برآورد فشار سينه كار تونل‌هاي شهري با روش حالت حدي سرويس (مطالعه موردي: پروژه توسعه جنوبي خط 6 متروي تهران)

Face Pressure Evaluation in Serviceability Limit State

تونل‌سازي در زمين‌هاي شهري عموماً به دليل وجود سازه‌هاي حساس سطحي همراه با ملاحظات اجرائي خاص است كه از آن جمله مي‌توان به كنترل دقيق نشست‌هاي سطحي و فشار سينه كار اشاره نمود. فشار سينه كار بر اساس دو روش كلي حالت حدي نهايي و حالت حدي سرويس برآورد مي‌شود. در اين ميان، فشار به دست آمده از روش حالت حدي سرويس، رابطه تنگاتنگي با مقادير اُفت حجمي زمين و نشست حداكثر سطحي دارد. روش‌هاي موجود براي برآورد فشار سينه كار در حالت حدي سرويس عموماً بر اساس نتايج آزمايش‌هاي آزمايشگاهي (آزمايش گريز از مركز تونل) يا داده‌هاي تجربي نسبتاً قديمي توسعه يافته‌اند. در اين مقاله ضمن بررسي اصول برآورد فشار سينه كار، بر پايه اطلاعات پروژه توسعه جنوبي خط 6 متروي تهران كه در حال حضر در حال اجراست، به بررسي و مقايسه فشار واقعي و برآورد شده سينه كار در دو حالت حدي نهايي و سرويس در حالت خاك‌هاي با رفتار زهكش نشده پرداخته شده است. نتايج مقايسه‌ها نشان مي‌دهد كه اختلاف نسبتاً زيادي بين فشار واقعي سينه كار و فشار مورد انتظار طراحي به دست آمده از روش حالت حدي سرويس وجود دارد. براي بهبود عملكرد روش‌هاي حالت حدي سرويس، بر پايه اطلاعات پروژه توسعه جنوبي خط 6 متروي تهران، يك فرمول جديد براي برآورد عدد پايداري ارائه شده است. اين فرمول داراي ضريب همبستگي نسبتاً بالايي است (84%) كه بيانگر تطابق نسبتاً بالاي اعداد پيش‌بيني شده و واقعي است. كاربرد اصلي نتايج اين مقاله، استفاده از فرمول جديد براي تدقيق فشار طراحي سينه كار در زمان اجراي پروژه و همچنين برآورد مناسب فشار سينه كار براي مناطق حساس شهري بر اساس حد مجاز اُفت حجمي و نشست سطحي براي جلوگيري از به وجود آمدن خسارت‌هاي سازه‌اي است.

In urban areas, tunneling is accompanied by ground surface settlement. To reduce the risks of the operation, it is always required to have an assessment of ground surface settlement and face pressure. In the evaluation of the face pressure, there are two major sets of methods based on the ultimate limit state (ULS) (e.g. tunnel face failure), and serviceability limit state (SLS) (e.g. unacceptable settlement or heave). In a serviceability limit state, volume loss and surface settlement are used for the analysis of the face pressure. The methods developed for the analysis of SLS face pressure are based on the results of small-scale centrifuge tests or case studies with the unpressurized face. Hence, realistic face pressure cannot be evaluated with these methods. This paper summarizes the major strategies for the evaluation of face pressure in an undrained condition. The outlined methods are utilized to evaluate tunnel face pressure in the Tehran metro line 6, south extension (ML6-SE) project. Results of the analyses showed that predicted face pressures with the SLS methods are far above the required face pressure. To make realistic SLS face pressure evaluations in this project (considering a maximum allowable surface settlement of 10 mm), using ground characteristics and TBM operational parameters, a new formula was introduced with a coefficient of determination of 84%. The results of this paper can be very helpful for both the design phase of a tunneling project and the construction period to adjust the face pressure based on the requirement of the allowable surface settlement.