LRFD Road Tunnel Design and Construction Guide Specifications

مفاد این آیین نامه برای طراحی، ارزیابی و بازسازی تونل های بزرگراه در نظر گرفته شده است. این مشخصات برای طراحی تونل هایی در نظر گرفته شده است که با استفاده از روش های کند و پوش (Cut & Cover)، حفاری شده با ماشین حفاری (TBM)، تونل های معادن (Mined) و مستغرق (Immersed) ساخته می شوند.
مفاد آیین نامه طراحی و اجرای تونل ها به روش ضرایب بار و مقاومت (LRFD) برای حمل و نقل آب، تاسیسات، ترانزیت، تونل های ریلی و یا شفت ها به نگارش در آمده است. برای عناصر تونل که به طور صریح در اینجا پوشش داده نشده اند، مفاد این مشخصات ممکن است اعمال شود، درصورتی که با نظر مهندس و معیارهای طراحی اضافی در صورت لزوم تمهیدات لازم صورت بگیرد.

مشخصات و جزئیات اجرا و مرتبط با ساخت و ساز که با بندهای طراحی ذکرشده در این آیین نامه مطابق باشد در این سند گنجانده نشده است. فهرستی از این موارد درضمیمه B وجود دارد.

سازه های داخلی تونل‌ها که راه ها را بر روی پلنیوم های تهویه، جاده‌ها یا دیگر دهانه های تونل پشتیبانی می‌کنند باید مطابق با مشخصات طراحی پل AASHTO LRFD (از این پس LRFD نامیده می‌شود) که شامل تمام تغییرات موقت قابل اجرا و اصلاح یا تکمیل شده در موضوع اثرات بار سازه های داخلی بر روی پوشش تونل، دیوارها یا سایر اعضای نگهدارنده می باشد، طراحی شوند. علاوه بر این دیوار های حائل با رویکردهای نگهداری برش ها در تونل ها باید مطابق با مشخصات LRFD طراحی شوند.

سازه های پشتیبانی و جانبی مانند تهویه، کنترل و ساختمان های اداری مشمول این آیین نامه نمی باشند. این سازه ها باید مطابق با قوانین ساختمانی محلی طراحی شوند.

آیین نامه طراحی و اجرای تونل ها به روش ضرایب بار و مقاومت (LRFD) منبع مناسبی جهت آموزش و نیز کسب تجربه و یا اعمال قضاوت مهندسی نمی باشد. بلکه تنها حداقل الزامات برای طراحی و حفظ ایمنی ذکر شده است. مالک یا مهندس ممکن است بخواهد که پیچیدگی طراحی یا کیفیت مصالح و ساخت بالاتر از حداقل الزامات باشد. طراحی تونل ها به مقدار قابل توجهی به وضعیت زمین شناسی، شرایط پروژه، محل آن و روش طراحی اتخاذ شده بستگی دارد. و این موارد در تدوین این آیین نامه لحاظ شده است. مفهوم اندرکنش زمین و سازه برای تونل های استخراج شده و حفاری تاکید شده است. با این حال، برای تونل هایی که با روش کند و پوش (Cut-and-Cover) و مستغرق (Immersed) طراحی می شوند نیز قابل استفاده است.

در این آیین نامه مفهوم ایمنی از طریق افزونگی و شکل پذیری برای عناصر تونل که در معرض بارهای متناوب و بارهای برگشتی قرار دارند مورد تاکید قرار گرفته است.

مفاد طراحی این آیین نامه از روش طراحی ضرایب بار و مقاومت (LRFD) استفاده می کند. ضرایب بار با استفاده از شبیه سازی (مدل‌سازی) تحلیل سازه برای تعداد محدودی از شرایط بارگذاری کالیبره شده اند که تعامل زمین / سازه را در نظر می گیرد.

در زمینه طراحی لرزه ای از دو آیین نامه طراحی پل ها به روش LRFD و نیز AASHTO بهره گرفته شده است. فلسفه و رهنمودهای ارائه شده در آن اسناد در این سند نیز پیش برده و اجرا شده است. بیان این نکته حائز اهمیت است که هر زمان که مشخصات LRFD در این سند ارجاع داده می شود، ارجاع به آخرین ویرایش شامل تمام تغییرات موقت قابل اجرا است.

 یک نکته ای که وجود دارد این است که در برخی از مفاد این آیین نامه از اصطلاح ” notional”  یا به عبارتی دیگر” نظری” استفاده شده است که نشان دهنده ایده آل سازی یک پدیده فیزیکی است. استفاده از این اصطلاح جداسازی «ایده» یا ادراک مهندس از جهان فیزیکی در زمینه طراحی از خود واقعیت فیزیکی را تقویت می کند.

ترکیب بارهای مشخص شده در بخش 3 به گونه ای کالیبره شده اند تا طرح هایی با مشخصات اعضا و مطابق با روش فعلی در طراحی تونل ارائه دهند. علاوه براین کالیبراسیون های ارائه شده بر اساس تجزیه و تحلیل های انجام شده برای یک تونل دایره ای است. کالیبراسیون اضافی برای تونل های با سطح مقطع و بارگذاری های متفاوت در شرایط مختلف زمین در اعتبارسنجی و اصلاح ترکیب بارها مفید خواهد بود.

بارهای اولیه وارد بر اجزای سازه ای تونل ها، بار ناشی از آب زیرزمینی و بار زمین است. برای تونل های مستغرق، بارهای تحمیل شده توسط انتقال عناصر غوطه ور از محل ساخت به محل تونل نیز می تواند بر طراحی این تونل ها حاکم باشد. برای پوشش های پیش ساخته مورد استفاده در تونل های حفاری شده، بارگذاری تحمیل شده توسط ساخت و ساز می تواند بر طراحی حاکم باشد. تعیین سطح آب های زیرزمینی، زمین، حمل و نقل و سایر بارهای ساختمانی بر اساس شرایط درجا، سطح آزمایش در طول بررسی های زیرسطحی متفاوت است و شرایط زمین ممکن است تغییرات زیادی داشته باشد. داده های کمی برای ایجاد یک مجموعه آماری معنی دار به منظور کالیبره کردن مفاد این آیین نامه بر اساس نظریه قابلیت اطمینان ساختاری وجود دارد. به این ترتیب، قضاوت و تجربه گذشته نیز برای انتخاب ترکیب بار ها استفاده شده است. این سند در واقع یک تلاش اولیه برای تدوین و استانداردسازی طراحی تونل بزرگراه است. به این ترتیب، با در دسترس قرار گرفتن داده‌های آتی که به صورت سیستماتیک مطابق با این مشخصات تولید می‌شوند، احتمال تغییر مجدد کالیبراسیون بر اساس ارزیابی آماری این داده‌ها وجود دارد. هدف از این تفسیر ارائه یک پیشینه تاریخی کامل در مورد توسعه مشخصات بیان شده در این آیین نامه نیست و همچنین قرار نیست خلاصه ای از مطالعات و داده های تحقیقاتی بررسی شده در تدوین مفاد مشخصات ارائه شود. با این حال، ارجاعاتی به برخی از داده ها برای کسانی که تمایل دارند مطالب پیشین را عمیق تر مطالعه کنند ارائه شده است. این آیین نامه در بسیاری از موارد توجه را به اسناد دیگری معطوف می کند که پیشنهاداتی را برای انجام الزامات و هدف این مشخصات ارائه می دهند. با این حال، در این سند این موارد به عنوان بخشی از مفاد آیین نامه در بخش های مختلف در نظر گرفته نشده است.

تونل ها با هدف دستیابی به اهداف ساخت پذیری (Constructability)، ایمنی (Safety) و قابلیت سرویس دهی (Serviceability) باید برای حالت های حدی مشخصی طراحی شود. در این میان باید به مسائل مربوط به انواع بازرسی ها، نکات مربوط به نگهداری و صرفه جویی در مراحل مختلف برای به حداقل رساندن هزینه ها در پروژه توجه های لازم صورت پذیرد.

تونل ها باید برای حالت های حدی مشخص طراحی شوند تا به اهداف ساخت‌پذیری، ایمنی و قابلیت سرویس‌دهی با توجه به مسائل بازرسی، نگهداری و صرفه جویی دست یابند. اطلاعات اضافی در مورد سیستم های تونل، برنامه ریزی، تأسیسات جانبی و لوازم جانبی را می توان در بخش 2 یافت.

حالت های حدی که در آیین نامه طراحی و اجرای تونل ها به روش ضرایب بار و مقاومت (LRFD) مشخص شده اند برای ایجاد یک تونل مناسب با قابلیت تعمیر می باشد که قادر به خدمت رسانی در شرایطی  ایمن برای یک عمر طراحی مشخص است. البته که عمر طراحی با عمر سرویس دهی نباید اشتباه گرفته شود و در بخش تعاریف به نحوی مناسب هر دوی این موارد تعریف شده است.

عمر طراحی 150 ساله مشخص شده برای طراحی ویژگی‌های ژئوتکنیکی تونل و سیستم‌های اندرکنش خاک و سازه با توجه به هزینه های سرمایه بالای بازسازی و جایگزینی و اهمیت احتمالی شبکه حمل و نقل مناسب است. سازه های داخلی مانند دال ها، سقف های کاذب و همچنین اجزای دیگر سیستم مانند علائم، لوله کشی و تکیه گاه های آن ها. دستگاه های ارتباطی و تجهیزات تهویه ای که راحت‌تر جایگزین می‌شوند، ممکن است عمر طراحی داشته باشند که توسط مالک در نظر گرفته می شود.

به طور کلی آیین نامه طراحی و اجرای تونل ها به روش ضرایب بار و مقاومت (LRFD) از 10 بخش و دو فایل ضمیمه تشکیل شده است. سرفصل هر بخش مطابق با موارد زیر می باشد:

بخش 1: مقدمه

بخش 2: ویژگی ها و الزامات عمومی

بخش 3: بارهای وارده و ترکیب بارها

بخش 4: مصالح سازه ای و ملاحظات طراحی

بخش 5: ملاحظات ژئوتکنیکی

بخش 6: سازه های تونلی ایجاد شده به روش کند و پوش (Cut & Cover)

بخش 7: تونل های حفاری شده با ماشین حفاری TBM و تونل های ایجاد شده در معادن

بخش 8: تونل های مستغرق

بخش 9: المان های پایدارسازی اولیه زمین و بهسازی زمین

بخش 10: ملاحظات لرزه ای

ضمیمه A: برنامه ریزی و ملاحظات مسیر

ضمیمه :B توصیه های اجرایی