بخشی از مقاله
خلاصه
روش فورپولینگ از جمله روشهای حفر ایمن است که تغییر شکلهای کمی ایجاد میکند. در این روش ایجاد چتر نگهداری باعث افزایش پایداری در سطح جبهه حفاری و کاهش تغییر شکلها میشود. به منظور بررسی اثر چترنگهداری بر پایداری جبهه تونل ایستگاه C2 کرج، لوله-های فولادی بکار رفته در چتر به همراه بتن درون این لولهها، توسط نرم افزار plaxis مدلسازی شد. به دلیل اینکه امکان مدلسازی المانهای لوله وجود ندارد لذا المان لوله فولادی به همراه هسته بتنی آن توسط نرم افزار abaqus معادل سازی شد و عرض پلیتی برابر با شعاع لوله توسط این نرم افزار بدست آمد و پلیت معادل در نرم افزار plaxis قرار گرفت و به بررسی تغییرات میزان جابهجایی در سطح جبهه پرداخته شد و طول قوس بهینه پشت جبهه تعیین شد. بر اساس نتایج بدست آمده، این روش پایداری خوبی درجبهه ایجاد میکند و هزینه نگهداری جبهه را کاهش میدهد.
1. مقدمه
ترخیص تنش ناشی از حفاری تونل موجب تغییر شکلهایی در توده خاک و در نهایت در سطح زمین میشود . از مشخصه تونلهای شهری میتوان به عمق روباره کم آنها، زمین سست شهری، دهانه بزرگ این فضاها و وجود ساختمانها روی ایستگاه را نام برد که همگی کنترل نشست سطحی و حفظ پایداری در این فضاهای زیر زمینی را دشوارتر می کند. نشستها و تغییر شکلهای ایجاد شده ناشی از حفر تونل میتواندآسیبهای جدی به سازههای اطراف وارد آورد .
روش فورپولینگ یک روش لولهگذاری و پیش تحکیمی است. این روش چه به لحاظ اجرا و چه به لحاظ امکانات از بهترین روشهای حفر در محیطهای شهری و خاکی است چرا که بدلیل ایجاد قوس نگهداری قبل از حفر، ایمنی بالا و تغییر شکل کمی ایجاد میکند .
در حفاری تونل ایستگاه، پایداری جبهه از اهمیت ویژهای برخوردار است چرا که هرگونه ناپایداری در جبهه مانع از ادامه کار میشود و بویژه در روش ایجاد چتر باعث از بین رفتن تکیهگاه چتر میشود و کل سیستم نگهداری تونل را با مشکل مواجه میسازد و در صورت ریزش باعث نشست درسطح زمین میشود. وجود چتر باعث انتقال تنشها به پشت جبهه میشود. با توجه به ابعاد مقطع، حداقل طول چتری پشت جبهه نیاز است تا اثر تنشها در سطح جبهه کاهش یابد و پایداری جبهه تامین گردد. در این مقاله به رابطه بین طول چتر پشت جبهه و تغییر شکلها در سطح جبهه پرداخته شده است و طول هم پوشان بهینه پیشنهاد میشود.
2. معرفی پروژه
ایستگاه C2 در غرب شهر کرج، در امتداد خیابان شهید بهشتی و در زیر میدان دانشگاه قرار خواهد گرفت. این ایستگاه سومین ایستگاه از خط 2 قطار شهری کرج بوده و به لحاظ حجم مسافر جزء ایستگاههای با حجم مسافر متوسط در قطار شهری کرج میباشد. عمق روباره در قسمت مرکزی تاج تونل 4/8 متر ودر کنارههای تاج 8/5 متر است. عمق ریل در محل ایستگاه نسبت به سطح خیابان حدود 16 متر میباشد، این ایستگاه به لحاظ ابعادی جز ایستگاههای با ابعاد متوسط تقسیم بندی میشود.
عرض حفاری شده ایستگاه 19/3 متر و عرض مفید ایستگاه پس از حفر14 متر میباشد. ارتفاع حفاری شده ایستگاه 13/4 متر و ارتفاع مفید پس از نصب نگهداریها و کفبندی 8/75 متر است. قوس تاج تونل قسمتی از کمان دایرهای به شعاع 13/4 و به مرکز محور تونل و 2/2 زیر تراز ریل راهآهن میباشد. ارتفاع سکوها نسبت به تراز ریل 2/85 متر و طول قوس تاج 22 متر است. سطح آب زیرزمینی در محل ایستگاه C2 پایینتر از کلیه گمانههای حفر شده در محل ایستگاه است. بار ترافیک بالای ایستگاه 20 kn/m2 و بار ناشی از وزن ساختمانهای اطراف50 kn/m2 است. برای ایستگاه C طبق نتایج آزمایشات ردهبندی، رده خاک عبارت است از مخلوط ماسه و شن آمیخته با سیلت و رس بسیار کم با چسبندگی کم و دامنه خمیری از NPI تا 6,3عمدتاً با نشان SM و SP-SM در برخی نقاط با رده GP-GM، دیده میشود
جدول -1 خصوصیات ژئومکانیکی محدوده ایستگاه
3. عملکرد سیستم فورپولینگ
در روش ایجاد چتر نگهداری، بر روی جبههکار علاوه بر فشارهای جانبی و فشار قائم ناشی از وزن روباره، فشار ناشی از وزن روباره قسمت حفاری شده، توسط المانهای فولادی به سطح بالای جبهه کار وارد میشود، این فشار باعث ایجاد فشار افقی مضاعف در جبهه کار میشود که ممکن است باعث ناپایداری در جبهه شود. وجود المانهای نگهداری باعث توزیع تنش و انتقال تنش به پشت جبهه کار میشود، همچنین بدلیل تغییر شکل سطح جبهه و وجود المانهای نگهدارنده، پایداری نسبی در سطح جبهه ایجاد میشود و در مجموع یک عامل ناپایدار کننده و یک عامل پایدار کننده در تقابل با یکدیگر هستند و میزان اثر این دو عامل، مشخص کننده پایداری جبهه خواهد بود .[2]
4. تحلیل نگهداری طاق چتری با لولههای فولادی
معمولا نگهداری طاق چتری در حالتهای دوبعدی و سهبعدی با تخمین لولههای فولادی، تزریق و تودهسنگ به عنوان یک کامپوزیت واحد در نظر گرفته میشود. در برخی موارد نیز ممکن است لولههای فولادی جدای از ناحیه تزریق شده مدل شود. در روش اول جابجاییها نسبت یه روش دوم بیشتر تخمین زده میشوند .[4] در روش دوم تحلیل واقعیتری نسبت به روش اول خواهیم داشت چرا که عملکرد دقیق هر المان در نظر گرفته میشود. در اینجا قصد مدل کردن لولههای فولادی در تاج تونل و بررسی عملکرد آنها را داریم.
5. معادلسازی لولههای فولادی
در روش فورپولینگ از لولههای فولادی استفاده میشود که با تزریق بتن پر شدهاند. لولههای استفاده شده دارای قطر خارجی 100mm و قطر داخلی 80mm و طول 7 متر هستند. این لولهها با فاصله 0/5 متر از یکدیگر قرار گرفتهاند. بدلیل مدل کردن این لولهها در تاج تونل با استفاده از نرم افزار plaxis، مجبور به معادل سازی این لوله ها توسط پلیت معادل آن هستیم. بدلیل سهولت کار با نرمافزارهای عددی، با استفاده از نرم افزار abaqus پلیتی که جابهجایی آن معادل جابهجایی لولههای با هسته بتنی است را بدست آوردیم. عرض سطح مقطع این لولهها برابر با قطر خارجی لولههای فولادی در نظرگرفته شد.
شکل -1 مدل سه بعدی تیر و استوانه فولادی معادل در اباکوس
جدول -2 ماکزیمم جابهجایی تیر و لوله طره تحت بارهای وارده
6. مدلسازی تونل
به دلیل بزرگ بودن مقطع تاج تونل، از روش توده گذاری جهت کوچک کردن مقطع تاج استفاده شده است. با کوچک شدن مقطع تونل پایداری جبهه تونل افزایش مییابد و طول چتر کمتری در پشت جبهه جهت پایداری جبهه نیاز است. بنابراین با طول همپوشانی کمتر، جبهه تونل خودنگهدار خواهد بود.
