راهنمای انتخاب کد گروت

عملکرد واتراستاپ هیدروفیلی در تونل

۲۵ آذر ۱۴۰۴ واتراستاپ هیدروفیلی واتراستاپ هیدروفیلی ، تونل ، آب بندی تونل

این مقاله پژوهشی، به طور مبسوط به ارزیابی عملکرد و دوام نوارهای درزگیر هیدروفیلیک (Hydrophilic Waterstop) که در اتصالات بین قطعات پیش‌ساخته بتنی (سگمنت‌ها) در تونل‌های حفاری شده با دستگاه حفار تمام‌مقطع (TBM) استفاده می‌شوند، می‌پردازد. تونل‌های TBM که اغلب به عنوان سازه‌های غیرزه‌کش (Non-Drainage) طراحی می‌شوند، وابستگی حیاتی به آب‌بندی کامل درزهای بین سگمنت‌ها دارند. هرگونه نشت می‌تواند به مشکلات جدی در کارایی، ایمنی و پایداری طولانی‌مدت تونل منجر شود. از این رو، درک دقیق رفتار این مصالح در شرایط واقعی، امری ضروری است. این مطالعه بر دو محور اصلی تمرکز دارد:

۱) تأثیر خطاهای اجرایی و جابجایی سگمنت‌ها بر عملکرد آب‌بندی

۲) بررسی دوام درزگیر در برابر مواد شیمیایی موجود در آب‌های زیرزمینی و دریا

بخش اول: ارزیابی عملکرد در برابر خطاهای اجرایی

خطاهای نصب و جابجایی سگمنت‌ها در هنگام ساخت، از جمله مهم‌ترین عوامل ایجاد نشت هستند. این تحقیق دو نوع خطای متداول را شبیه‌سازی و بررسی کرده است:

جابجایی افقی (Offset یا Misalignment): این خطا زمانی رخ می‌دهد که دو سگمنت مجاور به طور کامل در امتداد هم قرار نگرفته و یک "پله" یا جابجایی افقی در محل اتصال ایجاد شود. محققان شرایط جابجایی ۰، ۵ و ۱۰ میلی‌متر را تحت فشارهای آب ۱۰۰، ۲۰۰ و ۳۰۰ کیلوپاسکال آزمایش کردند.
اختلاف زاویه‌ای (Angle Discordance): این حالت پیچیده‌تر زمانی اتفاق می‌افتد که سطوح تماس دو سگمنت به دلیل نشست نامتقارن یا خطای مونتاژ، موازی نبوده و یک زاویه بین آنها ایجاد شود. این مطالعه موارد اختلاف زاویه‌ای ۱، ۲ و ۳ درجه را تحت فشار آب ۲۰۰ کیلوپاسکال بررسی نمود.

نتایج کلیدی این بخش:

۱. تحمل نسبتاً خوب در برابر جابجایی افقی: یافته‌ها نشان داد که درزگیر واتراستاپ هیدروفیلی، حتی در شرایط جابجایی ۱۰ میلی‌متری، در نهایت می‌تواند با تورم کافی، جلوی نشت را بگیرد. اما یک نکته حیاتی وجود دارد: مدت زمان رسیدن به آب‌بندی کامل به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. برای مثال، در فشار ۲۰۰ کیلوپاسکال، در شرایط نصب ایده‌ال پس از ۹۶ ساعت آب‌بندی حاصل شد، در حالی که این زمان برای جابجایی ۵ و ۱۰ میلی‌متر به ترتیب به ۱۲۰ و ۲۱۶ ساعت رسید. این بدان معناست که در فاز اولیه بهره‌برداری تونل، ممکن است نشت‌های موقتی مشاهده شود.
۲. حساسیت شدید به اختلاف زاویه: نتایج این بخش بسیار هشداردهنده بود. در حالی که در اختلاف زاویه‌ای ۱ درجه، درزگیر پس از ۲۱۶ ساعت موفق به آب‌بندی شد، در اختلاف زاویه‌ای ۲ درجه و بیشتر، حتی پس از ۲۱۶ ساعت (۹ روز) نیز نشت آب به طور کامل قطع نشد. به ویژه در حالت ۳ درجه، میزان نشت همچنان قابل توجه باقی ماند. این یافته نقطه بحرانی تحقیق را نشان می‌دهد: کنترل دقیق هندسه و همترازی سگمنت‌ها در هنگام نصب، به ویژه جلوگیری از ایجاد زاویه، امری غیرقابل اجتناب است. یک خطای زاویه‌ای کوچک می‌تواند کل سیستم آب‌بندی را با شکست مواجه کند.
۳. اثر فشار آب: افزایش فشار آب، اگرچه در لحظات اولیه نشت بیشتری ایجاد می‌کرد، اما در نهایت با تسریع فرآیند تورم درزگیر، در بازه زمانی آزمایش (۲۱۶ ساعت) منجر به تفاوت کیفی در نتیجه نهایی (قطع یا عدم قطع نشت) در موارد جابجایی افقی نشد. اما این فشار بالا می‌تواند در صورت وجود نقص، میزان خسارت ناشی از نشت را افزایش دهد.

بخش دوم: ارزیابی دوام شیمیایی در محیط‌های مختلف

درزگیرها در طول عمر چندین ده‌ساله تونل، در معرض مواد شیمیایی موجود در آب‌های زیرزمینی یا دریا قرار می‌گیرند. این تحقیق اثر دو دسته از رایج‌ترین این مواد را بررسی کرد:

یون سولفات (Sulphate): به عنوان یکی از ترکیبات مضر در برخی آب‌های زیرزمینی و خاک‌ها شناخته می‌شود. آزمایش‌ها با استفاده از محلول‌های سولفات منیزیم با غلظت‌های ۱%، ۳% و ۵% به عنوان شبیه‌ساز این محیط انجام شد.
یون کلرید (Chloride): ترکیب اصلی در آب دریا. آزمایش با محلول ۳.۵% کلرید سدیم (شبیه‌ساز غلظت آب دریا) انجام گرفت.

نمونه‌های درزگیر به مدت ۷، ۱۵ و ۳۰ روز در این محلول‌ها غوطه‌ور شده، سپس خشک و بازگردانی شده و عملکرد آب‌بندی آنها تحت فشار ۲۰۰ کیلوپاسکال آزمایش شد. یک گروه نمونه نیز در آب معمولی نگهداری شد تا به عنوان شاهد عمل کند.

نتایج کلیدی این بخش:

۱. تخریب جدی ناشی از سولفات: نتایج این بخش نشان‌دهنده آسیب پذیری قابل توجه واتراستاپ های هیدروفیلی در برابر یون سولفات بود.
* حتی در کم‌ترین غلظت (۱%) و پس از ۳۰ روز غوطه‌وری، درزگیر به طور کامل توانایی آب‌بندی خود را از دست داد و نشت به طور مستمر ادامه یافت.
* در غلظت‌های بالاتر (۳% و ۵%)، این تخریب سریع‌تر و شدیدتر بود. به طوری که در غلظت ۵%، پس از ۱۵ روز غوطه‌وری نیز آب‌بندی به طور کامل مختل شد.
* مکانیزم احتمالی: سولفات ممکن است با ایجاد اختلال در ساختار شیمیایی یا فیزیکی لاستیک هیدروفیلی، مانع از تورم یکنواخت و کافی آن شده یا باعث تخریب تدریجی ماده شود.
۲. مقاومت نسبی در برابر کلرید (آب دریا): در مقابل، نمونه‌های قرارگرفته در معرض محلول کلرید ۳.۵% رفتار نسبتاً مطلوبی نشان دادند. اگرچه پس از ۳۰ روز غوطه‌وری، زمان رسیدن به آب‌بندی کامل از ۲۴ ساعت به ۴۸ ساعت افزایش یافت، اما در نهایت نمونه‌ها موفق به قطع کامل نشت شدند. این نشان می‌دهد که این نوع درزگیرها برای کاربرد در تونل‌های دریایی (در کوتاه‌مدت و با توجه به دوره آزمایش) پتانسیل بهتری دارند، اما برای اطمینان از دوام در درازمدت همچنان نیاز به مطالعه بیشتر است.

جمع‌بندی و توصیه‌های کاربردی:

این تحقیق جامع، دو محدودیت اصلی واتراستاپ هیدروفیلی رایج را به وضوح نشان می‌دهد:

۱. حساسیت بالا به کیفیت اجرا: کنترل سختگیرانه هندسه نصب سگمنت‌ها، به ویژه جلوگیری از ایجاد هرگونه اختلاف زاویه‌ای (بیش از ۱ درجه)، یک الزام حیاتی است. سیستم‌های نظارتی و کنترل دقت در حین ساخت باید تضمین کننده این موضوع باشند. جابجایی‌های افقی نیز اگرچه قابل جبران هستند، اما می‌توانند دوره آب‌بندی اولیه را طولانی کرده و ریسک موقتی ایجاد کنند.
۲. عدم مناسب بودن برای محیط‌های غنی از سولفات: استفاده از این نوع درزگیرها در خاک‌ها یا آب‌های زیرزمینی که محتوای سولفات بالایی دارند، به شدت نیاز به بازنگری دارد. در چنین محیط‌هایی، باید به دنبال مواد جایگزین با مقاومت شیمیایی بالاتر یا استفاده از سیستم‌های آب‌بندی مکمل بود.
۳. ملاحظات برای پروژه‌های دریایی: اگرچه نتایج در برابر کلرید امیدوارکننده بود، اما برای پروژه‌های مهم و پرهزینه مانند تونل‌های طولانی‌مدت دریایی، انجام آزمایش‌های دوام با دوره‌های زمانی بسیار طولانی‌تر و تحت شرایط واقعی‌تر اکیداً توصیه می‌شود.

در نهایت، این مطالعه تأکید می‌کند که انتخاب و استفاده از واتراستاپ هیدروفیلی باید با در نظر گرفتن دقیق شرایط ژئوتکنیکی و شیمیایی محل پروژه و همراه با کیفیت اجرای بسیار بالا انجام پذیرد تا از عملکرد مطمئن و پایدار تونل در طول عمر طراحی آن اطمینان حاصل شود.

تصاویر مربوط به این مقاله: