هشدار مرکز پژوهش‌ ها درباره "زلزله خاموش" ایران

به گزارش تین نیوز به نقل از تسنیم،  با توجه به گسترش افزایش اثر پدیده فرونشست در کشور و بحرانی که این معضل زیست محیطی در ابعاد مختلف اقتصادی، عمرانی، محیط زیستی، اجتماعی و...، در کشور ایجاد کرده است، مرکز پژوهش های مجلس شورای اسلامی به بررسی ابعاد فرونشست و ارائه راهکارهایی در این خصوص پرداخته است.

در گزارش مرکز پژوهش های مجلس شورای اسلامی درباره فرونشست آمده است:

آثار فرونشست به دو شکل مستقیم وغیرمستقیم بروز می کند؛ ازجمله آثار مستقیم می توان به ترک خوردن، کج شدن، فروریختگی، فرسودگی بناها و تخریب و آسیب به شریان های حیاتی شامل خطوط حمل ونقل (مترو، جاده، راه آهن)، خطوط انتقال برق و مخابرات، شبکه فاضلاب، لوله های آب و گاز و نفت، کانال های دفع آب های سطحی، سازه های زیرزمینی (تونل و خطوط مترو)، پایه پل ها و شمع های مدفون در خاک و توسعه شکاف های زمین، شکست زمین یا گسیختگی آن اشاره کرد.

از طرفی وقوع فرونشست آثار غیرمستقیم اقتصادی نیز به جای می گذارد. افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری زیرساخت ها، کاهش ارزش زمین و اموال، رها کردن ساختمان ها و اماکن، اختلال در فعالیت های اقتصادی، توقف کسب وکار به دلیل آسیب به ساختمان ها و زیرساخت ها، از دست دادن نیروی کار مولد با تلفات و صدمات و هزینه های تحمیل شده برای امدادرسانی ازجمله تبعات مالی وارده به شبکه زیرساخت بر اثر فرونشست هستند.

با توجه به اینکه روش های معقول مقابله با فرونشست مستلزم برنامه ریزی بلندمدت اجتماعی و مدیریتی است، در کوتاه مدت قابل دستیابی نیستند و لذا باید راهکارهای طراحی و تعمیر و مقاوم سازی زیرساخت ها نیز مورد بررسی قرار گیرد.

وضعیت فرونشست و آسیب به زیرساخت ها در ایران و جهان

نتیجه تحقیقات نشان می دهد که استان های اصفهان، تهران، کرمان و خراسان رضوی در معرض خطر شدید فرونشست قرار دادند. در اصفهان حدود 10 هزار کیلومترمربع شامل 30300 واحد مسکونی، به طور ویژه پالایشگاه نیروگاه برق شهید منتظری، ورزشگاه نقش جهان، فرودگاه بین المللی شهید بهشتی، پست های خطوط انتقال نیروی فشارقوی، شهرک صنعتی محمودآباد، خطوط انتقال سوخت به فرودگاه نائین و سگزی، خطوط قطار شهری به ویژه خط اصفهان به شاهین شهر و ابنیه تاریخی مانند پل روی رودخانه زاینده رود به شدت در معرض تهدیدهای ناشی از فرونشست هستند.

فرونشست در تهران به صورت مستقیم زندگی 2 میلیون و 300 هزار نفر را تحت تأثیر قرار می دهد و مناطق 17، 18، 19، 20 و 21 را به طور جدی تهدید می کند. از مهم ترین زیرساخت هایی که در تهران در معرض خطر فرونشست هستند شامل فرودگاه امام خمینی(ره)، مهرآباد و خطوط انتقال انرژی در بخش جنوب غرب و خطوط قطار شهری و مترو هستند. به صورت کلی حدود 8 میلیون واحد مسکونی و 24 میلیون نفر در کشور در معرض خطرات و آسیب های فرونشست قرار دارند. فرونشست در ایران 5 تا 7 برابر متوسط و با نرخ سالیانه 25 تا 30 سانتی متر در سال (هر 5 سال یک متر) فرونشست در کشور رخ می دهد.

خسارت ناشی از فرونشست در چین 1.5 میلیارد دلار برآورد شده است که حدود 70 تا 80 درصد آن خسارت های غیرمستقیم بوده است. شانگهای در سال 2001 تا 2010 دچار 2 میلیارد دلار خسارت ناشی از فرونشست شده است.

در بانکوک نیز براثر فرونشست خسارت های فراوانی به زیرساخت هایی مانند جاده ها، پیاده روها، زیرساخت های زیرزمینی و ساختمان های خصوصی، پایه پل ها و قطارهای شهری وارد شد. میزان خسارت ناشی از فرونشست در سال 2006 در هلند 3.5 میلیارد یورو در سال برآورد شده است. در آمریکا نیز حدود 4.3 تا 8.7 میلیون نفر در نواحی مرزی و ساحلی تحت تأثیر خسارات فرونشست قرار دارند که در همین راستا عملیات ویژه ای جهت مقابله و کنترل فرونشست در بیشتر ایالت های آن درحال اجراست.

راهکارهای حفاظت از زیرساخت ها در مقابل فرونشست

اگرچه تلاش اصلی باید بر مدیریت مصرف و احیای سفره های آب زیرزمینی باشد، اما مقاوم سازی به عنوان یک روش علاج بخش میان مدت باید در دستور کار قرار گیرد، به بیان دیگر با ایجاد تغییراتی در ساختار خاک یا طراحی زیرساخت ها از آسیب و خرابی زیرساخت ها جلوگیری کنیم.

این دسته از راهکارها شامل همان روش های بهسازی زمین به وسیله تغییر در خصوصیات و جنس خاک (با مخلوط نمودن مصالح مناسب ـ اختلاط عمیق و تراکم سطحی یا استفاده از مواد افزودنی) و یا اضافه کردن المان های غیرخاکی به خاک (مانند تزریق با فشار بالا، یا ژئوسنتتیک ها، ستون های شنی، شمع های عمیق و ریزشمع ها، انکراژ یا میخکوبی، ژئوفوم) است.

همچنین در برخی از راهکارها، تغییر در روند طراحی سازه براساس فرونشست یا اضافه کردن المان های تقویتی پیشنهاد می شود. از مهم ترین روش های بهسازی خاک عبارتند از: روش تزریق، روش ﻣﯿﮑﺮوﭘﺎﯾﻞ، روش ﺷﻤﻊ ﮔﺬاری، روش ﻧﯿ� ﯿﻨﮓ، ﺑﻬﺴﺎزی ﺑﻪ کمک ژئوگرید و ژئوتکستایل، ﺑﻬﺴﺎزی با هدایت و تزریق آب های سطحی به داخل زمین و بهسازی پی زیرساخت ها و ساختمان های در معرض فرونشست.

در ادامه تعدادی از روش های پیشنهادی بیان می شود که در شرایط مختلف استفاده شده است.

1. بهسازی خاک به روش تزریق

ﺑﻬﺴﺎزی ﺧﺎک ﺑﻪ روش ﺗﺰرﯾﻖ ﺟﻬﺖ اﻓﺰاﯾﺶ ﻇﺮﻓﯿﺖ ﺑﺎرﺑﺮی ﺧﺎک، اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺎرﮔﺬاری ﺟﺎﻧﺒﯽ شمع ها، ﺟ� ﻮﮔﯿﺮی از ﻧﺸﺖ آب و ﻧﺸﺴﺖ در ﺳﺎزه ﺑﻪ ﮐﺎر می رود، در اﯾﻦ روش، اﺑﺘﺪا چاله هایی ﺑﻪ ﻓﻮاﺻﻞ ﻣﻌﯿﻦ ﺣﻔﺮ می ﮐنند، ﺳﭙﺲ درون چاله ها را ﺑﺎ دوﻏﺎب ﻫﻤﺮاه ﺑﺎ ﻓﺸﺎر و سرعت بالا ﭘﺮ می کنند.

در کشورهایی مانند چین با استفاده از روباره تولیدشده در منطقه، دوغاب تهیه و با فشار بالا به داخل گمانه تزریق می گردد که باعث ایجاد ستون های قوی می شود. با پر شدن فضای خالی یک لایه سخت میانی به وجود می آید و ناحیه ایزوله و محافظت شده ایجاد می شود که باعث کاهش نرخ فرونشست و حفظ زیرساخت های منطقه می شود. اﯾﻦ روش، ﭘﺮﻫﺰﯾﻨﻪ است و در ﻣﻮاﻗﻊ ﺧﺎص ﺑﻪ ﮐﺎر می رود و ﺑﻪ ﭼﻬﺎر دﺳﺘﻪ ﺗﺰرﯾﻖ ﺗﺮاﮐﻤﯽ در ﺧﺎک، ﺗﺰرﯾﻖ ﻧﻔﻮذی در ﺧﺎک، ﺗﺰرﯾﻖ ﺟﺖ در ﺧﺎک و ﺗﺰرﯾﻖ ﺷﮑﺴﺖ ﻫﯿﺪروﻟﯿﮑﯽ در ﺧﺎک ﺗﻘﺴﯿﻢ می شوند.

2. بهسازی خطوط انتقال گاز

در این روش، نگهداری و بررسی های دوره ای برای کنترل فرونشست و اندازه گیری آن پیشنهاد شده است. همچنین مقادیر آنالیز المان محدود نشان داده است که هنگام فرونشست لوله ها وارد تغییر شکل پلاستیک می شوند. اگرچه لوله ها کارایی خود را حفظ می کنند، اما بررسی دقیق تر تأثیر نگهداری های دوره ای و کنترل دوره ای تنش های وارده بر لوله بر کاهش تغییر شکل پلاستیک آن بر اثر فرونشست پیشنهاد شده است.

3. بهسازی فرونشست با انحراف مسیر آب

پکن کلان شهری است که با کمبود جدی منابع آب همراه است و سرانه منابع آبی 1.8 سرانه ملی چین است و دو سوم منابع آبی آن از آب های زیرزمینی تأمین می شود، به همین علت به خلاف سایر نقاط چین که فرونشست عمدتاً بر اثر استخراج معادن ایجاد شده است، برداشت منابع آب زیرزمینی از عمده دلایل فرونشست در پکن است که طی سال ها با یک روند افزایشی درحال توسعه بود، درنهایت با اجرای طرح انحراف آب از جنوب به شمال، میزان استخراج آب های زیرزمینی تغییر پیدا کرده باعث کاهش نرخ فرونشست شد.

4. استفاده از شمع برای بهسازی خطوط راه آهن

یکی از راه های کنترل فرونشست در خطوط راه آهن بریتانیا، ساخت یک راه انحرافی به طول 1.8کیلومتر بود که به روی شمع های بتنی ساخته شود. با توجه به نتایج مدل سازی، اثر پارامترها نیز بررسی شد. یکی از نتایج قابل توجه مدل سازی اثر منفی افزایش سطح آب زیرزمینی بر ناپایداری شرایط فعلی بود.

5. کاهش نشست پایه پل با تزریق مصالح مناسب (رزین)

براساس بررسی های صورت گرفته، مراحل و میزان نشست پایه های پل مشخص شد. جهت کنترل و علاج بخشی فرونشست در پایه های پل از طریق تزریق آب به آبخوان ها پیشنهاد هایی ارائه شده است.

6. مقاوم سازی خطوط لوله انتقال آب یا گاز در برابر فرونشست

برای کاهش اثر فرونشست بر لوله ها در جابه جایی افقی لوله های باریک، کافی است حداقل نصف بالای مسیر لوله ها پر نشود و اجازه حرکت کوتاهی را به لوله بدهد؛ اما در لوله های بزرگ انتقال آب یا گاز لازم است در چاله خط لوله، آب ریخته شود، زیرا آب باعث کاهش اصطکاک خاک و لوله خواهد شد. برای جلوگیری از آسیب رسیدن به لوله ها در اثر نشست زیاد در راستای قائم، باید لوله ها با مقداری فاصله از سطح (رواداری 2.5 الی 5 سانتی متر) اجرا شود.

7. بهسازی پی ساختمان ها در برابر فرونشست

فاخر و همکاران در سال 1400 برای حفاظت از ساختمان های موجود در مناطق دارای فرونشست و همچنین طراحی پی ساختمان های جدید روشی را مبتنی بر ریسک ارائه دادند. در نتایج این تحقیقات پیشنهاد شده است که در مناطق دارای فرونشست تا زمانی که آیین نامه ای برای طراحی پی در دسترس نیست باید فرونشست مجاز برمبنای بررسی محلی تعیین شود.

در طراحی و انتخاب پی در مناطق دارای فرونشست توصیه شده است که پی منفرد به کار نرود و برای ابعاد بیش از 20 متر از درز جدایی استفاده شود. همچنین در مناطق با احتمال شکاف از پی عمیق استفاده شود. به طور کلی در متغیرهای ژئوتکنیکی عدم قطعیت های مختلفی وجود دارد، اما مهم ترین متغیر نامطمئن در طراحی پی در مناطق دارای فرونشست، میزان مصرف آب زیرزمینی در یک منطقه و تغییرات تراز آب زیرزمینی در آینده است، به همین دلیل طراحی پی براساس ریسک توصیه شده است.

اداره کل بنیاد مسکن انقلاب اسلامی استان اصفهان در سال 1400 مطالعات موردی به روی نواحی با خطر بالای فرونشست در این استان انجام داده اند که در گزارش نهایی موارد زیر را برای طراحی و اجرای فونداسیون ساختمان به عنوان زیرسازه مهم ترین بخش ساختمان در مواجهه با پدیده فرونشست، ارائه داده اند.

با شناسایی حوزه های فرونشست و تهیه نقشه های پهنه بندی که به صورت دوره ای به روزرسانی می گردند، ترجیحاً این مناطق به عنوان پهنه های ممنوعه توسعه و ساخت اعلام گردد. حتی الامکان در طرح های توسعه شهری و ملی از احداث سازه های مهم و دارای اهمیت بالا در مناطق با احتمال فرونشست زیاد خودداری شود.

استفاده از سیستم های ساختمانی و با جزئیات اجرایی جهت سبک سازی سازه بیش از پیش مورد توجه قرار گیرد.

در مناطق با احتمال خطر بالای فرونشست و مشاهده سوابق این پدیده حتی الامکان از احداث ساختمان های سنگین و بلندمرتبه با تعداد طبقات زیاد اجتناب شود.

از به کارگیری پی های منفرد با شناژ پرهیز شود و از پی های نواری دوطرفه در کلیه مناطق به جز شهرها یا روستاهای با سابقه فرونشست که در آنها توصیه بر طراحی پی گسترده با صلبیت کافی می باشد، حداقل استفاده شود.

ضمن شناسایی خاک های مسئله دار ازجمله خاک های واگرا، رمبنده و حساس به آب شستگی، با اتخاذ تدابیر لازم از تشدید مخاطرات ژئوتکنیکی جلوگیری به عمل آید.

جهت افزایش صلبیت روسازی حتی الامکان از به کارگیری سیستم صرفاً قاب خمشی در اسکلت صرف نظر شود و از سیستم های ترکیبی و با دیوارهای باربر استفاده شود و تعداد ستون ها افزایش یابد.

در ساختمان های دارای طبقات زیرزمین حتی در صورت وجود یک طبقه مدفون، می توان جهت افزایش صلبیت سازه از دیوارهای حائل محیطی استفاده کرد.

درز انقطاع با فواصل مناسب جهت امکان جابه جایی هر یک از بخش های ساختمان های با پلان بزرگ تعبیه گردد.

8. استفاده از بتن یا مصالح متخلخل در پیاده روها و خیابان ها جهت هدایت آب های سطحی

به منظور هدایت نزولات جوی و جلوگیری از هدررفت و خروج آنها از منطقه، استفاده از مصالح با درصد تخلخل بالا مانند بتن های متخلخل یا آسفالت متخلخل در اجرای پیاده رو یا خیابان های شهری در کشورهای پیشرفته درحال گسترش است. به کمک این روش طبق شکل 3 می توان روان آب های سطحی و حتی فاضلاب های خاکستری را جمع آوری و در محل های موردنظر به لایه های زیرین خاک تزریق کرد.

9. استفاده از ژئوگرید در لایه بندی بستر و روسازی

به منظور جلوگیری از نشست در جاده ها، باند فرودگاه، خطوط راه آهن و پی های گسترده و سطحی از ژئوگریدها در لایه بندی بستر و روسازی راه ها و پی ها استفاده می شود.

10. استفاده از مصالح نوین مانند باکتری ها و رزین ها برای تزریق و استحکام بخشی بستر زیرساخت ها

فناوری های پیشرفته غیرتهاجمی و مقرون به صرفه هستند و بهره برداری کامل از جاده یا پل را می توان به کمک آن ها در طول پایدارسازی حفظ کرد. عملیات بهسازی را می توان در طول شب و در صورت نیاز بین ساعات شلوغی ترافیک انجام داد، همچنین وسایل نقلیه می توانند بلافاصله روی ناحیه اصلاح شده حرکت کنند. این روش تثبیت نیازی به حفاری ندارد و عملیات بهسازی را می توان در زمان کوتاهی انجام داد.

در آمریکا از این روش برای جبران نشست تا میزان 1.3 متر استفاده شده است. از تزریق رزین های ویژه می توان برای بهسازی و جبران نشست در خطوط راه آهن، شمع ها، زیرساخت فرودگاه ها، تراز کردن سریع دال ها، پایه پست های انتقال برق و غیره استفاده کرد، همچنین می توان لوله های زیرزمینی مدفون در زمین را که تحت تأثیر آسیب های ناشی از فرونشست قرار گرفته اند، بهسازی کرد.

MICP یک روش نوآورانه و امیدوارکننده برای بهبود زمین است که از فاز باکتریایی خاک برای رسوب کلسیم در محل استفاده می کند. فرایند هیدرولیز شامل هیدرولیز اوره در حضور آنزیم اوره است که از طریق باکتری های بومی تولیدکننده اوره موجود در خاک ترشح می شود.