زمین شناسی مهندسی

زمین شناسی مهندسی

ارزیابی میزان مناسب فشار جبهه کار تونل‌های مکانیزه حفاری شده در آبرفت‌های دانه‌ای مترو تبریز

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، دانشکدۀ مهندسی عمران،
2 دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، دانشکدۀ فنی و مهندسی،
3 دانشگاه تبریز، دانشکدۀ مهندسی عمران
چکیده
کنترل جابه‌جایی­های ناشی از حفاری تونل در محیط­های شهری اهمیت ویژه‌ای دارد. یکـی از دلایـل اساسـی افزایش جابه‌جایی­ها، عدم اعمال فشار مناسب در جبهه کار تونل است. این پارامتر به‌ویژه در مواردی که تونل در محیط­های شهری حفر می­شود اهمیت بیش‌تری پیدا می­کند. تعیین مقدار این فشار برای جلوگیری از تخریب جبهۀ کار و نشست زمین از یک سو و ممانعت از بالازدگی زمین از سوی دیگر بسیار مهم است. به‌طورکلی روش­های تعیین فشار جبهه کار به سه دستۀ تجربی، تحلیلی و عددی تقسیم می­شوند. فشار نگه‌داری جبهۀ کار تونل به عوامل متعددی نظیـر نوع و مشخصات مهندسی خاک از جمله مدول الاستیسیته، چسبندگی و زاویۀ اصطکاک داخلی، شرایط آب زیرزمینی، میزان روباره و سطح مقطع تونل وابسته است که در تحقیق حاضر، با کاربرد نرم‌افزار المان محدود ABAQUS به بررسی تأثیر برخی از این پارامترها بر میزان مناسب فشار جبهه کار تونل­های مکانیزه می‌پردازیم. با تحلیل مدل­های سه‌بعدی و اندازه­گیری مقادیر جابه‌جایی­های جبهه کار تونل به‌ازای مقادیر متفاوت فشار جبهه کار و پارامترهای بررسی شده، مقدار مناسب فشار نگه‌دارنده تخمین زده شده است. صحت‌سنجی روند مدل­سازی بر اساس نتایج ابزار‌بندی پروژۀ خط 2 مترو تبریز انجام یافته است. نتایج حاصل نشان­دهندۀ تأثیر چشم‌گیر مدول الاستیسیته خاک در مقدار فشار جبهه کار است و به‌عنوان الگوی کلی، با افزایش مدول الاستیسیته فشار مناسب جبهه کار کاهش می­یابد. هم‌چنین، مقادیر مناسب فشار جبهه کار به‌دست آمده با روش­های تحلیلی جانکسز-استاینر، آنگونستا-کواری و روش تجربی COB مقایسه شده است که بیش­ترین تطابق با روش COBمشاهده شده است. لازم به ذکر است با پایین رفتن تراز آب زیرزمینی و در مدول­های الاستیسیته کم (کم­تر از 20 مگاپاسکال در پژوهش انجام شده)، رابطۀ COB فشار جبهه کار کم­تری نسبت به حالت مناسب ارائه می‌دهد که باید در محاسبات فشار جبهه کار در نظر گرفته شود.
کلیدواژه‌ها

1. Leca E., ''Settlements induced by tunneling in Soft Ground'', Tunnelling and Underground Space Technology; (2007) 119-149.## 2. Guglielmetti V., Grasso P., Mahtab A., Xu S., ''Mechanized tunnelling in urban areas: design methodology and construction control'', CRC Press (2008). ## 3. Jancsecz S., Steiner W., ''Face support for a large mix-shield in heterogeneous ground conditions'', Tunnelling’94: Springer (1994) 531-550. ## 4. Anagnostou G., Kovari K., "Face stability conditions with earth-pressure-balanced shields", Tunnelling and Underground Space Technology,11(2) (1996) 165-73. ## 5. Broere W., ''Tunnel Face Stability & New CPT Applications'', PhD Thesis, Delft University of Technology (2001). ## 6. Pan Q., Dias D., ''Upper-bound analysis on the face stability of a non-circular tunnel'', Tunnelling and Underground Space Technology, 62 (2017) 96-102. ## 7. Kasper T., Meschke G., ''On the influence of face pressure, grouting pressure and TBM design in soft ground tunnelling'', Tunnelling and Underground Space Technology, 21 (2006) 160-171. ## 8. Li Y., Emeriault F., Kastner R., Zhang Z. X., ''Stability analysis of large slurry shield-driven tunnel in soft clay'', Tunnelling and Underground Space Technology, 24 (4) (2009) 472-481. ## 9. Chen R., Tang L., Ling D., Chen Y., "Face stability analysis of shallow shield tunnels in dry sandy ground using the discrete element method", Computers and Geotechnics, 38 (2) (2011) 187-95. ## 10. Lambrughi A., Rodríguez L. M., Castellanza R., "Development and validation of a 3D numerical model for TBM-EPB mechanised excavations", Computers and Geotechnics, 40 (2012) 97-113. ## 11. Berthoz 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. ## 12. Zhang C., Han K., Zhang D., "Face stability analysis of shallow circular tunnels in cohesive–frictional soils", Tunnelling and Underground Space Technology, 50 (2015) 345-357. ## 13. خیراندیش ا.، فاروق حسینی م.، طالبی‌نژاد ع.، "تأثیر فشار نگه‌داری جبهه کار در حفر تونل به روش EPB بر تغییر شکل‌های سطحی و جبهه کار"، مجلۀ علمی پژوهشی مهندسی معدن، 8 (20) (1392) 37-48. ## 14. حیدریان پ.، فاطمی عقدا س م.، نورزاد ع.، "تحلیل پایداری جبهه تونل (مطالعۀ موردی: خط ۲ متروی کرج"، نشریه زمین‌شناسی مهندسی، 7، (2) (1392). ## 15. Ahmed M., Iskander M., "Evaluation of tunnel face stability by transparent soil models", Tunnelling and Underground Space Technology, 27 (1) (2012) 101-10. ## 16. مهندسین مشاور پژوهش عمران راهوار، "مطالعات ژئوتکنیک فاز 1 پروژه خط 2 قطار شهری تبریز" (1387). ## 17. Katebi H., Rezaei A., Hajialilue-Bonab M., Tarifard A., "Assessment the influence of ground stratification, tunnel and surface buildings specifications on shield tunnel lining loads (by FEM)", Tunnelling and Underground Space Technology, 49 (2015) 67-78. ## 18. Kasper T., Meschke G., "A numerical study of the effect of soil and grout material properties and cover depth in shield tunnelling", Computers and Geotechnics, 33 (2006) 234-247. ## 19. منافی ا.، علیائی م.، یثربی ش.، "تحلیل استاتیکی تونل‌های منفرد شهری در آبرفت درشت‌دانه با استفاده از روش اجزا مجزا"، مجلۀ علمی پژوهشی عمران مدرس، 4 (14) (1393) 179-188. ## 20. Möller S. C., "Tunnel induced settlements and structural forces in linings: Univ", Stuttgart, Inst. f. Geotechnik, (2006). ## 21. Kavvadas M., Litsas D., Vazaios I., "Development of a 3D finite element model for shield EPB tunnelling", Tunnelling and Underground Space Technology, 65 (2017) 22-34. ## 22. Kim S. H., Tonon F., "Face stability and required support pressure for TBM driven tunnels with ideal face membrane-Drained case", Tunnelling and Underground Space Technology, 25 (5) (2010) 526-42. ##