بهینه سازی خطوط راه آهن

مرتضی فتح پور کاشانی 1دکتر عباس اکبر پور نیک قلب رشتی2 چکیدهبه منظور اجرای خطوط راه آهن در یک منطقه جغرافیایی همواره شرایط ایده آل مهیا نیست و در بسیاری از مواقع نیاز به تصحیح و کار فراوان بر روی زمین های مورد نظر وجود دارد. تفاوت شرایط جوی، شرایط جغرافیایی و ازاین دست همگی باعث میشود که شیوه اجرای مسیرها متفاوت باشد. یکی از مشکلات عدیده اجرای بهینه خطوط راه آهن بر روی خاک های سست و زمین های باتلاقی است. مطالعات زیادی توسط متخصصین راه آهن در این زمینه انجام گرفته است. یکی از روش های موجود برای اجرای خطوط در چنین مناطقی استفاده از ژئوگریدها است. استفاده از ژئوگریدها یکی از روش های متداول برای مسلح کردن بالاست واقع بر روی بسترهای سست است که باعث کاهش نرخ نشست خطوط و متعاقب آن افزایش دوره نگهداری میشود. 1- مقدمه:دستیابی به خطوط با استحکام بالا و بدون نقص به منظور کاهش هزینه تعمیر و نگهداری و در نتیجه بهره برداری موثر و کسب درآمد بیشتر از اهداف راه آهن های دنیا میباشد. به ویژه با افزایش سریع سرعت قطارها موضوع نیروهای دینامیکی و تشدید پدیده ارتعاش و عوارض آن بحث جدیتری به خود گرفته و دست یافتن به یک خط پایدار را حادتر نموده است. پدیده نشست های نامتقارن، آلوده شدن بالاست، عدم تثبیت و تقویت زیرسازی و بسترها موارد آزاردهنده و سد کننده فعالیت های راه آهن به شمار میآید.با به کارگیری شبکه های پلیمری در تقویت زیرسازی خطوط ضعیف که در طول بعضی از خطوط به چشم میخورد، میتوان ضمن افزایش عمر مفید خطوط وسایل نقلیه ریلی، راحتی مسافر و حمل مطلوب بار از خسارات وارده و صرف هزینه های گزاف جلوگیری نمود. از مزایای استفاده از این شبکه‎ ها استحکام کششی بالا، دسترسی به مواد اولیه ارزان، نصب ساده و راحت، قیمت مناسب و محصول مطمئن از طریق محدود و محبوس کردن موثر بالاست و در نتیجه کنترل حرکت های عمودی و افقی خطوط میتوان به تثبیت آن کمک نمود.از جمله محصولاتی که در دهه اخیر توجه روزافزونی را به خود جلب کرده استفاده از ژئوسنتتیک ها میباشد که به طور وسیع در پروژه های مهندسی راه و ساختمان و راه آهن با روش های ابداع شده به شکل شبکه به عنوان جداکننده مصالح مختلف(Separation)، تقویت کننده(Reinforcement)، فیلتر(Filter) و زهکشی(Drainage) در بسیاری از کشورها برای احداث جاده بر روی زمین های با ساختار ضعیف، تقویت جاده های آسفالت و راه آهن، کنترل فرسایش استفاده در ترانشه های سنگی و خاکی و ... از این محصولات بهره مند شده اند. 2- توصیف کلی ژئوگرید ها: ژئوگریدها مصالح پلیمری شبکه ای هستند که کاربرد اصلی آنها در مسلح کردن خاک است. این محصولات در مواردی برای جداسازی دانه های سنگی به اندازه بزرگ نیز به کار میروند. ژئوگرید ها حدود سال 1968 معرفی شدند، (فخاریان،1380)بسته به نوع کاربرد این محصول در ابعاد متنوع با روزنه های متغیر و ویژگیهای مکانیکی متفاوت، مقاومت کششی بالا، توزیع تنش و خواص فیزیکی، سبکی، جذب رطوبت نسبتاً پایین و انعطاف پذیری مناسب و خواص شیمیایی، مقاومت در برابر مواد خورنده موجود در آب و مقاوم به اشعه ماورای بنفش با استفاده از مواد اولیه داخلی تولید میگردد.3- افتادگی خطوط:عبور خطوط راه آهن از بسترهای خاکی با رفتار مکانیکی متفاوت اجتناب ناپذیر میباشد. به نظر میرسد بهترین روش برای عبور از بسترهای غیر همگن با پایداری ضعیف و مستعد برای نشست، عملیات خاک برداری و خاک ریزی مصالح مرغوب باشد که عملاً این کار پرهزینه و غیرممکن میباشد. (ایرانپور، 1378) بنابراین خطر جدی نشست بستر این مسیرها به علت تغییر خواص در زمان بارگذاری انتظار میرود که باید تقویت شوند. به جز افتادگی خط که در اثر عدم زیرکوبی مناسب حاصل میشود. از نشست به علت نفوذ بالاست در عمق بسترهای ضعیف، مکش گل و لای، افزایش نیروهای دینامیکی در سرعت های بالا، از بین رفتن فرم خاکریز در اثر فرسایش بسترهای نامرغوب و... ظاهر میشود.4- راهکارهای جلوگیری از افتادگی خط:داشتن یک فونداسیون محکم نقطه آغازی است برای طراحی و ساخت هر نوع ساختار و با توجه به توجیه اقتصادی و فنی یک راه حل مناسب است که نهایتاً این فونداسیون به مشخصات خاک و ظرفیت آن بستگی دارد تا الگوی بار مورد نظر را بپذیرد.مزایای کاربرد شبکه پلیمری Geogride عبارتند از:الف این شبکه مانع نفوذ مواد اصلی sub-base به sub-grade میگردد. ب بین محصولات به دلیل سختی و فشردگی خود، بار را به طور استاندارد بر روی ناحیه وسیعی توزیع میکند بدین وسیله نشست های مختلف را کاهش میدهد.ج این شیوه به دلیل مقاومت کششی بالای خود، که کاملاً از طریق مقدار بالای اصطکاک پروفیل شبکه مجهز شده است، به استحکام خاک میافزاید.د ساختار شبکه ای این روش، این امکان را فراهم میکند که منافذی را که در اثر فشار آب ایجادشده اند سریع تر بر طرف شوند.5 مکانیزم شبکه ها در تقویت خاک:شبکه ها لایه های ضعیف را محکم میکنند به این مفهوم که از نظر ساختاری به زمین کمک میکند. در سطوح زیربنایی ضعیف این کمک میتواند باعث کاهش ضخامت لایه نرم و ضعیف یا به طور متناوب باعث افزایش عمر سرویس دهی گردد. روی زمین های ناپایدار معمولاً در لایه های چندتایی نصب میشوند تا تأثیرات نشست های جزئی را به حداقل برسانند.6 مقایسه عملکرد شبکه های Geogrid با Geotextile:شبکه های پلیمری، ساختارهای شبکه ای باز میباشند که در پایداری مسیرهای حمل ونقل جاده ای و ریلی با استحکام کششی بالا به کار میرود. اما ژئوتکستایل ها بافت های نفوذپذیری هستند که از الیاف های پلیمری که اندازه آن حداکثر کمتر از 1mm میباشد ساخته شده است. دو نوع بافته و بافته نشده از این محصول وجود دارد که به قرار زیر میباشد:بافته شده: شامل دو سری الیاف که به صورت عمود به هم بافته شده اند تا یک ساختار سطحی را شکل دهند.بافته نشده: الیافی که در الگوی بدون نظم قرار داده شده اند. طبقه بندی این الیاف ممکن است بر اساس روش اتصال آنها از قبیل حرارتی، مکانیکی یا شیمیایی باشد.وقتی پرکننده های دانه ای روی شبکه قرار میگیرند در اثر فشردگی به صورت جزیی به داخل منافذ شبکه نفوذ پیدا میکنند و از طریق منافذ اتصال بین ذرات و شبکه به وجود میآورد. اتصال به شبکه این امکان را میدهد تا در مقابل برش افقی مقاومت کند و بدین صورت حداکثر ظرفیت مقاومت یک بستر نرم به کار گرفته میشود. 7- نتیجه گیری:مسلماً استفاده از این محصول شاید بهترین راه حل برای افزایش عمر مفید خطوط باشد ولی اینکه تا چه میزان در تقویت خاک موثر میباشد ضروری است. در این راستا باید تست های مورد نیاز آزمایشگاهی بر اساس استاندارد فراهم گردد تا به یک سری نتایج علمی و تجربی دست پیدا کنیم و شفافیت موضوع بیش ازپیش روشن گردد. بااین حال بر اساس اطلاعات موجود و تجارب کشورهای دیگر با کاربرد این شبکه ها میتوان نتایج زیر را انتظار داشت:1. احداث یا اجرای خطوط ریلی بر روی زمین های سست با کنترل و کاهش نشست2. امکان طراحی زیرسازی در احداث خطوط قطارهای سریع السیر3. کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری با دستیابی به خطوط با استحکام بالا از طریق تقویت زیرسازی4. جلوگیری بخشی از سوانح که در اثر افتادگی خط به وجود میآید5. افزایش بهره برداری با بالا بردن عمر سرویس دهی خط با در نظر گرفتن افزایش بار محوری و سرعت ترافیک6. ایجاد ایمنی و راحتی مسافر و حمل مطلوب بار مسافر و جلب اعتماد در جذب مشتری7. صرفه جویی در ضخامت خاکریز تا 40 درصد و کاهش هزینه زیرسازی.1- کارشناس ارشد مهندسی عمران گرایش مهندسی و مدیریت ساخت دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات (واحد کرمان)2 استادیار دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب