بخشی از مقاله
چکیده
از جمله پدیده های مهم ناشی از حفر تونل، وقوع نشست هایی در سطح زمین می باشد که این امر بویژه در مورد تونل های کم عمق حفر شده در مناطق شهری و بخصوص به هنگام عبور از زیر مناطق مسکونی شهرها از اهمیت زیادی برخوردار است. جهت پیش بینی نشست سطحی از روش های مختلف مثل روش های ریاضی - عددی و تحلیلی - استفاده می گردد. هدف اصلی در تحقیق حاضر استفاده از روشهای نوینی مثل شبکه های عصبی مصنوعی جهت بررسی پارامترهای موثر بر وقوع نشست سطحی به هنگام حفاری تونل فورپولینگ می باشد. پروژه متروی تبریز فرصت خوبی را برای بررسی تونل فورپولینگ بر میزان نشست سطحی در خاک دانه ایی با سطح آب زیرزمینی متوسط ارائه می دهد. با این حال هیچکدام از پارامترهای اجرایی - مانند ویژگی های چتر محافظتی فورپولینگ - ، ویژگی های محیطی - مانند اثرات زمین شناسانه و زمین شناسی تونل - رابطه منحصر به فردی را با نشست سطحی ایجاد نمی کنند، بلکه چند عامل با هم این کار را می کنند. در تحقیق حاضر، تونل فورپولینگ با استفاده از نرم افزار plaxis مدل گردیده و در شرایط ژئوتکنیکی مختلف محیط - حالت خشک، نیمه اشباع و اشباع - تحت اثر بارگذاری های استاتیکی و دینامیکی تحلیل شده است. در انتها مقادیر نشست های سطحی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است.
واژه های کلیدی: تونل فورپولینگ، نشست سطحی، بارگذاری استاتیکی، بارگذاری دینامیکی
-1 مقدمه
احتمالا اولین تونل ها در عصر حجر برای توسعه خانه ها با انجام حفریات توسط ساکنان شروع شد. این امر نشانگر این است که آنها در تلاشهایشان جهت ایجاد حفریات به دنبال راهی برای بهبود شرایط زندگی خود بوده اند. پیش از تمدن روم در ایران نیز از چند هزار سال پیش ، به منظور استفاده از آبهای زیر زمینی تونل هایی موسوم به قنات حفر شده است که طول بعضی از آنها به 70 کیلومتر و یا بیشتر نیز می رسد. تعداد قنات های ایران بالغ بر 50000 رشته برآورد شده است . جالب توجه است که این قنات ها متعدد ، طویل و عمیق با وسایل بسیار ابتدایی حفر شده اند..[1] فورپولینگ - پیش لوله گذاری - یک تکنیک جدید تونل سازی است. این تکنیک یک روش پیش تحکیمی در سازندهای ضعیف است که محل انجام آن در سینه کار تونل است. این روش معمولاً درشرایط زیر بکار برده می شود:
- 1 - وجود روباره کم عمق بالای تونل
- 2 - زمین های روان - Running Ground - - 3 - محدود کردن نواحی واریزه ای زمین - 4 - سنگهای له شده و به شدت خرد شده - 5 - زمین های سست و ضعیف
این تکنیک در نواحی که در معرض خطر هستند بکار برده می شود ، یعنی جبهه کارهایی که بعد از حفاری ، با توجه به شرایط خاص سنگ یا خاک ، زمان کافی برای نگهداری و تحکیم وجود ندارند. از اینرو ، قبل از حفاری باید زون مورد نظر نگهداری یا پیش تحکیم شود. در این روش یک لایه چتری در پیشانی - بالاتر از سطح مقطع - تونل قبل از حفاری ایجاد می شود تا حفاری با سرعت و ایمنی بیشتر در زیر چتر نگهدارنده انجام شود.[1] حفر چال، لوله گذاری و تزریق دوغاب داخل آن سه بخش اصلی عملیات فورپولینگ هستند. عد از شناسایی لایه های زمین، طول و عمق آنها، آرایش چالها ی طراحی و حفاری آنها اجرا می شود و سپس لوله های فولادی داخل این چالها قرار می گیرند و توسط دوغاب پر می شوند، این لوله های فولادی مشبک می باشند تا دوغاب بتواند ازآنها خارج شود و لوله ها را به زمین بدوزد.
در طرح پیشنهادی با توجه به هندسه ریزش و کارآرایی فورپولینگ، طراحی متراژ و آرایش چالها در دو قطعه 20 متری با همپوشانی 2/5 متر در نظر گرفته شده است که با توجه به وجود پلاگ بتنی متراژ 20 متر به 25 متر افزایش یافته است. جزییات طرح در شکل 9-2 نشان داده شده است. بطور کلی حفر تونل و دیگر سازه های زیرزمینی منجر به حذف توده ای از خاک و سنگ محل و بروز تغییرات قابل توجه در وضعیت تنش اطراف آنها می گردد. از جمله پدیده های مهم ناشی از این دست خوردگی وقوع نشست هایی در سطح زمین می باشد که این امر بویژه در مورد تونل های کم عمق حفر شده در مناطق شهری و بخصوص به هنگام عبور از زیر مناطق مسکونی شهرها از اهمیت زیادی برخوردار است. جهت پیش بینی نشست از روش های مختلف مثل روش های ریاضی - عددی و تحلیلی - استفاده می گردد. هدف اصلی در تحقیق حاضر استفاده از روشهای نوینی مثل شبکه های عصبی مصنوعی جهت بررسی پارامترهای موثر بر وقوع نشست سطحی به هنگام حفاری تونل فورپولینگ می باشد.
-2 مرور مطالعات گذشته
برای پیش بینی نشست سطحی در تونل های شهری یک سری داده لازم است تا خصوصیات این تونل ها را به زبان عددی برای شبکه عصبی بیان کند. این دادها به صورت ماتریس توسط جعبه ابزار شبکه عصبی در نرم افزار Matlab تعریف می شوند. ماتریس ورودی شبکه از فاکتورهایی تشکیل شده است. این فاکتورها شامل خصوصیاتی است که برای پیش بینی نشست سطحی در تونل لازم است. در تحقیق سی وای کیموجی جِی با اِواس دبلیو هونگوسی اچ پارکواچ کی موونواچ اس شاین - - 2001 یک شبکه عصبی مصنوعی - - ANN با نتایج 113 عدد از ناظرهای میدانی برای پیش بینی نشست زمین برای یک سایت تونل با شرایط مشخص بکار گرفته شد و نشان داده شدکه نشست سطح زمین در اثر ایجاد تونل از نظر اندازه و روند متفاوت است و به عوامل مختلفی از جمله هندسه تونل، شرایط زمین و غیره بستگی دارد و فرمول های تجربی و نیمه تجربی برای پیش بینی نشست سطح زمین وجود دارد که بیشتر آنها به طور هم زمان به فاکتورهای مربوطه رسیدگی نمی کنند در نتیجه پیش بینی های نشست نادرست می باشد .[2] محققانی نظیرکی ام نئوپاینوان آر ادهیکاری - - 2005 روشی برای پیش بینی جابجایی های سطح زمین با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی ارائه دادندکه نشست سطح زمین و جابجایی های قائم زمین در اثر ایجاد تونل با کمک متغیر های ورودی که مفهوم فیزیکی مستقیم دارند قابل پیش بینی هستند.[3] سوچاتوی سووانساواتوهربرت اچ انیشتین توانایی ها و محدودیت های شبکه عصبی مصنوعی به منظور پیش بینی نشست سطح زمین در اثر ایجاد تونل با روش سپرهای تعادل فشار خاک - EPB - را پیش بینی کرده و بهترین مدل شبکه عصبی مصنوعی را برای این هدف ارائه کرد[.4]تحقیقاتاُویدیو
