بخشی از مقاله
خلاصه
در بین وسایل حمل و نقل عمومی، شبکهی قطار شهری جایگاه ویژهای دارد. احداث مترو به روش سطحی هزینه کمتری دارد؛ اما به دلیل افزایش تراکم سطحی، تردد خودروها و کمبود فضا، خطوط مترو بیشتر به صورت زیرزمینی ساخته میشوند. اجرای بهینه و تامین ایمنی اینگونه فضاهای زیرزمینی در هنگام ساخت و پایداری دراز مدت آنها از جمله عواملی است که باید توسط طراحان سازههای زیرزمینی مورد توجه قرار گیرد. در سازه های زیرزمینی نظیر تونلها طراحی و تحلیلها بر مبنای نگرشی انجام می گیرد که ملاک اصلی آن تغییر شکل تونل و زمین است. هدف از این تحقیق، تحلیل و مقایسه تونل متروی شیراز، در حالت استاتیکی با مدلسازی به وسیله نرم افزار پلکسیس دوبعدی و سه بعدی است. در تحلیل سه بعدی دو حالت تحلیل حین حفاری و تحلیل پس از حفاری مورد بررسی قرار گرفت. برای صحت سنجی، تونل متروی دهلی هندوستان مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان دادند که مقدار حداکثر جابجایی در تحلیل استاتیکی حفاری تونل، در حالت 3D، 50 درصد بیشتر از حالت 2D بوده و مقدار کرنش برشی در تحلیل استاتیکی حفاری تونل، در حالت 3D، 62 درصد بیشتر از حالت 2D بدست آمد. همچنین تنش موثر اصلی، در هر دو حالت2D و 3D تقریبا برابر بودند.
کلمات کلیدی: تونل، متروی شیراز، تحلیل استاتیکی، PLAXIS 2D and 3D
.1 مقدمه
امروزه به دلیل گسترش شهرها و افزایش جمعیت شهری، نیاز بیشتری به وسایل حمل و نقل عمومی احساس میشود. در بین وسایل حمل و نقل عمومی، شبکهی قطار شهری جایگاه ویژهای دارد. احداث مترو به روش سطحی هزینه کمتری دارد؛ اما به دلیل افزایش تراکم سطحی، تردد خودروها و کمبود فضا، خطوط مترو بیشتر به صورت زیرزمینی ساخته میشوند. از طرفی به علت عمق کم، تونلها و ایستگاه های زیرزمینیمترو معمولاً در زمینهای - نرم خاکهای سست سطحی - احداث میشوند. بنابراین، اجرای بهینه و تامین ایمنی اینگونه فضاهای زیرزمینی در هنگام ساخت و پایداری دراز مدت آنها از جمله عواملی است که باید توسط طراحان سازههای زیرزمینی مورد توجه قرار گیرد. علاوه بر مشکلات مرتبط با پایداری سازه، پدیدهی نشست سطح زمین که در اثر احداث ایستگاه یا حفر تونل روی میدهد، یکی دیگر از مسایل مهمی است که توسط مهندسین، مورد مطالعه و بررسی قرار میگیرد . هدف از این تحقیق، تحلیل و مقایسه تونل متروی شیراز، در حالت استاتیکی با مدلسازی به وسیله نرم افزار پلکسیس دوبعدی و سه بعدی است.
حفاری در مناطق شهری، مساله ای است که دارای پیچیدگی و مخاطرات بسیاری است. یکی از مهم ترین مسایلی که در هنگام عملیات حفاری تونل های مترو باید مورد بررسی قرار گیرد، تاثیر عملیات حفاری بر روی نشست سطح زمین و راهکارهای مهار این مساله است. ماشینهای فشار تعادلی زمین یا انواع دیگری از سپرها مورد استفاده قرار میگیرند. نتیجه حاصل از استفاده از این نوع ماشین ها، کاهش قابل توجه میزان جا به جایی ناشی از حفاری تونل های مترو میباشد. ماشینهای حفاری فشار تعادلی زمین برای مهار افت زمین در بالا، جلو و پشت ماشین حفاری به کار میروند. فشار جبهه کار در ماشین فشار تعادلی زمین با اعمال فشار منتقل شده از دیواره خاک جلوی ماشین حفار به جبهه کار از خاک حفاری شده در اطاقک پشت کله حفار تامین میشود. خاک حفاری شده توسط دستگاه که با شرایط زمین مقابل خود یعنی جبهه کار، همخوانی و شباهت بسیاری دارد و از نظر وجود آب و وزن مخصوص نزدیک به زمین دست نخورده است، میتواند اختلاف فشار بالا و پایین جبهه کار را بسیار دقیقتر از دوغاب و هوای فشرده تامین نماید. تحلیل اثرات حفاری با ماشینهای فشار تعادلی زمین بر روی زمین، سازه ها و همچنین بررسی گودی نشست سطحی به وجود آمده در اطراف ماشین به علت وجود پارامترهای متعدد مانند فشار در جبهه کار، سیکل های حفاری، نصب سگمنتها پس از هر سیکل حفاری و عملیات تزریق در پشت سگمنت مسئله ای سه بعدی است .[1]
اون و شول - - Owen and Scholl در سال 1981، تعداد 127 مورد تونل مستطیلی و دایرهای را در برابر زلزلههای مختلف مورد بررسی قرار دادند و انواع خسارتهای خرابی مفصل پلاستیک، گسترش ترکهای طولی و تشکیل مفصل پلاستیک در بالا و پایین دیواره را گزارش نمودند.[1] شارما و جوود - Sharma and Judd - در سال 1990، تعداد 192 مورد گزارش رفتار سازههای زیرزمینی را در برابر 85 زلزله در سراسر جهان مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که آسیبپذیری یک سازه زیر زمینی را میتوان بر حسب عمق روباره و پارامترهای زلزلهی منطقه ارزیابی نمود. همچنین آسیب دیدگی و خرابی تونلها با افزایش عمق روباره کاهش یافته است.[1] هشاش - Hashash - در سال 2001 در مقالهاش به این نکتهی مهم اشاره نمود که سازه ی تونل باید از نظر شکلپذیری و مقاومت در برابر اثرات زلزله بررسی شود. همچنین برای تامین شکلپذیری کافی در پوشش تونل در هنگام زلزله، فاکتور کاهش نیرو، معادل شکلپذیری تامین شده برای تونل است.[2]
ایستگاه های مترو بر اساس وضعیتی که نسبت به سطح دارند، به دو دستهی ایستگاههای روزمینی و ایستگاههای زیرزمینی تقسیمبندی میشوند. در ایستگاههای روزمینی، تراز سطح ریل خط مترو نسبت به سطح زمین اختلاف ارتفاعی کمی دارد، بنابراین بر روی سطح زمین و با روش متداول ساختمانهای سطحی احداث میشود. اما روشهای معمول حفر زیرزمینی ایستگاههای مترو شامل روش کند و پوش - Cut and Cover - و روش حفر چند مرحلهای.[3] اجرای روش کند و پوش مستلزم اشغال موقت سطح زمین و جابجایی تجهیزات مراکز شهری است. بنابراین روش حفر چندمرحلهای فضا و پایدارسازی آن با سامانهی نگهداری موقت، ترجیح داده میشود. استفاده از روش حفر چندمرحلهای در فضاهای شهری، مستلزم اجرای تمهیدات ویژه به منظور افزایش ضریب ایمنی و مهار جابجایی و نشست خاک است که با به کارگیری روش پیشنگهداری طاق بتنی حاصل میشود. در سیستم طاق بتنی پیش از حفر فضا، با ساخت یک سازهی موقت بتن مسلح، پایداری موقت تونل تامین میشود. مزایای این روش عبارتند از 4]و: [5 ایجاد پدیدهی قوسی در اطراف بازشدگی و استفاده از ظرفیت باربری خاک، کاهش تغییر شکل اطراف بازشدگی و پیشگیری از دستخوردگی محیط اطراف تونل، کاهش جابجایی اولیهی خاک در حین حفاری.
.2 مواد و روش تحقیق
.2-1 مواد در این تحقیق ، مسیر مترو به طول تقریبی 4/5 کیلومتر در امتداد بلوار کریم خان زند شیراز تحلیل شده است.
.2-1-1 خاک خصوصیات ژئومکانیکی خاک در ناحیه مورد مطالعه در جدول - - 1 آورده شده است. سطح آب زیرزمینی با توجه نیمرخ طولی مسیر مورد مطالعه از میدان ولیعصر تا میدان نمازی شیراز در عمق 8 متری از سطح زمین بوده است.
