سمی تاپ دان یک روش ترکیبی برای اجرای سازه‌های زیرزمینی و کنترل گودبرداری است. در این روش، بخشی از عملیات اجرای سازه با منطق تاپ دان و بخش دیگر عملیات با منطق روش پایین به بالا یا Bottom-Up انجام می‌شود. هدف روش Semi Top-Down، استفاده از مزایای هر دو روش (Top-Down و Bottom-Up) و ایجاد انعطاف بیشتر در توالی اجرای پروژه است.
در این روش ممکن است یک دال سازه‌ای پیش از پایان گودبرداری اجرا شود و بعد به‌عنوان تکیه‌گاه افقی دیوارهای گود عمل کند. با این حال، سمی تاپ دان یک توالی ثابت برای همه پروژه‌ها ندارد. نوع دال، زمان اجرای آن، نحوه مهاربندی و ترتیب گودبرداری باید بر اساس شرایط سازه و زمین پروژه تعیین شود. این مقاله به روش سمی تاپ دان می‌پردازد و نکاتی را خواهد گفت که قبل از انتخاب شیوه اجرای سازه باید بدانید.
سمی تاپ دان (Semi Top-Down) چیست؟
در روش سمی تاپ دان، گودبرداری و اجرای سازه زیرزمین به‌طور کامل از بالا به پایین انجام نمی‌شود. ابتدا بخشی از گود بدون اجرای دال در ترازهای بالایی حفاری می‌شود و پس از اجرای یک عضو سازه‌ای مانند دال، ادامه حفاری در زیر آن انجام می‌گیرد. به همین دلیل، این روش از نظر توالی اجرا ترکیبی از توالی عملیات در روش Top-Down و روش معمول Bottom-Up است.
برای نمونه، در مطالعه مربوط به ایستگاه متروی Jiashan Road در شانگهای چین، گودبرداری تا تراز دال میانی انجام شد، سپس دال میانی را اجرا کردند. بعد از انجام این مراحل حفاری در زیر دال تا تراز نهایی ادامه پیدا کرد. اما در پروژه‌های دیگر ممکن است سقف یا بخشی از دال بالایی زودتر اجرا شوند.
برای برخی از این الگوها از اصطلاح تاپ دان جزئی (Partial Top-Down) هم استفاده می‌شود. منظور از تاپ دان جزئی هم روشی است که در آن فقط بخشی از توالی اجرای تاپ دان، مانند اجرای سقف یا بخشی از دال، پیش از ادامه گودبرداری انجام می‌شود. این عضو می‌تواند بخشی از سیستم نگهداری گود هم باشد.
تفاوت سمی تاپ دان با تاپ دان کامل
در تاپ دان کامل، اجرای سازه و گودبرداری از ترازهای بالاتر به سمت پایین پیش می‌رود. دال‌های طبقات مختلف هم مرحله‌به‌مرحله اجرا می‌شوند و می‌توانند به‌عنوان مهارافقی سیستم نگهبان گود عمل کنند. به این ترتیب، اجرای سازه و گودبرداری هم‌زمان پیش می‌روند.
اما در سمی تاپ دان، فقط بخشی از این توالی به کار گرفته می‌شود. در این روش ممکن است ابتدا بخشی از گود به روش متعارف حفاری شود. سپس یک دال اجرا می‌شود و حفاری در زیر آن ادامه پیدا می‌کند. بنابراین، تفاوت اصلی این دو روش به تعداد سقف‌های اجراشده محدود نمی‌شود و به نحوه استفاده از توالی Top-Down بستگی دارد.
مقایسه تاپ دان کامل و نیمه
برای مقایسه تاپ دان کامل و نیمه باید به تفاوت توالی گودبرداری و اجرای سازه توجه کرد. در تاپ دان کامل، گودبرداری و اجرای سازه زیرزمین مرحله‌به‌مرحله از ترازهای بالاتر به سمت پایین پیش می‌رود. اما در سمی تاپ دان، بخشی از گودبرداری پیش از اجرای دال انجام می‌شود و ادامه حفاری پس از اجرای یک یا چند عضو سازه‌ای در زیر آن ادامه پیدا می‌کند. بنابراین، تفاوت اصلی این دو روش در نحوه ترکیب مراحل گودبرداری و اجرای سازه است. در جدول زیر می‌توانید مقایسه این دو روش را مشاهده کنید:
| ویژگی | تاپ دان کامل | سمی تاپ دان |
| توالی ساخت | اجرای سازه زیرزمین و گودبرداری هم‌زمان پیش می‌رود و مراحل ساخت از ترازهای بالاتر به سمت پایین ادامه پیدا می‌کند. | توالی Top-Down و Bottom-Up با هم ترکیب می‌شود.ابتدا بخشی از گودبرداری انجام می‌شود و سپس دال یا عضو سازه‌ای اجرا شده و حفاری در زیر آن ادامه پیدا می‌کند. |
| گودبرداری | گودبرداری به‌صورت مرحله‌ای و هم‌زمان با اجرای دال‌ها و سایر اجزای سازه زیرزمین انجام می‌شود. | بخشی از خاک پیش از اجرای سازه با دال مربوطه برداشته می‌شود و پس از اجرای دال، گودبرداری در ترازهای پایین‌تر ادامه پیدا می‌کند. |
| دال‌های سازه‌ای | دال‌های طبقات مختلف به‌صورت مرحله‌ای و هم‌زمان با پیشرفت گودبرداری اجرا می‌شوند. | یک یا چند دال، بسته به توالی طراحی‌شده پروژه، پیش از پایان گودبرداری اجرا می‌شوند و ادامه حفاری در زیر آن‌ها ادامه پیدا می‌کند. |
| نقش دال در گود | دال‌های اجراشده می‌توانند به‌عنوان مهارهای افقی عمل کنند. در این صورت تغییر شکل دیوارهای نگهبان محدود می‌شود. | دال اجراشده پیش از پایان گودبرداری می‌تواند به‌عنوان مهاربند افقی عمل کند. بنابراین بخشی از پایداری جانبی گود را تامین می‌کند. |
| فضای کار | با پیشرفت ساخت، بخش بیشتری از عملیات در زیر دال‌ها انجام می‌شود و دسترسی به فضای حفاری محدودتر می‌شود. | بخشی از گود در مراحل اولیه بدون پوشش دال باقی می‌ماند و فضای بازتری برای عملیات اولیه فراهم می‌کند؛ اما حفاری زیر دال همچنان محدودیت دسترسی دارد. |
| ترتیب اجرای پروژه | توالی اجرا عمدتا از بالا به پایین است و دال‌ها در مراحل مختلف به‌عنوان بخشی از سیستم سازه‌ای و نگهبان گود عمل می‌کنند. | توالی اجرا ترکیبی است و می‌توان بخشی از عملیات را با منطق Bottom-Up و بخش دیگری را با منطق Top-Down انجام داد. |
| سیستم نگهبان موقت | دال‌های دائمی می‌توانند به‌عنوان تکیه‌گاه گود استفاده شوند و در برخی مراحل نیاز به مهارهای موقت را کاهش دهند. | دال‌های دائمی می‌توانند بخشی از سیستم نگهبان گود باشند، اما بسته به مرحله اجرا ممکن است به مهارهای موقت هم نیاز باشد. |
در نتیجه، سمی تاپ دان را نمی‌توان فقط «تاپ دان با تعداد سقف کمتر» دانست. این روش یک توالی ترکیبی است و شکل اجرای آن به ابعاد گود پروژه، شرایط زمین و سیستم نگهداری گود بستگی دارد.
مراحل اجرای روش سمی تاپ دان
در روش سمی تاپ دان، اجرای پروژه با ترکیبی از گودبرداری و اجرای سازه انجام می‌شود. ابتدا سیستم نگهداری گود و اجزای باربر مورد نیاز برای اجرای سازه را آماده می‌کنند. سپس گودبرداری تا تراز مشخصی پیش می‌رود. پس از رسیدن گودبرداری به تراز مورد نظر، یک دال سازه‌ای اجرا می‌شود که در ادامه می‌تواند به‌عنوان تکیه‌گاه افقی دیوارهای گود عمل کند.
بعد از رسیدن دال به شرایط لازم برای تحمل بار، گودبرداری در زیر آن ادامه پیدا می‌کند. به این ترتیب، بخشی از عملیات با منطق Bottom-Up و بخش دیگری با منطق Top-Down انجام می‌شود. در مرحله بعد، خاک زیر دال به‌صورت مرحله‌ای و کنترل‌شده برداشت می‌شود. بسته به طرح پروژه، این عملیات به چند زون یا مرحله تقسیم می‌شود تا تغییر شکل دیواره‌ها و اثرات گودبرداری بهتر کنترل شوند.
هم‌زمان باید مسیر ورود تجهیزات، خروج خاک و دسترسی به جبهه‌های کاری هم از طریق بازشوها، رمپ یا مسیرهای پیش‌بینی‌شده تامین شود. با رسیدن گودبرداری به ترازهای پایین‌تر، دال کف و سایر اجزای سازه زیرزمین اجرا می‌شوند. در سمی تاپ دان، علاوه‌بر ترتیب گودبرداری، زمان اجرای اعضای سازه‌ای، ظرفیت آن‌ها در هر مرحله و نحوه دسترسی و خروج مصالح هم اهمیت دارند.
اجرای بخشی از سقف‌ها هم‌زمان با گودبرداری
یکی از ویژگی‌های سمی تاپ دان، اجرای زودهنگام بخشی از سازه است. این بخش می‌تواند سقف، دال میانی یا قسمت مشخصی از یک دال باشد. دالی که قرار است در زمان گودبرداری نقش تکیه‌گاه داشته باشد، باید برای بارها و نیروهای واردشده در همان مرحله طراحی و کنترل شده باشد. در این حالت، دال می‌تواند بخشی از سیستم نگهبان گود را تشکیل دهد و نیاز به برخی مهارهای موقت را کاهش دهد.
در چنین شرایطی، بازشوهای موجود در دال هم اهمیت دارند. این بازشوها می‌توانند برای ورود تجهیزات، جابه‌جایی مصالح و خروج خاک مورد استفاده قرار گیرند. بنابراین محل و ابعاد آن‌ها باید از ابتدا با روش گودبرداری، تجهیزات کارگاه و مسیر انتقال خاک هماهنگ شود.
تکمیل باقی سازه به روش سنتی پس از پایان گودبرداری
در یکی از الگوهای اجرای سمی تاپ دان، پس از اجرای دال میانی، حفاری زیر آن تا تراز نهایی ادامه پیدا می‌کند. پس از رسیدن به کف گود، فونداسیون و سایر اجزای باقی‌مانده سازه اجرا می‌شوند. در این حالت، بخش بالایی از مزایای Top-Down استفاده می‌کند و بخش پایین با منطق Bottom-Up پیش می‌رود.
البته این توالی برای همه پروژه‌ها ثابت نیست. در برخی پروژه‌ها، Top-Down و Bottom-Up در نواحی مختلف یا مراحل متفاوت با یکدیگر ترکیب می‌شوند. بنابراین، روش اجرایی باید بر اساس طرح سازه، شرایط ژئوتکنیکی، زمان‌بندی پروژه، ساختار شکست مالی پروژه، سیستم نگهبان گودو محدودیت‌های کارگاه تعیین شود.
مزایای سمی تاپ دان نسبت به تاپ دان کامل
یکی از مزایای بالقوه سمی تاپ دان، انعطاف بیشتر در برنامه‌ریزی عملیات اجرایی است. در این روش لازم نیست تمام مراحل زیرزمین با توالی کامل Top-Down پیش برود. بلکه می‌توان بخش‌هایی از پروژه را با روش معمول (پایین به بالا) و بخش دیگری را با منطق Top-Down اجرا کرد.
مزیت دیگر، امکان استفاده از دال دائمی به‌عنوان بخشی از سیستم نگهبان گود است. در صورت طراحی مناسب، دال باعث کنترل بهتر تغییر شکل دیوارهای گود می‌شود و نیاز به برخی مهاربندی‌های موقت را کاهش می‌دهد. با این حال، میزان صرفه‌جویی در زمان، هزینه یا تجهیزات به شرایط هر پروژه وابسته است.
محدودیت‌های روش سمی تاپ دان
سمی تاپ دان به هماهنگی دقیق میان طراحی سازه و عملیات اجرایی نیاز دارد. همچنین زمان اجرای دال و نحوه انتقال بار آن باید با مراحل حفاری هماهنگ باشد. به‌علاوه هر تغییر در توالی اجرا می‌تواند رفتار سیستم نگهداری گود و نیروهای وارد بر اعضای سازه‌ای را تغییر دهد.
اجرای حفاری زیر دال دسترسی ماشین‌آلات را محدود می‌کند. به همین دلیل، مسیر ورود تجهیزات، خروج خاک و محل بازشوها باید از ابتدا مشخص شود. همچنین دالی که در مرحله ساخت نقش تکیه‌گاه دیوار گود را دارد، باید برای بارها و شرایط همان مرحله به‌صورت جداگانه بررسی و طراحی شود.
سمی تاپ دان در چه پروژه‌هایی کاربرد دارد؟
سمی تاپ دان بیشتر در پروژه‌هایی قابل بررسی است که اجرای کامل Top-Down یا Bottom-Up با محدودیت‌هایی روبه‌رو باشد. پروژه‌های زیرزمینی در مناطق شهری متراکم، ایستگاه‌های مترو و برخی گودهای عمیق در مجاورت ساختمان‌ها از جمله نمونه‌هایی هستند که این روش در آن‌ها مورد مطالعه قرار گرفته است. اما برای اجرای این روش ابعاد بزرگ زمین نسبت به عمق گودبرداری از مهم‌ترین شرایط است.
برای نمونه، در ایستگاه متروی شانگهای از سمی تاپ دان در محیط شهری و خاک نرم استفاده شد. در پروژه متروی سنگاپور هم Partial Top-Down برای گودبرداری حدود ۲۰ متر به کار رفت. بنابراین انتخاب این روش باید بر اساس ابعاد زمین پروژه، عمق گود، شرایط خاک، سازه‌های مجاور، سیستم نگهبان،دسترسی کارگاه و روش خروج خاک انجام شود.
جمع‌بندی: تاپ دان کامل یا نیمه؟
سمی تاپ دان یک راهکار میانی بین اجرای کامل Top-Down و روش معمول Bottom-Up است. در این روش، توالی اجرای گود و سازه می‌تواند متناسب با شرایط پروژه تغییر کند. اجرای زودهنگام یک دال یا بخش دیگری از سازه هم می‌تواند به کنترل تغییر شکل گود و ادامه عملیات کمک کند.
انتخاب این روش به یک عامل محدود نمی‌شود. عمق، ابعاد و شکل گود، شرایط خاک، سیستم نگهبان، فضای کارگاه و نحوه اجرای سازه زیرزمین باید هم‌زمان بررسی شوند. بنابراین، سمی تاپ دان زمانی قابل استفاده است که این توالی ترکیبی با نیازهای مالی، فنی و اجرایی پروژه هماهنگ باشد.
منابع:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0886779815300560