بخشی از مقاله
چکیده
بررسی نشست سطح زمینهاي نرم به دلیل اثرات خطرناك آنها بر سازههاي سطحی و زیر سطحی بسیار با اهمیت است و براي طرح قطار شهري شیراز که به صورت دو تونل دوقلوي موازي با قطر خارجی 6,88 توسط روش تونلزنی با سپرهاي تعادلی فشار زمین انجام میگیرد نیز حائز اهمیت است. این تونل در بیشتر قسمتها در زمینهاي رسی و در زیر سطح ایستایی حفاري میشود.
در این مقاله به بررسی گود نشست، توسط روش پک و براي یک تونل منفرد میپردازیم. فاصلهي بین دو محور تونل در حدود 15 متر است. سپس نتیجهي این محاسبات با نتایج نرمافزار Plaxis 3D Tunnel مقایسه شده است که مطابقت تقریباً خوبی را نشان میدهد.
مقدمه
افزایش حجم کاربردهاي شهري یکی از علل ساختن سازههاي عمومی درون شهري است و یکی از آنها ایجاد فضاهایی است که حجم ترافیک درون شهري را کاهش دهد. در اثر حفاري تونلها و فضاهاي زیرزمینی در داخل خاك، چه به صورت سنتی و چه به صورت مکانیزه و با استفاده از ماشین حفاري پیشرفته، شرایط تنش در زمین تغییر میکند، که الزاماً تغییر شکل- هایی را به همراه خواهد داشت. به این ترتیب که تاج تونل بر اثر حفاري نشست کرده که ممکن است نهایتاً به نشست سطح زمین منجر شود و یا در تونل و دهانهي آن ریزشهایی صورت گیرد.
البته میزان نشست سطح زمین در روشهاي پیشرفته ي حفاري به مراتب بسیار کمتر از روشهاي سنتی خواهد بود، زیرا در روشهاي سنتی و نیمه پیشرفته، فشارهاي خاصی همچون فشار تزریق و متعادلکنندهي زمین وجود ندارد. شایان ذکر است که نشست سطح زمین در حین حفاري در زمینهاي نرم که شامل، رسوبات آبرفتی رسدار، سیلت و ماسه هستند، بیشتر قابل توجه است. پاسخ سازههاي موجود به نشست بر اثر حفاري به فاکتورهایی چون هندسهي آنها، نوع ساختن سازه و به طور کلی شرایط ساختاري بستگی دارد.
حرکات زمین به تعدادي از عوامل از جمله، شرایط زمینشناسی، آب - زمینشناسی، هندسهي تونل، عمق آن، روش حفاري و کیفیت کار پیمانکاران بستگی دارد. همچنین مقدار، جهتگیري و موقعیت حرکات زمین در نزدیکی دهانهي تونل، به شرایط ژئوتکنیکی موجود ازقبیل، تنشهاي ژئواستاتیک، بارهاي سطحی و همچنین شرایط آب در زیر زمین وابسته است. تغییرات ایجاد شده در تنشهاي موجود با جابجایی به سمت درون دهانهي تونل و تحدب دیوارهي تونل میشود.
منطقه ي مورد مطالعه در قسمت مرکزي شهر شیراز در بین طول جغرافیایی 52 تا 53 درجهي شمالی و عرض جغرافیایی 29 تا 30 درجه شرقی قرار گرفته است.
شهر شیراز بر روي آبرفتهاي جوان دوران چهارم توسعه یافته است. منشأ این آبرفتها تابع حمل رسوب توسط رودخانهي خشک و رسوبگذاري در دریاچهي مهارلو است. آبرفتهاي دوران چهارم دشت شیراز از رسوبات دانه درشت واریزهاي و مخروطافکنهها در حاشیه ارتفاعات، تا رسوبات دانهریز دریاچهاي در کنار دریاچهي مهارلو تغییر است.
در شمال و شمال غرب دشت، رسوبات اغلب دانه درشت و شامل شن، ماسه و قلوهسنگ بوده که حاصل فرسایش ارتفاعات آهکی اطراف است و رسوبگذاري آنها بوسیلهي رودخانهي خشک انجام میگیرد. در بخش مرکزي دشت، نهشتهها اغلب دانه متوسط و شامل ماسه و شن همراه مخلوطی از رس و سیلت است.
در نواحی غرب و جنوب غربی دشت، مجاور کوه سلطانآباد به دلیل وجود سازندهاي گروه فارس و رودخانهي چناردار که انتقال و رسوبگذاري مواد حاصل از فرسایش سازندهاي گروه فارس واقع در غرب حوضهي شیراز را انجام میدهد، اغلب دانهریز میباشند. در نواحی شرقی، جنوب شرقی و دشت شیراز و اطراف دریاچه مهارلو رسوبات بتدریج دانهریز شده و از رس، ژیپس و لجنهاي مردابی و دریاچهاي تشکیل شده است. علاوه بر تغییرات سطحی، جنس ودانهبندي رسوبات در عمق نیز تغییر میکند و در نواحی شمال و شمال غربی، رسوبات در عمق نیز بیشتر دانه درشت میباشند ولی در نواحی مرکزي و شرقی دشت، رسوبات در بخش سطحی اکثراً دانهریز و با افزایش عمق، به طور متناوب رسوبات دانه ریز و دانه درشت نهشته شدهاند.
پیشینه تحقیق گزارش مربوط به - ترزاقی، - 1942، احتمالاً از اولین گزارشهایی است که تاثیر نوع خاك را در انتقال نشست به سطح زمین نشان میدهد. وي اعتقاد دارد که در خاكهاي دانهاي, کل جابجاییهاي زمین در محل تونل به علت اتساع، به تدریج تا سطح زمین مستهلک میشود و در واقع، از میزان نشست از تراز تونل تا سطح زمین کاسته میشود، در صورتی که در خاكهاي رسی به این دلیل که تغییر حجم خیلی کم است و لایههاي خاك به علت چسبندگی تحت تاثیر پیوستگی هستند، از این رو با اندازهگیري نشست در سطح زمین میتوان به وجود تغییرشکلها در دهانهي تونل پی برد.
- پک، - 1969 یک گزارش مدون حاوي جمع آوري کلی عملیات اجراي تونل در زمینهاي نرم را ارائه نمود. آنگاه در بررسی- هاي خود، زمینهاي نشستپذیر را به چهار گروه تقسیم کرد:
- رسوبات دانهاي بدون چسبندگی رسوبات دانهاي چسبنده
- رسوبات رسی سخت و سفت بدون تورمپذیري
رسهاي نرم تا سفت اشباع شده
پک - 1969 - اولین فردي بود که اعتقاد داشت شکل منحنی توزیع نشست در سطح زمین و در بالاي تونل را میتوان با یک منحنی توزیع نرمال آماري - منحنی گوس - و با استفاده از اندازهگیريهاي صحرایی و به صورت شکل - - 1 تخمین زد:
که در این رابطه، Sx ، مقدار نشست در فاصلهي x از محور تونل، Smax ، حداکثر نشست در بالاي تاج تونل و پارامتر عرضی i ، فاصلهي نقطهي عطف منحنی از محور تقارن است که میتوان این پارامتر را به عنوان اندازهي شکل و گستردگی منحنی نشست به کار برد.
در نقطهي عطف منحنی داراي مختصات x ±i و S=0,615 Smax میباشد و فاصلهي نقطهي عطف با شعاع انحناي کمینه تا محور تقارن تونل برابر 3i بوده و خط مماس بر نقطهي عطف، سطح زمین را به فاصلهي ± 2i از محور تقارن قطع میکند. همانطور که مشخص است، i پارامتر مهمی در نشان دادن عرض منحنی میباشد. لازم به ذکر است که حد محاسباتی منحنی توزیع نرمال، تا بینهایت است ولی در عمل میتوان محدودهي عرض نشست را تا حدود 2,5i در نظر گرفت.
شکل - 1 مقطع تونل و نشست سطح زمین
در مورد پارامتر i بحثهاي زیادي شده است. از جمله - پک، - 1969 و - کوردینگ و هانسمیر، - 1975 یک رابطهي نرمال شده از پارامتر عرضی، D ، را بر حسب عمق تونل، D ، براي تونلهاي حفر شده در شرایط مختلف ژئوتکنیکی به صورت رابطهي صفحهي بعد ارائه کردند:
- لی و همکاران، - 1999 نیز بر اساس نتایج بدست آمده از 12 آزمایش مدل سازي شده در دستگاه سانتریفیوژ، رابطهي تجربی زیر را ارائه کردهاند:
که در روابط بالا D قطر تونل و Z عمق محور تقارن تونل میباشد.
دسته اي دیگر از مطالعات، مطالعات نیمه تحلیلی- نیمه تجربی هستند. از جملهي این پژوهشها میتوان به تحلیل ریاضی که - وفائیان، - 1369 ارائه نموده است اشاره کرد. در این تحلیل شکل منحنی گسترش نشست زمین، چگونگی توزیع نشست در نقاط مختلف زمین و نسبت حداکثر نشست در سطح زمین به نشست تاج تونل در اثر افزایش عمق نسبی تونل بحث گردیده است و فرمولهاي زیر ارائه داده شدهاند. نام برده نسبتهایی را بین نشست بیشینهي سطح زمین - - Smax و مقدار نشست بیشینهي تاج تونل - - Sc بر اساس یک تحلیل ساده، در دو حد بالایی و پایینی به صورت روابط زیر ارائه کرده است:
حد پایینی مقدار نشست سطح زمین - فرض محدودي نشست دایره اي شکل -
