تحلیل زیست محیطی و عددی اثرات تغییرات تراز آب زیرزمینی بر پایداری جبهه حفاری در تونل‌سازی با روشTBM-EPB : تأثیرات قطر تونل و فشار وارد بر ماشین حفاری
الموضوعات :
محمد حسین احمدی
1
,
امیر وکیلی
2
,
روزبه آقامجیدی
3
1 - گروه بهداشت موادغذایی، واحدآیت الله آملی ، دانشگاه آزاداسلامی ، آمل ، ایران
2 - گروه عمران دانشگاه آزاد بیضا
3 - هیئت علمی
الکلمات المفتاحية: تغییرات تراز آب زیرزمینی, فشار جبهه حفاری, تغییر قطر حفاری, نرم‌افزار آباکوس, بررسی زیست‌محیطی,
ملخص المقالة :
مقدمه: امروزه روش‌های مختلفی جهت حفر تونل در محیط‌های شهری وجود دارد. عواملی چون سطح مقطع تونل، میزان پیشروی، میزان سرمایه مورد نیاز، مدت انجام پروژه و مهم‌تر از همه نوع خاک و سنگ و وضعیت آب زیرزمینی، نقش اساسی در انتخاب روش حفاری در محیط‌های شهری را دارند. بر این اساس، هدف از پژوهش حاضر بررسی عددی میزان تأثیر تغییرات تراز سطح آب زیرزمینی بر فشار وارد بر جبهه حفاری با تغییر قطر حفاری تونل‌ها می‌باشد.
مواد و روش‌ها: در این مطالعه سه حالت کلی مورد بررسی قرار گرفته است در حالت اول فقط یک تونل اجرا گردیده و تونل¬ها در نزدیکی پاشنه شمع اجرا گردیده است. در حالت دوم دو تونل اجرا گردیده و موقعیت تونل¬ها در نزدیکی پاشنه شمع می¬باشد و در نهایت در حالت سوم هر دو تونل در نزدیکی وسط شمع اجرا گردیده است. به همین منظور در این مطالعه میزان تغییرات نشست در خاک ناشی از اجرای تونل¬های دوقلو در سه حالت ذکر شده مورد بررسی قرار گرفته است.
نتایج و بحث: نتایج تحقیق نشان داد که شدت افزایش بیشینه نشست به میزان قابل توجهی به قطر حفاری وابسته است. به گونه‌ای که در حفاری با قطر ۵ متر، بیشینه نشست حدود ۱۱ میلی‌متر است و این مقدار با افزایش ۹ درصدی به ۱۲ میلی‌متر در قطر حفاری ۷ متر می‌رسد. اگر تونل با قطر ۱۲ متر حفاری شود، بیشینه نشست نسبت به حالت حفاری با قطر ۵ متر، حدود ۴۴ درصد افزایش یافته و به ۱۶ میلی‌متر می‌رسد.
نتیجه‌گیری: در تمامی حالت‌های مدل‌سازی، با نزدیک شدن تراز آب زیرزمینی به سطح زمین، بیشینه نشست کاهش می‌یابد. در صورتی که تراز آب زیرزمینی در کف مدل باشد، افزایش قطر حفاری باعث تغییر محل بیشینه نشست در راستای عمق نخواهد شد و این نشست در تاج تونل باقی خواهد ماند. در نهایت، با افزایش قطر حفاری، نیاز به فشار بیشتر برای پایداری جبهه حفاری تونل نیز افزایش می‌یابد. نکته مهمی که در این پژوهش قابل مشاهده است، این است که نشست طولی در فاصله‌ای برابر با مجموع سربار و قطر تونل، از جبهه حفاری به کمتر از یک میلی‌متر می‌رسد و می‌توان نتیجه گرفت که طول ناحیه تحت تأثیر حفاری تونل به سطح تراز آب زیرزمینی و قطر حفاری وابسته نیست.
1. Abo-Alanwar, M.M., & Elbatal, S.A. (2021). Influence of Alignment and Spacing of Constructing a New Circular Tunnel on an Existing One. International Journal of Engineering Trends and Technology, 42.
2. Bayoumi, A., Abdallah, M., & Hage Chehade, F. (2021). Non-Linear Numerical Modeling of the Interaction of Twin Tunnels-Structure. World Academy of Science.
3. Channabasavaraj, W., & Visvanath, B. (2013). Influence of Relative Position of the Tunnels: A Numerical Study on Twin Tunnels. International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering.
4. Hage Chehade, F., & Shahrour, I. (2008). Numerical Analysis of the Interaction Between Twin Tunnels: Influence of the Relative Position and Construction Procedure. Tunnelling and Underground Space Technology, 23, 210-214.
5. Hosseini, S., Shahryar K., & Monjazi, M. (2019). Prediction of Ground Displacements Around Tunnels Due to EPB Machine Excavation (Case Study: Line 3 of Tehran Metro). Engineering Geology Journal, 5(2), 1250-1235.
6. Negro, A., & Queiroz, B.I.P. (2013). Prediction and Performance of Soft Ground Tunnels. In Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground (pp. 409–418). Balkema, Tokyo, Japan.
7. Pang, C.H., Yong, K.Y., & Dasari, G.R. (2005). Some Considerations in Finite Element Analysis of Tunneling. In Proceedings of Underground Space Use: Analysis of the Past and Lessons for the Future (Erdem & Solak, eds.), Taylor & Francis Group, London, 1149-1154.
8. Qian, F., Tai, Q., Zhang, D., & Wong, L.N.Y. (2016). Ground Surface Settlements Due to Construction of Closely-Spaced Twin Tunnels with Different Geometric Arrangements. Tunneling and Underground Space Technology, 51, 144-151.
9. Rezai, N., & Nourzadeh, A. (2014). Calculation of Minimum Pressure in Tunnel Excavation Using EPB and TBM Methods (Case Study: Dez Water Transfer Tunnel to Qomrud). Proceedings of the Third Congress and Exhibition of Dams and Tunnels in Iran, Tehran.
10. Shalabi, F.I. (2017). Interaction of Twin Circular Shallow Tunnels in Soils, Parametric Study. Open Journal of Civil Engineering, 7, 100-115.
11. Sun, Z., Zhang, D., Li, A., Lu, S., Tai, Q., & Chu, Z. (2022). Model Test and Numerical Analysis for the Face Failure Mechanism of Large Cross-Section Tunnels Under Different Ground Conditions. Tunnelling and Underground Space Technology, 130, 104735.
12. Zhu, S., Que, X., Zhu, Z., & Han, B. (2023). Improved Polygonal Constitutive Model for Columnar Jointed Basalt and Its Application in Tunnel Stability Analysis. Tunnelling and Underground Space Technology, 142, 105449.
