بررسي اثرات پارامترهاي مختلف در تعيين ميزان بهينه فشار جبهه كار تونل‌هاي مكانيزه در خاك‌هاي رسي- سيلتي

The Soil Parameters Effects on the Optimum Face Pressure of Mechanized Tunnels in Cohesive Soils

برآورد فشار لازم براي نگهداري جبهه كار تونل، يكي از مهم­ترين عوامل حفاري ايمن و بهينه با استفاده از ماشين­ هاي حفار مكانيزه در نواحي شهري است. چرا كه اعمال فشار كمتر و يا بيشتر از حد تعادلي به جبهه كار به ترتيب باعث فرونشست و بالازدگي در جبهه كار و سطح زمين مي­شود. در مقاله حاضر، با استفاده از نرم­افزار المان محدودABAQUS به بررسي تأثير پارامترهاي مدول الاستيسيته، مشخصات مهندسي خاك با تأكيد بر چسبندگي و همچنين شرايط آب زيرزميني بر روي ميزان بهينه فشار جبهه كار در خاك­هاي چسبنده پرداخته شده است. بيش از 130 مدل سه­ بعدي تحليل و با اندازه ­گيري مقادير جابجايي­ هاي جبهه كار تونل به ازاي مقادير متفاوت فشار جبهه كار و پارامترهاي مختلف مورد بررسي، مقدار بهينه فشار جبهه كار تعيين شده است. بر اساس نتايج حاصل مدول الاستيسيته خاك و تراز آب زيرزميني تأثير قابل توجهي در مقدار فشار بهينه جبهه كار دارد. همچنين، زاويه اصطكاك داخلي داراي تأثير بيشتري نسبت به چسبندگي در مقدار فشار بهينه جبهه كار مي­باشد. با توجه به تعداد بسيار زياد پارامترهاي دخيل در حفاري مكانيزه مشخصات هندسي تونل، پارامترهاي مختلف ماشين حفار و مشخصات ژئوتكنيكي مسير، از مشخصات پروژه خط 2 قطار شهري تبريز انتخاب شده است تا پارامترهاي استفاده شده در تحليل­هاي عددي منطبق بر واقعيت باشد. همچنين، صحت­ سنجي نتايج مدل عددي با استفاده از نتايج نشست سطحي حاصل از ابزاربندي پروژه انجام يافته است.

Estimating the pressure required to support the tunnel face is one of the most important factors regarding safe and optimal excavation using mechanized tunnel boring machines in urban areas. Applying a pressure more or less than the balance to the face would cause collapse and blow out in the tunnel face respectively. This pressure depends on several factors such as soil type and its engineering specifications, TBM type, underground water conditions, excavation method, amount of surcharge and tunnel section area. In this paper, the influence of soil elasticity modulus, cohesion and friction angle on the optimum amount of face pressure in cohesive soil were studied in different underground water conditions. For this purpose, a 3D finite element model was used employing the ABAQUS software (Ver. 6.14). The main construction aspects and all main elements of mechanised excavation were modelled: TBM shield, concrete tunnel lining, over-excavation, tail gap grouting and progressive hardening of the cement based grout. More than 130 3D models were analyzed and optimum pressure in the tunnel face was determined through measurement the amount of induced average displacement in the tunnel face. In the other word, for various elasticity modulus, cohesion, and internal friction angle different values of face pressure were applied in tunnel face and corresponding tunnel face average displacement were measured for each state