اثر پارامترهاي عملياتي مؤثر بر نشست سطح زمين در حفاري با دستگاه تعادلي فشار زمين EPBM (مطالعه موردي؛ تونل توسعه جنوبي خط 6 متروي تهران)

(The Effect of Operational Parameters Affecting Ground Surface in excavation with Earth Pressure Balance Shield Machine-EPBM (the case of Tehran Subway Southern Extension Tunnel- Line 6

در مطالعه حاضر اثر برخي از مهمترين پارامترهاي عملياتي دستگاه تعادلي فشار زمين (EPBM) در زمان حفاري تونل بر ميزان تغييرشكل و نشست سطح زمين مورد بررسي قرار گرفته است. اساس اين تحقيق، به صورت مدلسازي عددي به روش تفاضل محدود (FDM) و با استفاده از نرم‌افزار FLAC3D است. مدل عددي ابتدا بر اساس شرايط هندسي و مشخصات فيزيكي و مكانيكي تونل خط 6 متروي تهران در بخش توسعه جنوبي (كيلومتراژ 600+02) ساخته شده و سپس بر پايه روش "تونل نامرئي" كاليبره و صحت‌سنجي شده است. از اينرو، در قالب تحليل‌هاي پارامتريكي، اثر تنش ژئواستاتيكي در سينه‌كار تونل و فضاي اطراف سپر (آنالوس) و نيز فشار تزريق گروت/ملات در پشت سگمنت بر ميزان نشست سطح زمين مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه با كاهش ميزان فشار مرزي معادل (از kPa508 تا kPa 335) بر روي سينه كار و فضاي آنالوس، تغيير زيادي در افزايش ميزان نشست (از بازه 1/18 تا 1/48 ميلي متر) مشاهده نمي‌شود. همچنين نتايج حاصل از تحليل پارامتريكي فشار گروت نشان داد كه اعمال فشار گروت معادل با تنش ژئواستاتيكي قائم ( kPa335) نسبت به تنش ژئواستاتيكي افقي ( kPa357) در سينه كار تونل، اثر بيشتري در كنترل نشست سطح زمين دارد (به‌ترتيب 1/45 و 1/20 ميلي متر). ضريب فشار جانبي زمين كمتر از يك (K0<1)، منجر به تخمين كمتر مقدار تنش ژئواستاتيكي افقي نسبت به تنش ژئواستاتيكي قائم شده است و در نتيجه اثرگذاري كمتر آن در كنترل ميزان نشست سطح زمين مشاهده مي‌شود. افزايش فشار گروت نسبت به تنش ژئواستاتيكي قائم منجر به كاهش قابل توجه نشست سطح زمين مي‌گردد، اما افزايش بيش از اندازه اين مقدار مي‌تواند منجر به تغييرشكل و جابجايي‌هاي روبه بالا به صورت بالاآمدگي زمين در فاصله عرضي بيش از 20 متر (حدود 2 برابر قطر تونل) از محور تونل گردد.

In this study, the effect of some of the most important operational parameters of the tunnel boring machine (EPBM) has been investigated at the time of the tunnel excavation on the ground deformation and surface subsidence. The basis of this research is the finite difference method (FDM) using FLAC3D software. The numerical model was first constructed based on geotechnical parameters (physical and mechanical characteristics) of the Tehran Subway Southern Extension Tunnel-Line 6 and then calibrated and verified based on the "invisible tunnel" method. The results showed that by decreasing the boundary pressure on the face and the annulus, there is no significant change in the increase in the level of the surface subsidence. Also, the results of parametric analysis of the injection pressure of the grout showed that applying the pressure of the grout equivalent to the vertical geostatic stress relative to the horizontal geostatic stress in the tunnel face has more effect on the control of surface deformation and subsidence.