مروری بر برنامه‌ریزی، اجرا و پایش تونل‌سازی NATM در پروژه خط 6 متروی تهران

صادق طریق ازلی: مجری پروژه خط 6، شرکت متروی تهران

 سید مهدی پورهاشمی: معاونت فنی و مهندسی و عضو هیئت مدیره، شرکت متروی تهران

 عماد خراسانی: دانشجوی دکترای مکانیک سنگ، دانشگاه تهران

صنعت حمل و نقل آنلاین: خط 6 متروی تهران با طول 2/31 کیلومتر از جنوب شرق تهران در محدوده دولت‌آباد شروع می‌شود و با عبور از مرکز شهر به سمت شمال غرب در محدوده سولقان خاتمه می‌یابد. در حدود 7/10 کیلومتر ابتدایی این مسیر با دستگاه حفار تمام مقطع (EPB-TBM) و حدود 5/20 کیلومتر مابقی به روش سنتی (NATM) ساخته می‌شود. خط 6 مترو شامل 27 ایستگاه است که 6 مورد از آن‌ها ایستگاه تقاطعی با خطوط دیگر است. با توجه به برنامه‌ریزی ویژه احداث این خط، 37 جبهه‌کاری برای تونل در بخش سنتی آن مورد استفاده قرار گرفته که نهایتا منجر به ثبت رکوردهایی قابل توجه، نظیر بیش از 800 متر حفاری و لاینینگ در هفته شده است. به منظور برنامه‌ریزی و کنترل پیشرفت پروژه از روش برنامه‌ریزی خطی (LSM) استفاده شده است. همچنین با مدیریت ریسک‌های پروژه، حوادث پروژه به حداقل رسیده است. در این مقاله به بررسی برنامه‌ریزی و اجرا در احداث پروژه خط 6 پرداخته می‌شود.

 

رشد جمعيت روزافزون كلان‌شهرهاي كشور نياز به توسعه زيرساخت‌هاي شهري را به شدت افزايش داده است. اگـر چـه برنامه‌ريزي‌هاي جامع و تفصيلي شهرها پاسخگوي برخي از اين نيازها بوده است اما عدم توسعه متوازن يـا توسـعه بـا نرخـي كمتر از برنامه‌هاي پيش‌بيني شده، علاوه بر كاهش شـاخص‌هاي زيسـت‌محيطـي و سـلامتي، كـاهش سـطح رضـايت و رفـاه شهروندان را از امكانات شهري ايجاد شده به دنبال دارد. بسترهاي ترافيكي لازم براي حمل­ونقل درون شهري يكي از مهم‌ترين اين زيرساخت‌هاست كـه بـا توجـه بـه ارزش اقتصادي زمين‌هاي شهري و محدوديت‌هاي فضاهاي شهري ناگزير است در طبقات زيرين سطح زمين ايجاد شود. مترو یکی از کلیدی‌ترین ناوگان‌های حمل­ونقل درون شهری به شمار می­آید. کلان‌شهر تهران نیز با داشتن چندین خط مترو از این سامانه بهره می‌برد. با این حال هنوز شبکه متروی تهران تمام شهر را پوشش نمی‌دهد و ساخت خطوط جدید در دستور کار قرار دارد.

خط 6 متروی تهران پس از شروع از منطقه دولت آباد در جنوب شرقی تهران در محدوده پارک جنگلی توسکا از بزرگراه آزادگان عبور کرده و با گذر از مرکز شهر تهران، نهایتا به بلوار کوهسار وارد شده و در شهرک کن در شمال غرب تهران خاتمه می‌یابد. در شکل 1 پلان مسیر خط 6 به همراه موقعیت ایستگاه‌های آن نشان داده شده است.

 

شکل 1- پلان مسیر و موقعیت ایستگاه‌های خط 6 متروی تهران

این خط در طول مسیر در ایستگاه قیام با خط 7، در ایستگاه میدان شهدا با خط 4، در ایستگاه امام حسین (ع) با خط 2، در ایستگاه هفت تیر با خط 1، در ایستگاه میدان ولیعصر(عج) با خط 3 و در ایستگاه کوی نصر مجددا با خط 7 تقاطع دارد. این پروژه شامل 2/31 کیلومتر تونل، 27 ایستگاه، 28 هواکش میان تونلی و 3 پست برق HVS است. 7/10 کیلومتر از مسیر تونل که اکثر آن در زیر سطح آب زیرزمینی واقع شده به روش مکانیزه (دستگاه EPB-TBM) و 5/20 کیلومتر مابقی به روش سنتی (NATM) احداث می‌شود. همچنین ساخت بخش توسعه جنوبی خط 6 به طول تقریبی 6 کیلومتر از محدوده دولت‌آباد تا حرم حضرت عبدالعظیم در حال انجام است.

از دیدگاه زمین‌شناسی، دشت تهران از آبرفت‌های رودخانه‌ای تشکیل شده و اثرات ناشی از فرآیندهای آب و هوایی و همچنین فعالیت‌های تکتونیکی اخیر باعث ایجاد انواعی با ضخامت و دانه‌بندی گوناگون شده است. این دشت شامل چهار سازند به نام‌های A، B، C و D (از قدیمی‌ترین تا جوان‌ترین) است. اکثر بخش NATM تونل خط 6 در سازندهای C و D واقع شده است. سازند C شامل ابعاد دانه‌های مختلف از رس تا شن بوده و معمولا ضخامت آن کمتر از60 متر است. سازند D که جوان‌ترین سازند نیز هست، از خاک غیرچسبنده با ابعاد دانه‌های متغیر از رس تا بولدر تشکیل شده است [1]. در این مقاله نحوه برنامه‌ریزی، اجرا و پایش بخش NATM پروژه خط 6 متروی تهران مورد بررسی قرار می‌گیرد.

 

• برنامه‌ریزی و مدیریت پیشرفت پروژه

یکی از اصول اولیه در پیش‌برد بهینه پروژه‌های عمرانی، داشتن برنامه و زمان‌بندی مشخص برای انجام فعالیت‌های پروژه است. به منظور برنامه‌ریزی و مدیریت پروژه‌های عمرانی می‌توان از روش‌‌های برنامه‌ریزی شبکه‌ای و خطی استفاده کرد. به­کارگیری روش‌های برنامه‌ریزی شبکه‌ای[1] از جمله روش مسیر بحرانی[2] (CPM) در پروژه‌هایی که کارهای تکراری انجام می‌شود، اشکالاتی مانند تخمین اشتباه زمان انجام پروژه را به همراه دارد [2]. روش برنامه‌ریزی خطی[3] (LSM) به طور خاص برای برنامه‌ریزی و کنترل پیشرفت پروژه‌های ساخت خطی مانند تونل‌، خطوط لوله و جاده که در آن کارهایی تکراری در طول یک فاصله انجام می‌گیرد به کار گرفته می‌شود. از جمله پارامترهای مهم در روش LSM و روابط مربوطه آن می‌توان به فاصله زمانی، فاصله مکانی و نوع فعالیت اشاره کرد. روش LSM با استفاده از رسم نمودار، مکان و زمان هر یک از فعالیت‌های کاری را نشان می‌دهد. با بهره‌گیری از این نمودار می‌توان وضعیت کاری هر نقطه از مسیر را در زمان‌های مختلف تعیین کرد. استفاده مناسب از روش LSM می‌تواند منجر به افزایش نرخ انجام فعالیت‌های مختلف خطی در پروژه شود [3, 4, 5].

برای برنامه‌ریزی و کنترل پیشرفت تونل‌های NATM خط 6 از روش LSM استفاده شده است. نمونه‌ای از نمودار این روش در حدفاصل محدوده ایستگاه پارک لاله تا ایستگاه یادگار امام در شکل 2 نشان داده شده است. همان­گونه که در این شکل ملاحظه می‌شود، با توجه به زمان‌بندی در نظر گرفته شده برای پروژه و زمان اتمام حفاری و لاینینگ تونل‌ها، برنامه‌ریزی لازم صورت پذیرفته است. با استفاده از روش LSM، موقعیت تونل‌های دسترسی و نرخ‌های لازم حفاری و لاینینگ در هر جبهه‌­کار تعیین شده است. بنابراین تعداد نیروی انسانی، ماشین‌آلات عمرانی، قالب‌های بتن‌ریزی و غیره مشخص می‌شود. با چک کردن هفتگی وضعیت پیشرفت تونل‌ها و مقایسه آن با برنامه زمان‌بندی موجود در نمودار LSM، جبهه‌کارهایی که از لحاظ زمان‌بندی در حفاری یا لاینینگ عقب باشند، مشخص می‌شود و با افزایش نرخ حفاری و یا لاینینگ در آن جبهه‌کار و یا جبهه‌کار مجاور، وضعیت اجرا تا حد امکان به برنامه زمان‌بندی اتمام پروژه نزدیک می‌شود. با توجه به برنامه زمان‌بندی این پروژه، تعداد 37 جبهه‌کار برای حفاری تونل در نظر گرفته شده است که شامل تونل‌های دسترسی مستقل و دسترسی از ایستگاه‌ها است. همچنین به طور متوسط حدود 30 قالب فعال 6 و 9 متری برای لاینینگ تونل‌ها در پروژه استفاده شده است.

شکل 2- نمودار LSM قسمتی از مسیر پروژه خط 6 متروی تهران

• اجرای پروژه

سطح مقطع تونل NATM خط 6 متروی تهران در شکل 3 نشان داده شده است. مراحل اجرای این تونل به ترتیب شامل موارد ذیل است:

• حفاری بخش فوقانی
• نصب سیستم نگهداری موقت بخش فوقانی (شامل لتیس، مش و شاتکریت)
• حفاری بخش تحتانی
• نصب سیستم نگهداری موقت بخش تحتانی (شامل لتیس، مش و شاتکریت)
• بتن‌ریزی کف (رادیه)
• بتن ریزی دیواره و سقف (لاینینگ نهایی)

(الف)
(ج)	(ب)
(ه)	(د)

شکل 3- تونل‌سازی NATM در پروژه خط 6 متروی تهران: (الف) سطح مقطع تونل. (ب) حفاری بخش فوقانی. (ج) اجرای سیستم نگهداری اولیه بخش تحتانی. (د) اجرای پوشش نهایی کف تونل. (ه) اجرای پوشش نهایی دیواره و سقف تونل

با نظارت ویژه بر وضعیت پیشرفت این پروژه، رکوردهای قابل توجهی در بخش NATM حاصل شده است که از آن جمله می‌توان به میزان حفاری و لاینینگ بیش از 800 متر در هفته اشاره کرد. نرخ‌های هفتگی حفاری و لاینینگ پروژه خط 6 در شکل 4 مشاهده می‌شود. همچنین برای حفاری بخش فوقانی و لاینینگ در یک جبهه‌کاری، به ترتیب بیش از 40 متر و 70 متر در هفته به ثبت رسیده است. همان­گونه که در شکل 4 ملاحظه می‌شود، به مرور زمان و با باز شدن تونل‌های دسترسی، نرخ حفاری افزایش یافته و پس از آن با اتصال جبهه‌های کاری مختلف، این نرخ کاهش یافته تا زمانی که تمام تونل یکپارچه شده است.

 

شکل 4- نرخ حفاری و لاینینگ هفتگی تونل خط 6 متروی تهران

• مدیریت ریسک

احداث تونل و فضاهای زیرزمینی به ویژه در محیط‌های شهری با مخاطرات و ریسک‌های قابل ملاحظه‌ای همراه است. مدیریت ریسک به فرآیندی اطلاق می‌شود که هدف آن کاهش آثار زیان‌آور یک فعالیت از طریق اقدام آگاهانه برای پیش‌بینی حوادث ناخواسته و برنامه‌ریزی برای اجتناب از آن‌ها است. طی این فرآیند با سنجش و ارزیابی ریسک، سعی بر کنترل و کاهش سطح ریسک مربوطه می‌شود. به طور کلی استراتژی‌های به‌کار رفته در مدیریت ریسک شامل اجتناب از ریسک، کاهش اثرات منفی ریسک، انتقال ریسک به بخش‌های دیگر و پذیرش قسمتی یا تمامی پیامد‌های آن ریسک خاص است.

با توجه به گستردگی پروژه خط 6 مترو و عبور از بافت فرسوده شهری، ریسک‌های متعددی پیش ‌رو بوده است. به این منظور با بهره‌گیری از تکنیک‌های مختلف سعی بر کنترل این ریسک‌ها شده است که برخی از آن‌ها عبارت است از:

• شناسایی معارضان سطحی و زیرسطحی پروژه با استفاده از روش‌هایی مانند مکاتبه با سازمان‌های شهری، بررسی تصاویر هوایی دهه30 شمسی (برای مشخص شدن موقعیت قنوات و آبراهه‌ها) و انجام عملیات ژئورادار.
• رفتارنگاری فرآیند تونل‌سازی با ابزار دقیق لازم و ارزیابی تغییرشکل‌ها و نشست‌های متناظر زمین.
• تعیین ریسک ساختمان‌ها با استفاده از رویکرد BRA و کاهش ریسک ساختمان‌های مستعد آسیب.
• به‌کارگیری دقیق اصول ایمنی (HSE) در پروژه.
• نتیجه­گیری

در این مقاله مروری بر روش تونل‌سازی NATM پروژه خط 6 متروی تهران شد. به این منظور نحوه ساخت و مدیریت پیشرفت تونل‌ها مورد بررسی قرار گرفت. روش برنامه‌ریزی خطی (LSM) کمک شایانی به کنترل پیشرفت پروژه کرد و موجب ثبت رکوردهای قابل توجه در حفاری و لاینینگ تونل شد. همچنین با شناسایی معارضان سطحی و زیرسطحی و به کارگیری اصول مدیریت ریسک، سطح ریسک‌های مختلف پروژه و حوادث مربوطه کاهش یافته است. در این پروژه با نگاه ویژه به ابزار دقیق، رفتار زمین و سازه‌های محدوده پروژه تا حد امکان مورد پایش قرار گرفته و با تفسیر نتایج آن، تصمیمات لازم در حین اجرا اتخاذ شده است.

 

منابع:

[1] Tarigh Azali, S., Ghafoori, M., Lashkaripour, Gh, R., Hassanpour, J. 2013. “Engineering geological investigations of mechanized tunneling in soft ground: A case study, East–West lot of line 7, Tehran Metro, Iran”. Engineering Geology, Volume 166, 8 November, pp. 170–185.

[2] Johnston DW., 1981. “Linear scheduling method for highway construction”. J Construct Div, 107(2): 247–61.

[3] Leong, M.W., Kass, D.E., 2010. “Linear Schedules for Tunnel Projects”, North American Tunneling Proceedings, Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, Inc.

[4] Mahdi, M. I., 2004. “A new LSM approach for planning repetitive housing projects”, International Journal of Project Management 22, pp. 339–346.

[5] Liu L., Liu, Y., Tang, Y., 2016. “Production Rate Determination for Linear Construction Projects Based on Linear Scheduling Method”, International Journal of Smart Home, Vol. 10, No. 4, pp. 143-152.

 

[1] Network Scheduling Method

[2] Critical Path Method

[3] Linear Scheduling Method