نشریه شماره   178   دوهفته نامه آرشیو PDF پیام ساختمان

بهینه‌سازی خطوط راه‌آهن

مرتضی فتح پور کاشانی 1
دکتر عباس اکبر پور نیک قلب رشتی2

چکیده
به‌منظور اجرای خطوط راه‌آهن در یک منطقه جغرافیایی همواره شرایط ایده‌آل مهیا نیست و در بسیاری از مواقع نیاز به تصحیح و کار فراوان بر روی زمین‌های مورد نظر وجود دارد. تفاوت شرایط جوی، شرایط جغرافیایی و ازاین‌دست همگی باعث می‌شود که شیوه اجرای مسیرها متفاوت باشد. یکی از مشکلات عدیده اجرای بهینه خطوط راه‌آهن بر روی خاک‌های سست و زمین‌های باتلاقی است. مطالعات زیادی توسط متخصصین راه‌آهن 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 به‌منظور کاهش هزینه تعمیر و نگهداری و در نتیجه بهره‌برداری موثر و کسب درآمد بیشتر از اهداف راه‌آهن‌های دنیا می‌باشد. به‌ویژه 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 نشست‌های نامتقارن، آلوده شدن بالاست، عدم تثبیت و تقویت زیرسازی و بسترها موارد آزاردهنده و سد کننده فعالیت‌های راه‌آهن به شمار می‌آید.
با به‌کارگیری شبکه‌های 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 هزینه‌های گزاف جلوگیری نمود. از مزایای استفاده از این شبکه‎‌ها 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 حرکت‌های 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 ژئوسنتتیک‌ها می‌باشد که به طور وسیع در پروژه‌های مهندسی راه و ساختمان و راه‌آهن با روش‌های ابداع‌شده به شکل شبکه به‌عنوان جداکننده مصالح مختلف(Separation)، تقویت‌کننده(Reinforcement)، فیلتر(Filter) و زهکشی(Drainage) در بسیاری از کشورها برای احداث جاده بر روی زمین های با ساختار ضعیف، تقویت جاده‌های آسفالت و راه‌آهن، کنترل فرسایش استفاده در ترانشه‌های سنگی و خاکی و ... از این محصولات بهره‌مند شده‌اند.
2- توصیف کلی ژئوگرید‌ها:
 ژئوگریدها مصالح پلیمری شبکه‌ای هستند که کاربرد اصلی آنها در مسلح کردن خاک است. این محصولات در مواردی برای جداسازی دانه‌های سنگی به‌اندازه بزرگ نیز به‌کار می‌روند. ژئوگرید‌ها حدود سال 1968 معرفی شدند، (فخاریان،1380)
بسته به نوع کاربرد این محصول در ابعاد متنوع با روزنه‌های متغیر و ویژگی‌های مکانیکی متفاوت، مقاومت کششی بالا، توزیع تنش و خواص فیزیکی، سبکی، جذب رطوبت نسبتاً پایین و انعطاف‌پذیری 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 راه‌آهن از بسترهای خاکی با رفتار مکانیکی متفاوت اجتناب‌ناپذیر می‌باشد. به نظر می‌رسد بهترین روش برای عبور از بسترهای غیر همگن با پایداری ضعیف و مستعد برای نشست، عملیات خاک‌برداری و خاک‌ریزی 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. به‌جز 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 سرعت‌های 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 بدین‌وسیله نشست‌های 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 شبکه‌ای این روش، این امکان را فراهم می‌کند که منافذی را که در اثر فشار آب ایجادشده‌اند سریع تر بر‌طرف شوند.
5 - مکانیزم شبکه‌ها در تقویت خاک:
شبکه‌ها لایه‌های 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 سرویس‌دهی گردد. روی زمین‌های ناپایدار معمولاً در لایه‌های چندتایی نصب می‌شوند تا تأثیرات نشست‌های جزئی را به حداقل برسانند.
6 - مقایسه عملکرد شبکه‌های Geogrid با Geotextile:
شبکه‌های پلیمری، ساختارهای شبکه‌ای باز می‌باشند که در پایداری مسیرهای حمل‌ونقل جاده‌ای و ریلی با استحکام کششی بالا به‌کار می‌رود. اما ژئوتکستایل‌ها بافت‌های نفوذپذیری هستند که از الیاف‌های 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:
بافته‌شده: شامل دو سری الیاف که به‌صورت عمود به هم بافته‌شده‌اند تا یک ساختار سطحی را شکل دهند.
بافته نشده: الیافی که در الگوی بدون نظم قرار داده شده‌اند. طبقه‌بندی این الیاف ممکن است بر اساس روش اتصال آنها از قبیل حرارتی، مکانیکی یا شیمیایی باشد.
وقتی پرکننده‌های دانه‌ای روی شبکه قرار می‌گیرند در اثر فشردگی به‌صورت 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 بدین‌صورت حداکثر ظرفیت مقاومت یک بستر نرم به‌کار گرفته می‌شود.
7- نتیجه‌گیری:
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 تست‌های مورد نیاز آزمایشگاهی بر اساس استاندارد فراهم گردد تا به یک سری نتایج علمی و تجربی دست پیدا کنیم و شفافیت موضوع بیش‌ازپیش روشن گردد. بااین‌حال بر اساس اطلاعات موجود و تجارب کشورهای دیگر با کاربرد این شبکه‌ها می‌توان نتایج زیر را انتظار داشت:
1. احداث یا اجرای خطوط ریلی بر روی زمین‌های سست با کنترل و کاهش نشست
2. امکان طراحی زیرسازی در احداث خطوط قطارهای سریع‌السیر
3. کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری با دستیابی به خطوط با استحکام بالا از طریق تقویت زیرسازی
4. جلوگیری بخشی از سوانح که در اثر افتادگی خط به وجود می‌آید
5. افزایش بهره‌برداری با بالا بردن عمر سرویس‌دهی خط با در نظر گرفتن افزایش بار محوری و سرعت ترافیک
6. ایجاد ایمنی و راحتی مسافر و حمل مطلوب بار مسافر و جلب اعتماد در جذب مشتری
7. صرفه‌جویی 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