زمین شناسی مهندسی

زمین شناسی مهندسی

بررسی تأثیر فشار سینۀ کار بر نشست سطح زمین در تونل‌سازی با سپر متعادل کنندۀ فشار زمین (EPB)(مطالعۀ موردی: خط A متروی قم)

نویسندگان
دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، گروه مهندسی معدن
چکیده
عوامل مؤثر در نشست سطح زمین در روش حفاری مکانیزه را می‌توان عمدتاً به چهار دسته عوامل هندسی، عوامل ژئومکانیکی، پارامترهای کاری ماشین حفاری و پارامترهای مدیریتی و اجرایی تقسیم‌بندی کرد. عوامل هندسی شامل عمق و قطر تونل هستند پارامترهای کاری ماشین شامل فشار وارد بر جبهه حفاری، فشار تزریق در پشت سگمنت‌ها و نیز میزان تغییر قطر (کاهش قطر دستگاه در طول) دستگاه است و پارامترهای ژئومکانیکی شامل مشخصات مکانیکی لایه‌های خاک بین تونل تا سطح زمین است. در تونل‌های مناطق شهری که بیش‌تر در عمق کم و در بستر خاکی حفر می‌شوند، فشار جبهه کار می‌تواند یکی از عوامل پیش‌گیری کنندۀ نشست سطح زمین باشد. در پروژۀ خطA مترو قم، تونل با ماشین حفاری مکانیزه از نوع متعادل کنندۀ فشار زمین (EPB) حفر می‌شود. در این تحقیق با تمرکز روی پنج مقطع از این تونل، تأثیر فشار جبهه کار بر نشست سطح زمین تحلیل شده است. این پنج مقطع در کیلومترهای مختلف تونل در مکان‌هایی انتخاب شدند که در سطح زمین پین‌های نشست سنجی نصب شده‌اند و نتایج مدل‌سازی عددی قابل صحت‌سنجی هستند. برای بررسی اثر فشار سینه‌کار روی حداکثر نشست سطح زمین، چهار سطح فشار 100، 150، 200 و 400 کیلوپاسکال بررسی شد. این فشارها به‌ترتیب 1، 5/1، 2، و 4 برابر فشار اولیه جبهۀ کار بودند. نشست سطح زمین در این چهار سطح فشار با استفاده از نرم‌افزار اجزا محدود PLAXIS 3D TUNNEL ارزیابی شده است. اعتبارسنجی نتایج با استفاده از ابزاربندی در سطح زمین (پین‌های نشست سنجی) و روی تمامی این مقاطع انجام شده است. اعتبارسنجی انجام شده نشان داد که نتایج مدل‌سازی تطابق خوبی با نتایج پین‌های نشست‌سنجی دارد. مقایسۀ نتایج نشان می‌دهد افزایش 4 برابری فشار جبهۀ کار، حداکثر سبب کاهش 4.45 میلی متری نشست بیشینه می‌شود. بنابراین افزایش فشار جبهۀ کار، میزان نشست را کاهش می‌دهد اما این مقدار بسیار ناچیز است. هم‌چنین مشخص شد که افزایش بیش از اندازۀ فشار سینۀ کار (بیش از 200 کیلوپاسکال) نه‌تنها حداکثر نشست سطح زمین را کاهش نمی‌دهد بلکه باعث ایجاد شکست غیرفعال (Passive failure) یا همان بالازدگی در جلوی سپر روی سطح زمین زمین می‌شود.
کلیدواژه‌ها

1. Renard Middle M., Hernknesht, Lu.A., "Mechanized shield tunneling", translated by Sharifzadeh, M., Khademi Hamidi, J., Torkamani Ghotb, A., Tehran University Jihad, Amirkabir unit (2007).## 2. Guglielmetti V., Grasso P., Mahtab A., Xu S., "Mechanized tunnelling in urban areas: design, methodology and construction control", Taylor and Francis (2007). ## 3. Sattari G.H., "Numerical and analytical estimates of ground surface subsidence due to tunneling by shield tunneling ground balance, (Case Study: Tehran metro line seven)", PhD Thesis, Azad University (2008). ## 4. Franzius J. N.,"Behavior of building due to tunnel induced settlement", Ph.D. dissertation, Imperial College of Science, Technology and Medicine (2003). ## 5. Vermeer A., Ruse N., Marcher T., "Tunnel heading stability in drained ground", FELSBAU 20, No. 6 (2002). ## 6. Höfle R., Fillibech J., Vogt N., "Time dependent deformations during tunnelling and stability of tunnel faces in fine-grained soils under groundwater", 3 (2008) 309-316. ## 7. Sun S., Pei H., Zhang S., "Analysis of Face Stability and Ground Settlement in EPB Shield Tunnelling for the Nanjing Metro", The Geological Society of London, IAEG, (2006) Paper Number 274. ## 8. Li Y., Emerialut F., Kastner R., Zhang Z. X., "Stability analysis of large slurry shield-driven tunnel in soft clay", Tunnelling and Underground Space Technology, 24, (2009) 472-481. ## 9. Mollon G., Dias D., Subra A. H., "Probabilistic analysis of circular tunnels in homogeneous soil using response surface methodology", ASCE, Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, (2009) 1314-1325. ## 10. Greenwood J. D., "Three Dimension Analysis of Surface Settlement in Soft Ground Tunneling", Master of Engineering Thesis, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Department of Civil and Environmental Engineering (2003). ## 11. Lambrughi A., Rodríguez L. M., Castellanza R., "Development and validation of a 3D Numerical Model for TBM–EPB Mechanized Excavations", Computers and Geotechnics Journal, 40 (2012) 97-113. ## 12. Bethez N., Branque D., Subrin D., Wong H., Humbert E., "Face failure in homogeneous and stratified soft ground: theoretical and experimental approaches on 1g EPBS reduced scale model", Tunnelling and Underground Space Technology, 30 (2012) 25-37. ## 13. Chen R. P., Li J., Kong L. G., Tang L. J., "Experimental study on face instability of shield tunnel in sand", Tunnelling and Underground Space Technology, 33 (2013) 12-21. ## 14. Kim K., Oh J., Lee H., Choi H., "Critical face pressure and backfill pressure in shield TBM tunneling on soft ground", the 2017 world congress on advances in structural engineering and mechanics, Seoul, Korea (2017). ## 15. Sahel Consulting Engineers, "Geological and geotechnical studies of Qom city metro, Line A" (2011). ## 16. Kheirandish I., Farough hosseini M., Talebi Nezhad A., "Impact of Face Pressure on Surface and Face Deformations in EPB Tunneling", 8(20) (2014) 37-48. ##