفاده در ایـن تحقیـق ، پرسـیومتر منـارد نـوع GC بـوده اسـت و حـداکثر فشـار اعمـال شده ۵۰ بـار بـوده اسـت ، لـذا در برخـی از آزمایشـات ، فشـار مـذکور جهـت ایجـاد گسـیختگی در سنگ کافی نبـوده و در نتیجـه پـارامتر PL (فشـار حـدي ) نیـز بدسـت نخواهـد آمـد .گمانـه هـا بـه روش کربارل گیري حفر شده اند .

با توجه بـه اینکـه سـنگ در محـدوده فشـارهاي اعمـالی گسـیخته خواهـد شـد یـا نـه؟ نمودارهـاي فشــا ر- حجــم پرســیومتري اشــکال متفــاوتی خواهنــد داشــت . شــکل ( ۱ ) نمــودار پرســیومتر را نشان می دهـد کـه سـنگ یـا خـاك مـورد آزمـایش دچـار گسـیختگی شـده اسـت . در ایـن نـوع از نمودارهــا عــلاوه بــر Po ، Em و Gm ، PL را نیــز مــی تــوان بدســت آورد . شــکل (۲) نمــودار پرسیومتري را نشان مـی دهـد کـه گسـیختگی رخ نـداده اسـت . از ایـن نـوع نمودارهـا PL را نمـی تــوان بدســت آورد . اســتخراج PL بــر اســاس روش توصــیه شــده در دســتورالعمل آزمــایش پرســیومتري منتشــز شــده توســط ســازمان مــدیریت و برنامــه ریــزي کشــور ۱۳۸۰) )صــورت پذیرفته است .

Em. شــیب منحنــی فشــار- تغییــر شــکل پرســیومتري در محــدوده رفتــار الاســتیک مــی باشــد تشـخیص و تمـایز محـدوده الاسـتیک بـر اسـاس شـکل منحنـی خـزش و بـا ایـن اسـتدلال کـه در محدوده الاستیک خـزش حـداقل مـی باشـد انجـام مـی گیـرد. بـر ایـن اسـاس ، فاصـله بـین اولـین نقطه اي که منحنی خـزش افـت کـرده و ایـن افـت اسـتمرار پیـدا مـی کنـد تـا نقطـه اي کـه مجـددا منحنـی خـزش بـه سـمت بـالا خیـز مـی گیـرد ، محـدوده الاسـتیک تعبیـر مـی شـود( ASTM-D

.( Briaud , J.L. 1992 ) ( 4719-00

۲۰۲

مجموعه مقالات نهمین همایش انجمن زمین شناسی ایران، دانشگاه تربیت معلم تهران، ۱۳۸۴

۳۰ ۳۵۰
۲۵ ۳۰۰

۲۰ ۲۵۰

منحنی فش ار- حجم ۲۰۰
۱۵ V (Cm 3)
150
10 100
منحنی خزش
۵
۵۰

۰ ۰
۳۰ ۲۵ ۲۰ ۱۵ ۱۰ ۵ ۰

Pcorrected (Kg/Cm2)

شکل شماره ( ۱ ) نمودار فشار- حجم پرسیومتر به همراه منحنی خزش (از آزمایش هاي انجام شده

۳۰ ۳۰۰
۲۵ ۲۵۰
۲۰ منحنی فشار- حجم ۲۰۰

۱۵ V (Cm )
3150
10 100
5 منحنی خزش ۵۰

۰ ۰
۳۰ ۲۵ ۲۰ ۱۵ ۱۰ ۵ ۰
Pcorrected (Kg/Cm2)
مقدمه :

تاریخچه تونل سازي در کشور ما به زمانهاي دور دست برمیگردد،فکه جهت اهـداف گونـاگون حفـر مـی شده است. مهمترین کاربري احداث تونل مواردي نظیر استخراج مواد معدنی، حمل ونقل و انتقال آب می باشـد.

در هر یک از موارد فوق بنا به مقتضیات محل و کاربري ویژه آن ساختگاه تونل مورد بررسی و مطالعه قـرار مـی گیرد. لذا لازم است طراحی تونل بر اساس این مطالعات انجام گیرد تا حتی الامکان بتوان موارد بحرانـی را پـیش بینی نموده و تمهیداتی جهت مقابله با مشکلات احتمالی اندیشیده شود. زاینده رود یکی از غنی تـرین رودخانـه هاي فلات مرکزي ایران بوده و نقش حیات بخشی در این منطقه دارد. از آنجائیکه این منطقه داراي پتانسیل هاي بسیار غنی در زمینه هاي کشاورزي و صنعتی دارد، توجه ویژه اي به تامین آب مورد نیاز آن شده است. با افزایش روزافزون جمعیت و نیاز به آب براي مصارف صنعتی وکشاورزي و… طرحهایی جهـت انتقـال آب از نقـاط کـم مصرف به نقاط پر مصرف در دست اجرا است، که از جمله این طرحها انتقال آب از چشمه لنگان و حوزه آبریـز آن به زاینده رود اصفهان می باشد.

این تونل با طول ۱۳۷۶۰ متر که در نواحی حفاري با TBM بـه دایـره اي بـا قطـر ۳/۹ متـر و در نـواحی حفاري انفجاري به شکل نعل اسبی و قطر ۴/۴ متر می باشد. این تونل با تراز کف ورودي ۲۴۰۷ متر وتراز کـف خروجی ۲۳۷۹/۵ متر داراي شیبی معادل دو در هزار (%۰/۲) میباشد که جهت انتقال ۱۲۳ میلیون متر مکعـب آب در سال براي تامین آب شرب، فکشاورزي و صنعتی طراحی شده است. عملکرد هیدرولیکی آن به صورت جریان آزاد آب است. امتداد شیب تونل به صورت N60E/0,11NE است. ایـن منطقـه در طـول جغرافیـائیَ۱۵ْ۵۰/َ-۰۵ْ۵۰/ ، عرض جغرافیائی ۰۰ْ۳۳/ َ۴۵–ْ۳۲/ و در ۱۷۶ کیلومتري غرب اصفهان و از توابع شهرستان فریدون شـهر قرار دارد.فدر شکل ۱ موقعیت جغرافیایی تونل را نشان می دهد.

در این مقاله به تحلیل آماري نتایج برداشت هاي صحرایی ناپیوستگی ها توسط نرم افزار DIPS پرداختـه و سپس طبقه بندي توده سنگ ها (Q,RMR,GSI) در مسیر تونل پرداخته شده است و سپس با استفاده از رده
بندي هاي توده سنگ به پیشنهاد سیستم نگهدارنده در مسیر تونل اشاره شده است و سپس با استفاده از وضعیت درزه ها در مسیر تونل با استفاده از نرم افزار UNWEDGE به بررسـی ناپایـداري سـاختاري در مسـیر تونـل

پرداخته شده و وضعیت گوه ها ایجاد شده را در مسیر تونل مورد بررسی قرار داده ایم.

أ

مجموعه مقالات نهمین همایش انجمن زمین شناسی ایران، دانشگاه تربیت معلم تهران، ۱۳۸۴

شکل-۱ موقعیت جغرافیایی تونل چشمه لنگان

زمین شناسی و زمین ریخت شناسی منطقه:

ارتفاعات این منطقه داراي روند NW-SE می باشد که مهمترین و اصلی ترین آنها سفید کوه میباشد. این ارتفاعات جزو زون سنندج سیرجان است.در ابتداي مسیر تونل تا کیلومتر ۵، با توجه به توپوگرافی، عمـق تونـل نسبت به سطح زمین کمتر از ۲۲۵ متر و در ادامه مسیر تونل بتدریج بـا حرکـت بسـمت ارتفاعـات کـوه سـفید، ضخامت روباره تونل افزایش یافته و در زیر قلل کوه سفید به حدود ۱۱۰۰ متر می رسد، در ادامه ارتفاعات کـوه سفید به سمت خروجی تونل، مجددا” از ارتفاعات روباره کاسته شـده و در ۱/۵ کیلـومتر آخـر مسـیر، عمـق آن نسبت به سطح زمین به کمتر از ۱۰۰ متر کاهش می یابد.

مهمترین گسل منطقه گسل وحدت آباد است کـه از نـوع معکـوس مـی باشـد. در مقطـع مـورد مطالعـه، لیتولوژي بطور کلی شیل، آهک، آهک رسی، دولومیت، توف و آبرفتهایی با پلاستیسیته بالا اسـت، کـه عمـدتا از جنس رس وسیلت هستند. در این ناحیه توفها بر روي شیل اسلیتی که داراي رونـد E-W/60NE اسـت رانـده شده اند. بخش عمده اي از این واحدها بعلت قرار گرفتن در گستره زاگرس بشدت تکتونیزه و خـرد شـده مـی باشند در محل برخی از گسل هاي منطقه، سنگ بر اثر شدت خرد شدگی به گوژ تبدیل شده اسـت بطـوري کـه چسبندگی آنها بسیار کاهش یافته و مشکلاتی را از جهت پیشروي و پایداري تونل پدید آورده است.[۱] ف

زمین شناسی مهندسی منطقه :

از جمله مطالعات مهمی که در احداث تونل مطرح میباشد، مطالعات ژئوتکنیکی منطقه مورد نظـر میباشـد.

این مطالعات شامل جمع آوري اطلاعات منطقه، بررسی عکسهاي هوائی، نقشه هاي توپوگرافی منطقه، مطالعـات ژئوفیزیکی، حفر گمانه هاي اکتشافی و انجام آزمایشات بر جا و آزمایشگاهی می باشد.ف

یک بخش از مطالعات زمین شناسی مهندسی ناحیه مورد مطالعه بر اساس اطلاعـات حاصـل از گمانـه هـا میباشد. تطابق و مقایسه اطلاعات گمانه ها و ثبت نمودار آنها یک شماي کلی از وضعیت لایه ها و ضخامت آنها ارائه میدهد. از این طریق می توان به ویژگیهاي مهندسی سنگها در مسیر تونل مورد نظر پی برد. لذا بر اساس در صد مغزه باز یافتی (CR)، شاخص کیفیت سنگ (RQD) و سایر مشخصات سـنگ مـی تـوان یـک رده بنـدي مهندسی نظیر RMR وQ بدست آورد ونسبت به رفتار سنگ قضاوت مهندسی نمود.

در مطالعه حاضر علاوه بر اجراي گمانه هاي اکتشافی از گمانه هاي پیشرو نیز استفاده شده است. همچنین در خصوص بر طرف نمودن مشکل ناشی از آبهاي زیر زمینی از چاههاي پیزومتري هم کمک گرفته شده اسـت.

پس از احداث تونل نیز اقدام به نصب دستگاههاي ابزار دقیق جهت کنترل رفتار تونل گردیده است. همچنـین در حین حفر تونل و بر اساس برداشتهائی از مسیر تونل نقشه برداري مهندسی مسیر تونل انجام گردید است.

در محدوده تونل، تعداد ۲۰ گمانه حفاري گردیده که از این میان ۱۳ گمانه مربوط به امتداد محور تونـل و

۷ گمانه در راستاي محور تونل می باشد که براي تعیین پارامترهاي رفتاري و مقـاومتی مـاده سـنگ در محـدوده مورد بررسی، از مغزه هاي حاصل از گمانه هاي LT5 و LT6 بـه عمـق ۶۵۵ و۷۱۵ متـر اسـتفاده شـده اسـت.

همچنین نمونه هایی از مسیر حفاري تونل جهت تعیین اندیس بار نقطـه اي، مقاومـت فشـاري تـک محـوري و مقاومت کششی انتخاب گردید. براي محاسبه تنش دیواره از رابطه ۱ بـراي B=3 در مقطـع دایـره اي، σs تـنش دیواره، فPz تنش قائم اولیه، K نسبت تنش افقی به قائم اسـتفاده گردیـد. نتـایج مربـوط بـه خـواص مهندسـی سنگهاي مسیر و شدت تنش هاي موثر در جدول ۱ نشان داده شده است. ف
B−K σs
P

Z
جدول-۱ پارمترهاي رفتاري و مقاومتی ماده سنگ در محدوده مورد بررسی (۱)

جنس سنگ نمونه عمق مقاومت تک مقاومت تنش مدول تغییر
تmف ف محوريتMpaف کششیت(Mpa ف دیوارهتMpaف ف شکلتGpaف ف

آهک مغزه از ۳۶۴ ۷۶ ۴ ۲۴,۵ ۷۱
آرژیلیتی گمانه LT5
آهک توده مغزه از ۶۵۵ ۸۵ ۴,۳ ۴۴ ۸۱
اي گمانه LT6
آهک توده مسیر حفاري ۱۰۰۰ ۹۱ ۴,۷ ۶۷ ۸۱
اي تونل

براي بررسی رفتاري و ویژگی هاي زمین شناسی توده سنگ، به طبقه بنـدي مهندسـی سـنگهاي در مسـیر تونل با استفاده از رده بندي Q و RMR و GSI پرداخته و سپس وضعیت درزه ها را در این مسیر مورد بررسی قرار دادیم که مسیر مورد مطالعه را به ۶ قسمت تقسیم نموده و سپس خصوصیات توده سنگ را در این ۶ قسمت مورد بررسی قرار داده که نتایج در زیر آورده شده است۵]،۴،۳،.[۲ در جدول ۲ میـزان امتیـازات مربـوط بـه رده بندي توده سنگ در ۶ زون تعیین شده در مسیر تونل را نشان می دهد. در شـکل۲ نمـایی شـماتیک از منطقـه و نمونه سنگهاي آن در این منطقه نشان داده شده است و در شکل ۳ رابطه بین RMR و Q در این قسمت سایت نشان داده شده است. میزان چسبندگی توده سنگ بین ۲۰۰-۱۰۰ Kp و زاویه اصطکاك توده سـنگ بـین ۲۵-۱۵

درجه می باشد.

شکل شماره (۲) نمودار فشار- حجم پرسیومتر به همراه منحنی خزش(از آزمایش هاي انجام شده)

در این مرحله به منظـور بررسـی نتـایج پرسـیومتري و دسـت یـابی بـه یـک الگـو از رونـد تغییـرات پارامترهــاي حاصــل نســبت بــه افــزایش عمــق ، تغییــرات پارامترهــا ي حاصــل در مقابــل افــزایش عمق نمودار شده انـد کـه اشـکال (۶)(۵)(۴)(۳)حاصـل ایـن بخـش از مطالعـه هسـتند.همانگونـه کـه مشــاهده مــی شــود هــر چهــار پــارامتر PL ، Po ، Gm و Em بــا افــزایش عمــق تقریبــا رونــد افزایشی از خود نشان می دهند .

۲۰۳