האתגרים של בניית רכבת מהירה גבוהה באזורים פעילים מבחינה סיסמית

דחיפה העולמית עבור רשתות רכבת מהירות גבוהה מבטיחה תחבורה מהירה יותר, ירוקה יותר, אבל בניית המערכות הללו באזורים פעילים מבחינה סיסמית מציגה מערכת של הנדסה, גיאולוגית, תפעולית של רעידות אדמה לא רק לנער את הקרקע; הם יכולים לגרום לטרפוחיות אשמה, אפילו לקרנות הנדסה, מפולות אדמה ראשוניות וצונאמינים, שכל אחת מהן מציבה איום ישיר על השלמות והבטיחות של תחנת רכבת מתקדמת, היא עדיין, לאחר שעדיין פועלת באופן משמעותי.

הבנת סיכונים סיסמית ב High-Speed Rail Corridors

הסיכון הסיסמית הוא תוצר של סיכון (ההסתברות של רעד קרקע) ופגיעות (רגישות של תשתיות לנזק) עבור מסילות מהירות גבוהה, הנתחים גבוהים במיוחד כי רכבות נוסעים במהירויות לעזוב זמן קצר לפעולה מתקן.

(FLT:0Ground Shaking and VibrationFirLT:1) – הגורם העיקרי לנזק מבני, המשפיע על מסלולים, גשרים, מנהרות ומערכות קטנריות מעל הראש.העוצמה והתדירות של רעידות קובעים אם מבנה נשאר גמיש או נכנע.
(FLT:0)Fault Displacementmentmentment: 1 - כאשר היערכות רכבת חוצה פגם פעיל, אפילו כמה סנטימטרים של פיגור מאוחר או אנכי עלולים לקלקל רכבת או לשבור גשר.
(ב) ,0) , Soil LiquefactionFLT:1 - פוד, אדמה רוויה במים יכול לאבד כוח במהלך רעד, מתנהג כמו נוזל.זה מוביל להתנחלות הבסיסית, הטיה של מבנים, ועקוב אחר אי-הצדקה.
(FLT:0) מפולות ו- Debris FlowsFirLT:1) - שטח הררי נפוץ באזורים פעילים מבחינה סיסמית (למשל, האלפים, האנדים, יפן) יכולים להפוך לא יציבים, לקבור מסלולים או מנהרות מזיקות.
(FLT:0)Tsunami InundationFLT:1) - קווי מהירות החוף נמצאים בסיכון מגלי רעידת אדמה מקודמות. רעידת האדמה Tōhoku 2011 הראו כיצד גלי צונאמי יכולים להציף אפילו תשתיות מעוצבות היטב.

ממיפוי הסיכונים הללו בקנה מידה אזורי הוא הצעד הראשון בתכנון נתיב. Agencies כגון FLT:0.U.S. Geological Survey (USGS) ⁇ FLT:1 לספק מפות סיכון פשיסטיות פרוטביליסטיות המודיעות קודים ועיצוב קריטריונים.עם זאת, חקירות ספציפיות לאתר חיוניות לכל קמטר של מסדרון מהיר, באמצעות טכניקות גיאו-פיזיות כגון סקרים, וגילוי פגמים מוסתרים ושכבות.

Geotechnical ו- Foundation Engineering Challenges

הממשק בין מבנה הרכבת לבין הקרקע הוא שבו בעיות סיסמיות רבות מתחילות.רכבת מהירה דורש סובלנות הדוקה מאוד: סטיית היערכות של רק כמה מ"מ יכול לגרום לבעיות איכות חמורות או סיכונים בטיחות. עיצוב יסודות שמירה על סובלנות אלה תחת עומס דינמי הוא אתגר הליבה.

Soil Liquefaction Mitigation

Liquefaction מתרחשת כאשר השקיה המחזורית מדגישה רעידת אדמה מגבירה את לחץ המים בחולות ובחללים רופפת, צמצום הלחץ האפקטיבי לכמעט אפס.הקרקע מתנהגת כנוזל צפוף.כדי למנוע זאת, מהנדסים משתמשים במספר טכניקות לשיפור הקרקע:

(ב) ב[[1924]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]
(ב) [ה]:0] טורים של חץ (ב"ה) [התקנה הסגולה של עמודות קברים, שמשתנות את הקרקע הסובבת ומספקים נתיבי ניקוז ללחץ גורף.
(ב) ,0) ,התזרקות של גרגר נמוך תחת לחץ גבוה כדי לפסול ולגוון קרקעות רפות.
(ב) ,0) ד"ר דרינר (PFLT) 1 - טיהור אנכי כדי לאפשר לחץ פועם להתפוגג במהירות במהלך רעד.

בעיצוב של הסיומת Hokuriku Shinkansen ביפן, למשל, נדרש שיפור קרקעי נרחב כי המסלול עבר מישורים שלמים עם פיקדונות עבים, רופפת.אזורי הטיפול הורחבו למעמקים של מעל 20 מטרים, תוך שילוב של ערבוב עמוק וערימות קומפקטיות חול.

Bridge and Viaduct Foundations

מסילות במהירות גבוהה מסתמכות לעתים קרובות על התעלות באמצעות מחנכים כדי להימנע ממעברים ציונים וכדי לשמור על גיאומטריה על פני שטח בלתי אחיד.היסודות של מבנים אלה חייב לעמוד הן על עומסי הכבידה האנכיים והן על הכוחות הלא-מאחראיים מ רעידת אדמה.

הנדסה מבנית עבור חוסן סיסמי

מבנה העל של רכבת מהירה חייב להיות גמיש מספיק כדי לספוג אנרגיה סיסמית ללא התנגשות, אך נוקשה מספיק כדי למנוע עיוותים מופרזים שעלולים להשפיע על פעולת הרכבת.זה דורש הפסקת מסחר זהירה.

⁇ ו-Demping Systems

בידוד הבסיס משמש נרחב למבנים קריטיים במסילות מהירות גבוהה. Bearings עשויים מגומי רבודה ומוביל, או מערכות חיכוך-pendulum, ממוקמים בין מבנה העל והבסיס שלו.הם להאריך את התקופה הטבעית של המבנה, להעביר אותו הרחק מן התדרים הדומיננטיים של רעידות אדמה.זה מפחית את הכוחות המועברים דרך קינקנסן של יפן, למשל, משלבים בידוד כזה, לעתים קרובות עם נוזל או נוזל מחוסם.

עיצוב של Track and Overhead Catenary Systems

המסלול עצמו - המעקה, המזרזים, הסנדנים, הכדורים או הסגלגל - חייב להיות מסוגל להכיל עקירות קטנות, חולפות ללא אובדן מד או גרימת של חסימה (בסיס חתר) הוא בדרך כלל מועדף עבור קווי מהירות גבוהה כי הוא מספק גיאומטריה גבוהה, אבל זה יותר נוקשה מאשר מסלול פטיים:0; אזורי transtranstrasolationFuras, שבו תמיכה חוטים ולהפחית את כוח המשיכה, אפילו ניגודיות עם ניגודיות עם ניגודיות חלש יותר מאשר קומפקטיות קומפקטיות עם ניגודיות.

מנהרה ועיצוב מבנה תת-קרקעי

כאשר קווים מהירים צריכים לעבור דרך הרים או מתחת לערים, מנהרות ותחנות תת-קרקעיות יש לתכנן הן לעקירה דינמית והן לעקירת קרקע קבועה (למשל, תקלות) רעידת האדמה של קובי 1995 פגעה קשות בתחנת הרכבת דאקאי עקב עיוותים גדולים של פיגורים (השיעורים) מן האירוע הזה הובילו לשימוש ב-FLT:0ductilesLTF1 עם יחס גבוה, גמיש, בין חלקי מנהרה, אשר לא ניתן ליצור "מפרקים" (או" (או"לפרקים) טוב יותר) של מנהרות) של מנהרות קטנות יותר, אשר הובילו לשימוש במנהרה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, לא פחות טוב יותר, כלומר, כלומר, כלומר, לא פחות טוב יותר, כדי לבצע מנהרה קטנה יותר, בין מספר ⁇ ) עם מנהרות, בין מספר ⁇ (או ממין) של מנהרות קטנות יותר, כלומר, כלומר, בין מנהרות, לא ניתן לבצע, בין מנהרות קטנות יותר, בין מנהרות קטנות יותר, לא פחות טוב יותר, לא פחות טוב יותר, כדי לבצע, לא פחות טוב יותר, בין מספר ⁇ , כדי לבצע ⁇ ) של מנהרות, כדי לבצע את החלק הקטן, כדי לבצע את החלק הקטן, כדי

אסטרטגיות מעבר ל-Fault Crossing

אולי לא מאתגר יותר מאשר לנסח קו מהיר גבוה על פני תקלה פעילה.הסן אנדראס פונו, ה-North ⁇ n Fault, ה-אלפים, ופגמים רבים בדחף ביפן ובאינדונזיה קיימים כל נתיבי קרע אפשריים.

(ב) [ה]:0] מניעת התרחקות [ה]: היכן שניתן, ההיערכות עוברת כדי להימנע מפגמים פעילים ידועים.
(FLT:0) מבנהי הקרבה 1 (מעבר לאסון), מהנדסים עשויים לעצב פלח פשוט וזול (למשל גשר באורך יחיד) שניתן להחליף בקלות לאחר קרע.שאר הקו נועד לשרוד את האירוע, אך המעבר עצמו צפוי להיות ניזוק במידה רבה.
(ב) ⁇ :0 (ה) ⁇ (ה) ⁇ (ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0) Fault-Tolerant DesignFLT: (ב) – שימוש במרכיבים שיכולים לסבול עיוותים גדולים, כגון מפרקים מזחלים במסקה, סיפון גשר טלסקופים, וקבצים מיוחדים של pantograph שיכולים לעקוב אחר חוט עוברי ראש.

פרויקט הרכבת המהיר של קליפורניה, אשר חייב לחצות את סן אנדראס פאו ליד טט'ון Pass, חקר בבניית מנהרה עם תא "Fault-offset": חלק רחב יותר של המנהרה היישר עם פלחי פלדה מלוטשים שיכולים להכיל מדפים מאוחרים יותר של כמה מטרים. גישה זו, אם כי יקר, עשוי להיות הכרחי כדי לשמור על רכבת רציפה דרך מסדרון פעיל סיסמי.

מערכות מעקב בזמן אמת ואזהרות מוקדמות

מניעה לבדה אינה מספיקה; מפעילי צריכה לדעת מתי התרחשה רעידת אדמה ונקיטת פעולה מיידית של רשתות מהירות מודרנית לפרוס מערךים צפופים של סממטרים ומד תאוצה לאורך המסדרון.כאשר הקרקע רועדת מעל סף, רצף גירוד אוטומטי הוא יזם.

(FLT:0)Wave Detection Detection: 1 (הגל הסיסטמי הקדום והמהיר ביותר (P-wave) מזוהה על ידי רשת של חיישני חוף או יבשתיים. כי גלי S-S מזיקים וגלי פני השטח נעים לאט יותר, יש חלון - לעתים קרובות עשרות שניות - כדי להטיל התראה לפני שדרדר חזק מגיע לקו הרכבת.
(FLT:0)-Board ו- Wayside ActuationofLT:1) - האזהרה מועברת באמצעות רדיו או קו קרקע למרכז בקרת הרכבת, אשר לאחר מכן שולחת צו עצירה לכל הרכבות באזור הנגוע.

מערכת האזהרה הקדומה של יפן (EEWS) היא מערכת ההזה המתקדמת ביותר בעולם.זה משתמש מעל 300 סממטרים לאורך טוקאידו, סןיו, וקווי טוהוקו שינקנסן (Tohoku Shinkansen) במהלך רעידת האדמה של טוּהוֹווֹווֹ, המערכת זיהתה את ה- P-GPS בתוך 3 שניות של הקרע הראשוני וגרמה לכל הרכבות לפני הגעתה של רעשים החזקים ביותר.

ניטור בריאותי (SHM)

מעבר לאזהרה מוקדמת, מערכות SHM נוקשות משתמשות בכבלים סיבים אופטיים, מד תאוצה, ומדני זנים משובצים גשרים, מנהרות, ועוקבות אחר סלאבים.חיישנים אלה מודדים תגובה רטט, עקירה וזנים. על ידי השוואת נתונים בזמן אמת למודלים בסיס, צוותי תחזוקה יכולים לזהות סדקים עייפות, סדקים רופפת, או בסיס טוב לפני שהם הופכים קריטיים ברשת המהירות הגבוהה של סין, אשר חוצה כמה קילומטרים של אזור סיבירי אדמה (S) לאחר שטח של LTNERNERNERNERNER (R) קרוב ל-FENFENFENFENFENFEN) קרוב לאזורים (R) LTINE) לאחר שטח.

מחקרים בSismic High-Speed Rail

ניסיון מרחבי העולם מספק שיעורים חשובים לפרויקטים עתידיים.כאן נבדקו שלושה מחקרים בולטים:

יפן: רשת Shinkansen

יפן היא ההיסטוריה הארוכה ביותר של הפעלת רכבת מהירה במהירות גבוהה בסביבה פעילה מאוד מבחינה סיסמית'ס שינקנסן החל שירות בשנת 1964, ומאז הרשת כבר שודרגה לעמוד בעוצמה של 8.0 רעידות אדמה וגדולה יותר.

בידוד סיסמית נושא על רוב הדרכונים.
אזהרה מוקדמת ושפל אוטומטי מאז שנות ה-90.
שיפור קרקעי מזעזע באזורי ליקפצ'ר.
פרוטוקולים קבועים ובדיקות בדיקה לאחר אירוע משמעותי.

רעידת האדמה של טווהווקו 2011 (M9.0) בדקה את המערכת באופן חמור, בעוד שחלק מהתשתית (הקווים הקדמיים, הפלטפורמות) סבלו מזעזוע הקרקע וצונאמי שלאחר מכן, הרכבות עצמן נותרו זקוף ונפצעו נוסעים היו אפסים.הרשת שוחזרה בשלבים במשך מספר שבועות, עם שיעורים המשולבים לסטנדרטים חדשים של בנייה.

קליפורניה: פרויקט הרכבת המהיר המהיר של קליפורניה

מתוכנן להתחבר לסן פרנסיסקו, לוס אנג'לס, ואנהיים, מערכת הרכבת המהירה של קליפורניה (CAHSR) חייבת לחצות את סן אנדריאס ופגמים גדולים אחרים.הפרויקט נתקל באתגרים גיאולוגיים שהגבירו משמעותית את העלויות.

לעבור דרך ה- Pacheco כדי להימנע מכמה ממורכבות הפגמים החמורים ביותר.
תכנון מנהרה באורך 1.5 מייל מתחת להרי Tehachapi אשר משלב תא של פגם מסוגל לצבור עד 10 מטרים של תנועה מאוחרת.
שימוש בפלדה קונקרטית והשכלה גבוהה כדי לשפר את הביצועים הסיסמיתים.

הפרויקט ממשיך להתפתח, עם ה-FLT:0 (California High-Speed Rail Authority) 1 מפרסם דוחות סביבתיים והנדסה מפורטים המתארים אמצעי משיכה סיסמית.

סין: מסילת הרכבת סיצ'ואן-טיבת (Conventional and High- SegSpeedments)

למרות שרשת המהירות הגבוהה של סין נמצאת בעיקר במישורים המזרחיים, המסדרון של צ'נגדו-לאסה (חלק מרכבת סיצ'ואן-טיבת) חוצה את אחד האזורים הפעילים ביותר מבחינה סיסמית על פני כדור הארץ – אזור ההתנגשות בין הלוחות ההודיות והאירו-אירו-אסייתיים. קו זה חייב לחצות משקעים עמוקים, מדרונות תלולים, ופגמים פעילים רבים.

מוכנות וחירום

גם עם ההנדסה הטובה ביותר, אין מבנה שיכול להיות לחלוטין עמיד בפני רעידת אדמה.לכן, פרוטוקולים תפעוליים חשובים כמו מפעילי רכבת מהירה באזורים סיסמית יש בדרך כלל:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0)Post-event Inspection: 1) לאחר רעידת אדמה משמעותית, כל הרכבות הופסקות עד בדיקה ידנית או אוטומטית של המסלול והמבנים הושלמו.
(FLT:0Gradual Service RecoveryFLT:1) - רכבות לרוץ בתחילה במהירויות מופחתות (למשל, 30-50 קמ"ש) על חלקים נבדקים כדי לאפשר אימות סופי של גיאומטריה המסלול והיערכות חוטית מעל פני השטח.
(במנהרות, קווי פינוי עם תאורה חירום, חתימות ומערכות תקשורת הם חובה.חלק מנהרות כוללים תחנות חירום עם מזון, מים וציוד רפואי.

תרגילים קבועים מעורבים צוותי רכבת, צוות מרכז בקרה ושירותי חירום מתקיימים.לדוגמה, על שינקנסן ביפן, נוסעים מאומנים להישאר יושבים במהלך יישום בלם ולעקוב אחר הוראות צוות.שילוב הטכנולוגיה והאימון האנושי משפר באופן משמעותי את התוצאה הכוללת של בטיחות.

כיוונים עתידיים והתקדמות טכנולוגית

המחקר והפיתוח ממשיכים לדחוף את הגבולות של מה שניתן במסילות מהירות גבוהה סיסמית'.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0) מערכות בקרה מתקדמות (FLT:1) – השעיה לרכבת אקטיבית שיכולה להסתגל בזמן אמת כדי לעקוב אחר אי סדירות שנגרמו על ידי תנועה קרקעית, המאפשרת לרכבות לשמור על מהירויות גבוהות יותר גם במהלך ההריסות.
(FLT:0)Machine Learning for Risk Assessment AssessmentFLT:1 - מודל בינה מלאכותית המנתח נתונים של גלפורים סיסמיים לחיזוי תשתיות נזק פוטנציאלי בזמן אמת, המאפשר החלטות תפעוליות נוספות מאשר אזעקה פשוטה של סף.
(ב) ניתן לפרוס רשתות חיישן ללא תשלום ואינטרנט של הדברים (IoT) 1 - מדמטרים זולים של MEMS ניתן לפרוס בצפיפות לאורך מסדרון, מתן נתונים ברזולוציה גבוהה עבור הן אזהרה מוקדמת והן לאחר הערכה של נזק לאחר event.FLT:2Studies הראו את הכדאיות של רשתות צפופות כאלה LTF3 עבור ניטור מהיר תשתיות.

בנוסף, שיתוף פעולה בינלאומי, כגון האיחוד הבינלאומי של רכבות (UIC) קבוצות עבודה על עיצוב סיסמי, מבטיח כי שיטות הטובות ביותר משותפות על הגבולות.האתגרים של בניית רכבת מהירה גבוהה באזורים סיסמיים הם עצומים, אבל כל פרויקט חדש היתרונות של החוויה המצטברת של אלה שבאו לפני כן.

מסקנה

בנייתה והפעלה של מסילות במהירות גבוהה באזורים פעילים מבחינה סיסמית היא אחת הניסיונות ההנדסיים התובעניים ביותר של זמננו.זה דורש גישה משולבת שמתחילה בחקירה גיאוטכנית מפורטת, ממשיכה באמצעות עיצוב מבני חדשני (כולל בידוד סיסמי, פרטים דוקטריליים, ואסטרטגיות מעבר לאסון), והיא נמשכת על ידי ניטור בזמן אמתי חירום חירום וחירום חזק.