بخشی از مقاله
چکیده
ارزیابی برهمکنش بین فضای زیرزمینی جدید و فضاهای زیرزمینی موجود و ارائه راهکارهای مناسب یکی از مهمترین موضوعات تونل سازی در محیط شهری است. در برخی موارد ضروری است تا تونلها در مجاورت یکدیگر حفاری گردند که این امر منجر به ایجاد تأثیرات اندرکنش و اغتشاش در میدان تنش و تغییر شکل در اطراف آن میشود. هدف از انجام این تحقیق تخمین نشست سطح زمین در اثر حفر تونلهای دوقلوی شهری با استفاده از مدلسازی عددی در خط دو متروی شیراز، حدفاصل ایستگاه عادلآباد تا دولت، میباشد.
برای نیل به اهداف این تحقیق از نتایج آزمایشهای برجا و آزمایشگاهی حاصل از دادههای گمانههای اکتشافی در منطقه، استفاده شده است. در این مقاله ابتدا با روش تفاضل محدود توسط نرمافزار Flac2D با توجه به نحوه حفاری، مشخصات خاک محل و انتخاب مدل رفتاری مناسب مدلسازی انجام، سپس تأثیر چهار پارامتر وزن مخصوص خاک، چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی و ضریب پوآسون بر میزان نشست سطحی موردبررسی قرار گرفت و پروفیل نشست رسم شده است.
نتایج به دست آمده حاصل از نشست نشان میدهد که با توجه به حفر مرحلهای تونلها، میزان نشست برای تونلهای دوقلو در حالت تکی - تونل شرقی - 15/1 میلیمتر در بالای محور تونل و برای حالت دوقلو - تونلهای شرقی - غربی - 21/6 میلیمتر است که این مقدار کمتر از نشست مجاز تعیین شده توسط کارفرما 25 - میلیمتر - میباشد و با توجه به نشست واقعی در اثر حفر تونلها که با استفاده از ابزار دقیق و به کمک دوربین نیوو محاسبهشده و مقدار 20 میلیمتر اندازهگیری شده است، بنابراین نشست واقعی با نشست پیشبینیشده از مدلسازی نزدیک به هم بوده و صحت مدلسازیهای عددی را در این پروژه و با شرایط اعمالشده احراز گردیده است. همچنین نتایج حاصل از آنالیز حساسیت نشان میدهد که تنها با افزایش وزن مخصوص خاک مقدار نشست در سطح زمین افزایش مییابد.
-1 مقدمه
افزایش روزافزون جمعیت بخصوص در شهرهای بزرگ و کلانشهرها، نیاز به احداث سازههای سطحی و زیرسطحی و حفر تونلهای حملونقل شهری بهمنظور تأمین زیرساختها را امری اجتنابناپذیر مینماید. بهطورکلی حفر تونل و دیگر سازههای زیرزمینی منجر به حذف تودهای از خاک و سنگ محل پروژه و بروز تغییرات قابلتوجه در سیستم توزیع تنشها در محیط اطراف تونل میگردد
هر نقطهای در زیرزمین همواره تحت تأثیر نیروی ناشی از وزن طبقات فوقانی قرار دارند؛ که در شرایط طبیعی ازنظر توزیع تنشها تعادل وجود دارد. ولی هنگام حفاری تونلها، تعادل در توزیع تنشها به هم میخورد؛ که این تنشها باعث تغییر شکل و جابجایی در توده خاک یا سنگ میشود. لذا حرکات و تغییر شکل زمین از نتایج اجتنابناپذیر حفاری و ساخت تونل است که بخشی از این تغییر شکلها توسط سیستم نگهداری تونل قابلپیشگیری میباشد. نشست سطحی1 براثر تونلهای کمعمق و بخصوص در مناطق شهری و مسکونی اهمیت بیشتری نسبت به بروز این پدیده در تونلها و سازههای زیرزمینی عمیق از قبیل معادن دارد؛ زیرا حساسیت نسبت به میزان نشست و اثرات احتمالی بر دیگر سازهها در مناطق شهری بسیار بیشتر است
در یک دستهبندی کلی، برای پیشبینی میزان نشست زمین، سه روش تجربی، تحلیلی و عددی وجود دارد. برای مثال روشهای ارائهشده توسط پک [3]، رانکین [4] و وانگ [5] ازجمله روشهای تجربی و روش ارائهشده توسط لگاناتانBپولوس [6]، ورویتBبوکر [7] و بابت [8] روشهای تحلیلی میباشند. طی چند دهه گذشته مطالعات فراوانی در مورد نشست سطحی زمین ناشی از تونل سازی در محیط شهری با استفاده از روش عددی و عوامل مؤثر بر آن توسط محققین متعدد انجامگرفته است. ازجمله مطالعات صورت گرفته در این زمینه میتوان به مطالعات [9- 14] اشاره کرد.
در پژوهش حاضر برای نخستین بار با نگرش ویژهای به تخمین میزان نشست زمین و آنالیز حساسیت پارامترهای ذاتی در تونلهای دوقلوی خط 2 مترو شیراز، حدفاصل ایستگاه عادلآباد B دولت، با بهکارگیری روش عددی تفاضل محدود - Flac 2D - پرداختهشده و با تهیه مدلهای دوبعدی واقعیت-های ساختاری منطقه نمایان و در تحلیل نشست بکار گرفتهشده است.
-2 معرفی پروژه
پروژه خط 2 قطار شهری شیراز به طول 14/3 کیلومتر شامل 13 ایستگاه 10 - ایستگاه اصلی و 3 ایستگاه توسعه شمالی - از میانرود شروع و پس از عبور از میدان قهرمانان و گذر از بولوار انقلاب و بلوار عدالت در ناحیه شمال غربی شهر شیراز به حافظیه و سعدیه ختم میشود. طول متوسط هر ایستگاه بین 90 تا 130 متر و فاصله تقریبی ایستگاهها 500 متراست. ایستگاههای این خط در عمق متوسط 19 متر از سطح زمین قرار دارند که در میان آنها ایستگاه امام حسین بافاصله 34 متری از سطح زمین عمیقترین ایستگاه است.
عملیات حفاری تونلها با استفاده از دو ماشین حفاری تونل از نوع فشار تعادلی زمین انجام میپذیرد. قطر حفاری تونلها 6/88 متر و قطر خارجی سگمنتها 6/6 متر و قطر داخلی تونلها 6 متر است و دارای 14 سانتیمتر فاصله بین قطر حفاری و قطر خارجی سگمنتها است که بهوسیله دوغاب تزریقی پر میشود. فاصله مرکز به مرکز تونلهاحدوداً 15 متر میباشد .[15] شکل 1 عکس هوایی مسیر مترو شیراز و مسیر موردمطالعه را نشان میدهد؛ همچنین جدول 1 مشخصات فیزیکی مکانیکی خاک منطقه که نتیجه آزمایشهای ژئوتکنیکی میباشد را نشان میدهد.
شکل -1 عکس هوایی مسیر مترو شیراز و مسیر موردمطالعه
جدول -1مشخصات فیزیکی مکانیکی خاک منطقه
