بررسی تأثیر فشار سینه کار حفاری تونل بر روی قنات با استفاده از مدل سازی عددی (مطالعه موردی: خط دو متروی تبریز)

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشگاه فنی و حرفه ای، تهران

2 گروه مکانیک سنگ، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز

3 دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز

چکیده

با توجه به نیازهای روزافزون برای ساخت تونل ­های جدید، موضوع تقاطع تونل با سازه ­های زیرزمینی (قنات) بیشتر مورد توجه مهندسان و محققان قرار گرفته است. هنگامی که تونلی با قطر بزرگ در مجاورت سازه­ های زیرزمینی موجود (قنات) حفر شود باعث ایجاد تغییراتی در شکل، جابه ­جایی­ ها، ممان ­ها و نیروهای محوری تولید شده و تنش­ های کششی و فشاری خواهد شد. در این مقاله به منظور بررسی تأثیر فشار سینه­ کار در حفاری تونل خط دو متروی تبریز بر روی قنات ­های موجود در کیلومتراژ 750+3 از نرم ­افزار عددی FLAC3D استفاده شده است. در مدل عددی فاصله تونل از قنات در دو حالت 5/2 و 5 متری و نیز دو حالت با زوایای موازی (صفر درجه) و عمود (90 درجه) تونل نسبت به قنات در نظر گرفته شده و به بررسی مقدار مجاز جابه­ جایی ­های قنات و تونل پرداخته شده است. به ­منظور صحت ­سنجی مدل عددی نتایج حاصل از مدل ­سازی با نتایج ابزاربندی و روابط تحلیلی مقایسه گردیده است. نتایج نشان داد که میزان اختلاف نتایج مدل عددی با نتایج ابزاربندی در حدود 8 درصد و در مقایسه با روابط تحلیلی حدود 3 درصد می‌باشد. بر اساس نتایج مدل سازی عددی با افزایش فشار میزان جابه ­جایی‌های اتفاق افتاده در سیستم نگهداری قنات و زمین تا 60 درصد کاهش می‌یابد و با کاهش فشار جابه ­جایی‌های رخ‌داده زیادتر می‌شود. همچنین افزایش فشار سبب کاهش 27 تا 42 نیروی محوری به ­وجود آمده در سیستم نگهداری قنات می­گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of Tunnel Face Support Pressure Effects on the Aqueduct Using Numerical Modeling (Case Study Tabriz Metro Line 2)

نویسندگان [English]

  • Mehdi Soleymani Gharagol 1
  • Hamid Chakeri 2
  • Mohammad TaghiNasab 3
1 Department of Civil Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran
2 Department of Mining Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
3 Department of Mining Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
چکیده [English]

In urban environments, due to the existence of structures in the city such as buildings and, more importantly, the presence of people in them, as well as existing underground structures such as service spaces including sewage tunnels, aqueducts, and adjacent tunnels, there have been always concerned about damages to these structures and their interactions existed as a result of tunneling. Significant interaction effects can occur when a new tunnel is dug in the vicinity of an existing tunnel. For example, the construction of a new tunnel could impose unauthorized deformations or bending moments on the existing structural support system. This interaction depends on parameters such as the distance of the tunnels, the size of both tunnels, the rigidity of the support system and the method used to locate the second tunnel, and the geotechnical characteristics of the excavation site.
Aqueducts are underground structures and excavating new tunnels can have special interaction effects on these structures. An aqueduct is a subterranean canal with a gentle slope, which connects water-rich zones at high altitudes to the fields where cultivation takes place.
According to studies, the interaction between underground structures is one of the critical factors that affect ground displacement and subsidence. The effect of the interaction between the tunnels as well as the amount of face pressure on the ground subsidence has been investigated using methods such as physical modelling, numerical modelling, and local measurements.
In this paper, the effect of face pressure has been investigated in excavating the 2nd tunnel Line of Tabriz Metro on existing aqueducts. It is worth noting that for 3D modelling, FLAC3D software is used in this paper.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aqueduct
  • Face Support Pressure
  • Surface Settlement
  • Numerical Modeling
  • FLAC3D

مراجع

امیری م، رجبی س، دارابی م، "تأثیر اثر هندسه مقطع بر روی میزان نشست زمین در اثر حفر تونل تک و دوقلو (مطالعه موردی: تونل متروی اصفهان)"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، 1398، 49 (2)، 46-35. DOI:10.22034/CEEJ.2019.9296
اسدالهی م، مومیوند ح، "تحلیل کلیدی تأثیر فشار متعادل کننده زمینِ سپرِ EPB در جابه ­جایی‌های سینه­ کار تونل به ­روش عددی (مطالعه موردی: تونل انتقال آب ابوذر تهران)"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، 1399، 50 (4)، 93-83.
DOI:10.22034/JCEE.2020.21903.1540
رضایی ­فرعی اح، بابائی س، "بررسی اثرات پارامترهای مختلف در تعیین میزان بهینه فشار جبهه کار تونل ­های مکانیزه در خاک­ های رسی سیلتی"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، 1396، 47 (3)، 45-33.
مجموعه گزارشات ژئوتکنیک خطوط 1، 2 و 3 سازمان قطار شهری تبریز و حومه.
محمدپور ریحان ح، چاکری ح، "بررسی اندرکنش بین تونل­ های خطوط 3 و 2 ،1 تبریز"، مجله مدل­ سازی در مهندسی، 1398، 17 (58)، 53-41. DOI:10.22075/JME.2019.15621.1553
Aghdam M, Hosseini M, “Investigating the Effect of Face Pressure on Ground Settlement in Tunneling with Earth Pressure Balance (EPB) Shield”, Journal of Engineering Geology, 2018, 12, 107. DOI: 10.18869/acadpub.jeg.12.5.107
Chakeri H, Hasanpour R, Hindistan MA, Ünver B, “Analysis of interaction between tunnels in soft ground by 3D numerical modeling”, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 2011, 70 (3), 439-448. DOI:10.1007/s10064-010-0333-8
Do NA, Dias D, Oreste P, “3D Numerical Investigation on The Interaction Between Mechanized Twin Tunnels in Soft Ground”, Environ Earth Sci, 2015, 73, 2101-2113. DOI:10.1007/s12665-014-3561-6
Herzog M, “surface subsidence above shallow tunnels (in German)”, Bautechnik, 1985, 62, 375-377. DOI:10.22075/JME.2019.15621.1553
Jinyang Fu, Junsheng Yang, Li Yan, Syed Muntazir Abbas, “An analytical solution for deforming twin-parallel tunnels in an elastic half plane”, International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 2015, 39, 524-538. DOI:10.1002/nag.2322
Karakus M, Ozsan A, Basarir H, “Finite element analysis for the twin metro tunnel constructed in Ankara Clay-Turkey”, Bulletin of Engineering Geology and the Environment journal, 2007, 66, 71-79. DOI:10.1007/s10064-006-0056-z
Liu HY, Small JC, Carter JP, Williams DJ, “Effects of tunneling on existing support systems of perpendicularly crossing tunnels”, Computer Geotechnics, 2009, 36 (5), 880-894. DOI:10.1016/j.compgeo.2009.01.013
Lin XT, Chen RP, Wu HN, Meng FY, Su D, Han K, “Calculation of earth pressure distribution on the deep circular tunnel considering stress-transfer mechanisms in different zones”, Tunnelling and Underground Space Technology, 2022, 119, 104211. DOI:10.1016/j.tust.2021.104211
Suwansawat S, Einstein HH, “Describing Settlement Troughs over Twin Tunnels Using a Superposition Technique”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2007, 133 (4), 445-468. DOI:10.1061/(ASCE)1090-0241(2007)133:4(445)
Wang HN, Gao X, Wu L, Jiang MJ, “Analytical study on interaction between existing and new tunnels parallel excavated in semi-infinite viscoelastic ground”, Computers and Geotechnics, 2020, 120 (103385). DOI:10.1016/j.compgeo.2019.103385
Yang J, Liu C, Chen Q, Xie X, “Performance of overlapped shield tunneling through an integrated physical model tests: numerical simulations and real-time field monitoring”, Underground Space, 2017, 2 (1), 45-59. DOI:10.1016/j.undsp.2017.04.002
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
دوره 53.4، شماره 113 - شماره پیاپی 113
زمستان 1402
اسفند 1402
صفحه 65-74

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار