بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه نیاز به طراحی و ساخت تونلهای شهری بهمنظور حملونقل فراگیرشدهاست. یکی از انواع این تونلها، تونل دوقلو - TwinTunnel - میباشد که برکنش تونلها به ازای فواصل مختلف، یکی از چالشهای پیش روی طراحان میباشد. تونل دوقلوی بزرگراه حکیم در تهران به روش NATM حفاری گردیدهاست. دراین مقاله، مدلسازی عددی سهبعدی با استفاده از نرم افزار Plaxis 3D Tunnelبرای تونلهای کم عمق - عمق برابر عرض تونل - انجام شدهاست و چهار مدل که در آنها، فاصلهی میان دوتونل 0/5، 1، 1/5 و 2 برابر قطر - عرض - تونل است، مورد تحلیل و بررسی قرارگرفتهاند. در مدلسازی، کلیه-ی مراحل اجرایی دیدهشده و حفاری به صورت مرحلهای انجام شدهاست تا اثرات سهبعدی نیز در نتایج نمایان باشند. تاریخچهی جابهجایی ها و همچنین تنشهای خاک در نقاط مختلف مورد بررسی قرارگرفتهاست. نتایج تحقیق نشان میدهد جابهجایی کف دو تونل متأثر از فاصلهی دو تونل نمیباشد. با افزایش فاصلهی تونلها از 1/5 برابر قطر - عرض - تونل، حفاری تونل دوم تأثیری بر جابهجاییهای تاج تونل اول نداشتهاست و حفاری تونل دوم باعث اضافه تنش در نقطهی وسط پیلار میانی شدهاست که حتی در فاصلهی 2 برابر قطر - عرض - تونل نیز افزایش تنش رخ دادهاست.
مقدمه
در سالهای اخیر نیاز به طراحی و ساخت تونلهای شهری، به ویژه بهمنظور حملونقل، افزایش قابل توجهی یافتهاست. اجرای تونل-های بزرگراهی به شکلهای مختلفی صورت میگیرد که یکی از رایجترین آن، حالت دوقلو میباشد. تونل دوقلوی حکیم در واقع ادامهی بزرگراه حکیم است که در محل پارک جنگلی چیتگر به صورت تونل درنظرگرفته شده است. طول این تونل حدود 1000 متر با عرض دهانهی داخلی 15/9 متر و ارتفاع خالص 11/9 متر میباشد. عرض مفید راه 14/5 متر و شیب طولی مجاز تونل %5 درنظر گرفتهشدهاست. باتوجّه به سطحمقطع نسبتاً بزرگ تونلهای این پروژه و ویژگیهای ژئوتکنیکی محل، انتخاب روشی مناسب جهت حفاری بهطوریکه ضمن اجرایی بودن و تأمین ایمنی لازم هنگام اجرا، الزامات پروژه از قبیل زمانبندی و غیره را برآوردهسازد، از اهمیت ویژهای برخورداراست. NATM در سالهای 1957 تا 1965 درکشور اتریش ابداع شد و در سال 1962 در سالزبورگ به این نام شهرت یافت.
آقای Rabcewicz از این روش به گسترش تجربی یادکردهاست البته این روش مبنای تئوری نیز دارد و آن ارتباط بین تنشها و تغییرشکلهای اطراف تونل - نظریهی منحنی واکنش زمین - است. مبنای اولیهی تئوری این روش توسط دونفر اتریشی به نامهای Fenner و Kastner مطرح شد. Muller برای این روش 22 اصل درنظرگرفته که 7 اصل: تحرک مقاومت تودهی سنگ یا خاک، حفاظت به کمک شاتکریت، اندازهگیری، سیستم نگهداری انعطافپذیر، کفبندی، قرارداد پیمانکاری، ردهبندی تودهسنگ، وضعیت سیستم نگهداری را تعیین مینماید.[1]
روش حفاری NATM انتخابی دراین پروژه، روش گالریهای جانبی - شاخ بزی - بوده کهبه دلیل مقطع نسبتاً بزرگ تونل انتخاب شدهاست. در طول پروژه، حداکثر روباره تونل 20 متر و حداقل روباره 10 متر میباشد.[4] [3] [2] در این مقاله سعی شده است به اثرات برکنش دو تونل در عمق ثابت 15/9 متری - برابر عرض تونل - D پرداخته شود، لازم به توضیح میباشد پژوهش موردنظر برای عمقهای روبارهی 0,5D، 1,5D و 2D نیز انجام شده-است که موضوع پایاننامهی نویسنده در مقطع کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی شاهرود میباشد و نیز مقالهای در همین ارتباط برای عمق روبارهی ثابت 0,5D، در دومین کنفرانس منطقهای و یازدهمین کنفرانس تونل ایران - آبان - 94 بهصورت شفاهی ارائه شدهاست.
مطالعات زمینشناسی و ژئوتکنیک محدودهی پروژه
با توجه به نتایج لوگ گمانهها و چاهکها و نتایج آزمونهای آزمایشگاهی و مشاهدات صحرایی، دو واحد خاکی - Engineering soil unit - در مسیر عبور تونل تفکیک شدهاست. این دو واحد خاکی عبارتند از: -1 واحد :QCG این واحدعمدتاً از ذرات در حد شن تشکیل شده و مطابق با طبقه-بندی USCS در گروه خاکهایGC, GM, GW,GP, GW-GM, GP-GM قرار میگیرد. بخش ریزدانه این واحد خاکیمعمولاً کمتر از 32 درصد می باشد. -2 واحد :QCS این واحد درشتدانهعمدتاً از ذرات در حد ماسه تشکیل شده و مطابق با طبقهبندی USCS در گروه خاکهای SC, SM, SP, SC- SM, SW -SM ,SP-SM قرار میگیرد. بخش ریزدانه این واحد خاکیمعمولاً بین 5 تا 46 درصد متغیر است. در شکل 2 برش زمینشناسی مسیر تونل ارائه شدهاست.
انتخاب روش مناسب حفاری
انتخاب روش مناسب حفاری براساس شرایط تونل، شامل مقاومت زمین و ابعاد دهانهی حفاری، توسط تونلسازان و محققین متعددی مورد بررسی قرارگرفته و براساس تجربیات کسبشده جداول و نمودارهایی ارائه شدهاست. بدین ترتیب براساس مطالعات پایه، روش گالریهای جانبی - روش شاخ-بزی - جهت حفاری تونل پیشنهاد شدهاست. در این روش دو گالری در کنارههای تونل، حفاری میشود و در مراحل بعدی قسمت میانی تونل حفاری شده و اقدام به حذف نگهداری داخل مقطع میگردد. از ویژگیهای این روش، توزیع مناسب تنش و کنترل خوب نشست سطح زمین میباشد. این روش بیشتر برای تونلهای با سطح مقطع بزرگ کاربرد دارد. مقطع شماتیک و نمونههای اجرایی این روش در شکلهای 3 و 4 نشان داده شدهاست. مراحل حفاری در مدلسازی عددی دیده شدهاست.
مراحل حفاری و تحکیم اولیهی درنظر گرفته شده در مدلسازی
به منظور داشتن شرایط واقعی و منطقی از وضعیت حفاری، مبانی و روش حاکم بر تونل بزرگراه حکیم به طور کامل مدلسازی شدهاست. با توجه به گزارش "تحلیل پایداری و طراحی سیستم نگهداری اولیهی تونل حکیم" [6]، ضخامت شاتکریت در دیوارهی اصلی تونل 35 سانتیمتر و در دیوارههای موقت گالریهای کناری 25سانتیمتر درنظر گرفته میشود. 7مرحلهی حفاری که طول هرکدام 15متر میباشد در مدلسازی درنظر گرفته شدهاست که در شکل 5 نمایش داده شدهاست.
