روش­های اجرایی زیرزمینی و روباز در ایستگاه­های مترو

صنعت حمل و نقل آنلاین: انتخاب روش و نحوه اجرای ایستگاه­های مترو، با توجه به اینکه این سازه­ها جزء بزرگترین فضاهای زیرزمینی شهری هستند، دارای اهمیت بسزایی است. این اهمیت به حدی است که انتخاب روش نادرست می­تواند منجر به نشست­های سطحی زیاد و به دنبال آن تاثیر مخرب بر تاسیسات شهری و ساختمان­های مجاور محل ایستگاه داشته باشد. انتخاب روش اجرا علاوه بر این مسائل مهندسی، می­تواند در کوتاه کردن زمان اجرا و افزایش راندمان ساخت و نیز کاهش زمان بهره­برداری یک خط مترو تاثیرگذار باشد. این نکته حائز اهمیت است که عقب­ماندگی عملیات ساخت یک ایستگاه می­تواند منجر به تعویق زمان بهره­برداری از یک خط کامل مترو و طولانی شده پروسه ورود آن خط به شبکه حمل و نقل ریلی شود. از آنجا که عملیات مهم و زمان بر در ساخت ایستگاه­های مترو، بخش تحکیمات و حفاری و تعریض آن است، لذا انتخاب روش اجرای درست و منطبق با شرایط محیطی زمین میزبان و تاسیسات شهری موجود بسیار نقش­آفرین خواهد بود.

به منظور تشریح کامل­تر جایگاه روش اجرا و نیز انتخاب روش­های اجرایی منطبق با شرایط پروژه­ها، در این مقاله یک مطالعه موردی از نحوه ساخت ایستگاه توحید (E4R7) واقع در خط 7 متروی تهران ارائه شده است. این ایستگاه در تقاطع خیابان آزادی و بزرگراه شهید نواب صفوی و در مجاورت شرقی تونل توحید قرار دارد (شکل 1). این ایستگاه به دلیل تبادلی بودن با ایستگاه توحید در خط 4 متروی تهران و موقعیت جغرافیایی شهری آن از ایستگاه­های استراتژیک و مهم در مسافرپذیری شبکه متروی تهران خواهد بود.

شکل (1): موقعیت قرارگیری ایستگاه R7

تراز ریل در این ایستگاه نسبت به سطح زمین 42 متر است که در این ارتفاع کلیه فضاهی جنبی از جمله بخشی از پله­های خروج اضطراری، هوادم­ها، آسانسورها، سالن فروش بلیط و ورودی­های اصلی جانمایی شده­اند. از سطح زمین نیز 9 طبقه تجاری برای مجتمع ایستگاهی در این محدوده در طراحی­ها لحاظ شده است. طول این ایستگاه 160 متر است که 100 متر آن (در بخش شمالی) به صورت یک طبقه و با روش زیرزمینی و 60 متر آن در 7 طبقه (در بخش جنوبی و با احتساب تراز زیر سکو)  به صورت ترانشه باز است.

طراحی این ایستگاه در سال 1390 به اتمام رسید. ولی به دلیل مشکلات استملاکی، عملیات اجرایی در اردیبهشت سال 1395 آغاز شد. در طرح مصوب روش اجرا به این صورت بود که در بخش جنوبی با توجه به اینکه طبقات تا تراز سطح زمین ادامه پیدا می­کردند، اجرا با روش حفر و پوش (Cut and Cover) درنظر گرفته شده (شکل 2) و هدف این مقاله نیز بررسی بیشتر این بخش از ایستگاه است. بخش زیرزمینی نیز با توجه به روباره مناسب از سطح زمین (32 متر از روی ریب) با روش سنتی ریب و شمع و بصورت یک طبقه اجرا شده است (شکل 3).

شکل (2): روش اجرای مصوب (اولیه) ایستگاه در بخش جنوبی

ادامه شکل (2)

شکل (3): روش اجرای بخش زیرزمینی (قسمت شمالی)، روش ریب و شمع

با توجه به زمانبندی کلی خط 7 متروی تهران، ساخت سکوی ایستگاه R7 می­بایست تا پایان شهریور سال 95 به پایان برسد. بنابراین استفاده از روش حفر و پوش که منجربه خاکبرداری به حجم حدود 100 هزار متر مکعب، حدود 100 عدد شمع به طول 50 متر و اجرای 6 لایه استرات به وزن تقریبی حدود 10 هزار تن می­شد، امری ناممکن بوده و از این رو روش اجرای ایستگاه باید تغییر می­کرد. همچنین در صورت اجرای روش ترانشه باز، کل مساحت زمین تحویلی خاکبرداری می­شد و لذا فضایی برای تجهیز کارگاه و دپوی مصالح و سایر الزامات یک تجهیز کارگاه مناسب مقدور نبود(شکل 10).

از آنجا که هدف اصلی ساخت سکوی ایستگاه بود، لذا ایده­های روش اجرایی به سمت ساخت این بخش معطوف شد. مراحل روش اجرای بخش جنوبی طبق طرح مصوب در شکل 2 ارائه شد. طبق طرح معماری ایستگاه در بخش جنوبی، عرض ایستگاه توحید در خط 7 حدود 35 متر بود که 14 متر آن مربوط به سکوی مسافر و بقیه آن فضاهای تجهیزاتی و جانبی هستند. هدف در بررسی روش­های اجرایی محدود کردن فضای ساخت برای افزایش سرعت اجرا بود و لذا بجای اجرای شمع­های پیرامونی، ابتدا شمع­هایی در محل ستون­های میانی ایستگاه و در مرز سکو و فضاهای پشتی آن اجرا شد تا نواری به عرض سکوی مسافر و در طول بخش جنوبی با شمع­های حائل، تحکیم شود(شکل 10). استراتژی این بود که پس از اجرای این شمع­ها، از طریق یک شفت دسترسی به طول 35 متر به تراز گالری دسترسی به ریب­ها رسیده و در بالای سقف طبقه اول ایستگاه ریب­ها اجرا شوند تا بتوان در پناه آن­ها عملیات حفاری سکو در بخش جنوبی ایستگاه آغاز شود (شکل 4).

شکل (4): موقعیت شفت و گالری­های پیشرو دسترسی در روش پیشنهادی بخش جنوبی

از طرف دیگر با توجه به اینکه ابتدا شمع­ها اجرا می­شود و سپس ریب­ها در تراز سکو حفاری و بتن­ریزی می­شوند، لذا امکان اتصال ریب و شمع (بتن قدیم و جدید) در فضای زیرزمین و با توجه به نحوه اجرا و دسترسی محدود امکان­پذیر نبود. از این رو با توجه به تحلیل­های انجام شده و نیز مقاومت مناسب شمع­ها و عمق دفن مناسب آنها در تراز بالای سقف سکو و زیر فونداسیون ایستگاه، نهایتاً تصمیم بر آن شد که پاشنه (فنداسیون) ریب­ها در پشت فضای شمع­ها اجرا شود تا تنش­های محل پاشنه ریب به پشت شمع­ها منتقل شود(شکل 5 و6).

شکل (5): ریب دهانه باز (روش اجرای پیشنهادی بخش جنوبی)

همانگونه که در شکل 6 قابل مشاهده است، این روش به گونه­ایی طرح­ریزی شد که در ادامه عملیات تکمیلی ایستگاه در بخش جنوبی، بتوان با روش ترانشه باز طبقات فوقانی بخش سکو را نیز اجرا کرد و به سکوی اجرا شده متصل کرد. با این روش عملیات ساخت سکوی ایستگاه R7در تاریخ 30/فروردین/1396 به اتمام رسید و در فاز اول بهره برداری خط 7 قطار از این فضا عبور کرد.

شکل (6): روش اجرای پیشنهادی بخش جنوبی

جدول 1: مقایسه احجام کاری ساخت بخش جنوبی ایستگاه R7به منظور عبور قطار از محدوده سکو

همانگونه که در جدول 1 ارائه شد، در روش جدید احجام عملیات اجرایی تا حد قابل ملاحظه­ایی کاهش داده شده و باعث افزایش راندمان اجرا و نیل به اهداف ساخت سریع­تر جهت بهره­برداری شده است. در خصوص آهن­آلات سنگین مصرفی ذکر این نکته ضروری است که در روش جدید نیز جهت ساخت طبقات تجهیزاتی و سالن فروش بلیط می­بایست این میزان آهن­آلات ساخته و مصرف شود ولی به دلیل اجرای این بخش پس از عبور قطار، زمان ساخت سکو بسیار کوتاه­تر شده است و نیازی به مصرف این آهن­آلات تا مرحله عبور قطار نخواهد بود. احجام بتن در جدول فوق نیز با توجه به اشتراک هر دو روش در اجرای شمع­های پیرامونی و سطح بتن معادل یکسان در بخش لاینینگ در هر دو روش (فقط در تراز سکو) با تقریب 5 درصد با هم برابر است. در خصوص خاکبرداری نیز واضح است که در روش مصوب به صورت ترانشه باز، می­بایست کل بخش جنوبی به مساحت تقریبی 2100 مترمربع با ابعاد 35×60  متر تا عمق 47 متری حفاری و پس از آن عملیات لاینینگ سکوی ایستگاه انجام شود و لذا تفاوت فاحشی بین میزان خاکبرداری در دو روش وجود دارد.

شکل (7): اجرای فونداسیون کف ایستگاه در میان شمع­های میانی

شکل (8): دسترسی به تراز گالری دسترسی به ریب­ها با استفاده از شفت قائم

شکل (9): حفاری شمع های پیرامونی

شکل (10): موقعیت حفاری شمع­های پیرامونی و میانی در محدوده تجهیزکارگاه