بهينه سازي ابعاد شفت تهويه در تونل هاي راه آهن از ديدگاه پايداري و تهويه مطالعه موردي: تونل راه آهن گدوك

در تونل هاي در حال بهره برداري و قديمي امكان اجراي سيستم تهويه عرضي يا نيمه عرضي نيست، زيرا اين سيستم اجرا بايستي در مرحله احداث تونل پيش‌بيني شود. در صورتي كه اين سيستم تهويه براي تونل هاي قديمي از ابتدا پيش‌بيني ميشد از نظر اقتصادي اجراي فعلي آن ساده تر و ارزان‌تر بود. همچنين به علت محدود بودن فضاي تونل هاي راه‌آهن، امكان نصب بادبزن سقفي عملا امكان‌پذير نيست. اگر در تونل ها از سيستم تهويه به روش دويل مياني استفاده شود در مقايسه با تهويه مكانيكي كه در طول فضاي حفاري نيازمند نصب و راه اندازي تجهيزات تهويه بزرگ است و همچنين تعميرات و نگهداري پرهزينه و مصرف انرژي الكتريكي بالا است به صرفه تر است و با استفاده از چاه هاي قائم ارتفاع مقطع تونل كاهش مي يابد. تونل گدوك به طول 2887 متر در مسير راه آهن فيروز كوه به قائم شهر قرار دارد. جنس تونل سنگي، ارتفاع آن 5/6 متر، عرضش 5/2 متر و سطح مقطع آن 25 متر مربع است. حداكثر ارتفاع روباره تونل 35 متر است. شدت جريان لازم براي تهويه تونل 400 متر مكعب در ثانيه محاسبه شده و تنها روش ممكن براي تهويه اين تونل، روش دويل مياني است. براي حفر و احداث دويل مياني، ابتدا بايد ميانبري در مركز تونل احداث شود تا ضمن عمليات حفر و احداث دويل، مشكلي در رفت و آمد قطارها پيش نيايد. طول اين قسمت با توجه به محاسبات عددي انجام شده براي حالت 4، 8 و 12 متر با توجه به حداقل جابه جايي و وجود فضاي كافي جهت استقرار ماشين آلات به روش عددي تحليل شده و با توجه به مكان و موقعيت قرارگيري تونل و نيازهاي تهويه آن طول 8 متر براي فاصله قرارگيري شفت از تونل اصلي پيشنهاد شده است. با توجه به جنس خوب سنگ، ابتدا بهينه سازي مقطع ميانبر از ديدگاه تهويه براي قطرهاي 2/5، 3، 3/5 و 4 متر مورد بررسي قرار گرفت و افت فشار مربوط به هر كدام محاسبه و بر اين اساس قطر 3 متر براي ميانبر در نظر گرفته شد. سپس هندسه تونل به منظور تحليل پايداري براي 3 حالت به صورت جداگانه ساخته شد. در حالت اول شفت با قطر 4 متر و ميانبر با قطر 3 متر هميديگر را در فاصله 4 متري از تونل اصلي قطع مي كنند و در حالت دوم اين فاصله به 8 متر افزايش پيدا كرده و در حالت سوم اين فاصله برابر 12 متر درنظر گرفته مي شود. به دليل پيچيدگي اين مدل ها و شيپوري بودن دهانه تونل در محل تقاطع تونل اصلي و ميانبر به دليل نيازهاي تهويه و كاهش افت فشار، مدل ها در داخل نرم افزار Rhino ساخته شد و مش بندي مدل ها داخل نرم افزار Kubrix انجام و سپس تحليل پايداري آن ها به كمك نرم افزار FLAC3D انجام گرفت. تقاطع تونل اصلي و ميانبر به صورت شيپوري طراحي شد تا از افت فشار اضافي جلوگيري به عمل آيد. محاسبات عددي انجام شده در نرم افزار FLAC3D نشان داد كه جابه جايي ها در محل تقاطع و داخل ميانبر در حالتي كه شفت در فاصله 4 متري از تونل اصلي است حداقل و برابر با 1 ميلي متر است. اما از آنجا كه اين ميانبر جهت استقرار ماشين آلات در هنگام حفاري شفت است، بنابراين طول 4 متر بسيار كم بوده و براي ميانبر در اين تونل، قطر 8 متر با حداكثر جابه جايي در محل تقاطع برابر با 2 ميلي متر پيشنهاد مي شود. با توجه به جابه جايي حداقل 2 ميلي متر در داخل ميانبر و شفت، مي توان با توجه به جنس خوب سنگ و محاسبات عددي انجام شده، ميانبر و شفت را خودپايدار دانست. از آنجا كه ميانبر براي نيازهاي تهويه طراحي مي شود، به منظور جلوگيري از افت فشار داخل ميانبر بايد سطح ديواره هاي آن يك سطح صاف باشد، به همين دليل سيستم نگهداري مركب از 15 سانتي متر لاينينگ براي سطح داخل ميانبر و 20 سانتي متر لاينينگ براي 25 متر از سطح داخلي تونل در اطراف تقاطع در نظر گرفته شد.