مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی
سال:1398 | دوره:8 | شماره:1 |تعداد مقالات:6

حفاری تونل به وسیله ماشین (Tunnel Boring Machine) TBM در مقایسه با سایر روش های حفر و انفجار یک روش سریع و پرقدرت و همراه با نگهداری است. هر زمان که همگرایی (Convergence) تونل به اندازه قابل توجهی نسبت به سینه کار برسد باعث بروز مشکلاتی می شود و در مدت زمان کوتاهی باعث ایجاد فشار و تراکم (Jamming) روی TBM می شود. برآورد (Estimation) فشار نگهداری لازم برای پایداری جبهه کار حفاری (Front Excavation)یکی از مهم ترین عوامل بر راندمان ماشین حفاری در زمین های خاکی است. در این پژوهش فشار (Pressure) موردنیاز برای پایداری سینه کار با استفاده از روش های تحلیلی (Analytical)و تجربی (Empirical)و عددی (Numerical) بررسی شده است و همچنین نتایج این روش ها با هم مقایسه شد. به منظور مدل سازی عددی از نرم افزار اجزاء محدود سه بعدی استفاده شد. نتایج حاصل از تحلیل ها نشان داد که فشار لازم برای پایداری جبهه کار تونل در روش لکا و دورمیکس (Leca and Dormiux) تا حدی به مدل سازی عددی (Numerical Modeling) نزدیک تر است. با استفاده از این روش ها به منظور بررسی تأثیر پارامتر-های مختلف روی فشار سینه کار، آنالیز حساسیت (Sensitivity Analysis)روی این پارامترها صورت گرفته است و مشخص شد که چسبندگی بیش ترین تأثیر را در فشار نگهداری جبهه کار دارد و پارامتر های نسبت روباره به قطر(C/D)، تأثیر کمتری روی فشار نگهداری جبهه کار تونل دارد.

یکی از روش های طراحی شبکه تهویه فضاهای زیرزمینی، روش رایانه ای است. روش رایانه ای بر پایه روش های ریاضی استوار است. روش هایی همچون روش نیوتن-رافسون، روش هاردی کراس و مدل های اصلاح شده آن، مسیر بحرانی، تحلیل خطی و برنامه ریزی غیرخطی به عنوان برخی از روش های ریاضی محسوب می شوند. روش نیوتن-رافسون یکی از روش های حل معادلات غیرخطی در محاسبات عددی به حساب می آید. این روش بر پایه تعریف مشتق و تصحیح آن استوار است. استفاده از روش نیوتن-رافسون در تحلیل شبکه های تهویه فضاهای زیرزمینی رایج است ولی بررسی دقیق این روش تاکنون به طور کامل انجام نشده است. هدف از ارائه این مقاله، بررسی روش نیوتن-رافسون و بهبود این روش در تحلیل شبکه تهویه فضاهای زیرزمینی با استفاده از جهت-های متغیر است. تحلیل انجام شده بیانگر این مطلب است که استفاده از این روش در شبکه تهویه فضاهای زیرزمینی در بعضی از مدل ها برای رسیدن به جواب نهایی دچار واگرایی می شود و بر این اساس بهبود این روش امری ضروری است.

حفاری تونل در محیط های خاکی اغلب منجر به نشست در سطح زمین می شود که در محیط های شهری سازه های موجود از این نشست ها متأثر می گردند. استفاده از رویکرد سختی نسبی از جمله روش های برآورد خرابی های محتمل سازه ها در اثر نشست های مذکور است. سختی نسبی بر اساس مقادیر سختی سازه، سختی زمین و برخی خصوصیات هندسی حاکم محاسبه می گردد. اهمیت برآورد دقیق سختی سازه موجود سبب شده که روش های متعددی برای این منظور ارائه گردد؛ بنابراین روش های مختلف برآورد سختی سازه مورد ارزیابی قرارگرفته و دقیق ترین روش به کمک تحلیل های عددی، تعیین شده است. مقادیر سختی نسبی بر اساس سختی محاسبه شده جدید سازه، محاسبه شده اند. همچنین رابطه ای بین سختی نسبی محاسبه شده پیشین و سختی نسبی پیشنهادی ارائه گردیده است. مقایسه مقادیر ضریب تعدیل به دست آمده از این تحقیق با مقادیر مشابه پیشین نشان دهنده آن است که در مطالعات پیشین ضرایب تعدیل دست پایینی در نظر گرفته شده است. این موضوع منجر به برآوردی خوش بینانه از خرابی محتمل القاشده به سازه می گردد؛ بنابراین در این تحقیق ضرایب تعدیل بهبودیافته، دارای انطباق بیشتر با نتایج تحلیل های عددی، پیشنهاد شده اند. بر این اساس رابطه-ای جهت محاسبه ضریب تعدیل پیشنهادی بر اساس سختی نسبی ارائه شده است. روش پیشنهادی این تحقیق، تخمین دقیق تری از تأثیر حفاری تونل بر سازه های مجاور ارائه می نماید که ضمن حفظ سادگی در محاسبات، در راستای ایمنی بیشتر گام برداشته است.

تونل انتقال آب کرمان در راستای شمالی-جنوبی در دامنه کوه های هزار و لاله زار به طول 5/37 کیلومتر با قطر 8/3 متر و با شیبی در حدود 0005/0 با هدف تأمین آب درازمدت شهر کرمان در حال اجرا است. به دلیل طولانی بودن مسیر و حفاری تونل توسط دستگاه TBM انجام ارزیابی اثرات زیست محیطی پروژه ضروری ساخته است. در این مطالعه برای ارزیابی اثرات زیست محیطی تونل انتقال آب شهر کرمان، روش ماتریس اثرات سریع RIAM انتخاب شده و به بررسی آثار مورد نظر در دو حالت اجرا و عدم اجرای پروژه و در دو مرحله ساختمانی و بهره برداری بر چهار محیط فیزیکی– شیمیایی، بیولوژیکی، اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی پرداخته شده است. پس از بررسی اثرات زیست محیطی تونل انتقال آب کرمان مشخص شد بیشترین اثرات مثبت طرح مربوط به مرحله بهره برداری و اثرات منفی آن در مرحله ساختمانی ا ست. با اجرای برنامه مدیریت و پایش زیست محیطی اثرات منفی کاهش می یابد، تونل مذکور از لحاظ زیست محیطی قابل اجرا خواهد بود و اثرات مثبت و مفیدی در کوتاه مدت و درازمدت برای منطقه در پی خواهد داشت

متروهای شهری که با کمک ماشین های حفر تونل (TBM) با مقطع دایره ای ایجاد می گردند، کاربرد زیادی در زمینه حمل ونقل دارند. سازه های مدفون بسته به شکل هندسی، عمق دفن و پارامترهای مختلف ژئوتکنیکی و لرزه ای رفتار متفاوتی از خود در هنگام وقوع زلزله نشان می دهند. وجود این سازه ها در زمین باعث تغییر در وضعیت حرکت های لرزه ای در سطح زمین خواهد شد. طراحی سازه های سطح زمین در حوزه دور از گسل، با شتاب افقی حداکثر زمین در آن منطقه مرتبط است. لذا در این مطالعه سعی شد با تغییر در عمق جایگذاری، قطر، ضخامت پوشش تونل و همچنین تغییر در مشخصات خاک، فرکانس مجموعه خاک و تونل را تغییر داد و شتاب افقی ماکزیمم سطح زمین در حضور تونل را برای خاک نوع 4 بر اساس آیین نامه 2800 ایران محاسبه کرد. در نهایت رابطه ای بین شتاب ماکزیمم افقی سطح زمین و فرکانس مجموعه خاک و تونل منجر به تولید مؤلفه افقی طیف شتاب خواهد شد. نتایج نشان دهنده آن است که در اکثر نواحی بازه فرکانس مورد بررسی، شتاب های طیفی در مدل های بدون حضور تونل مقدار بیشتری را در مقایسه با مدل هایی که تونل در خاک مدفون اند، خواهد داشت. تقویت و عدم تقویت شتاب سطح زمین وابسته به پریود توده خاک و تونل، مشخصات مدل مورد بررسی و وضعیت نقطه مورد بررسی در سطح زمین نسبت به تونل است. تغییرات شتاب طیفی با پریود مدل های مورد بررسی در حالت عدم حضور تونل، به صورت تابع درجه سوم است. با استفاده از نرم افزار المان محدود Plaxis 2D و Ansys، مطالعه به صورت موردی به روی تونل متروی دهلی با مؤلفه های افقی زلزله های مشابه با خاک محل احداث انجام گرفت.

پس از حفر تونل به روش سنتی، برای نگهداری موقت، از سیستم های نگه دارنده مختلفی استفاده می شود. یکی از این سیستم ها، استفاده از قاب فلزی به همراه شاتکریت است. یکی از روش های جدید در زمینه طراحی سازه های نگه دارنده موقت تونل، روش مقطع معادل است. در این روش ضریب اطمینان برای طراحان پیشنهاد نشده است. با توجه به لزوم داشتن ضریب اطمینان مناسب، در این تحقیق روشی مبتنی بر اطلاعات آماری برای تعیین آن ارائه شده است. به این منظور، با توجه به اطلاعات آماری موجود از متغیرهای تصادفی ضخامت شاتکریت و فواصل پروفیل های فولادی از یکدیگر در پروژه های واقعی، نسبت به تعیین توابع توزیع مناسب برای این متغیرها اقدام گردید. این کار با استفاده از سه روش متداول آزمون های نیکویی برازش، انجام و تابع توزیع مناسب برای این متغیرهای تصادفی تعیین شد. بر اساس پارامترهای توابع توزیع به دست آمده، نسبت به شبیه سازی و تولید نمونه های متعدد از این متغیرهای تصادفی اقدام شد. این مقادیر برای سه حالت سازه اجراشده، روش طراحی تجربی و روش طراحی مقطع معادل به دست آمد و بر اساس آنالیز مونت کارلو، تحلیل قابلیت اعتماد چنین سازه ای انجام گردید. نتایج به دست آمده بیانگر این موضوع است که باید اثر خطای ساخت در ضریب اطمینان لحاظ شود. برای روش مقطع معادل نشان داده شد که در این روش، برای رسیدن به احتمال معینی از خرابی، باید از چه ضریب اطمینانی استفاده کرد.