بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه سازههای زیرزمینی نقش مهمی در توسعه حمل و نقل ایفا میکنند. مسیر تونلهای اصلی و ارتباطی از مهمترین اجزاء در پروژههای راه برای تونلهای بلند محسوب میشوند که میبایست مورد طراحی قرار گیرد. امروزه نیز به منظور طراحی بهینه سیستم نگهداری و کاهش هزینهها در فضاهای زیرزمینی سعی میگردد با بهره گیری از روش های مختلف عددی و تحلیلی بهینهترین حالت طراحی سیستم نگهداری انجام گیرد.
در این مقاله به بررسی سه بعدی و طراحی تونلهای اصلی و ارتباطی تونل شماره 2 آزادراه رودبار-منجیل با استفاده از نرمافزار FLAC3D پرداخته شده است. نکته پر اهمیت موضوع، حفاری تونل ارتباطی در محل پارکینگ تونل اصلی میباشد که در تونل سمت راست عرض پارکینگ به حدود 17 متر میرسد.
در این مقاله از مفاهیم کرنش ساکورایی، منحنی LDP و نمودارهای اندرکنش نیروی محوری-ممان خمشی به منظور بررسی پایداری تونلهای متقاطع مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد گام پیشروی 1 متر با سیستم نگهداری شاتکریت با ضخامت 20 سانتیمتر و جاگذاری قاب فلزی با فاصله داری 1 متر در محل تقاطع تونلهای اصلی و ارتباطی، سیستمی پایدار با مدنظر قراردادن فاکتورهای ایمنی ایجاد مینماید.
.1 مقدمه
کاربرد شبیه سازی در تحلیل مکانیک سازههای رو سطحی و زیر زمینی در حال حاضر نقش و جایگاه قابل توجهی در پروژههای مهندسی به خود اختصاصداده است. این جایگاه عمدتاً مرهون قابلیت های نرم افزارهای رایانهای در انجام محاسبات و تحلیلهای سازهای بر اساس قوانین رفتاری نزدیک به رفتار طبیعی سازه میباشد. در تحلیل عددی پوشش اولیه بر مبنای نتایج تجربی و تحلیل ساختاری، بررسی شده است. شبیه سازی حفاری در محل تقاطع با استفاده از FLAC3D انجام و کفایت پوشش اولیه بررسی شده است.
از نظر هندسه ساخت، تونلها را میتوان به دو نوع موازی و متقاطع تقسیم بندی کرد. بررسی نسبتاً زیادی در ارتباط با رفتار برهم کنشی بین تونلها وجود دارد. Yamaguchi و همکاران - 1998 - رفتار 4 تونل موازی حفر شده توسط TBM را در شهر کیوتوی ژاپن مقایسه کردند
Aano و همکاران - 2003 - در ارتباط با تونلهای همجوار کوهستانی و تاثیر آن بر پوشش بتنی تونل بررسی را انجام دادند.
لین و همکاران - 2007 - با ساخت مدلهای فیزیکی به بررسی تاثیرات لایه بندی خاک و ضریب تنش افقی به قائم بر روی تونلهای موازی پرداختند
لیو و همکاران - 2007 - تاثیر ساخت تونل جدید بر روی سیستم نگهداری تونل قدیمی با استفاده از مدلسازی سه بعدی المان محدود تونلهای موازی در سیدنی بررسی کردند.
در مورد تونلهای متقاطع، بیشتر تحقیقات با مشاهدات کارگاهی صورت گرفته است. چرا که تحلیلها به صورت دو بعدی میسر نیست. اولین تحقیقات توسط کیم و همکاران - 1998 - با استفاده از مدلهای فیزیکی انجام شده است.
اولین بررسیهای عددی نیز توسط لیو و همکاران - 2009 - با استفاده از روش المان محدود در شرایط تنشهای منطقه سیدنی برای تونلهای نعل اسبی انجام شد.
لین و همکاران - 2013 - تحلیل پایداری تقاطع تونلهای انحرافی و هیدرولیکی را با استفاده از نرم افزار FLAC3D انجام دادند. آنها توزیع تغییرشکل و تنشها را بررسی کردند.اما با این حال، تاکنون تحقیقات کمی به منظور بررسی رفتار تونلهای متقاطع و طراحی پوشش تونلهای اصلی و ارتباطی انجام گرفته است.
از طرفی سیستم نگهداری موقت به عنوان یک سیستم دائمی کامل تلقی نمیشود، چرا که با توجه به ماهیت این نوع سیستم و منعطف بودن آن، عمر چندان طولانی نداشته و همچنین بطور مثال طی زمان امکان پوسیدگی پیچ سنگها نیز وجود دارد. از طرف دیگر عوامل زمینشناسی متعددی که احتمال وقوع آنها در منطقه مورد مطالعه نیز چندان دور از ذهن نیست - همچون خزش، زمینلرزه ، بار آب و - … ایجاب مینماید که یک سیستم نهایی برای نگهداری تونل اعمال گردد.
اعمال چنین سیستمی سریعاً پس از حفر تونل ممکن نیست چون آزادسازی تنشها باید صورت گیرد. برای این کار مدلسازی حفاری تونلهای اصلی و ارتباطی با استفاده از نرم افزار FLAC3D انجام گرفت. سپس نیروهای محوری و ممان خمشی، جابجاییها تعیین شد. در نهایت قابلیت سیستم نگهداری با استفاده از نمودار اندرکنش نیروی محوری-ممان خمشی تعیین شد.
.2 معرفی پروژه مورد مطالعه
به منظور گذر از انتهای قطعه اجرایی و پیوند به آزادراه قزوین - منجیل، ساخت دو دستگاه تونل دوقلو - جمعاً 4 دستگاه - پیش بینی گردیده است که در این مقاله به بررسی پایداری سیستم نگهداری موقت تقاطع تونلهای اصلی و ارتباطی در تونل دوقلوی شماره 2 پرداخته شده است. تونل شماره 2 در دامنه ارتفاعات خاوری مشرف بر دره - رودخانه سفیدرود ساخته خواهدشد.
بنابراین ناحیه پروژه، سیمای یک ناحیه کوهستانی را دارد که از دو سو - دامنههای ورودی و خروجی - به وسیله دو دره گسله خاست محدود شده است. درازای تونل دست راست و چپ بالاتر از 1000 متر است. عرض تونلهای دست راست و چپ به ترتیب برابر 14 و 12 متر میباشد. مجموعهای از سنگهای آذرآواری آندزیتی با رخساره توف برش و توف، میزبان تونل شماره 2 میباشد. در جدول 1 خصوصیات مکانیک سنگی بخش تقاطع تونلها آورده شده است.در شکل 1 نیز موقعیت اولیه تونل ارتباطی در محدوده تونلهای اصلی نشان داده شده است.
جدول :1 خصوصیات مکانیک سنگی بخش تقاطع تونلها
شکل :1 موقعیت تونل ارتباطی در محدوده پارکینگ تونلهای اصلی
.3 مدلسازی سه بعدی عددی
.1.3 ساخت هندسه مدل
به منظور عدم تاثیر پذیری تقاطع تونلها از شرایط مرزی، هندسه مدل شامل بلوکی با ابعاد 80 متر در عرض، 100 متر در طول و 80 متر در ارتفاع در نظر گرفته شد. در این بلوک تونل اصلی آزادراه به همراه تونل ارتباطی مدل سازی شده است. تونل ارتباطی با زاویه 90 درجه تونل اصلی را قطع میکند. هندسه تونل اصلی و تونل فرعی در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل :2 هندسه سه بعدی توده میزبان تونل
.2.3 اعمال مراحل مختلف حفاری
الف - حفر تونل اصلی
آنالیز حفاری بر اساس حفر دو مرحلهای انجام گرفته است و بر اساس آن شرایط حفر دو مرحلهای از شرایط پایداری نسبتاً بهتری برخوردار بوده است. طرح اعمال نگهداری نیز در حفر دو مرحلهای مورد بررسی قرار گرفته است.
