بخشی از مقاله
چکیده
گسترش حمل و نقل در شهرهاي بزرگ این امر را ضروري کرده تا در جاهاي کم عمق تونلهاي دوقلو ساخته شود. پیش بینی اندرکنش احداث تونل دوقلو نقش مهمی را در طراحی و ساخت تونلهاي موازي نزدیک به هم بازي میکند. حفاريهاي از جمله حفر تونلها دوقلو میتوانند باعث حرکت زمین شوند که این حرکتها بهصورت نشست در سطح زمین نمایان میشوند. همچنین نحوه حفر تونلها در نشست ایجاد شده بر ساختمانها و تأسیسات قرار گرفته در بالاي تونل تاثیرگذار است. به همین دلیل تخمین میزان نشست ناشی از حفر این تونلها ضروري است. در این مقاله به بررسی تاثیر فاصله تونلهاي دوقلو بر میزان نشست ناشی از حفر تونل به روش TBM به وسیله نرم افزار ABAQUS پرداخته شده است. در مدلسازي از تحلیل غیرخطی و مصالح غیرخطی استفاده شده و در نهایت مدل ساخته و با نتایج مدلهاي آزمایشگاهی صحت سنجی شده است. مطالعات انجام شده نشان میدهد حفاري همزمان تونلهاي دوقلو میتواند باعث ایجاد نشست بیشتري در روي هردو تونل داشته باشد.
مقدمه
در واکنش به رشد سریع توسعه شهري یک نیاز مبرم براي ساخت تونلهاي جدید براي سیستمهاي حمل و نقل و کاربردهاي زیرزمینی وجود دارد. در سالهاي اخیر تونلهاي زیادي در محیط شهري ساخته شدهاند, که اغلب ساخت تونلهاي دوقلوي در نزدیکی هم را در برمی گیرد. به علاوه در بسیاري از موارد, تونل جدید در مجاورت یک تونل موجود حفاري میشود. بنابراین, پیش بینی ساخت تونل جدید در کنار یک تونل حفاري شده نقش کلیدي را در ساخت و طراحی یک تونل موازي نزدیک یک تونل موجود بازي میکند زیرا نباید در حال حفاري و بعد از تاسیس تونل جدید آسیبی به تونل موجود برسد. اندرکنشی ناشی از حفاري تونلهاي دوقلو به وجود میاید موجب ایجاد نشستهایی در سطح زمین می شود. بنابراین محیطهاي ساختمانی براي موقعیتهاي تونل زنی شهري به طور فزاینده اي نامساعد میشوند و کنترل نشستهاي در سطح زمین و دیگر تاثیرات محیطی معمولا یک مساله کلیدي در برنامه ریزي و طراحی پروژههاي حفاري تونلهاي دوقلو میباشد. طراحی تونل نیازمند برآورد مناسبی از تغییر شکلهاي زمین است. بسته به روش حفاري و نگهداري، تونلسازي میتواند باعث نشستهایی با مقادیر مختلف شود2]،.[1
تحلیل غیرخطی اندرکنش جابجاییهاي ناشی از حفاري تونلها دوقلو به روش عددي
کاراکوس و فاول [3] 2003 تاثیرات روشهاي مختلف حفر تونل بروي میزان نشستهاي تونل با استفاده از روش مدلسازي المان محدود ساده را مورد بررسی قرار دادند. تحقیقات آنها بیشتر متمرکز بر مدلسازي سه بعدي و مقایسه آن با تاثیر حفر تونل یک مدل دو بعدي بوداست. فاریاس و همکاران [4] 2004 تاثیر توالی حفاري را بروي نشستهاي زمین با استفاده از یک تونل ایده آل فرضی بر اساس نتایج مجموعه اي از تحلیلهاي المان محدود سه بعدي مورد بررسی قرار دادند. آنها الگو هاي متفاوتی از توالیهاي حفاري و الگوهاي پشتیبانی را در نظر گرفتند و عوامل تاثیر گذار بر نشست زمین را شناسایی کردند. سوانساوات و انیستین [5] 2007 نتایج جالبی از جابجاییهاي ناشی از تونل هاي دوقلوي حفاري شده در بانکوك منتشر کردند. آنها نشان دادند که پارامتر هاي فعال مانند: فشار سطح ,میزان نفوذ و فشار دوغاب تاثیرات مهمی روي افزایش نشستها و مقدار فرورفتگی نشست دارند. همچنین نشان دادند بیشترین نشست در تونل هاي دوقلو معمولا در وسط بین دوتونل نیست و فرورفتگی نشست متقارن نیست.
چانسایک یو در سال [6] 2009 در مطالعاتی عددي به بررسی عملکرد تونل زنی چند سطحی در زمین نرم را پرداخت. نتایج حاصل از این تحقیق عددي سه بعدي دربارهي عملکرد تونل زنی چند سطحی در زمین نرم را نشان میدهد. کلیه تحلیلها المان محدود سه بعدي بوده و در مورد تونلزنی با توالی هاي پیشروي چند سطحی مختلف از جمله روش هاي برش حلقوي و انحراف مسیر جانبی انجام شدهاند. پارامترهاي مورد نظر در این تحلیلها شامل طول نشست، حجم هسته و فاصلهي تاخیر حفرتونل بوده است. نتایج حاصل از این تحلیل ها نشان میدهند که روش حفاري انحراف مسیر جانبی- موثرترین روش محدود کردن استقرار هاي سطح زمین و نیز تغییر شکلهاي تونل است. جیانت کومار و همکاران در سال [7] 2013 به بررسی پایداري تونل هاي دو قلو دایرهاي بدون پوشش طولانی در محیط هاي خاکی پرداخت.
هدف از این تحقیق بررسی پایداري دو تونل موازي دایرهاي بدون پوشش طولانی به طور افقی در خاك هاي با رفتار کاملا چسبنده و چسبنده- اصطکاکی بوده است. در این تحقیق تجزیه و تحلیلها به روش المان محدود و تحت شرایط کرنش صفحه اي و حالت متقارن با استفاده از تجزیه و تحلیل حد بالاي که در ترکیب با یک روش بهینه سازي خطی انجام شده است.نتایج تحقبقات گذشته نشان می دهد که تحقیقات کمی به بررسی اندرکنش حفاري تونل دوقلو در حالت سه بعدي پرداختهاند، به همین منظور در پژوهش حاضر مجموعهاي از تحلیلهاي المان محدود سه بعدي به منظور بررسی نشست تونل در حین حفاري با توالیهاي پیشرفت سطحی مختلف به روش حفاري TBM صورت گرفته است.
مدلسازي المان محدود
در این پژوهش براي براي بررسی نشست تونلها تحت حفاري متوالی از نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS استفاده شده است. در ابتدا با استفاده از دادههاي حاصل تحقیقات میدانی چانسایک یو [6] 2009 مدل ساخته شده و با نتایج حاصل از داده هاي میدانی صحت سنجی شده است. در این تحقیق براي مدلسازي نمونه بخشهاي طراحی انجام شده از سازه فاز 2 مترو سئول براي تحلیل انتخاب شدند تا موارد حفاري تونل واقعی بر حسب هندسه ي تونل و شرایط زمین لحاظ شود. هندسه تونل انتخاب شده از سازه زیرزمینی فاز 2 مترو سئول به صورت شکل 1 می باشد، که ترتیب حداکثر ارتفاع 8/4 متر و پهناي 11/7 متر دارد و منطقهي حفاري خالص تقریبا 78 متر مربع میباشد.
در مدلسازي زمین و پوشش بتنی با استفاده از عناصر سه بعدي خطی 8 گرهی - C3D8R - مدلسازي شدند. در مدلسازي لایههاي خاك و سنگ از خصوصیات مصالح الاستو- پلاستیک - موهر –کولمب - و پوشش بتنی با رفتار ارتجاعی خطی فرض شده است - جدول . - 1 در ادامه این تحقیق مدل عددي با دادههاي میدانی اندازهگیري ذکرشده اعتبارسنجی شده است که در شکل 2 نشان داده شده است. نتایج حاصل از مدلسازي عددي نشان میدهد که اختلاف بین مدل عددي و آزمایشگاهی در حدود % 5 تا % 10 است که این اختلاف قابل قبول میباشد و مدل ساخته شده با دادههاي میدانی انطباق خوبی دارد. همچنین در شکل 3 کانتور توزیع تنش فونمایسز از مدل عددي ساخته شده نشان داده شده است.
