تشکل اينترنتي سازمان مهندسی و عمران

1- مقدمه : شرح کلی موضوع طرح و دلایل آن

براساس بازدید به عمل آمده در مورخه 24 آبان ماه 91 از محدوده بزرگراه فتح رودخانه کن متأثر از شرایط مختلفی چون برداشت شدید مصالح از بستر پایین دست رودخانه، احداث پل راه آهن تهران- تبریز در پایین دست و افزایش دبی سیلابی رودخانه متناسب با انتخاب آن به عنوان کلکتور سیلاب شمال غرب و غرب شهر تهران و ساخت و سازهای افزایش یافته محلی، پایه های پل های تندرو و کندرو جنوبی دچار آبشستگی بسیار شدید 10 تا 12 متر شده بود و کندرو شمالی نیز در معرض آبشستگی قرار داشت. براین اساس و با توجه به اطلاعات زمان طرح و دوره طی شده بهره برداری عوامل فوق الاشاره مؤثر را با جزئیات دقیق تری بررسی می کنیم و اثر بخشی گزینه های دیگر زمان طرح را مورد ارزیابی قرار می دهیم.

2- بررسی نقش وضعيت بستر و حريم رودخانه به خصوص برداشت های پايين دست در تغييرات مشخصات جريان رودخانه

2-1- مقدمه

يکی از اصول اصلی در خصوص هدايت آبهای روزمينی، تبعيت از وضعيت طبيعی توپوگرافی مسير رودخانه است. بر اين اساس همواره سعی می شود در طراحی و ساخت سازه هايی که در حاشيه و يا در تقاطع با رودخانه ها ساخته می شوند اين مسئله موردتوجه قرار گيرد. در صورتی که مطابق مشخصات طرح نتوان اين اصل را رعايت نمود بايستی اثرات طرح بر روی رژیم جريان رودخانه به دقت مورد مطالعه قرار گرفته سازه های جانبی از جمله آب بند ، دراپ ، حوضچه آرامش ، کانال سرريز کناری و .... برای نرمال سازی جريان پيش بينی نمود.

2-2- تغييرات حادث شده در پايين دست رودخانه کن

با بررسی حريم رودخانه در محدوده 1000 متری بالادست تقاطع فتح - رودخانه کن تا پايين دست پل قديم راه آهن در تصاوير ماهواره ای سال 1378 (تصوير شماره 2-1) مشاهده می شود که هيچ گونه مانعی در مسير طبيعی رودخانه وجود نداشته جريان طبيعی اين رودخانه بخصوص در قسمت جنوبی که تقريباً بصورت مسير مستقيم است برقرار بوده است. در قسمت شمالی ديوارهای لازم برای جلوگيری از آب شستگی کناره ها پيش بينی و ساخته شده است.

                    تصوير شماره 2-1- رودخانه کن در محدوده 1000 متری بالادست تقاطع فتح - رودخانه کن تا                   پايين دست پل قديم راه آهن در تصاوير ماهواره ای سال 2000 ميلادی

در طول دو دهه گذشته به دليل مرغوب بودن مصالح بستر پايين دست رودخانه کن برداشت های زيادی از آن انجام    می شده است که اين امر علاوه بر کاهش رقوم ارتفاعی ، بستر رودخانه را دچار تغييراتی نموده است.

در حدود سالهای 81-80 با توجه به گزارشات مختلف مبنی بر آشفتگی جريان رودخانه کن از سوی شهرداری منطقه نسبت به طراحی و ساخت حوضچه آرامش جريان و ديوارهای هدايت کننده آب اقدام گرديد که از آن سال تاکنون اين پيش بينی ها به شکل قابل توجهی در آرام سازی و هدايت جريان کارکرد مناسبی داشته است.

در بازديد محلی انجام شده در مورخه 24 آبان ماه سال جاری مشاهده گرديد که برداشت مصالح در سالهای اخير گسترش پيدا کرده به طوری که اختلاف ارتفاعی در حدود 70 متر در طول فاصله پل راه آهن تا 2 کيلومتر پايين دست آن اتفاق افتاده است. اين امر در افزايش سرعت و انرژی جريان رودخانه نقش مهمی داشته است.  در تصوير شماره (2-2) وضعيت پايين دست رودخانه کن نمايش داده شده است.

تصوير شماره 2-2- برداشت مصالح در پايين دست رودخانه کن در دهه اخير

با توجه به حجم برداشت های پايين دست  لازم بوده که رژيم جريان رودخانه کن دوباره مطالعه شده و پيش بينی هايي در خصوص احداث دراپ ها و حوضچه های آرامش صورت می پذيرفت که متاسفانه انجام نشده است.

تصوير شماره 2-3- ايجاد دره با افتادگی شديد در پايين دست رودخانه به علت برداشت مصالح

3- مشخصات و روش اجرای پل تقاطع راه آهن- رودخانه کن

3-1- مشخصات کلی

پل تقاطع راه آهن تهران- تبریز در محل رودخانه کن یکی از ابنیه پروژه انتقال خط راه آهن تهران- تبریز به زير زمين است که این پروژه از مهرماه سال 1387 آغاز شده است.

پل تقاطع راه آهن تهران- تبریز در محل رودخانه کن در حدود 52 متر طول شامل سه دهانه 60/17 متری می باشد. کوله های اين پل از نوع کوله بسته و پایه های میانی آن از نوع شمع- ستون طراحی و اجرا شده است. سیستم عرشه تیر و دال بتنی انتخاب شده است.

ارتفاع آزاد عبور آب در زیر عرشه پس ازساخت در حدود 2 متر می شود. اين ارتفاع عبور به دليل پايين آوردن پروفيل مسير راه آهن برای زيرزمينی کردن آن در مناطق 17 و 18 شهر تهران حاصل شده  است.

اين پل در فاصله حدود 100 متری پل تقاطع اتوبان فتح- رودخانه کن در حال ساخت بوده است. در شکل های زیر تصاويری از اين پل آورده شده است.

تصوير شماره 3-1- تصوير ماهواره ای محل ساخت پل تقاطع راه آهن با رودخانه کن

تصوير شماره 3-2- پل جديدالاحداث تقاطع راه آهن - رودخانه

تصوير شماره 3-3- نمايي از پل جديدالاحداث تقاطع راه آهن - رودخانه

3-2- روش اجرای پل راه آهن

همان طور که در بخش 3-1 نیز بیان شد سیستم عرشه پل راه آهن به صورت تیر بتنی پیش ساخته و دال درجا ریز بتنی پیش بینی شده بود.

برنامه اجرایی این پل به صورت کل شامل مراحل زیر بوده است :

1.       انحراف آب جريان رودخانه به کناره های آن (پشت کوله ها)

2.       ساخت پایه های میانی و کوله ها

3.       نصب شاهتیرها و اجرای دال عرشه

4.       برگرداندن جريان رودخانه به مسیر طبيعی خود  (عبور از سه دهانه پل)

5.       انجام خاکریز پشت کوله ها و تکمیل عملیات اجرایی عرشه

3-3- مشکلات ایجاد شده در عبور طبيعی جریان رودخانه در اثر روش اجرا

براساس بازدیدهای صورت گرفته در مورخه 24 و 25 آبان ماه سال جاری مشاهده گردید که :

3-3-1- به نظر می رسد عمده عملیات اجرایی این پل در فصل کم بارش سال انجام شده، زمانی که دبی رودخانه در حداقل مقدار خود در طول سال بوده است. براین اساس پیش بینی درستی برای هدایت آب در نظر گرفته نشده است. آنچه در بازدیدهای محلی مشخص بود این است که کانال خاکی کناری کم عرضی که در طول ساخت سه دهانه میانی وظیفه هدایت آب را برعهده داشته به هیچ وجه در فصل پر بارش نه ظرفیت کافی برای عبور آب را داشته و نه نوع آن مناسب بوده است (اين کانال ها از نوع کانال خاکی بوده است).

3-3-2- بستن حدود 50 متر از میانه رودخانه برای اجرا سه دهانه اصلی اين پل انتخاب درستی برای اجرا نبوده است. با توجه به سابقه رودخانه کن بهتر بوده ساخت اين پل به صورت دهانه به دهانه و با حفظ حداکثر عرض ممکن از مسیر     طبيعی رودخانه انجام می شده است.

3-3-3- روش انتخاب شده در بند 3-1-1 زمانی به شکل صحیحی کارکرد می داشت که موارد زیر انجام می گرفت :

-        پیش بینی کانال بتنی برای هدایت آب

-        تخمین ابعاد کانال براساس سیلاب 100 ساله طرح رودخانه

-        پیش بینی حوضچه آرامش در انتهای کانال بتنی برای کنترل جریان

3-3-4- حوضچه آرامش موجود در میانه رودخانه کن در حین ساخت پل به دلیل هدایت آب به کناره ها از کارکرد خارج شده است. اين امر در آشفته شدن جريان در پايين دست و افزايش سرعت و انرژی جريان بسيار موثر می باشد.

3-3-5- برداشت های بی رويه مصالح بستر و حاشيه رودخانه در پايين دست پل بدون طرح ريزی اجرای حوضچه های آرامش و دراپ های لازم در فوق بحرانی شدن جريان رودخانه بسيار موثر بوده است.  

 تصوير شماره 3-5- کانال خاکی پيش بينی شده در پشت کوله برای هدايت رودخانه در طول ساخت 3 دهانه ميانی

تصوير شماره 3-6- خارج ماندن حوضچه آرامش موجود از جريان رودخانه در جنوب پل راه آهن در اثر روش اجرا

تصوير شماره 3-7- آب شستگی شديد به علت شدت و سرعت جريان

تصوير شماره 3-8- ايجاد آبشار با ارتفاع 4 متر بين کندروی و تندروی شمالی پل اتوبان فتح در اثر آب شستگی شديد بستر

تصوير شماره 3-9- شسته شدن در حدود 3 متر خاک روی فونداسيون سطحی و تا عمق 5 متر زير آن در نهايت موجب تخريب پايه های پل مسير تندرو فتح گرديد.

4- شدت و وسعت آبشستگی متأثر از شرایط فرو ریزش و جریان سیلابی در پایه های پل بزرگراه فتح

در زمان طراحی براساس مدل سازی 2 بعدی یا 3 بعدی عناصر سازه پل در حال حاضر و یا روابط تجربی و ریاضی در زمان طراحی پل های رودخانه کن متأثر از ریخت شناسی رودخانه، دبی طرح و دبی سیلابی و همچنین مصالح و دانه بندی بستر و زیر بستر رودخانه پیش بینی فیزیکی عمق آبشستگی میسر می شود لیکن براساس کلیه روش های فوق الاشاره تغییرات ریخت شناسی رودخانه در بازه زمانی بهره برداری چندان قابل پیش بینی و مدل سازی نیست. به عبارتی براساس روش های بسیار سخت گیرانه ای چون معادله ملویل تا معادلاتی با پاسخ عمدتاً پایین دست چون معادله مولیناس تخمین عمق آبشستگی 1 تا 2 متری پایه های پلی چون پل رودخانه کن هرگز به 10 متر نخواهد رسید.

شدت آبشستگی پایه های پل فتح چندان زیاد است که در هیچ طرحی به ذهن متبادر نمی شود به عبارتی در رژیم رودخانه چه از نظر تغییرات هد آب و چه از نظر سرعت و دبی جریان چندان تغییرات دارد که آبشستگی آن به حدود 10 تا 12 متر رسیده است.که در عکس شماره 3-7 مشاهده می شود.

نکته قابل تعمق ظرفیت کافی هیدرولیکی پل های احداث شده بوده است چرا که در این حداکثر دبی سیلاب رخ داده بنابر عکس ذیل پل کندرو شمالی که در موعد تصویر برداری هنوز دچار آبشستگی نشده است با عمل کردن کلیه دهانه طرح ارتفاعی بیش از 2 متر آزاد تا زیر عرشه دارد که خود مؤید کفایت هیدرولیکی طرح بوده است.

 5-مبانی و مکانیسم فرسایش و  بررسی وضعیت هیدرولوژیکی پل فتح روی رودخانه کن

5-1- موقعیت هیدرولوژیکی حوضه آبریز رودخانه کن

در حال حاضر براساس طرح های بالادستی حوضه های زهکشی سطحی کلان شهر تهران، زهکشی شهر تهران از طریق سه محدوده 1- حوضه های منتهی به کانال سیل برگردان غرب و رودخانه کن 2- حوضه های منتهی به کانال ابوذر و مسیل باروتکوبی 3- حوضه های شهری منتهی به زمین های زراعی جنوب شهر (محدوده صالح آباد) انجام می شود.

پلان کلی طرح جمع آوری و هدایت آب های سطحی شهر تهران به پیوست قابل مشاهد است.

حوضه کن دارای رژیم فصلی است. مساحت آن در محدوده کوهستان 3/210 کیلومتر مربع و در محدوده شهری (زیر حوضه های کن میانی و کن پایین) 9/72 کیلومتر مربع می باشد. رودخانه کن در محل جنوب غرب پارک ارم با اتصال کانال سیل برگردان غرب نقش بسیار مهمی در انتقال آب های محدوده های شمال غرب و غرب شهر تهران را دارد.

جدول 5-1- مشخصات فیزیوگرافی حوضه های زهکشی کلان شهر تهران

ادامه جدول 5-1- مشخصات فیزیوگرافی حوضه های زهکشی کلان شهر تهران

در جدول شماره 5-2 دوره های بازگشت 10 و 25 ساله و در جدول 5-3 برای دوره بازگشت 50 و 100 ساله آورده شده است.                                  

جدول 5-2

جدول 5-3

 جدول 5-4

همانطور که عنوان شد گسترش فضاهای شهر تهران باعث هدایت آب های سطحی به دو مسیر غربی (کانال سیل برگردان غرب) و شرقی (کانال های باختر، منوچهری و ابوذر) شده است که این وضعیت باعث تغییر محیط طبیعی و ایجاد حوضه های تلفیقی شده است. حوضه های تلفیقی تهران در شکل 5-6 نشان داده شده است و جدول 5-6 نیز گویای نقاط مشخص شده در حوضه های تلفیقی غرب تهران می باشد. جداول 5-7 و 5-8 گویای مجموع حداکثر آبدهی نقاط مشخص شده شرق و غرب با دوره های بازگشت 2 تا 100 ساله می باشد.

شکل 5-6

جدول 5-7

جدول 5-8

 5-6- جمع بندی مسائل هيدروليکی:

در حادثه پل کن با توجه به تجهیز کارگاه و احداث پل راه آهن در پایین دست پل های تندرو و کندرو جاده قدیم و همچنین برداشت بی رویه مصالح در پایین دست پل راه آهن متأسفانه باعث شد تا مجموعه ای از الگوهای فرسایشی مرکب (فرسایش موضعی و عمومی) فعال شوند و در مجموع باعث شسته شدن مصالح بستر در پل های بالا دست و خود پل راه آهن بشود. احداث پل راه آهن بدون توجه به تمهیدات لازم برای هدایت و انتقال جریان های سیلابی باعث کاهش مقطع جریان رودخانه و موجب افزایش سرعت جریان و به تبع آن افزایش قدرت انتقال رسوب رودخانه در مقطع تنگ شده و تشکیل چاله فرسایشی در مجاورت پایه پل های بالادست شد. به این شرایط برداشت بی رویه مصالح از بستر پایین دست را باید اضافه کرد که متأسفانه به نوبه خود منجر به کف کنی و گود افتادگی سرتاسری بستر شده بود و با توجه به این که رودخانه کن به عنوان مهمترین تخلیه گاه حوضه های تلفیقی غرب تهران دارای بالاترین آمار آبدهی سالیانه حوضه های آبریز کلان شهر تهران می باشد، مجموعه این عوامل دست به دست هم داد تا علاوه بر تخریب پل در دست احداث راه آهن که به صورت شمع ستون اجرا شده بود پل های بزرگراه فتح نیز که از بالادست آن قرار گرفته بودند دچار آبشستگی پایه ها شوند و از سطح سرویس خارج گردند. عکس هایی که در ادامه می آیند هر کدام به نوعی بیانگر عمق فرسایش در اطراف شمع های پل راه آهن و واژگون شدن تابلیه آن و همچنین عمق فرسایش در اطراف فونداسیون پل های بالا دست راه آهن می باشد.

عمق فرسایش در اطراف شمع های پل راه آهن و واژگون شدن تابلیه آن

عمق فرسایش در اطراف فونداسیون پل های بالا دست راه آهن

 6- ارزیابی برخی نظرات مقدماتی کارشناسی مطروح در خصوص حادثه

موارد مختلفی به صورت مقدماتی به نظر کارشناسان، مسئولین و صاحبنظران متبادر می شود که به صورت بدوی می توان صحت و زمینه های فنی، مهندسی آن را مورد ارزیابی قرارداد گزینه هایی چون لزوم نگهداری بستر رودخانه در زمان احداث یا بهره برداری، بکارگیری از سیستم پایه عمیق، اصلاح روش ساخت پل راه آهن و ... همه و همه قابل ارزیابی اثر بخشی هستند.

6-1- تأثیرات طراحی پل راه آهن بر موضوع

دهانه های پل در حال احداث راه آهن هر چند به لحاظ طولی متناسب با دهانه های پل بالادست بود لیکن از دو نظر قابل تعمق بودند اول بکارگیری از ارتفاع پروژه پایین که بنابه تصویر ذیل ارتفاع آزاد رواناب را بسیار کم کرده است.

از سوی دیگر عدم تناسب دهانه ها با دراپ و حوضچه آرامش پایین دست که خود می توانست در صورت بهره برداری عدم کارکرد یک دهانه پل جدید الاحداث و یا شروع آبشستگی جدید در دهانه عدم متناظر با حوضچه را در بر داشته باشد.

علیرغم عوامل متعدد مؤثر در رخداد حاضر شاید مهمترین عامل شروع موضوع عدم هدایت ایمن آب رودخانه در زمان احداث پل جدید راه آهن بوده است چرا که با توجه به اختلاف ارتفاع شدید در پایین دست خارج ساختن حوضچه آرامش و دراپ آن سیکل بهره برداری رودخانه عملاً موضوع تغییر رژیم رودخانه را بسیار حاد می نموده است و پدید آورنده شروع این آبشستگی شدید بوده است.

6-3- بکارگیری از فونداسیون عمیق

آنچه به ذهن بسیاری از کارشناسان طرح و مسئولین در برخورد اولیه ممکن است برسد امکان یا استفاده از فونداسیون های عمیق شمع در پل های بزرگراه فتح است به عبارتی سوال پدید آمده این است که آیا در صورت استفاده از گزینه فونداسیون روی شمع در این پل ها امکان پدید آمدن این حادثه (سقوط پایه های پل) وجود داشت.

اول آنکه این حادثه به دلیل عمده روش اجرایی پل راه آهن رخ داد و این موضوع از کسی پوشیده نیست چرا که پل های حاضر (روی بزرگراه فتح) علیرغم دیگر عوامل مؤثر در تمام این سال ها سیلاب های مختلفی را بدون گزارش حادثه از سر گذرانده است.

دوم اینکه به دلیل الزامات طرح دهانه های 10 متری پل ها عموماً روی فونداسیون های عمیق کار نمی شوند و اساساً عمق آبشستگی پایه ها و تراز استقرار آن ها بیش از 3 متر زیر کف بدوی رودخانه پیش بینی شده است. همچنین تراز یا خط آب در پایه های پل تندرو بیش از 4 متر با زیر عرشه فاصله داشته است.

سوم اینکه با شدت آبشستگی حاصله متأثر از اختلاف تراز شدید در پایین دست در صورت استفاده از شمع نیز به یقین این شمع ها توان ایستایی تا عمق 12 یا 15 متر آبشستگی را نداشته حادثه مشابهی رخ می داد.