نشریه زمین شناسی مهندسی

---

امروزه ماشین‎های تونل‎بری TBM‎ (Tunnel Boring Machine) بطور وسیعی در حفر تونل‎ها بخصوص تونل‎های شهری استفاده می‎شوند. این ماشین‎ها بر اساس روش نگهداری سینه‌کار و دیواره‌های تونل، دارای انواع مختلفی می‌باشند. یکی از انواع این ماشین‌ها، سپرهای تعادلی فشار زمین EPB (Earth Pressure Balance) می‌باشد که جهت حفاری خط 1 متروی تبریز مورد استفاده قرار گرفته است. عوامل مختلفی نظیر شرایط زمین‎شناسی، خصوصیات توده سنگ، شیب مسیر و همچنین مشخصات ماشین بکار رفته بر میزان کارآیی این ماشین‎ها تأثیر می‎گذارد. یکی از راههای پیش‎بینی میزان کارآیی این ماشین‎ها، تخمین نرخ نفوذ آنها می‎باشد. در این تحقیق میزان نرخ نفوذ TBM در خط 1 متروی تبریز توسط شبکه عصبی مصنوعی پیش‌بینی گردیده است. پیش‌بینی این پارامتر، کمک شایانی در انجام مراقبت و دقت بیشتر در برخورد با مناطق دردسرساز با دانستن زمان برخورد به این مناطق و همچنین استفاده از فشار EPB مناسب در آنها می‌نماید. از نتایج مهم حاصل از این تحقیق می‌توان به پیش‌بینی میزان نرخ نفوذ با دقت قابل قبول و همچنین تعیین پارامترهای مؤثر به وسیله آنالیز حساسیت صورت گرفته توسط شبکه عصبی اشاره کرد.

---

پس از وقوع روان‌گرایی، نشست‌هایی در سطح زمین و درون لایه‌های خاکی ایجاد می‌شود که سبب آسیب رساندن به سازه‌های مستقر بر روی آن‌ها یا سازه‌های مدفون و شریان‌های حیاتی می‌شود. در دو دهۀ اخیر روش‌های نیمه‌تجربی مختلفی برای تعیین میزان کرنش حجمی (نشست) و کرنش برشی حداکثر بر اساس داده‌های صحرایی و آزمایشگاهیی ارائه شده است. هدف اصلی در تحقیق حاضر، مقایسۀ نتایج ارزیابی پتانسیل وقوع روان‌گرایی از دیدگاه شدت خطر وقوع و میزان نشست پس از وقوع روان‌گرایی در لایه‌های خاکی برمبنای استفاده از نتایج آزمون مقاومت نفوذ استاندارد (SPT)و سرعت موج برشی (Vs) در امتداد مسیر خط 2 متروی شهر تبریز است. در این تحقیق، ابتدا تعداد 54 حلقه گمانه در امتداد خط 2 متروی ذکر شده جمع‌آوری و بررسی شده است. سپس، پتانسیل روان‌گرایی در محدودۀ بررسی شده براساس روش‌های پیشنهاد شده انجام شده و شاخص خطر روان‌گرایی(LPI) درآن‌ها برآورد شده است. سپس میزان نشست احتمالی در لایه‌های خاکی ناشی از وقوع روان‌گرایی براساس نتایج حاصل از دو روش پیشنهادی انجام گرفته است.  نتایج به‌دست آمده از تحقیق نشان می‌دهد که دو روش تطابق مناسبی نداشته و خطر وقوع روان‌گرایی حاصل از روش SPT در مقایسه با روش Vs دارای میزان کم‌تری است. هم‌چنین پیش‌بینی میزان نشست پس از وقوع روان‌گرایی در لایه‌های خاکی برمبنای روش سرعت موج برشی در مقایسه با روش آزمون مقاومت نفوذ استاندارد مقدار بیش‌تری دارد.  

---

آزمون نفوذ استاندارد (SPT) یکی از متداول‌ترین‌ترین آزمایش‌ها در تحقیقات ژئوتکنیک است. در این تحقیق با استفاده از نتایج آزمایش نفوذ استاندارد، برآورد خصوصیات خمیری و فیزیکی خاک‌های رسی باروش­های آماری بررسی شده است. محدودۀ بررسی شده مربوط به انواع لایه­های رسی و مارنی در شهر تبریز واقع در شمال‌غرب ایران است. دو گمانه ماشینی حفاری شده و آزمایش نفوذ استاندارد به‌همراه سایر آزمون‌های آزماشگاهی برای تعیین همۀ خصوصیات خمیری و فیزیکی روی نمونه‌های تهیه شده انجام شد. با استفاده از نتایج پژوهش‌های پروژه‌های مهم موجود در منطقه، بانک اطلاعاتی مشتمل بر 107 سری از خصوصیات لایه‌های منطقه تهیه شد. ضریب هم‌بستگی اسپیرمن بین خصوصیات فیزیکی و خمیری خاک شامل درصد رطوبت طبیعی، درصد ریزدانه و درصد ذرات رسی، حد روانی، حد خمیری، دامنۀ خمیری، شاخص استحکام، فعالیت، تخلخل اولیه، وزن مخصوص خشک و تنش مؤثر قائم با عدد نفوذ استاندارد تصحیح شده تعیین شد. 8 رابطۀ تجربی موجود برای برآورد نفوذ استاندارد تصحیح شده با داده‌های این تحقیق صحت‌سنجی شد. برای این روابط عموماً نتیجه ضعیف از نظر ضرایب آماری شامل ضریب تبیین (R²)، خطای ریشه میانگین مربعات (RMSE) و شیب خط رگرسیون(CR) به‌دست می‌آید. با استفاده از رگرسیون غیرخطی و بر اساس داده‌های تحقیق حاضر، هشت رابطۀ تجربی جدید بررسی و پیشنهاد شد. ضریب تبیین، خطای ریشه میانگین مربعات و شیب خط رگرسیون برای روابط پیشنهادی نسبت به روابط موجود بهبود یافته است. ضرایب آماری برای مناسب‌ترین رابطه به‌منظور برآورد شاخص استحکام خاک با استفاده از نفوذ استاندارد تصحیح شده حدود 0.7 با خطای  129/0 به‌دست آمد. هم‌چنین دو رابطه برای هم‌بستگی تنش مؤثر قائم و عمق نمونه با نفوذ استاندارد تصحیح شده پیشنهاد شد. 

 

---

حفر تونل‌های طویل غالباً به‌صورت مکانیزه و با ماشین حفاری تونل TBM انجام می‌شود. یکی از عوامل مهم در حفاری این تونل­ها اثر سایندگی خاک و سنگدانه‌ها بر ابزارهای برشی و سایر بخش­های دستگاه حفار تونل است که باعث کاهش چشم‌گیری در راندمان حفاری پروژه می‌شود. محققان عوامل مختلفی که باعث ایجاد سایش در ابزار حفاری می‌شوند را بررسی کرده‌اند. در تحقیق حاضر 32 نمونه از سنگ‌دانه‌های مسیر تونل خط دو مترو تبریز انتخاب شده و میزان سایندگی و شکنندگی این سنگ‌دانه‌ها برای بخش‌های مختلف مسیر تعیین شده است. هم‌چنین از بین مهم‌ترین عوامل مؤثر، تأثیر پارامترهای وجود و میزان آب، جنس، اندازه و شکل سنگ‌دانه‌ها، نوع و میزان فوم حفاری بر میزان ضریب سایندگی و شکنندگی سنگ‌دانه‌های مسیر بررسی شده، قرار گرفته است. بدین‌منظور نیز حدود 130 نمونه از سنگ‌دانه‌ها شامل 20 نمونه برای بررسی تأثیر وجود و میزان آب، 15 نمونه برای جنس، 20 نمونه برای اندازۀ دانه­ها، 30 نمونه برای شکل و 42 نمونه برای تأثیر نوع و میزان فوم مصرفی تهیه شده است. روش­های زیادی برای آزمایش سایندگی خاک و خرده سنگ­ها در بخش­های حفاری به‌وسیلۀ محققان ارایه شده است که یکی از معتبرترین و متداول‌ترین این آزمایش‌ها آزمون LCPC است.  بر اساس نتایج حاصل برای بررسی تأثیر میزان آب بر سایندگی، روی سه جنس آندزیت، ماسه سنگ و کنگلومرای مسیر از حالت خشک تا وجود آب به میزان 30% وزنی نمونه آزمایش انجام شده است که در دو جنس ماسه سنگ و کنگلومرا با افزایش میزان آب سایندگی بیش‌تر شده ولی در آندزیت از 20% به بعد کاهش سایندگی مشاهده می­شود، میزان ضریب شکنندگی نیز در کل با افزایش میزان آب کاهش می­یابد. از لحاظ سنگ‌شناسی بیش‌ترین تأثیر بر سایندگی را کنگلومرا داشته و از نظر شکنندگی هم آندزیت شکننده­ترین است. در تأثیر اندازۀ دانه­ها، با افزایش اندازۀ دانه­ها سایش زیادتر و شکنندگی کم‌تر می­شود. تأثیر فوم بر سایندگی به این صورت است که تا حد خیس‌­شدگی سایندگی کاهش یافته و بیش‌تر از آن باعث افزایش سایندگی می­شود. از بین فوم‌های مختلف آزمایش‌شده نیز فوم شیمی بتن دارای حداقل سایندگی است.
 

---

در مطالعه حاضر سعی شده است پتانسیل روانگرایی در لایه های خاکی در محدوده شهر تبریز بر اساس آنالیز حساسیت، قابلیت اطمینان ارزیابی گردد. بدین منظور از میان 260 حلقه گمانه جمع آوری شده، تعداد 64 حلقه گمانه که دارای خطر وقوع روانگرایی بوده اند انتخاب شدند. سپس نقشه پهنه بندی خطر لرزه ای در محدوده مورد مطالعه با توجه به گسل شمال تبریز با استفاده از روش گسل محدود و با در نظر گرفتن اثرگذاری لایه های خاکی بر حداکثر شتاب سطحی(PGA) تهیه شده است. در ادامه، نقشه پهنه بندی خطر وقوع روانگرایی در محدوده مورد مطالعه با کاربرد شاخص خطر آماده گردید. در انتها، با کاربرد روش­های تحلیل حساسیت و قابلیت اطمینان مونت کارلو، میزان تغییرات ضریب اطمینان در برابر خطر وقوع روانگرایی لایه های خاکی مشخص شده و رابطه ای جهت تعیین این تغییرات ارائه شده است.