بخشی از مقاله
چکیده
تونلزنی در شرایط زمین شناسی و ژئوتکنیکی پیچیده اغلب در نواحی شهري اجتناب ناپذیر است. هدف از این مقاله تعیین نسبت پایداري و فشار ریزش جبهه یک تونل سطحی حفر شده بهوسیله TBM متعادل کنندة فشار زمین - - EPBاست. آنالیز انجام شده بر اساس تئوري آنالیز حدي است. که بر اساس مکانیسم شکست چند بلوکی انتقالی انجام گردیده است. با تعیین فشار مورد نیاز در جبهه تونل و نسبت پایداري میتوان از ناپایداري جبهه تونل جلوگیري کرد. در مورد خاکهاي چسبنده ، شکست جبهه از یک حجم بزرگی از زمین در جلوي جبهه تونل تشکیل شدهاست. تحلیل نشان میدهد که جبهه تونل متروي کرج به احتمال زیاد ناپایدار بوده و باعث ایجاد مشکلاتی در حین انجام پروژه می گردد. اجراي روشهاي پیش تحکیمی در این مقطع تونل لازم و ضروري به نظر میرسد. انتخاب روش و نوع ماشین حفاري مناسب نیز با توجه به خصوصیات خاك مورد نظر ضروري است.
کلمات کلیدي: آنالیز حدي، پایداري جبهه، نسبت پایداري، تونل
1 مقدمه
رشد سریع در توسعه شهرها منجر به افزایش درخواست، براي ساختن تونل ها به منظور خطوط الکتریکی و ارتباطی و سیستم هاي حمل و نقلی گردیده است. بنا به دلایلی همانند، قابلیت دسترسی، قابلیت سرویس دهی و اقتصادي بودن آنها. این تونلها اغلب در اعماق کمی در سازندهاي خاك نرم - خاکی - یا سنگی ساخته میشوند. طراحی تونلزنی دراعماق کم درزمینهایی با شرایط پیچیده ومشکل، پایدارنگهداشتن جبهه تونل دراولویت میباشد، ازآنجاییکه ناپایداري جبهه تونل باعث شلشدگی زمین وممکن است حتی منجر به ریزش کامل تونل گردد.
لازم به ذکر است که حتی تونلزنی درسازندهاي سنگی نیزدچارمشکلات وخطراتی است - از جمله عبوراز مناطق گسله، وجود درزوشکاف فراوان، سنگهاي دگرسان شده و ........ - . موارد زیادي گزارش شده که درآنجا سیستمهاي نگهداري سنگینی به علت ناپایداري جبهه از بین رفتهاند و منجر به گیر افتادن 2 TBM گردیده است وهمین امرسبب به تاخیر افتادن ساخت تونل به مدت طولانی شده است. بنابراین تحلیل پایداري جبهه حفاري و برآورد نشست سطح زمین از عمده نگرانی هاي موجوددرپروژه هاي تونل سازي میباشد. هدف ازتحلیل پایداري این است که میزان ایمنی دربرابرفروریزش خاك از جبهه حفاري مورد ارزیابی قرارگیرد. بدین منظوردرحفاري مکانیزه بایدبتوان حداقل فشارموردنیازدرجبهه را تخمین زد. محدوده واقعی این فشارنگهداري مورد نیاز - مجاز - براي یک پروژه تونل سازي بستگی به: شرایط خاك وآب زیرزمینی، روش حفاري، ابعاد تونل و اندازة روباره3 دارد. در این مقاله، سعی شده است با استفاده از روشهاي آنالیز پایداري جبهه یکی از تونل هاي خط 2 متروي شهر کرج مورد بررسی قرار گیرد. این تونل با استفاده از TBM سپري - - EPB در حال حفاري میباشد.
2 تاریخچه روش هاي تحلیل حدي در خاکهاي چسبنده
در هنگام استفاده از سپرهاي مجهز به ماشین حفاري تمام مقطع - TBM - ، یکی از مولفه هاي بحرانی، هم در فاز طراحی و هم در فاز ساخت، تخمین فشار نگهداري جبهه کار تونل است، اما هنوز استانداردهاي فنی و دستورالعل هاي ویژهاي در این رایطه وجود ندارند. بنابراین از روشهاي مختلف هم به منظور ارزیابی شرط پایداري جبهه کار و هم تعیین فشار نگهداري جبهه کار استفاده میشود. روشهاي موجود جهت تحلیل پایداري جبهه کار عبارتند از: -1 روشهاي تحلیلی - بر اساس تعادل حدي یا بر اساس آنالیز حدي تنش - .-2 روشهاي عددي - دو بعدي و سه بعدي - . -3 روشهاي تجربی. همانطور که بیان گردید روشهاي تحلیلی به دو دسته تقسیم می شوند: -1 روش تعادل حدي -2 روشهاي آنالیز حدي تنش. در روش تعادل حدي، به منظور محاسبه فشار جبهه کار تونل لازم است، یک مدل شکست فرضی و احتمالی را در نظر گرفت و نیروهاي وارد بر آن را مشخص کرد و سپس با استفاده از معادلات تعادل، فشاري که از طرف زمین به جبهه کارتونل وارد میشود را به دست آورد.که در این ارتباط میتوان به کارهاي: Broms & Bennermark - 1967 - ، Janceses & Steiner - 1994 - اشاره کرد.
در روشهاي آنالیز حدي تنش، براي بدست آوردن راهحلهاي مرز بالاتر4 و پایین- تر5 به ترتیب از نقطه نظر استاتیکی و دینامیکی، آنالیز تنش انجام میشود. در واقع در آنالیز حدي به دو روش مرز بالا و پایین به آنالیز تنش میپردازیم بهطوریکه در مرز بالا مقدار تنشی بدست میآید که منجر به ریزش جبهه تونل میگردد ولی در مرز پایین مقدار تنشی بدست میآید که به ریزش ختم نمیشود یعنی تنش به حدي که ریزش در آن به وقوع میپیوندد، هرگز نمیرسد.
بر اساس آزمایشات سانتریفیوژي که چامبون و کرت - 1991 - در این ارتباط انجام دادند به این نتیجه رسیدند که روش مرز بالایی با نتایج این آزمایشها تطابق خوبی دارد. در این ارتباط نیز میتوان به کارهاي Mollon - 2009 - , Leca &Dormieux - 1990 - Soubra - 2002 - , اشاره داشت.مطالعات پایداري جبهه حفاري درتونل هاي دایرهاي شکل که به صورت مکانیزه حفاري می شوند توسط محققین بسیاري صورت پذیرفته است. برخی از این محققین همانند Broms & Bennermark - 1967 - ، Mair - 1979 - ، Davis - 1980 - ، Mair & Kimura - 1981 - ؛ تنها در خاك هاي چسبنده را بررسی کرده اند. در این حال پایداري جبهه حفاري توسط فاکتوري به نام N که معروف به نسبت پایداري6 است به صورت ذیل تعریف می گرددکه در شکل 1 پارامترها نشان داده شدهاند:
