مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی
سال:1395 | دوره:5 | شماره:1 |تعداد مقالات:6

در ذخیره سازی زیرزمینی مواد پر انرژی مانند مواد ناریه، گاز و نفت، اگر فاصله جانبی و عمق مجموعه انبارهای زیرزمینی کم باشد، در اثر وقوع انفجار غیر منتظره در یکی از انبار ها انفجار به سایر انبارهای مجاور منتقل شده و در نتیجه باعث وقوع حوادث فاجعه بار گسترده ای در سطح و زیر زمین می شود. در این مقاله از یک مدل الاستو-پلاستیک کالیبره شده در نرم افزار FLAC3D برای شبیه سازی عددی انفجار انبار زیرزمینی استفاده شده است. میزان گسترش خرابی در مدل ها توسط دو معیار حداکثر سرعت ذره ای (PPV) آستانه خرابی و گسیختگی پلاستیک اندازه گیری شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که زون خرابی بر اساس معیار PPV نسبت به گسیختگی پلاستیک دارای محدوده بزرگ تری است. پاسخ سیستم نگهداری بتنی در انبار مجاور انبار منفجر شده، حاکی از وقوع گسیختگی های کششی در اثر انعکاس امواج از دیواره ها است. این می تواند باعث انتقال انفجار شود، حتی در شرایطی که زون خرابی حاصل از انفجار در توده سنگ به نزدیکی انبار مجاور هم نرسیده باشد. در این مقاله همچنین فاصله جانبی و عمق ایمن برای سه انبار زیرزمینی مواد ناریه پروژه سد بختیاری بر اساس نتایج مدل سازی عددی برای ضعیف ترین و مستحکم ترین توده سنگ ساختگاه به ترتیب برابر 40 و 45 متر 60 و 40 متر پیشنهاد شده است.

ایستگاه U7 به عنوان ایستگاه پشتیبان در میانه مسیر قطعه شمالی- جنوبی خط هفت متروی تهران، که با ماشین EPB حفر می شود، قرار دارد. این ایستگاه قبل از رسیدن ماشین حفاری و به منظور خدمات دهی به آن احداث شده است. برای جلوگیری از ناپایداری در دهانه خروجی این ایستگاه، در هنگام عبور ماشین حفاری، باید تمهیدات لازم اتخاذ شود. از این رو لازم است سیستم مناسبی برای پایدارسازی این دهانه به نحوی طراحی شود که از نظر عوامل فنی، ایمن و از نظر عوامل اقتصادی به صرفه باشد. بنابراین بهسازی زمین با روش جایگزینی خاک با مصالح مقاوم تر (بتن پلاستیک) روش موثر در رویارویی با مشکلات انتخاب شد. با توجه به پیشرفت کامپیوترها و نرم افزارهای عددی، مدل سازی عددی آغاز حفاری می تواند نقش بسزایی در تعیین خصوصیات کمی و کیفی سیستم پایدارکننده داشته باشد. در این تحقیق طراحی طول بتن پلاستیک با نرم افزار FLAC3D بررسی شده و در نهایت با استفاده از نتایج مدل سازی های عددی، طول بهینه بتن پلاستیک مورد استفاده جهت به حداقل رساندن جابه-جایی در سینه کار و مهار ناپایداری محتمل، چهار متر به دست آمد.

امروزه مشکل ترافیک در اغلب شهرهای بزرگ و در حال توسعه به چشم می خورد و یکی ازموثرترین راه حل ها در این زمینه ایجاد و گسترش شبکه حمل و نقل زیرزمینی است. از طرفی احداث تونل های زیر زمینی نظیر متروها و تاثیر آن ها بر پاسخ لرزه ای سطح زمین و در پی آن بر سازه های روسطحی جزو چالش های ژئوتکنیک لرزه ای بوده و در مرحله تحقیق است. از این روی، در این مقاله سعی شده که با بکارگیری روش عددی اجزای مرزی دو بعدی در حوزه زمان در یک محیط همگن و همسان، به بررسی پاسخ لرزه ای و الگوی بزرگنمایی سطح زمین واقع بر روی تونل های زیرزمینی دوقلو و منفرد تحت تاثیر امواج مهاجم برشی درون صفحه ای در فرکانس های مختلف پرداخته شود. نتایج به دست آمده نشان می دهد که وجود تونل های زیرزمینی دوقلو می تواند مولفه های افقی و قائم جابجایی سطح زمین را 3.2 برابر در مقایسه با حالت تونل منفرد و 6.2 برابر سطح میدان آزاد، تحت تاثیر قرار دهد. در مقاطع مختلف هندسی، الگوی بزرگنمایی یکسانی مشاهده می شود، درصورتی که تفاوت اصلی در اندازه مقادیر بزرگنمایی لرزه ای ایجاد شده توسط آن ها است.

تحلیل تنش ها و جابجایی ها پیرامون تونلی با مقطع دایروی، یکی از مسائل مهم در تونلسازی است. بر اثر بارگذاری های ناشی از حفر فضای زیرزمینی، زون پلاستیک پیرامون فضای زیرزمینی ایجاد می شود. منحنی اندرکنش زمین، یکی از روش ها برای فهم مکانیزم تغییر شکل تونل است که رابطه بین کاهش فشار داخلی و افزایش جابجایی شعاعی دیواره تونل را نشان می دهد. در سال های اخیر، روش های زیادی برای محاسبه منحنی اندرکنش زمین پیشنهاد شده است، ولی اکثر راه حل های ارائه شده مربوط به رفتار الاستوپلاستیک کامل یا شکننده سنگ بوده است. اما رفتار واقعی زون پلاستیک ناشی از حفر تونل پس از مقاومت حداکثر، رفتاری نرم شونده و اتساعی است. تلاش های صورت گرفته برای محاسبه منحنی اندرکنش زمین با استفاده از مدل رفتاری نرم شونده، بسیار محدود بوده است، زیرا با استفاده از این مدل، منحنی پاسخ زمین، حل صریحی ندارد. در این تحقیق سعی شده است، با توسعه روش های قبلی و لحاظ کیفیت توده سنگ و اتساع متغیر در الگوریتم مساله، رفتار واقعی توده سنگ زون پلاستیک در محاسبه منحنی اندرکنش زمین در نظر گرفته شود. نتایج محاسبات با الگوریتم پیشنهادی تطابق خوبی با روش عددی و همگرایی های اندازه گیری شده تونل قمرود دارد. نتایج محاسبات نشانگر اثر قابل ملاحظه پارامتر اتساع بر میزان همگرایی های تونل است. با افزایش کیفیت توده سنگ (شاخص مقاومت زمین شناسی) رفتار بعد از مقاومت حداکثر توده سنگ پیرامون تونل به رفتار شکننده میل می کند.

از مهم ترین عوامل موثر در توجیه ایمنی و اقتصادی سازه های زیرزمینی، سیستم نگهداری مناسب است. ارائه ی روشی برای مقابله با خطاهای مهندسی و تجربه ی طراحان در طراحی سیستم نگهداری از چالش های اصلی است. حفاری های زیرزمینی در محیطی با عدم قطعیت بالا اجرا شده و همواره دارای ریسک بالایی هستند. هدف اصلی این پژوهش، بهینه سازی و مدیریت ریسک سیستم نگهداری تونل انحراف آب سد شهریار با رویکرد احتمالاتی است. در این پژوهش، روش های عددی المان مجزا (3DEC) و آنالیز قابلیت اعتماد برای برآورد هزینه های مورد انتظار از شکست تونل و از روش تاگوچی با هدف آنالیز حساسیت فاکتورهای دارای عدم قطعیت بر ضرایب ایمنی سیستم نگهداری حاصل از 3DEC استفاده شده است. طبق نتایج حاصل، سیستم نگهداری بهینه شامل پیچ سنگ های تزریقی به طول 4 متر به فواصل 1.5× 1.5 متر همراه 120 میلی متر شاتکریت با اندیس قابلیت اطمینان، احتمال شکست و ریسک به ترتیب معادل 2.112، 1.733% و 32.70880 دلار در سطح اطمینان 95% پیشنهاد می شود. همچنین بر اساس آنالیز حساسیت تاگوچی، کاهش و افزایش کیفیت تود ه سنگ بر اساس طبقه بندی توده سنگ RMR، به ترتیب، باعث افزایش تاثیر پارامترهای فاصله داری ناپیوستگی و مدول تغییر شکل پذیری بر پایداری تونل خواهند شد.

یکی از مهم ترین مسائلی که در زمان حفر تونل ها در زمین های ضعیف و دارای شرایط سخت مورد توجه قرار می گیرد، ایجاد پایداری مناسب و جلوگیری از وقوع گسیختگی ها و ریزش ها در سینه کار و تاج تونل است. به همین منظور در زمین های سست و دارای خصوصیات مکانیکی ضعیف به منظور تنظیم صلبیت و استحکام جبه ه کار پیشروی و به موجب آن ایجاد شرایط مناسب برای کنترل کامل تغییرشکل زمین و در نتیجه در مرحله آخر برای تحکیم کامل تونل در دوره های بلند و کوتاه مدت، استفاده از روش های پیش تحکیمی اجتناب ناپذیر است. از روش های موثر در این زمینه می توان به استفاده از روش پیش برش مکانیکی و بولت های فایبرگلاس اشاره نمود. علی رغم تحلیل ها و بررسی های مختلفی که پیرامون این دو روش صورت پذیرفته است، یک بررسی جامع به منظور مقایسه و تحلیل این روش ها برای مشخص شدن تاثیر هر یک از روش ها در شرایط ژئومکانیکی ثابت انجام نگرفته است. به منظور ارزیابی این روش ها در یک شرایط ژئومکانیکی مشخص به بررسی عددی این روش ها با استفاده از نرم -افزار FLAC3D برای عبور تونل البرز از زون گسل خورده کندوان، پرداخته شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که پیش برش مکانیکی به همراه بولت های فایبرگلاس به میزان قابل توجهی موجب کاهش ناحیه پلاستیک اطراف و جبهه کار تونل و در نتیجه کاهش جابجایی های تاج، دیواره و جبهه کار تونل می شود.