برآورد خطر پذیری تونلها
برآورد خطر بر اساس HAZUS99:
در مجموعه HAZUS99 که توسط NIBS آمریکا تهیه گردیده، بصورت کامل آسیب پذیری سازه‌های مختلف در برابر زلزله مورد بررسی قرار گرفته است، این مجموعه بر اساس داده‌های آمریکا تهیه شده و بصورت مجموعه‌ای در 30 سی دی منتشر گردیده است.HAZUS99 دارای راهنمای کاملی است که فصل هفتم آن به شریانهای حیاتی اختصاص دارد. در بررسی آسیب پذیری شریانهای حیاتی، آنها را به هفت زیر مجموعه تقسیم می‌نماید که عبارتند از:
•بزرگراه
•راه آهن
•قطار برقی
•حمل و نقل اتوبوسی
•بندر
•حمل و نقل آبی
•فرودگاهها
در تقسیم بندی فوق، هرکدام از سیستم های حمل و نقل دارای اجزائی می‌باشند که تونل جزو اجزای بزرگراهها و سیستم راه آهن میباشد. لذا ما نیز بصورت جداگانه نقش تونل را در هر کدام از تقسیم بندی‌های شریانهای حیاتی مورد بررسی قرار می‌دهیم.
تونل در سیستم بزرگراهی :

تونل یکی از اجزای سیستم بزرگراهی می‌باشد که به همراه سیستم راه و پلهای بزرگراهی، مجموعه بزرگراهها را تشکیل می‌دهد. از میان اجزای مختلف سیستم بزرگراهی ما فقط به بررسی آسیب پذیری تونلها می‌پردازیم.
1-داده های ورودی مورد نیاز

•مکان ژئوفیزیکی تونلها (طول و عرض)
•حداکثر شتاب زمین و حداکثر جابجائی زمین (PGD , PGA) در محل تونل.
•کلاس بندی تونل
2-تونلها در بحث آسیب پذیری بر اساس نحوه ساخت کلاس بندی می‌شوند:

•تونل حفاری شده (سوراخ شده)
•تونل خاکبرداری شده
3-تعاریف مربوط به سطح آسیب به تونلها

•Ds1 : بدون آسیب
•Ds2 : آسیب جزئی
آسیب جزئی به تونلها شامل ترکهای جزئی در پوشش تونل ( خرابی فقط نیاز به یک تعمیر سطحی داشته باشد) و افتادن چند سنگ و یا نشست جزئی در زمین در ورودی تونل
•Ds3 : خرابی متوسط
بصورت ترکهای متوسط در پوشش و فروریزش سنگ تعریف می‌شود.
•Ds4 : خرابی گسترده
بصورت نشستهای جدی در یک ورودی تونل و ترکهای گسترده در پوشش تونل
•Ds5 : خرابی کلی
ترکهای جدی در پوشش تونل که ممکن است شامل ریزش احتمالی باشد.
4-منحنی های تعمیرات اجزا

بر اساس تعداد روزهای مورد نیاز برای تعمیر خرابی های حاصل از زلزله پارامترهایی تعریف گردیده که برای تونل بصورت جداول و شکل زیر میباشد.

جدول توابع بازسازی پیوسته برای اجزای بزرگراهی

جدول توابع بازسازی منقطع برای اجزای بزرگراهی
5-توابع خرابی تونلها:

خرابی تونلها بر اساس خرابی زیر اجزای آن می‌باشد که عبارتست از پوشش و ورودی تونل (G&E 1994).یافته های شرکت G&E بر اساس داده‌های زلزله گزارش شده توسط دودینگ و همکارانش می‌باشد در سال 1978 و اون در سال 1981 می‌باشد. خرابی این زیر سازه‌ها در جداول زیر ارائه شده است.
کلا 10 تابع خرابی برای تونلها بدست آمده است که چهار تابع برای PGA و شش تابع برای PGD می‌باشد. ( توجه شود که هر کلاس تونل بصورت جداگانه مورد بحث قرار گرفته است). مقادیر متوسط و انحراف معیار این توابع در جدول دیگری ارائه شده است.

جدول الگوریتم های خرابی برای تونلها (G&E 1994)

شکل منحنی های بازسازی برای تونلهای بزرگراهی

شکل منحنی خرابی در سطوح مختلف برای تونلهای حفاری شده بر اساس حداکثر شتاب زمین

شکل منحنی خرابی در سطوح مختلف برای تونلهای خاکبرداری شده بر اساس حداکثر شتاب زمین

شکل محنیی خرابی در سطوح مختلف برای همه انواع تونلها بر اساس جابجائی ماندگار زمین
تونل در سیستم راه آهن :

در مورد تونل در HAZUS99 تاکید زیادی نشده است و فقط عنوان شده که تونلهای راه‌آهن معمولا مانند پلها، باعث بند آمدن ترافیک و ... نمی‌شوند مگر اینکه کاملا عملکرد خود را از دست داده باشند.
بسیاری از تعاریف در تونلهای راه‌آهن دقیقا همان تعاریف تونلهای بزرگراهی می‌باشد، باید توجه نمود که ایستگاههای راه آهن شهری جزو اجزای این سیستم حمل و نقل می‌باشد قسمتهای مورد نیاز در اینجا بیان می‌شود.
در راه‌آهن نیز تونلها به دو نوع حفاری شده و خاکبرداری شده تقسیم می‌شوند. در مورد ایستگاههای شهری در این ایین نامه گفته شده است که ایستگاههای مترو در حکم اتصالات حیاتی سیستم هستند و از نظر عملکرد سیستم بسیار مهم می‌باشند. در آمریکای غربی، این تسهیلات معمولا به صورت دیوارهای برشی بتنی مسلح و یا قابهای خمشی ساخته می‌شوند در حالی که در آمریکای شرقی ایستگاههای کوچک اغلب چوبی هستند و ایستگاههای بزرگتر معمولا با مصالح بنایی و یا قاب فلزی مهاربندی شده هستند.
1-داده های ورودی مورد نیاز

•برای تونلهای راه آهن :
oهمانند تونلهای بزرگراهی
•برای ایستگاههای شهری :
oمکان جغرافیایی تسهیلات
oPGA و PGD در محل تسهیلات
oکلاس بندی تسهیلات
2-شکل توابع خرابی

توابع خرابی و یا منحنی های خرابی برای تمام اجزای راه آهن که در زیر توضیح داده شده است، بصورت تابع لوگ نرمال تعریف شده اند که احتمال رسیدن و یا گذشتن از سطوح خرابی مختلف برای یک سطح مشخص شده حرکت زمین می‌باشد. هر منحنی خرابی با یک مقدار میانگین از سطح حرکت زمین و مقدار انحراف معیار مشخص می‌شود. حرکت زمین با پارامتر بیشینه شتاب زمین (PGA) و خرابی زمین با پارامتر جابجائی ماندگار زمین (PGD)تعیین میشود.
•برای تونلها، منحنی های خرابی بر اساس PGA و PGD تعیین می‌شود.
•برای تسهیلات راه‌آهن مانند ایستگاههای شهری نیز PGA و PGD مشخص کننده هستند.
3-تعاریف مربوط به سطح آسیب

سطوح آسیب تونلها همانند تعاریف مربوط به تونلهای بزرگراهی می‌باشد. و در مورد ایستگاهها :
•Ds1 : بدون آسیب
•Ds2 : آسیب جزئی به سازه
•Ds3 : خرابی متوسط سازه
•Ds4 : خرابی گسترده
•Ds5 : آسیب کلی و خرابی گسترده
4-منحنی های تعمیرات اجزا

منحنی های بازسازی بصورت زیر می‌باشد.

جدول توابع بازسازی پیوسته برای اجزای راه آهن

جدول توابع بازسازی منقطع برای اجزای سیستم حمل نقل ریلی

شکل منحنی های بازسازی برای تونلهای راه آهن
اثر زلزله بر سازه های زیر زمینی و تونل مترو

تاثیر ارتعاشات زلزله بر تونلها:

آسیب پذیری سازه‌های زیر زمینی در برابر زلزله هم می‌تواند به واسطه گسیختگی زمین در هنگام وقوع زلزله و هم به دلیل ارتعاشات ناشی از زلزله روی دهد. گسیختگی زمین در هنگام وقوع زلزله عمدتا شامل گسلش، زمین لغزش و روانگرایی می‌باشد.
بحث مربوط به گسلش در فصل قبل بصورت جداگانه مورد بررسی قرارگرفت، ولی بجز گسلش، زمین لغزش و روانگرایی نیز از پدیده‌های طبیعی ناشی از زلزله می‌باشد. زمین لغزش ‌ها که معمولا توسط زلزله تحریک می‌گردند، بخصوص در ورودی-خروجی تونلها می‌توانند صدمات زیادی را به فضاهای زیر زمینی وارد نمایند. بسیاری از گزارشات مربوط به آسیب فضاهای زیر زمینی در اثر زلزله، به واسطه ایجاد لغزش در مدخلهای تونلها بوده‌اند. روانگرایی نیز بخصوص چنانچه فضای زیر زمینی در رسوبات سست دارای درصد بالای ماسه و سیلت احداث شده باشد، می‌تواند صدمات زیادی را به فضای زیر زمینی وارد نماید. این آسیبها بیشتر در رابطه با تونلهای مترو در نواحی شهری که از رسوبات منفصل عبور میکنند دیده شده است.
گزارشي از يك پروژه تونل‌سازي در نوع خود بي‌نظير
پروژه تونل SMART (Stormwater Management and Road Tunnel) SMART

SMART درخشش مهندسي در اعماق زمين

تونل SMART اولين تونل دو منظوره جهان است كه در شهر كوالالامپور پايتخت كشور مالزي ساخته شده است. ساخت اين تونل از سال 2003 شروع و در ژوئن 2007 بهره‌برداري از آن آغاز شده است. اين تونل ابتدا به‌عنوان مسيري براي انحراف آب‌هاي خروشان و سيلاب‌هاي رودخانه‌اي كه از به‌هم پيوستن دو رودخانه بزرگ در مركز شهر حاصل شده است، در نظر گرفته شده بود. ولي سپس با يك ايده جالب و خلاق و با در نظرگرفتن قطر داخلي 8/11 متر، تونل به گونه‌اي طراحي شد كه بتواند در زمان‌هاي غيراضطراري كه جريان آب چندان قوي نيست به‌عنوان تونلي رفت و آمدي (در دو طبقه) براي وسايل نقليه جهت كم‌كردن بار ترافيكي يكي از شاهراه‌هاي مهم و شلوغ شهر مورد استفاده قرار بگيرد.

بهره‌برداري از اين تونل در سه حالت مي‌تواند انجام بگيرد:
حالت اول (حالت عادي يا نرمال): زماني است كه جريان آب رودخانه به قدري كم است كه اساساً نيازي به انحراف توسط تونل ندارد.
حالت دوم: زماني است كه طوفان‌هاي كوچك يا متوسط رخ مي‌دهد ولي فشار جريان آب زياد نيست. در چنين حالتي جريان آب به داخل تونل منحرف شده و از طريق مسير فرعي به پايين‌ترين قسمت تونل هدايت مي‌شود. در اين حالت دو مسير عبور و مرور بالايي تونل همچنان بر روي وسايل نقليه باز است.
حالت سوم: حالتي است كه در زمان طوفان‌هاي سهمگين رخ مي‌دهد. در چنين حالتي كل تونل بر روي وسايل نقليه بسته مي‌شود و پس از اطمينان از خارج‌شدن كليه ماشين‌ها (به‌وسيله تعداد زيادي ايستگا‌ه‌هاي رفتارسنجي تا زماني كه يك وسيله نقليه در داخل تونل باشد درهاي ورودي آب باز نمي‌گردد) جريان سيلاب به‌طور خودكار به داخل تونل هدايت مي‌شود. ظرفيت آب در تونل در چنين حالتي به سه ميليون مترمكعب مي‌رسد.

• روش ساخت تونل

شهر كوالالامپور از نظر زمين‌شناسي بر بستري از آهك قرار گرفته است. ضمناً اين شهر از سطح دريا نيز بالاتر است. از مشخصه‌هاي اصلي اين لايه‌هاي آهكي وجود تخته‌سنگ‌ها، گودال‌ها و باتلاق‌هاي متفاوت است. با توجه به طبيعت زمين‌شناسي شهر بيشتر ايده‌هاي طراحي و اجرا به سمت و سويي ميل كرده است كه كمترين اثر منفي را بر روي شرايط محيطي و زمين‌شناسي شهر وارد نمايد.

لذا براي اين پروژه از ماشين TBM مدل Slurry Shield استفاده شده است كه به هنگام كار در برخورد با بسترهاي آهكي و مواجهه با آب‌هاي زيرزميني و صخره‌هاي سخت مقاومت خوبي از خود نشان مي‌دهد. وجود يك سپر مقاوم كه با فشار هوا كار مي‌كند امكان آن را فراهم مي‌سازد كه ماشين در مواجهه با آب‌هاي زيرزميني و خاك‌هاي سست تعادل خود را كاملاً حفظ نمايد.

• ايمني تونل

از نظر استاندارد هاي امنيتي و ايمني نيز اسمارت از وضعيت خيلي خوبي برخوردار است. خروجي‌هاي اضطراري فراوان‌، سازه ضد زلزله، صدها دوربين و وجود مرکز کنترل که شبانه‌روز تردد خودروها و عبور جريان آب را زير نظر دارند اسمارت را در اين زمينه نيز بي همتا کرده است. تونل SMART داراي دستگاه‌هاي تهويه ويژه‌اي است كه در هر كيلومتر از تونل تعبيه شده است. اين دستگاه‌هاي قوي تهويه به‌طور دائم هواي ‌آلوده تونل را خارج مي‌نمايد