در تاسیسات زیرزمینی تعیین عمق مناسب دفن لولهها از اهمیت بالایی برخوردار است. عمق دفن باید به اندازهای باشد که لولهها را در برابر آسیبهای مکانیکی، بار ترافیکی، یخزدگی و سایر عوامل محیطی محافظت کند. استانداردهای مختلف ملی و بینالمللی (ایران – ISIRI/IGS، آمریکا – ASTM/AWWA، اروپا – EN) حداقلهایی برای عمق دفن انواع لولهها تعیین کردهاند. در این مقاله، عمق استاندارد دفن انواع لولهها (آب، فاضلاب، گاز، برق و مخابرات) و عوامل موثر بر آن را بررسی میکنیم. همچنین راهنمای عملی برای تعیین عمق بهینه دفن هر نوع لوله بر اساس شرایط خاک و اقلیم ارائه شده و اصول مهندسی و نکات اجرایی مربوط به این موضوع بیان میگردد.
عوامل موثر بر عمق دفن لولهها
تعیین عمق مناسب دفن هر لوله وابسته به چند عامل کلیدی است:
- شرایط خاک: نوع خاک و مقاومت آن (مثلا خاک نرم یا متراکم، سنگی یا ماسهای) بر توانایی تحمل بار لوله و حفاظت از آن تاثیر دارد. خاکهای سست یا مرطوب ممکن است نشست کرده و نیاز به عمق دفن بیشتر یا بستر سازی ویژه داشته باشند. طبق استاندارد نصب لولههای ترموپلاستیک (ASTM D2321)، بستر و مصالح اطراف لوله نقش مهمی دارند و حداقل عمق دفن بر اساس کلاس خاک تعیین میشود. برای مثال، در خاک با مصالح دانهای پایدار (طبقهبندی Class I)، حداقل پوشش خاک بالای لوله 24 اینچ (حدود 60 سانتیمتر) یا برابر قطر لوله (هرکدام بیشتر باشد) توصیه شده، در حالی که برای خاکهای ضعیفتر Class II تا IV این مقدار 36 اینچ (حدود 90 سانتیمتر) یا قطر لوله (هر کدام بیشتر) در نظر گرفته میشود. این اعداد حداقل پوشش خاک قبل از اعمال بار ترافیکی هستند تا اطمینان حاصل شود خاک اطراف لوله قادر به محافظت از آن میباشد.
- بارهای سطحی و ترافیک: عبور وسایل نقلیه سنگین یا بارهای ساختمانی از روی مسیر لوله، نیاز به عمق دفن بیشتر برای جلوگیری از آسیب دیدن لوله دارد. هرچه بار ترافیکی و ارتعاشات بیشتر باشد، لوله باید در عمق ایمنتری قرار گیرد تا فشار وارده به آن از طریق لایههای خاک توزیع شود. به طور کلی در مناطق دارای ترافیک سبک، حداقل پوشش خاک کمتر بوده (مثلا حدود 0.6 تا 0.8 متر) اما در زیر جادههای اصلی و محل عبور خودروهای سنگین، حداقل 0.9 تا 1.0 متر پوشش توصیه میشود. بر اساس راهنماییهای اجرایی، حداقل عمق دفن لولههای PVC در صورت نبود بار ترافیکی حدود 300 میلیمتر و در بزرگراهها تا 600 میلیمتر پیشنهاد شده است. در صورتی که لوله در عمق کمتری مدفون شود، میتوان با اقدامات محافظتی مانند دال بتنی یا پوشش اضافی روی لوله، از آن محافظت کرد (این کار برای شرایط خاص نظیر بستر سنگی انجام میشود).
- اقلیم و دمای محیط: برای جلوگیری از یخزدگی سیالات داخل لوله در مناطق سردسیر، لولهها باید پایینتر از خط یخبندان دفن شوند (). خط یخبندان عمقی است که تا آن عمق خاک در زمستان یخ میزند. در مناطق خیلی سرد (مثلا ارتفاعات یا استانهای سردسیر ایران، یا کشورهای شمالی)، ممکن است عمق یخبندان به بیش از ۱ متر برسد و لذا دفن لولههای آب و فاضلاب در عمقی حدود 1.5 تا 2 متر ضروری است. به عنوان نمونه، برای مناطق سرد و کوهستانی توصیه شده لوله حداقل 6 فوت (حدود 1.8 متر) زیر زمین باشد تا از یخزدگی، ترکیدگی یا انسداد جریان جلوگیری شود. در مناطقی که زمستان معتدل است و یخبندان شدید رخ نمیدهد، رعایت حداقل 30 تا 50 سانتیمتر پایینتر از عمق یخبندان ثبتشده کفایت میکند. در مقابل، در مناطق گرمسیر که یخبندان مطرح نیست، عمق دفن بیشتر به عوامل دیگر (مثل ترافیک یا خاک) بستگی خواهد داشت.
- همجواری با سایر تاسیسات: هماهنگی با خطوط خدماتی دیگر (گاز، آب، برق، مخابرات) نیز تعیینکننده عمق لوله است تا فواصل ایمنی رعایت شود و تداخل پیش نیاید. معمولا مقررات شهری فاصله حداقل عمودی و افقی بین لولههای مختلف را مشخص میکنند. برای مثال، در ایران توصیه شده لوله فاضلاب همواره پایینتر از لوله آب قرار گیرد تا در صورت نشت، آب شرب آلوده نشود؛ حداقل فاصله عمودی 0.5 متر و افقی 3 متر بین آب و فاضلاب پیشنهاد شده است. این الزام میتواند عمق فاضلاب را نسبت به آب بیشتر کند. همچنین لوله گاز نباید خیلی نزدیک کابل برق یا فیبر نوری باشد و برعکس، بنابراین ممکن است یکی از آنها مجبور شود عمیقتر دفن شود تا فاصله استاندارد حفظ گردد.
- مقررات و استانداردهای محلی: هر کشور یا شهر ممکن است دستورالعملهای خاصی برای حداقل عمق دفن تاسیسات داشته باشد. این مقررات بر اساس تجربه محلی، شرایط آبوهوا، نوع تاسیسات شهری و ملاحظات ایمنی تنظیم میشوند. برای مثال، مقررات ملی ساختمان ایران و دستورالعملهای شرکتهای خدماتی، حداقل عمقهایی را برای لولهکشی زیرزمینی تعیین کردهاند که در ادامه برای هر نوع لوله ذکر میشود. در استانداردهای اروپایی نظیر EN 805 (تامین آب) و EN 752 (شبکه فاضلاب)، طراح را ملزم میکنند عمق دفن را متناسب با شرایط انجماد و بارهای سطحی محلی تعیین کند و اغلب حداقلهایی (مثلا 80 سانتیمتر برای آب در شرایط عادی اروپا) پیشنهاد شده است (). در آمریکا نیز استانداردهای AWWA و آییننامههای مهندسی (مانند آییننامه لولهکشی زیرزمینی ASTM) حداقل عمق پوشش خاک را مشخص کردهاند. برای نمونه، راهنمای AWWA برای لولههای آب توصیه میکند که حتی در مناطق بدون یخبندان حداقل 2.5 فوت (≈0.8 متر) خاک روی لوله باشد تا از آسیبهای مکانیکی مصون بماند.
در ادامه، با در نظر داشتن این عوامل، عمق دفن استاندارد انواع لولهها را بر اساس نوع و کاربرد بررسی میکنیم و سپس نحوه تعیین عمق بهینه در شرایط خاص را توضیح خواهیم داد.
عمق دفن لولههای آب (شبکه آبرسانی)
لولههای آب معمولا باید در عمقی دفن شوند که از یخزدگی آب در زمستان و آسیبهای سطحی در سایر فصول جلوگیری شود. استانداردها و دستورالعملهای مختلف بازهای از عمقهای مجاز را برای لولههای آبرسانی مشخص کردهاند:
- استانداردهای ملی ایران: در شهرهای ایران که اقلیمهای متفاوتی دارند، عمق دفن لولههای آب شهری معمولا بین 1.0 تا 1.5 متر زیر سطح زمین است. این عمق در بسیاری موارد مبنای طراحی شبکه قرار میگیرد، بهخصوص در شهرهای سردسیر. اگر شهری دارای ساختمانهای زیرزمیندار نباشد، عمق لولههای آب ملاک عمق سایر تاسیسات (مثل فاضلاب) قرار میگیرد. به طور معمول، شرکتهای آب و فاضلاب ایران لولههای اصلی آب را حداقل در عمق حدود 1 متر دفن میکنند تا هم از سرما مصون باشند و هم در حفاریهای سطحی آسیب نبینند. در مناطق سردتر (مثلا شمال غرب کشور) ممکن است عمق 1.5 متر یا بیشتر لحاظ شود که مطابق با توصیه دفن زیر خط یخبندان است. استاندارد ملی یا آییننامه مشخصی (مانند ISIRI) عدد واحدی ارائه نکرده، اما الزام عدم یخزدگی و فاصله از سایر لولهها (مثلا بالاتر بودن از فاضلاب) رعایت میشود.
- استانداردهای آمریکایی (AWWA/ASTM): بر اساس راهنمای انجمن آب آمریکا و استانداردهای نصب لولههای آب، حداقل پوشش خاک 2 تا 3 فوت (60 تا 90 سانتیمتر) روی لولههای آب توصیه میشود. حد پایین این مقدار (مثلا 2 فوت/0.6 م) در شرایطی است که نه یخبندانی وجود دارد و نه تردد خودرو از روی مسیر لوله انجام میشود؛ اما در خیابانها و محلهای پرتردد حداقل 3 فوت (0.9 م) خاک روی لوله لازم است. بسیاری از مقررات شهری در ایالات متحده حتی مقدار ثابت 36 اینچ (91 سانتیمتر) را به عنوان حداقل عمق دفن لولههای آب اصلی تعیین میکنند. علاوه بر این، در نواحی سردسیر آمریکا و کانادا عمق دفن تا 4–5 فوت (1.2–1.5 م) نیز افزایش مییابد تا لوله پایینتر از عمق یخبندان منطقه باشد. به عنوان نمونه، یک منبع فنی توصیه میکند در مناطقی که یخزدگی مطرح نیست حداقل 0.8 متر پوشش خاک برای محافظت مکانیکی کافی است، ولی اگر احتمال یخزدگی هست، عمق 1.5 متر یا بیشتر در نظر گرفته شود.
- استانداردهای اروپایی (EN): استاندارد EN 805 (برای شبکههای آبرسانی خارج از ساختمان) الزام میکند که عمق دفن با درنظرگیری محافظت در برابر یخزدگی تعیین شود. اگرچه EN 805 مستقیما عدد خاصی برای همه کشورها تعیین نکرده، اما در عمل بسیاری از کشورهای اروپایی به حداقل 0.8 تا 1.0 متر پوشش روی لولههای آب عمل میکنند (). برای مثال، در بریتانیا معمولا لولههای توزیع آب در پیادهرو با حداقل 750 میلیمتر و در سوارهرو با حداقل 900 میلیمتر پوشش خاک نصب میشوند (تا حدود 1.2 متر در مناطق بسیار سرد). در آلمان نیز دستورالعمل DVGW W400-2 (مرتبط با EN805) حداقل عمق 1.25 متر برای لولههای آب در زمینهای کشاورزی و فضای باز توصیه میکند. به طور کلی اصل European Norm این است که لوله آب زیر عمق یخبندان محلی باشد و نیز در برابر بارهای ترافیکی محافظت شده باشد. بنابراین مهندس طراح بر اساس دادههای آبوهوا و خاک هر منطقه عمق مناسب (معمولا در محدوده ذکر شده) را تعیین میکند.
نکات اجرایی: هنگام اجرای شبکه آب، باید عمق ترانشه را طوری در نظر گرفت که فاصله از سطح زمین تا تاج (بالا)ی لوله به میزان استاندارد تامین شود، نه اینکه لوله در کف آن عمق باشد. برای مثال، اگر گفته میشود 1 متر عمق دفن، منظور وجود 1 متر خاک روی لوله است. همچنین حین پر کردن ترانشه، لایهبندی و تراکم خاک اطراف لوله اهمیت دارد تا پس از مدفونشدن نشست نکند و ضخامت لایه خاک حفظ شود. در مناطق سرد بهتر است اجرای لولهگذاری در فصل گرم انجام شود تا خاک به خوبی متراکم گردد؛ در غیر این صورت باید تدابیر مخصوص خاک یخزده اتخاذ شود. رعایت فاصله مناسب از دیگر خطوط (گاز، برق) نیز در مرحله اجرا کنترل میشود؛ معمولا لوله آب در بالای لوله فاضلاب و پایینتر از کابل برق قرار میگیرد تا اصول ایمنی آب شرب و دسترسی به تعمیرات برق رعایت گردد.
عمق دفن لولهها و شبکه فاضلاب
شبکههای فاضلاب شهری به دلیل ماهیت ثقلی (جریان با شیب) معمولا عمیقتر از سایر لولهها هستند. عمق دفن لولههای فاضلاب تابعی از نیاز به شیب کافی برای جریان، ارتفاع نقاط اتصال (مثل انشعابات منازل)، و نیز جلوگیری از یخزدگی است. استانداردها و معیارهای طراحی موارد زیر را مطرح میکنند:
- معیارهای طراحی در ایران: بر اساس مبانی فنی طراحی شبکه فاضلاب، حداقل عمق فاضلابرو در ابتدای شبکه (سرشاخه) باید طوری باشد که امکان تخلیه فاضلاب یک طبقه زیرزمین فراهم گردد. مطالعات طرح جامع فاضلاب تهران نشان داده که برای ساختمان دارای زیرزمین مسکونی، حداقل عمق 2.65 متر لازم است تا سرویس زیرزمین نیز توسط شبکه ثقلی تخلیه شود. این عدد مبنای طراحی در بسیاری از شهرهای دارای زیرزمین قرار گرفته است. اما در شهرهایی که ساختمان مسکونی زیرزمین ندارند، آنچنان عمق زیادی نیاز نیست؛ در این حالت عمق نصب لولههای آب مبنای تعیین عمق فاضلاب قرار میگیرد. طبق ضوابط موجود، لوله فاضلاب باید پایینتر از آب باشد (حداقل 0.5 متر جدایش عمودی). با توجه به این الزام، در شهرهای بدون زیرزمین مسکونی حداقل عمق فاضلابروها حدود 1.8 تا 2 متر (بسته به عمق لوله آبرسانی) خواهد بود. حتی در معابر قدیمی و کمعرض، با هماهنگی سایر تاسیسات، گاهی حداقل عمق 1.5 متر نیز برای لوله فاضلاب (بطور موردی) قبول شده است. البته این مقدار کمینه فقط در شرایط خاص و با تایید مهندسین قابل استفاده است. بهطور کلی در طراحی شبکه فاضلاب شهری در ایران، تلاش میشود عمق اکثر خطوط از 6.5 تا 7 متر بیشتر نشود چون نگهداشت و تعمیرات در عمقهای بیش از این دشوار و پرهزینه است؛ هرچند در موارد استثنایی برای اجتناب از ایستگاه پمپاژ، عمقهای 12–15 متر نیز به صورت محدود اجرا شده است.
- استانداردهای نصب لوله (ASTM D2321 و EN 752): برای لولههای فاضلاب خصوصا جنس PVC یا پلی اتیلن که کاربرد گسترده دارند، استاندارد ASTM D2321 حداقل عمق پوشش خاک را همانطور که ذکر شد 60 تا 90 سانتیمتر بسته به نوع خاک تعیین میکند. این مقادیر تضمینکننده محافظت لوله در برابر بارهای وارده قبل از بهرهبرداری ترافیکی هستند. استاندارد اروپایی EN 752 (سیستمهای فاضلاب) نیز توصیه میکند که لولههای فاضلاب در خیابانها حداقل 80–100 سانتیمتر زیر زمین باشند و در محوطههای چمن یا باغچه (بدون بار ترافیک) حداقل 30 سانتیمتر پوشش خاک داشته باشند. در انگلستان حداقل عمق دفن فاضلاب در حیاط ساختمانها حدود 300 میلیمتر و در سوارهروها 900 میلیمتر در نظر گرفته میشود. البته چنین اعماق کمی معمولا برای لولههای کوچک فرعی ساختمان است؛ خطوط اصلی فاضلاب شهری عمق بیشتری دارند تا شیب کافی و اتصالات متعدد را پوشش دهند.
- نکات اجرایی و موارد خاص: در اجرای فاضلاب باید شیب مناسب هر خط رعایت شود. بعضا برای دستیابی به شیب خودشوی کافی، مهندسین ناچار به افزایش عمق در پاییندست شبکه هستند. هرچند افزایش عمق به بالای 4–5 متر مشکلات اجرایی (نیاز به سازه نگهبان، خطرات حفاری عمیق) دارد، با این حال با ماشینآلات امروزی قابل انجام است. برای لولههای فاضلابی که کمعمق دفن میشوند (مثلا کمتر از 0.5 متر پوشش خاک)، حتما باید روی لوله یک دال بتنی یا پوشش محافظ گذاشته شود تا در برابر بار سطحی ترک نخورد. همچنین بستر سازی مناسب (مانند استفاده از ماسه و شن دانهبندیشده اطراف لوله) در عمقهای کم اهمیت دوچندان دارد تا از تمرکز تنش و شکستن لوله جلوگیری شود. در شبکه فاضلاب شهری، وجود زیرزمین در ساختمانها مهمترین عامل تعیین عمق است؛ چنانکه ذکر شد اگر زیرزمین وجود نداشته باشد میتوان شبکه را نسبتا کمعمقتر (مثلا 1.8 متر) طراحی کرد که هزینههای اجرا کاهش یابد. اما در هر حالت باید دقت کرد که شیب لولهها یکنواخت بوده و از افتادگی (سیفون معکوس) که تجمع رسوب را باعث میشود پرهیز گردد.
عمق دفن لولههای گاز طبیعی
لولههای گاز به دو دسته اصلی تقسیم میشوند: خطوط توزیع شهری با فشار پایین/متوسط و خطوط انتقال و تغذیه با فشار بالا. الزامات ایمنی در مورد گاز بسیار جدی است، چون نشت یا آسیب به لوله گاز میتواند خطرآفرین باشد. بنابراین استانداردهای ملی و بینالمللی حداقل عمق نسبتا زیادی برای دفن لولههای گاز تعیین کردهاند:
- استانداردهای شرکت ملی گاز ایران (IGS): مطابق دستورالعملهای IGS برای شبکههای پلی اتیلن توزیع گاز شهری (فشار تا 60 Psi ~ حدود 4 بار)، حداقل عمق کانال 110 سانتیمتر بعلاوه قطر لوله در نظر گرفته شده است. به عنوان مثال، برای لوله پلی اتیلن با قطر 200 میلیمتر، عمق کف کانال تا سطح زمین باید حداقل 1.10 + 0.20 = 1.30 متر باشد. این عمق تا تاج لوله منجر به پوشش خاک حدود 1.1 متر روی لوله میشود. تنها در شرایط خاص مثل زمین سنگی و صخرهای، با تایید کارفرما میتوان عمق را تا 60 سانتیمتر + قطر لوله کاهش داد، به شرط اینکه بالای لوله یک دال بتنی به همراه نوار اخطار نصب شود. برای شبکههای گازرسانی با فشار بالاتر (شبکه تغذیه بین 250 تا 350 Psi ~ حدود 17 تا 24 بار)، استاندارد IGS-C-DN-100 حداقل عمق را بیشتر توصیه میکند: در زمینهای کشاورزی 130 سانتیمتر + قطر لوله و در حریم شهری یا مسیرهای خاص حداقل 2 متر + قطر لوله. عملا خطوط تغذیه میانشهری در ایران معمولا در عمق حدود 1.5 تا 2 متر دفن میشوند. برای خطوط انتقال فشار قوی (تا 1400 Psi ~ 96 بار و بالاتر)، دستورالعمل IGS-C-PL-100 عمقهای بیشتری را بسته به نوع زمین تعیین کرده است: مثلا در زمینهای صاف 130 سانتیمتر + قطر، مناطق تپه ماهوری 110 سانتیمتر + قطر و مناطق کوهستانی سنگی سخت 80 سانتیمتر + قطر لوله. علاوه بر این، در محلهایی که خط لوله از کنار جادههای اصلی عبور میکند، به جهت ایمنی، حداقل 2 متر پوشش خاک از روی لوله الزامی است مگر در صورت وجود سنگ بستر که با تایید ناظر عمق کمتر با حفاظت اضافی مجاز میشود.
- استانداردهای بینالمللی (ANSI/ASME/ASTM): در آمریکا آییننامه فدرالی 49 CFR 192 حداقل عمق دفن خطوط گاز را مشخص کرده است. بر اساس این مقررات، خطوط توزیع شهری (main) باید حداقل 24 اینچ (61 سانتیمتر) پوشش خاک داشته باشند. برای خطوط انتقال بسته به کلاس مکان (تراکم جمعیت منطقه) حداقل پوشش افزایش مییابد؛ مثلا در مناطق پرجمعیت (Class 2,3,4) حداقل 36 اینچ (91 سانتیمتر) خاک روی لوله انتقال لازم است، در مناطق کمتراکم (Class 1) 30 اینچ (76 سانتیمتر) کفایت میکند. اگر زمین سنگی باشد این ارقام میتوانند تا 12 اینچ (30 سانتیمتر) کاهش یابند مشروط بر اینکه اقداماتی جهت محافظت لوله (مانند روکش بتنی) صورت گیرد. استاندارد ASTM نیز برای خطوط فولادی مدفون و همچنین خطوط پلی اتیلن گازرسانی موارد مشابهی را توصیه میکند. در اروپا استاندارد معادلی (مانند EN 12007 برای شبکه گاز) وجود دارد که معمولا با استانداردهای بینالمللی همخوانی دارد و حداقل عمق حدود 0.8 تا 1 متر برای لولههای توزیع کمفشار و 1 تا 1.2 متر برای خطوط پرفشار متداول است. در انگلستان براساس راهنمای IGEM، لولههای گاز فشار پایین اغلب با حدود 600–750 میلیمتر پوشش خاک نصب میشوند (بیشتر در پیادهروها 600 و زیر خیابان 750 میلیمتر) و لولههای فشار قویتر در حدود 900 میلیمتر یا بیشتر.
- نکات اجرایی و ایمنی: برای لولههای گاز، نوارهای هشدار دهنده در فاصله معینی بالاتر از لوله در ترانشه قرار میدهند (مثلا ۳۰ سانتیمتر بالاتر از لوله) تا در حفاریهای بعدی بهعنوان اخطار وجود داشته باشد. در زمینهای کشاورزی که شخم عمیق ممکن است انجام شود، حفظ عمق کافی (حداقل 1 متر) بسیار مهم است تا ادوات کشاورزی به لوله برخورد نکنند. همچنین عبور مشترک لوله گاز و سایر تاسیسات از یک ترانشه مستلزم رعایت فاصله یا جداسازی با تیغهبندی است. نکته مهم دیگر جلوگیری از خوردگی است؛ در عمقهای بیشتر، بررسی پوشش و حفاظت کاتدی خط لوله باید دقیقتر باشد. در شهرها معمولا لولههای گاز در پیادهرو در عمق حدود 1 متر کارگذاری میشوند و مسیرشان با رنگ یا علائم در نقشههای تاسیسات مشخص است. هرگونه کاهش در عمق استاندارد باید با تمهیدات اضافی (مثلا غلاف فولادی یا بتنی دور لوله) جبران شود. به طور خلاصه، ایمنی و قوانین سختگیرانه در مورد خطوط گاز ایجاب میکند که حتیالامکان عمیقتر از حداقلها دفن شوند تا آسیب فیزیکی یا حرارتی به آنها وارد نشود.
عمق دفن کابلهای برق (فشار ضعیف و قوی)
کابلهای برق که به صورت زمینی کشیده میشوند (شبکه فشار ضعیف 400 ولت یا متوسط 20 کیلوولت و حتی کابلهای انتقال)، نیازمند عمق دفن مشخصی برای ایمنی افراد و تاسیسات هستند. در صورتی که کابلهای برق به اندازه کافی عمیق نباشند، خطر برخورد بیل مکانیکی، ابزار حفاری یا حتی بیل دستی به آنها و برقگرفتگی یا قطعی گسترده وجود دارد. استانداردها معمولا حداقل عمق را بر حسب سطح ولتاژ تعیین میکنند:
- شبکه فشار ضعیف (زیر 1 کیلوولت): بر اساس منابع فنی، کابلهای فشار ضعیف (مانند کابلهای 0.4 کیلوولت توزیع شهری) معمولا در عمق 0.7 تا 1 متر دفن میشوند. این بازه بسته به محل عبور کابل متغیر است؛ در پیادهرو یا باغچه معمولا حداقل حدود 70–80 سانتیمتر و در سوارهرو که بار وسایل نقلیه هست تا 1 متر عمق میرود. مقررات ملی برق ایران (مانند نشریات توانیر) نیز حدود 80 سانتیمتر را برای کابلهای فشار ضعیف پیشنهاد میکنند. نصب کمعمقتر از 0.7 متر برای کابل برقدار خطرناک بوده و طبق کد NEC آمریکا نیز حداقل 24 اینچ (61 سانتیمتر) پوشش خاک برای دفن مستقیم کابلهای برق ضروری است. عدم رعایت این عمق یکی از اشتباهات رایج و مخاطرهآمیز در نصب کابل است که میتواند منجر به آسیبهای تصادفی شود.
- شبکه فشار متوسط (1 تا 36 کیلوولت): کابلهای 20 کیلوولت در شبکه توزیع ایران که فشار متوسط محسوب میشوند، باید کمی عمیقتر دفن شوند. یک دستورالعمل متداول این است که برای کابلهای تا 11 کیلوولت، 30 سانتیمتر و برای 33 کیلوولت 40 سانتیمتر به عمق دفن فشار ضعیف افزوده شود. بدین ترتیب، اگر فشار ضعیف 0.8 متر باشد، فشار متوسط حدود 1.1 تا 1.2 متر دفن میشود. در منابع مختلف آمده که کابلهای ولتاژ متوسط معمولا بین 1.0 تا 1.5 متر زیر زمین قرار میگیرند. در بسیاری از شهرها، کابل 20 کیلوولت را در حدود 1 متر دفن میکنند و بالای آن یک آجر یا دال محافظ و نوار اخطار قرار میدهند. افزایش عمق به بالای 1.5 متر برای کابلهای برق معمولا ضرورت ندارد مگر شرایط خاص (مثلا عبور از زیر جوی عمیق یا سازه). تهویه حرارتی خاک اطراف کابل هم اهمیت دارد؛ هرچه کابل عمیقتر باشد دفع حرارت آن سختتر شده و ممکن است ظرفیت جریاندهی کابل کاهش یابد. لذا عمق خیلی زیاد هم مطلوب نیست مگر با درنظرگیری مسائل حرارتی.
- کابلهای فشار قوی (بالای 36 کیلوولت): کابلهای فوق توزیع یا انتقال (63 کیلوولت به بالا) عمدتا هوایی هستند، اما در مواردی زمینی نیز نصب میشوند. برای این کابلها به دلیل اهمیتشان و نیز حرارت تولیدی، معمولا کانالهای مخصوص یا داکت بتنی در عمق مثلا 1.5 متری استفاده میشود. طبق توصیه برخی منابع اروپایی، کابلهای فشار قوی باید بیش از 2 متر عمق داشته باشند تا از شرایط محیطی شدید و تهدیدهای فیزیکی در امان باشند. به عنوان نمونه، کابل 132 کیلوولت ممکن است 2.5 متر زیر خیابان همراه با پوشش بتنی و نشانگرهای مخصوص نصب شود. البته الزامات دقیق این کابلها معمولا در استانداردهای شرکت برق هر کشور (مانند دستورالعملهای شرکت توانیر در ایران یا استاندارد IEC) ذکر میشود و جزو شبکه توزیع عادی محسوب نمیگردد.
- استانداردهای عددی: خلاصهای از مقادیر رایج عمق دفن کابل برق عبارت است از: فشار ضعیف 0.7–1.0 متر، فشار متوسط ~1.0–1.3 متر (حداقل 30 سانت بیشتر از فشار ضعیف)، فشار قوی بالای 63 کیلوولت 1.5–2.5 متر. در همه حالات، یک پوشش محافظ (مثل خشت یا نوار هشدار) حدود 20–30 سانتیمتر بالاتر از کابل قرار داده میشود. استاندارد ملی ایران (مبحث 13 مقررات برق) نیز تاکید دارد که روی کابل مدفون، 40 سانتیمتر خاک متراکمشده و 10 سانتیمتر ماسه نرم باشد و بالای آن تخته هشدار یا نوار زردرنگ گذاشته شود. در آمریکا طبق NEC، عمق دفن بسته به نوع حفاظت کابل تعیین میشود: اگر کابل در داکت یا لوله محافظ باشد حداقل 18 اینچ (45 سانتیمتر) و اگر به صورت مستقیم دفن شود 24 اینچ (61 سانتیمتر) پوشش لازم است (برای کابلهای زیر 600 ولت در محوطه حیاط).
نکات اجرایی: حین حفاری برای کابلگذاری باید عرض ترانشه حداقل 50 سانتیمتر باشد تا فضای کار و دفع حرارت مهیا شود. پس از خواباندن کابل در کف ترانشه (روی یک بستر نرم)، معمولا 10 تا 15 سانتیمتر ماسه نرم روی آن ریخته میشود. سپس آجر تختانی یا نوار هشداردهنده پلاستیکی رنگی روی لایه ماسه قرار میگیرد و بقیه ترانشه با خاک معمولی پر و متراکم میگردد. این توالی باعث میشود اگر در آینده کسی حفاری کمعمقی انجام داد ابتدا به نوار هشدار برسد. رعایت شعاع خم کابل در مسیرهای انحرافی و عدم آسیب به روکش آن نیز الزامی است. همچنین هر چند متر یک الکترود زمین و نوار مسی کنار کابلهای برق دفن میکنند تا سیستم اتصال زمین ایمنی برقرار باشد. تمامی این موارد باید طبق استاندارد اجرا شوند تا کابلهای مدفون دهها سال بدون مشکل کار کنند.
عمق دفن خطوط مخابرات و فیبر نوری
کابلهای مخابراتی (زوج سیم مسی تلفن یا کابل فیبر نوری) معمولا از نظر ایمنی الکتریکی حساسیت کمتری دارند اما برای جلوگیری از قطعی ارتباط و هزینههای تعمیر، باید در عمق کافی دفن شوند. این کابلها نسبت به برق و گاز قطر کمتری دارند و در برابر صدمات فیزیکی آسیبپذیرترند. استانداردهای عمومی و تجربه پروژهها نشانگر موارد زیر است:
- در مناطق شهری که معمولا پیادهرو و حاشیه خیابان برای کانال مخابرات استفاده میشود، عمق ۳۰ تا ۶۰ سانتیمتر برای کابلهای مخابراتی رایج است. برای مثال، شرکت مخابرات ممکن است کابلهای مسی خود را در عمق حدود 50 سانتیمتر دفن کند. برای کابلهای فیبر نوری شهری نیز گزارش شده که عموما بین 12 تا 24 اینچ (30 تا 60 cm) زیرزمین قرار میگیرند. این عمق نسبتا کم به دلیل آن است که غالبا این کابلها در حاشیه خیابان یا پیادهروهایی عبور میکنند که احتمال کمتری برای حفاری عمیق توسط اشخاص متفرقه دارد.
- در مناطق برونشهری و روستایی یا مسیرهای بینشهری (مثلا فیبرنوری بین دو شهر)، کابلهای مخابراتی را معمولا عمیقتر دفن میکنند چون امکان شخم عمیق زمینهای کشاورزی یا عملیات راهسازی وجود دارد. در این حالت عمق دفن معمولا بین 60 تا 90 سانتیمتر است. طبق تجربه پیمانکاران فیبر، در حاشیه جادهها فیبر نوری اغلب ~80 سانتیمتر عمق دارد و در مزارع ممکن است تا 1 متر هم برسد. منبعی اشاره کرده که کابلهای فیبر نوری در شهر ۳۰–۶۰ سانت و در روستا ۶۰–۹۰ سانت دفن میشوند که این عمق برای حفاظت در برابر حفاری تصادفی یا فعالیتهای سطحی در نظر گرفته شده است.
- استانداردهای مخابراتی: بسیاری از شرکتهای مخابراتی برای کابلکشی زمینی، از لولههای پلی اتیلن (دUCT) استفاده میکنند و کابل را داخل داکت میخوابانند. در این صورت ممکن است عمق دفن اندکی کمتر هم باشد (مثلا 40 سانتیمتر) چون خود داکت تا حدی محافظت میدهد. اما اگر کابل مستقیم در خاک دفن شود (Direct Burial Cable)، حداقل 60 سانتیمتر یا بیشتر توصیه میشود. در استانداردهای آمریکایی (مثلا ANSI/TIA) حداقل عمق برای کابل تلفن مستقیم دفن 24 اینچ (0.6متر) ذکر شده است. در اروپا هم مقررات مشابهی اعمال میشود و مثلا در آلمان برای کابلهای مخابرات حداقل 0.6 م در پیادهرو و 0.8 م در سوارهرو رعایت میگردد.
نکات اجرایی: کابلهای مخابراتی معمولا دارای روکش رنگی یا نوار هشدار نارنجی در بالای خود هستند. همچنین بهعلت حساسیت به رطوبت، در زمینهای مرطوب ممکن است درون کانال کابل، ماسه خشک یا خاک نرم عاری از سنگ ریخته شود. قطر ترانشه مخابراتی میتواند کمتر (مثلا 20 سانتیمتر) باشد چون کابل باریک است، ولی برای ایمنی کارگر حفرکننده معمولا ترانشه 40–50 سانت عرض دارد. در صورت استفاده از میکروترانشه (شکاف باریک با دستگاه برش) برای فیبر، عمقهای کمتر (مثلا 30 سانتیمتر) هم اجرا شده که البته همراه محافظ خاص است و فقط در حاشیه پیادهروها کاربرد دارد. به طور کلی، نشانهگذاری مسیر کابل مخابرات روی نقشههای شهری مهم است چون کمعمقترین تاسیسات محسوب میشود و بیشترین احتمال آسیبدیدگی در پروژههای عمرانی را دارد. رعایت فاصله کافی این کابلها از کابل برق (برای جلوگیری از تداخل الکتریکی) و از لوله گاز (برای پیشگیری از خطر در حفاری) نیز باید لحاظ شود.
شرایط خاک و اقلیم: تعیین عمق بهینه دفن
همانطور که در ابتدای مقاله اشاره شد، شرایط خاص هر پروژه میتواند ایجاب کند عمق دفن یک لوله از استاندارد پایه بیشتر یا حتی کمتر باشد. مهندسان باید بر اساس بررسی میدانی و محاسبات، عمق بهینه را تعیین کنند. برخی ملاحظات ویژه عبارتاند از:
- خاک نرم یا باتلاقی: در زمینهای بسیار نرم که احتمال نشست زیاد است، ممکن است مهندس تصمیم بگیرد لوله را روی بستر کمعمقتری قرار دهد و اطراف آن را با مصالح مناسب پر کند تا از نشست بیش از حد جلوگیری شود. زیرا هرچه عمق بیشتر باشد وزن خاک بالایی و احتمال نشست بیشتر خواهد بود. در چنین مواردی گاهی لوله را کمعمقتر دفن و با بتن محافظ پوشانده یا حتی از تکنیکهایی مثل Pile (شمع کوبی) برای نگهداشتن لوله در عمق معین استفاده میکنند. البته این شرایط خاص مهندسی ژئوتکنیک است. به طور معمول در خاکهای عادی هرچه خاک متراکمتر و سختتر باشد، میتوان لوله را با خیال راحت در عمق کمتر دفن کرد چون همان لایه نازک خاک هم مقاومت خوبی در برابر ضربه نشان میدهد.
- زمین سنگی: در بسترهای سنگی کندن ترانشه عمیق بسیار پرهزینه و دشوار است. به همین دلیل استانداردها در این حالت عمق کمتری را مجاز میدانند مشروط بر اینکه حفاظت اضافی بهکار رود. مثلا کد آمریکا برای خطوط گاز در سنگ، حداقل پوشش را به 18 اینچ (45 سانتیمتر) کاهش میدهد اما تاکید میکند باید لوله با روکش بتنی یا روشهایی در برابر بار محافظت شود. در ایران نیز همانطور که بیان شد برای لوله گاز در زمین صخرهای عمق 60 سانت + قطر مجاز شده اما بایستی حتما یک دال بتنی روی خاک نرم روی لوله گذاشته شود. بنابراین در مناطق کوهستانی سنگلاخی، عمق دفن میتواند کمتر از استاندارد معمول باشد اما وجود پوشش محافظ روی لوله (بتن، آسفالت یا حتی صفحه فولادی) الزامی است.
- آبهای زیرزمینی بالا: در جاهایی که سطح آب زیرزمینی بسیار نزدیک به سطح زمین است (مثلا مناطق ساحلی یا تالابی)، کندن ترانشه عمیق باعث آبگیری سریع کانال میشود و مشکلات اجرایی و پایداری برای لوله ایجاد میکند. در این شرایط، تلاش میشود لوله در حداقل عمق قابل قبول نصب شود و همزمان اقدامات آبکشی (چاهک زهکشی یا پمپ) به کار رود. اگر عمق استاندارد مثلا 1 متر باشد ولی آب زیرزمینی در 0.5 متری باشد، ممکن است مهندس عمق دفن را کمی کاهش دهد و دور لوله را با سنگریزه و فیلتر ژئوتکستایل بپوشاند تا آب زیرزمینی به لوله فشار نیاورد. همچنین لنگراندازی لولههای سبک (مثل پلی اتیلن) در حضور آب زیرزمینی اهمیت دارد چون اگر خیلی کمعمق و خالی باشد، نیروی ارشمیدسی آب ممکن است لوله خالی را به بالا براند. به همین دلیل در مناطق آبگیر، نگه داشتن عمق مناسب و پر کردن کامل اطراف لوله با خاک متراکم یا بلوکهای بتنی تعادلی، برای جلوگیری از شناور شدن لوله ضروری است.
- مناطق بسیار سردسیر: در نواحی قطبی یا کوهستانهای مرتفع که یخبندان به اعماق زیادی نفوذ میکند، استانداردهای محلی گاها دفن تاسیسات را تا زیر خط یخبندان الزام میکنند حتی اگر این به معنای ۲–۳ متر باشد. برای مثال در برخی ایالات شمالی آمریکا یا کانادا، لولههای آب را در عمق 8 فوت (2.4 متر) یا بیشتر دفن میکنند تا حتی در بدترین سرما یخ نزنند. در ایران نیز مناطق کوهستانی مانند آذربایجان یا اردبیل ممکن است نیاز به دفن لوله آب/فاضلاب بیش از 1.5 متر باشد. در این شرایط علاوه بر عمق، عایقکاری لوله نیز انجام میشود (مثلا استفاده از روکش عایق روی لوله یا مصالح عایق در بالای آن) تا انتقال سرما کاهش یابد. عمق کابلهای برق در مناطق یخبندان معمولا به خاطر حرارت تولیدی خود کابل مشکل یخزدگی ندارند ولی برای جلوگیری از یخزدگی غلاف و شکنندهشدن آن، بهتر است آنها نیز زیر خط یخبندان باشند.
- مناطق گرمسیر و بیابانی: گرچه در اقلیم گرم مشکل یخزدگی نداریم، اما گرمای شدید سطح میتواند به برخی لولهها آسیب بزند (مثلا پلیمرها را ترد کند). دفن لوله در عمق کافی کمک میکند دمای خاک اطراف لوله تقریبا ثابت و خنک بماند. بنابراین حتی در بیابانهای گرم، نباید لوله خیلی نزدیک سطح (کمتر از 0.5 متر) باشد چون حرارت ظهر تابستان میتواند تا اعماق کم نفوذ کند. معمولا در مناطق بیابانی حداقل 0.8 متر خاک روی لولهها قرار میدهند تا از تغییرات دمای شدید روزانه مصون باشند. در مورد کابل برق، حرارت محیطی بالا و تابش خورشید به سطح زمین اگر کابل کمعمق باشد میتواند ظرفیت انتقال جریان را کاهش دهد، لذا عمق مناسب در این مناطق هم مفید است. البته از طرفی عمق بیش از حد هم دفع حرارت کابل را سخت میکند، بنابراین تعادل رعایت میشود (مثلا 0.8 تا 1 متر برای کابل فشار متوسط در کویر مناسب دیده شده است).
- بارندگی و فرسایش خاک: در مناطق پر باران یا سیلخیز، احتمال فرسایش خاک بالاست. اگر لوله خیلی سطحی باشد ممکن است با شسته شدن خاک نمایان شود. مثلا خطوط لوله در حاشیه مسیلها یا رودخانهها باید عمق بیشتری داشته باشند یا روی آنها سنگچینی شود تا آب باران خاک روی لوله را نشوید. بنابراین در این شرایط، دفن عمیقتر یک روش محافظتی است. به عنوان نمونه، برای عبور خط لوله از زیر یک جاده آببرد (مسیل)، ممکن است لوله را به عمق 2 متر از بستر آب ببرند تا در سیلاب احتمال نمایانشدن یا کندهشدنش کم شود.
به طور خلاصه، تعیین عمق مناسب یک تصمیم مهندسی چندعاملی است. استانداردها حداقلهایی را به ما میدهند، اما بسته به شرایط ممکن است نیاز باشد عمق را افزایش دهیم یا در موارد استثنایی با فراهم کردن حفاظت اضافی، عمق را کمی کاهش دهیم. همواره باید حاشیه اطمینان در نظر گرفته شود؛ مثلا اگر حداقل استاندارد 80 سانت است و ما 85 سانت اجرا میکنیم، این 5 سانت اضافه میتواند در آینده جلوی یک آسیب را بگیرد. لذا مهندسین معمولا عمقها را رُند و با تلورانس مثبت تعیین میکنند (مثلا به جای 0.8 متر، 1 متر لحاظ میکنند).
اصول کلی و نکات اجرایی بر اساس استانداردهای مهندسی
در پایان، برخی اصول کلی که در تمامی استانداردهای مهندسی (چه ایرانی، چه خارجی) برای دفن لولهها مطرح است را مرور میکنیم:
- رعایت حداقل عمق استاندارد: همیشه ابتدا به استاندارد مرجع مراجعه کنید و مقدار حداقل پوشش خاک را بیابید. این مقدار بسته به نوع لوله و شرایط گفته شده متفاوت است (برای آب و فاضلاب معمولا ≥ 80 سانت، برای گاز ≥ 60 سانت، برای برق ≥ 50 سانت و برای مخابرات ≥30 سانت به طور خیلی کلی). این حداقلها باید در نقشه و هنگام اجرا رعایت شوند مگر آنکه مجوز خاصی برای تغییر وجود داشته باشد.
- سنجش عمق از تاج لوله: تاکید میشود که عمق مدفون شدن لوله را از سطح زمین تا بالای لوله اندازهگیری کنید نه تا کف ترانشه. چون حفاظت اصلی مربوط به خاک بالای لوله است. گاهی دیده میشود در محلهایی که لوله قطور است کارگران اشتباها عمق را تا کف کانال لحاظ میکنند که درست نیست. مثلا برای یک لوله قطر 1 متر، اگر 1 متر پوشش خاک میخواهیم باید کف کانال حدود 2 متر از سطح زمین فاصله داشته باشد.
- استفاده از پوشش محافظ در صورت نیاز: چنانچه به هر دلیل نمیتوان عمق دفن را به حد کافی رساند (مثلا برخورد به سنگ بستر یا تداخل با تاسیسات دیگر)، حتما باید روی لوله محافظهایی مانند نیمدایره بتنی پیشساخته، دال تخت، غلاف فلزی یا پلاستیکی قرار داد تا معادل خاک اضافه عمل کند. این کار به خصوص برای کابل برق و لوله گاز بسیار رایج است. حتی در بسیاری مناطق شهری، علیرغم کافی بودن عمق، به جهت احتیاط روی لولههای حساس دال بتنی میگذارند.
- علامتگذاری مسیر لوله: مطابق استانداردهای اجرا، بالای تمامی لولههای مدفون (در فاصله ۳۰ تا ۵۰ سانتیمتری بالای آنها) باید نوار اخطار (Warning Tape) به رنگ مخصوص آن خدمات قرار داده شود. رنگ زرد برای گاز، قرمز برای برق فشارقوی، نارنجی برای مخابرات، آبی برای آب و سبز برای فاضلاب به کار میرود. این نوارها اگر کسی بعدا با بیل مکانیکی خاک را بردارد زودتر از خود لوله ظاهر میشوند و هشدار میدهند. علاوه بر نوار، علائم سطحی مثل میله نشانه یا تابلو هم در نقاط کلیدی مسیر (مانند تغییر جهتها) نصب میگردد.
- کنترل تراکم خاک و نشست: پس از دفن لوله در عمق مورد نظر، خاکریزی مرحلهای و تراکم باید طبق استاندارد انجام شود. خاک دور لوله لایهلایه ریخته و کوبیده میشود تا به تراکم درصد بالا (مثلا 90٪ پروکتور) برسد. این کار مانع نشست بعدی و کم شدن عمق پوشش خاک در طول زمان خواهد شد. اگر از ماسه نرم استفاده شده، روی آن باید با خاک مقاومتر پوشانده شود که در برابر فرسایش سطحی پایدار باشد.
- مستندسازی و تبعیت از استانداردها: در نهایت، هر پروژه باید مدارک اجرایی نشاندهنده رعایت عمق مناسب را داشته باشد. نقشههای چونساخت باید عمق دفن تمامی تاسیسات را نشان دهند. استانداردهای ملی (نظیر ISIRI، مقررات ملی ساختمان، نشریات سازمان برنامه در ایران) و استانداردهای بینالمللی (ASTM, AWWA, EN) همواره به عنوان مرجع در صورت بروز مشکل حقوقی یا فنی ملاک قضاوت قرار میگیرند. بنابراین رعایت دقیق آنها و بهروز نگهداشتن اطلاعاتمان از تغییرات استاندارد (مثلا بهروزرسانی آییننامهها) ضروری است.
جمعبندی: عمق دفن مناسب برای هر نوع لوله یک کمیت ثابت و یکسان در همهجا نیست، بلکه بسته به نوع لوله (آب، فاضلاب، گاز، برق، مخابرات)، جنس آن، شرایط محل و الزامات استاندارد کمی متفاوت است. با این وجود، استانداردهای معتبر دامنهای ایمن از عمق را مشخص کردهاند که تضمینکننده عملکرد بلندمدت و ایمنی تاسیسات است. با شناخت این استانداردها – از استانداردهای ملی ایران گرفته تا ASTM/AWWA آمریکا و EN اروپا – و در نظر گرفتن شرایط ویژه پروژه، میتوان عمق بهینه را تعیین کرد. رعایت این عمق به معنای حفاظت از سرمایهگذاری انجامشده در زیرساختها، کاهش هزینههای تعمیرات آتی و تامین ایمنی عمومی است. بنابراین مهندسان طراح و مجریان پروژه باید همواره اهمیت این موضوع را در نظر داشته باشند و به دستورالعملهای فنی و اجرایی مربوطه پایبند باشند تا شبکههای زیرزمینی ما پایدار و ایمن باقی بمانند.