تعیین فشار جبهه کار حفاری با EPB به روش‌های تحلیلی، تجربی و عددی (مطالعه موردی: متروی تبریز)

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

چکیده

تعیین فشار بهینه جبهه کار از مهم­ترین مسائل قابل توجه در حفاری تونل با دستگاه TBM-EPB است. این پارامتر با نشست­های سطحی ناشی از تونل­سازی در ارتباط است. در این نوشتار فشار جبهه کار تونل متروی خط ۲ تبریز در بخش غربی مسیر با استفاده از روش تجربی COB و روش­های تحلیلی Atkinson، Leca، Krause و Jancsecz و مدل­سازی عددی سه بعدی در نرم­افزار المان محدود Abaqus محاسبه گردیده است. پس از آن، مقادیر فشار جبهه کار محاسیه شده با روش­های تجربی، تحلیلی و عددی با مقادیر فشار جبهه کار اعمال شده در طول عملیات حفاری مقایسه شده است. خط ۲ متروی تبریز در محدوده مذکور در خاک عمدتاً درشت­دانه با چسبندگی پایین و در زیر سطح ایستابی حفاری شده است. نتایج این مطالعه نشان می­دهد در بین روش­های تعیین فشار جبهه کار، روش تجربی COB و روش تحلیلی Krause تطابق بیشتری با آنچه که در واقعیت روی داده است، داشته­اند. روش COB با اختلاف جزئی در جهت اطمینان عمل کرده است. روش­های Atkinson و Jancsecz با اختلاف محسوسی مقادیر بیشتری نسبت به سایر روش­ها و واقعیت محاسبه نموده­اند و روش Leca در حالت کلی نتایجی بر خلاف اطمینان ارائه داده است. مدل­سازی­های سه بعدی عددی با اعمال فشار واقعی جبهه کار و تزریق، نشست­ها را به خوبی تخمین زده و می­توان گفت در ادامه مسیر با مدل­سازی در Abaqus و اعمال فشارهای محاسبه شده به روش COB می­توان پیش بینی بسیار نزدیکی از آنچه که در واقعیت روی خواهد داد، انجام داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determination of Face Pressure in EPB Tunneling Applying Empirical, Analytical and Numerical Methods (Case Study: Tabriz Underground Railway)

نویسندگان [English]

  • Amir Hassan Rezaei 1
  • Mojtaba Shirzehhagh 2
1 Faculty of Engineering, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz
2 Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz
چکیده [English]

In the present paper, results of empirical, analytical and numerical methods for determination of face support pressure in mechanized tunneling and measurements of tunneling induced surface settlements and applied face support and grout injection pressures during the construction of Tabriz underground railway line 2 (TUR2) are presented. Face pressure plays an important role in the evolution of tunneling induced-ground movements. Determination of optimum face stability pressure is a major challenge in TBM tunneling.

کلیدواژه‌ها [English]

  • TBM-EPB
  • Face Stability Pressure
  • Analytical Methods
  • COB
  • Numerical Modelling
  • Surface settlements
Anagnostou G, Kovari K, “Face stability conditions with earth-pressure-balanced shields”, Tunnelling and Underground Space Technology, 1996, 11 (2), 165-173.
Atkinson J, Potts D, “Stability of a shallow circular tunnel in cohesionless soil”, Geotechnique, 1977, 27 (2), 203-215.
Bakhshandeh Amnieh H, ZamZam M, Mousavi E, “Evaluation Face Minimum Pressure for Urban Tunneling Using an EPB Machine and Analytical and Numerical Methods Case Study: Tunnel for Line 7Tehran Subway (East-West)”, Sharif Journal of Civil Engineering, 2015, 31.2 (3.1), 137-145.
Broere W, “Tunnel Face Stability & New CPT Application”, PhD Thesis, University of Deft, Netherlands, 2001.
Chambone P, Corte JF, “Shallow tunnels in cohesionless soils: Stability of tunnel face”, ASCE, 1994, 120 (7), 1148-1165.
Centrum Ondergronds Bouwen (COB), “Parameterset voor de predicties. Technical Report”, K100-W-004, 1996.
Eslami B, Golshani A, “3D Stability Analysis of Heterogeneous Face Excavation by TBM-EPB Mchine -Cace Study Line2 METRO of Mashhad”, Sharif Journal of Civil Engineering, 2017, 33.2 (1.1), 121-128.
Guglielmetti V, Grasso P, Mahtab A, Xu S, “Mechanized tunnelling in urban areas: design methodology and construction control”, Taylor & Francis Group, London, UK, 2007.
Heidari SR, Zare S, Mirzai NH, Foroughi M, “Numerical study of face pressure effect on surface settlement in soft ground mechanized tunneling- A case study: Tehran metro line 7”, Tunneling and underground space engineering, 2013, 57-67.
Jancsecz S, Steiner W, “Face support for a large mix-shield in heterogeneous ground conditions”, Tunnelling’94: Springer, 1994, 531-550.
Kasper T, Meschke G, “On the influence of face pressure, grouting pressure and TBM design in soft ground tunnelling", Tunnelling and Underground Space Technology”, 2006, 21 (2), 160-171.
Katebi H, Rezaei AH, Hajialilue-Bonab M, Tarifard A, “Assessment the influence of ground stratification, tunnel and surface buildings specification on shield tunnl lining loads (by FEM)”, Tunnelling and Underground Space Technology, 2015, 49, 67-78.
Lambrughi A, Medina Rodriguez L, Castellanza R, “Development and Verification of a 3D numerical model for TBM-EPB mechanized excavation”, Computers and Geotechnics, 2012, 40, 97-113.
Leca E, Panet M, “Upper and Lower Bound Solutions for the Face Stability of Shallow Circular Tunnels in Frictional Matrial”, Geotechnic, 1990, 40 (4), 581-606.
Lee IM, Nam SW, “The study of seepage forces acting on the tunnel lining and tunnel face in shallow tunnels”, Tunnelling and Underground Space Technology, 2001, 16, 31-40.
Mooney MA, Grasmick J, Kenneally B, Fang Y, “The role of slurry TBM parameters on ground deformation: Field results and computational modelling”, Tunnelling and Underground Space Technology, 2016.
Sebastianelli M, Felice G, Malena M, Amorosi A, Boldini D, Di Mucci G, “A class C prediction of the settlements induced in a historical masonry structure by excavation of shallow twin tunnels”, 2nd International Symposium on Geotechnical Engineering for the Preservation of Monuments and Historical Sites, Naples, Italy, 649-655, 2013.