نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

ارزیابی نشست سطح زمین ناشی از تونلسازی به روش حفاری مرحله‌ای در زمین‌های نرم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران.
2 گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
چکیده
امروزه نشست سطح زمین در محیط‌های شهری یکی از مسائل مهم در حوزه تونلسازی در زمین‌های نرم محسوب میشود. عدم توجه کافی به طراحی یک روش حفاری مناسب می‌تواند منجر به ناپایداری فضای زیرزمینی و در نتیجه ایجاد نشست در سطح زمین و بدنبال آن آسیب جدی به سازه های مجاور گردد. مطالعه حاضر با تمرکز بر روی پارامترهای فیزیکی و مکانیکی زمین و نیز شرایط هندسی تونل خط 4 متروی تهران در بخش شمالی، سعی در طراحی و ارائه یک روش حفاری مناسب در کنترل نشست سطح زمین دارد. از این‌رو به کمک نرم‌افزار المان محدود Plaxis 3D Tunnel ، با شبیه‌سازی فرآیند حفاری تونل خط 4 متروی تهران و مقایسه نتایج با داده‌های ابزاردقیق، نشست سطح زمین مورد ارزیابی قرار گرفت. از میان روش‌های حفاری مورد بررسی (برش حلقه‌ای RC ، دیافراگم میانی CD و طاق و پاطاق T&B )، روش برش حلقه‌ا‌ی از عملکرد بهتری در کنترل نشست سطح زمین برخوردار می‌باشد. همچنین با بررسی توالی حفاری و فواصل سینه‌کار حفاری در روش برش حلقه‌ای، مشخص شد با کاهش حجم حفاری و افزایش فاصله میان سینه‌کارهای مختلف، اندازه زون‌های توزیع تنش و تداخل آن‌ها بر یکدیگر در اطراف تونل کاهش یافته و در نتیجه نشست کمتری در سطح زمین ایجاد می‌گردد.
کلیدواژه‌ها

[1] Ter-Martirosyan, A. Z., Cherkesov, R. H., Isaev, I. O., & Shishkina, V. V. (2022). Surface settlement during Tunneling: Field Observation Analysis. Applied Sciences, 12(19), 9963.
[2] Fang, Q., Tai, Q., Zhang, D., & Wong, L. N. Y. (2016). Ground surface settlements due to construction of closely-spaced twin tunnels with different geometric arrangements. Tunnelling and Underground Space Technology, 51, 144-151.
[3] Sharifzadeh, M., Kolivand, F., Ghorbani, M., & Yasrobi, S. (2013). Design of sequential excavation method for large span urban tunnels in soft ground– Niayesh tunnel. Tunnelling and underground Space Technology, 35, 178-188.
 [4] Amiri, S., & Dehghan, A. N. (2022). Comparison of shallow tunneling method with pile and rib method for construction of subway station in soft ground. Frontiers of Structural and Civil Engineering, 16(6), 704-717.
[5] Hoek, E., 2001. Big tunnel in bad rock. J. Geotech. Geoenviron. Eng. 127 (9), 726–740.
[6] Chakeri, H., Ozcelik, Y., & Unver, B. (2015). Investigation of ground surface settlement in twin tunnels driven with EPBM in urban area. Arabian Journal of geosciences, 8(9), 7655-7666.
 [7] Ding, Z., Wei, X. J., & Wei, G. (2017). Prediction methods on tunnel-excavation induced surface settlement around adjacent building. Geomechanics and Engineering, 12(2), 185-195.
[8] Gan, X., Yu, J., Gong, X., Liu, N., & Zheng, D. (2022). Behaviours of existing shield tunnels due to tunnelling underneath considering asymmetric ground settlements. Underground Space.
[9] Loganathan, N., & Poulos, H. G. (1998). Analytical prediction for tunneling-induced ground movements in clays. Journal of Geotechnical and geoenvironmental engineering, 124(9), 846-856.
[10] Zhang, C., Zhang, D., & Wang, M. (2007). Analysis of Ground Subsidence Induced by ShallowBuried Tunnel Construction and its Control Techniques. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 26, 3601-3608.
[11] Gong, W., Luo, Z., Juang, C. H., Huang, H., Zhang, J., & Wang, L. (2014). Optimization of site exploration program for improved prediction of tunneling-induced ground settlement in clays. Computers and Geotechnics, 56, 69-79.
[12] Strokova, L. A. (2015). Modeling of tunnelinginduced ground surface movement. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 24, No. 1, p. 012030). IOP Publishing.
[13] Hasanipanah, M., Noorian-Bidgoli, M., Armaghani, D. J., & Khamesi, H. (2016). Feasibility of PSO-ANN model for predicting surface settlement caused by tunneling. Engineering with Computers, 32(4), 705-715
[14] Wu, D., Deng, T., Zhao, R., & Wang, Y. (2018). THM modeling of ground subsidence induced by excavation of subway tunnel. Computers and Geotechnics, 94, 1-11.
 [15] Ahn, C. Y., Park, D., & Moon, S. W. (2022). Analysis of surface settlement troughs induced by twin shield tunnels in sedimentary soils. Geomechanics and Engineering, 30(4).
[16] Kivi, A. V., Sadaghiani, M. H., & Ahmadi, M. M. (2012). Numerical modeling of ground settlement control of large span underground metro station in Tehran Metro using Central Beam Column (CBC) structure. Tunnelling and Underground Space Technology, 28, 1-9.
[17] Liu, X., Liu, Y., Yang, Z., & He, C. (2017), Numerical analysis on the mechanical performance of supporting structures and ground settlement characteristics in construction process of subway station built by Pile-Beam-Arch method. KSCE Journal of Civil Engineering, 21(5), 1690-1705.
[18] Zhou, M., Wang, F., & Du, Y. J. (2018, May). Numerical Modeling on Localized Ground Subsidence Induced by the Tunneling in Sand. In GeoShanghai International Conference (pp. 84-92). Springer, Singapore.
[19] Nematollahi, M., & Dias, D. (2019). Threedimensional numerical simulation of pile-twin tunnels interaction–Case of the Shiraz subway line. Tunnelling and Underground Space Technology, 86, 75-88.
[20] Dehghan, A. N. (2020). Influence of Forepoling Umbrella on the Settlements Induced by Shallow Urban Tunneling. Geotechnical and Geological Engineering, 38, 5005–5022.
[21] Li, S., Zhang, Y., Cao, M., & Wang, Z. (2022). Study on excavation sequence of pilot tunnels for a rectangular tunnel using numerical simulation and field monitoring method. Rock Mechanics and Rock Engineering, 1-17.
[22] Tehran Urban and Suburban Railways Company (TUSRC) (2016). Report of Engineering Geology and Geotechnical; Tehran subway line 6- northern part (In Persian).
[23] Tehran Urban and Suburban Railways Company (TUSRC) (2016). Report of Design and Construction Method for the Tehran subway line 6- northern part (In Persian).
[24] Tehran Urban and Suburban Railways Company (TUSRC) (2016). Report of Tunnel Instrumentation and Monitoring for the Tehran subway line 6- northern part (In Persian).
[25] Heidari, S. R., Zare, S., Mirzaei, N. H., & Foroughi, M. (2013). Numerical study of face pressure effect on surface settlement in soft ground mechanized tunneling-a case study: Tehran metro line 7. Tunneling & Underground Space Engineering (TUSE), 1(1), 57-67 (In Persian).
[26] Yu, C.W., Chern, J.C., 2007. Expert system for D&B tunnel construction. In: Underground Space The 4th Dimension of Metropolises, London, England.
[27] Desari, G.R., Rawlings, C.G., Bolton, M.D., 1996. Numerical modeling of a NATM tunnel construction in London clay. In: Proc. of the International Symposium on Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground. Balkema, Rotterdam, pp. 491–496.
[28] Panet, M. 1995. Le Calcul des Tunnels par la Méthode Convergence-Confinement. Paris: Presses de l'École Nationale des Ponts et Chaussées. (in French).
[29] Attewell, P.B., Woodman, J.P., 1982. Predicting the dynamics of ground settlement and its derivitives caused by tunnelling in soil. Ground Eng. 15 (7), 13–22, 36.
[30] Yoo, C., 2009. Performance of multi-faced tunnelling – a 3D numerical investigation. Tunnel. Undergr. Space Technol. 24, 562–573.