بررسی‌ تأثیرپذیری‌ عوامل‌ مؤثر در جابه‌جایی‌ جانبی‌ و برآمدگی‌ سطحی‌ طی‌ عملیات تونل‌زنی‌ به‌‌روش لوله‌‌رانی‌ دوغابی‌

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه تربیت مدرس تهران

2 دانشکده فنی و مهندسی،‌ دانشگاه تربیت‌ مدرس تهران

چکیده

در این‌ مقاله‌، با در نظر گرفتن‌ عملیات لوله‌رانی‌ در خاک نرم و زیر سطح‌ آب زیرزمینی‌ به‌‌عنوان زمینه‌‌ مهندسی‌، تغییر شکل‌ زمین‌ در راسـتای‌ مختلـف همچنین‌ برآمدگی‌ سطح‌ زمین‌ با استفاده از شبیه‌سازی‌ عددی‌ بررسی‌ شد. این‌ مطالعه‌ بر روی‌ عواملی‌که‌ عمدتاً بر جابه‌جایی‌ زمـین‌ تـأثیر دارد ازجملـه‌ قطر فضای‌ حفاری‌، عمق‌ قرارگیری‌، فشار تزریق‌ دوغاب، فشار صفحه‌ حفاری‌، مدول کشسان خاک، زاویه‌ اصطکاک و چسبندگی‌ متمرکز بوده اسـت‌. هـدف از این‌ پژوهش‌ ارائه‌ یک‌ مبنای‌ نظری‌ جهت‌ کنترل و کاهش‌ تغییر شکل‌ زمین‌ طی‌ عملیات لوله‌رانی‌ می‌باشد. شبیه‌سـازی‌ عـددی‌ بـا اسـتفاده از نرم افـزار عددی‌ المان محدود پلکسیس‌ (Plaxis‌) و با در نظر گرفتن‌ مطالعه‌ موردی‌ انجام گرفت‌. در ادامه‌ تأثیر هر یک‌ از پارامترها در الگوی‌ تغییر شکل‌ زمین‌ در سـه‌ راسـتا نیز تخمین‌ میزان برآمدگی‌ها و محل‌ دقیق‌ آن‌ها مورد بررسی‌ قرار گرفت‌. رابطه‌ هر یک‌ از پارامترها با جابه‌جایی‌ جانبی‌ زمین‌ برآورد شد و درنهایت‌ تـأثیر هر یک‌ از عوامل‌ مختلف‌ با استفاده از آنالیز حساسیت‌ سنجیده شد و شاخص‌ حساسیت‌ هرکدام مشخص‌ گردیـد. نتـایج‌ نشـان می‌دهـد کـه‌ قطـر فضـای‌ حفاری‌ بیشترین‌ حساسیت‌ و فشار تزریق‌ دوغاب کمترین‌ حساسیت‌ را نسبت‌ به‌ سایر متغیرها در جابه‌جـایی‌ جـانبی‌ زمـین‌ دارد. بنـابراین‌ بایسـتی‌ دقـت‌ و صحت‌ بیشتری‌ در برآورد نمودن آن‌ها در مطالعات اولیه‌ به‌کار گرفته‌ شود. حداکثر برآمدگی‌ سطح‌ زمین‌ حدود ٨ متر به‌عبـارتی‌ (2.4D) جلـوتر از سـینه‌ کار رخ می‌دهد و سپس‌ به‌تدریج‌ با نزدیک‌ شدن به‌ محل‌ حفاری‌ شده کاهش‌ می‌یابد. با ٣ برابر شدن فشار تزریق‌ دوغاب نیز جابه‌جایی‌ جـانبی ‌(ux) تقریبـاً ١٤ برابر خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the Influence of the Effective Factors on the Lateral Displacement and Surface Uplift During the Tunneling Operation Using the Slurry Pipe Jacking Method

نویسندگان [English]

  • Reza Mohammadpour 1
  • Ehsan Taheri 2
1 Faculty of Technical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Faculty of Technical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Trenchless technologies are mainly used for the construction of underground pipelines at deep depths, especially in urban areas. The pipe jacking method is a non-stop method in the construction of tunnels and underground channels. Although this method has many advantages, there are significant problems in different types of soils that have highly variable geotechnical properties. In this paper, considering the pipe jacking operation in soft soil and below the underground water level as an engineering field, the ground deformation in different directions as well as the ground surface uplift were investigated using numerical simulation. This study has focused on the factors that mainly affect the displacement of the ground, including the diameter, over burden, grout injection pressure, excavation face pressure, elastic modulus, friction angle and cohesion. The aim of this research is to provide a theoretical basis for controlling and reducing the ground deformation during pipe jacking operations. Numerical simulation was carried out using Plaxis finite element numerical software and considering a case study. In the following, the effect of each parameter on the ground deformation in three directions and the estimation of the amount of uplift and their exact location were also investigated. The relationship of each of the parameters with the lateral ground displacement was estimated and finally the effect of each of the different factors was measured using sensitivity analysis and the sensitivity index of each was determined. The results show that the diameter has the most sensitivity and the grout injection pressure have the least sensitivity compared to other factors in the lateral ground displacement. Therefore, more precision and accuracy should be used in estimating them in primary studies. The maximum ground surface uplift occurs about 8 meters (2.4D) ahead of the excavation head and then gradually decreases as it approaches the excavated site.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Slurry pipe jacking
  • Lateral displacement
  • Surface uplift
  • Sensitivity analysis
Biggart A, “Closed face decisions-slurry or EPBM”, Tunnelling Journal, 2011, February, 32-37.
Cheng LY, Ariaratnam ST, Chen SX, “Analytical solution for predicting ground deformation associated with pipe jacking”, Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice, 2017, 8 (3), 04017008. https://doi.org/10.1061/(ASCE)PS.1949-1204.0000267
Fan H, Lai J, Liu Y, “Numerical simulation research of soil deformation caused by pipe jacking construction”, Proceedings of the International Conference on Pipelines and Trenchless Technology 2014: Creating Infrastructure for a Sustainable World, ASCE, 2014, 791–798. https://doi.org/10.1061/9780784413821.085
Han X, Li W, Chen T, Liu W, “Sensitivity analysis of ground settlement induced by pipe-jacking construction in soft soil stratum”, E3S Web of Conferences, 2019, 136, 04028. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201913604028
Kalisz P, Zięba M, “Influence of soil deformation caused by mining on sewage pipelines built using the pipe jacking method”, Studia Geotechnica et Mechanica, 2018, 40 (2), 147-153. https://doi.org/10.2478/sgem-2018-0010
Ma W, Wang B, Wang X, Zhou S, Wang B, “Soil layer disturbance caused by pipe jacking: measurement and simulation of a case study”, KSCE Journal of Civil Engineering, 2021, 25 (4), 1467–1478. https://doi.org/10.1007/s12205-021-1467-8
Ng CWW, Sun HS, Lei GH, Shi JW, Mašín D, “Ability of three different soil constitutive models to predict a tunnel’s response to basement excavation”, Canadian Geotechnical Journal, 2015, 52 (11), 1685-1698. https://doi.org/10.1139/cgj-2014-0361
Peila D, “Lo scavo di gallerie di piccola sezione con la tecnica del microtunnelling”, Strade and Autostrade, 2001, (4), 85-91.
Pellet F, Descoeudres F, Egger P, “The effect of water seepage forces on the face stability of an experimental microtunnel”, Canadian Geotechnical Journal, 1993, 30 (2), 363-369. https://doi.org/10.1139/t93-030
Pipe Jacking Association, “An introduction to pipe jacking and microtunnelling”, London, 2017.
Shi J, Wang Y, Ng CW, “Buried pipeline responses to ground displacements induced by adjacent static pipe bursting”, Canadian Geotechnical Journal, 2013, 50 (5), 481-492. https://doi.org/10.1139/cgj-2012-0304
Shou KJ, Chang FW, “Analysis of pipe-soil interaction for a miniature pipe jacking”, Journal of Mechanics, 2006, 22 (3), 213-220. https://doi.org/10.1017/S172771910000085X
Sterling RL, “Developments and research directions in pipe jacking and microtunneling”, Underground Space, 2020, 5 (1), 1-19. https://doi.org/10.1016/j.undsp.2018.09.001
Thomson JC, “Microtunnelling and how we got there”, Trenchless International, 2009, (August), 18-22.
Wang Y, Shi J, Ng CW, “Numerical modeling of tunneling effect on buried pipelines”, Canadian Geotechnical Journal, 2011, 48 (7), 1125–1137. https://doi.org/10.1139/t11-024
You GM, “3D FEM analysis on ground displacement induced by curved pipe-jacking construction”, Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, Taylor & Francis, London, 2008, 759-764.
Zhao J, Zhu W, “Stability analysis and modelling of underground excavations in fractured rocks”, Elsevier, Oxford, 2003.