بخشی از مقاله
چكيده
احداث تونلهايي با عمق و طول مختلف و كثرت آنها در زير زمين سبب اختلال در تنشهاي برجاي موجود در زير زمين مي-باشد به گونهاي كه اثرات آن بر روي سطح زمين نيز قابل مشاهده است. بدينجهت براي پيشگيري از اين اثرات هنگام حفر تونل بايد نگهداري را به گونهاي انجام داد كه هنگام وقوع فشارهاي تعادلي، اثر سو بر محيط اطراف به جاي نگذارد.
هدف، بررسي عوامل طبيعي فشاري و كششي زمين در جبهه كار تونل و تاثير اين عوامل بر سيستمهاي مختلف نگهداري جهت انتخاب نوع نگهداري مطلوب ميباشد. با استفاده از نرمافزار Plaxis به بررسي شرايط محيط تونل ايستگاه شماره٧ مترو اصفهان پس از حفاري پرداخته شد تا با توجه به شرايط پيشآمده نوع نگهداري مطلوب تعيين گردد. با توجه به نمودارها و مقدار جابجايي موجود در مرحله آخر نتيجهگيري شد كه تونل مذكور به صورت خودپايدار بوده و به نگهداري نياز ندارد.
١ - مقدمه
تونلها و متروهاي شهري به عنوان يكي از پر اهميتترين زيربناهاي شبكه حمل و نقل شهري در شهرهاي بزرگ در نظر گرفته شدهاند. احداث و تكميل متروهاي شهري به دليل بهبود در سرعت دسترسي به محل كار، مغازهها و مراكز تفريحي، سهولت در سفر با كاهش هزينه و زمان و همچنين از نظر مسائل زيست محيطي بسيار سودمند ميباشد
مهم ترين نقش در طراحي و ساخت تونل را ارزيابي وكنترل جابجايي زمين - كوردينگ،١٩٩١ - ، تغيير شكل و استحكام درسينهكار حفاري - پك، ١٩٦٩ - ، بارها و تنش ها در نگهداري تونل ايفا مي كنند - كوردينگ و هنسماير، ١٩٧٥ - . اگرچه، اين روشهاي پيش بيني براساس تجربه بوده و به مدلهاي تونل يك قلو محدود ميشود. فرمول هاي تئوري بسياري براي تحليل نمودار ميزان نشست زمين براساس مفروضاتي كه بر مبناي آن ميزان نشست در تونل به صورت يكسان و نشست در سطح جانبي نيز توزيع يكسان دارد ارائه شده است
جابجاييهاي زمين با استفاده از روشهاي قراردادي از قبيل حدود تعادل، تنشهاي زمين و تحليل پلاستيك، پيچيدگيهاي موجود در زمينشناسي، توالي ساختار، رفتار و طبقه بندي كه اغلب در زمين وجود دارند به سادگي ارزيابي نميشوند. درچنين شرايطي، اغلب تحليلهاي عددي مانند المان محدود و المان مجزا استفاده شده است. چندين رويكرد شامل روشهاي تجربي، روشهاي عددي و روشهاي تحليلي عموما براي پيش بيني نشست زمين و وابستگي نشست با عمليات حفر تونل استفاده شده است.
روشهاي تجربي و تحليلي در حالتهاي كه مشكل درگيري و تنش بين تونل و سازههاي موجود در نزديكي آن مانند تونل ديگر و نگهداري آن وجود دارد، قابل اجرا نميباشد
در حقيقت، روش تجربي نميتواند موقعيتها و حالات مختلف زمينشناسي را در نظر بگيرد، بنابراين براي مطالعه تنشهاي بين تونل موجود و تونل ديگر، روشهاي عددي ممكن است ابزار مناسبتري را ارائه كند.
در گذشته، تحليل عددي دوبعدي در تونلها بيشتر استفاده ميشد، چراكه تحليل سهبعدي زمان زيادي را مصرف ميكرد. عليرغم گسترش استفاده از روش تحليل عددي، بيشترين تحليلهاي استفاده شده روزانه اساسا دوبعدي هستند. اگرچه تحليل دوبعدي ممكن است براي بسياري از رويدادهايي كه در اطراف ما رخ ميدهد راه مطلوب و رضايت بخشي نباشد.
به عنوان مثال، قاب اصلي معمولا بعد از چند مرحله تغيير حالت در زمين نصب ميشود. در تحليل دوبعدي، اين حالت بايد با تعيين فرضي درصد تخليه مدلسازي شود - پانت و گونات،١٩٨٢؛ آلوواني و همكاران،١٩٩٤ - . حجم از دست رفته تونل - تيلور و همكاران،١٩٩٤ - ، يك فاصله ساختگي بين ديوار و قاب - روو و لي، ١٩٩٢ - ، يا قاب فرضي است كه به تونل مقداري فضا براي همگرايي ميدهد
اساس مدل جابجايي يكنواخت زمين، برگرفته از فرمول دو بعدي لوگاناتان است كه مي گويد تغيير حالت زمين به دليل نشست زمين در دوره احداث سپر ميباشد - وي، ٢٠٠٧، ٢٠٠٩، ٢٠١٠؛ لوگانتان و پولوس، ١٩٩٨ - . درحقيقت بيشتر اوقات يكي از اهداف اصلي در تحليل ها، ارزيابي تنشهاي وارد شده از طرف سپر ميباشد.
درحاليكه تحليل دو بعدي ممكن است براي سپر لايه دوم رضايت بخش به نظر برسد، اما براي سپر اصلي غير واقعي است، چراكه تغييراتي در تنشهاي اصلي سه بعدي اطراف راس تونل وجود دارد. يزدچي، يك تونل در حالت سه بعدي با رفتار غيرخطي ماده، مدول برشي ناهمگن و افزايش وابستگي زماني در استحكام سپر را مدلسازي و اثرات متقابل بين ميزان پيشرفت و تغيير حالت زمين را مطالعه كرده است. اين مقاله اثرات متقابل تونل دوقلو موازي را بواسطه يك مدلسازي عددي كه مي تواند رفتار و اثرات تونلسازي مكانيزه را از لحاظ نيروي كششش ناشي از سقف و كف تونل و جابجايي اطراف دو تونل ارزيابي كند، مطالعه كرده است. جدايي دو تونل، عمق تونل و جزييات پارامترهاي ماده مطالعه شده است
٢ روش تحقيق
در اين مقاله به جهت كارايي منحصر و امكان دخالت دادن پارامترهاي مدنظر، نرمافزار اجزا محدود Plaxis مطلوب و در اين پژوهش مورد استفاده قرار گرفت، چراكه اين نرمافزار با دارا بودن كليه روابط ژئوتكنيكي به صورت پيشفرض و استفاده از انواع مدلهاي رفتاري خاك، ميتواند تنشهاي موجود در محيط كار را به خوبي پردازش كرده و جواب دقيق تري نسبت به روش دستي به ما بدهد. مطالعه بر روي ايستگاه شماره ٧ متروي اصفهان انجام شده است. متروي اصفهان -قطعه جنوبي به صورت دو تونل با مقطع نعل اسبي در تناوبي از شيل و ماسه سنگ در حال احداث مي باشد و داراي طول 3737 متر مي باشند . حفاري به كمك دستگاه رودهدر با عرض ٧ متر و ارتفاع ٧/٦ متر در حال انجام ميباشد. داده هاي مربوط به جنس لايههاي زمين در جدول ١ اورده شده است.
جدول ١. داده هاي محيط مورد مطالعه
پس از طراحي تونل در محيط نرمافزار، با اعمال تنشهاي برجا ، محيط تونل و اطراف آن به صورت شكل ١ بدست آمد. در اين نرمافزار براي بدست آوردن ميزان جابجايي در اطراف سازه بايد پس از اعمال تنش و مراحل خاكبرداري، نقاطي را در اطراف جبههكار به صورت تصادفي مشخص كرد - شكل٢ - تا نرمافزار براساس آن نقاط، ميزان جابجايي كه پس از حفر تونل بوجود ميآيد را به ما بدهد.
شكل ١. تونل و تنشهاي اعمال شده
شكل ٢. نقاط فرضي مشخص شده در اطراف تونل جهت بدستآوردن ميزان جابجايي
٣ نتيجه گيري
براساس نتايج حاصل از پردازش نرمافزار، همانطور كه در شكل - ٣ - كه به صورت نمودار آمده و جدول شماره - ٢ - كه مقدار جابجايي هر نقطه را نشان مي دهد، مشخص شد با توجه به مقدار جابجايي بسيار كم در نقاط مختلف، تونل مورد مطالعاتي مورد نظر پس از حفر به صورت خودپايدار بوده و نياز به نگهداري ندارد.
جدول٢. مقدار جابجايي نقاط اطراف تونل
