مطالعه عددي تأثير ديوار ديافراگمي در كاهش نشست‌هاي ناشي از تونل‌سازي مكانيزه

Numerical Study of using Diaphragm Wall to Mitigate Mechanized Tunneling Induced Settlements

جابه‌جايي­‌هاي ناشي از حفاري تونل در سطح و عمق زمين در صورت عدم كنترل مي‌­تواند براي سازه­‌هاي سطحي و زيرساخت­‌هاي شهري خطرآفرين باشد. از اين ­رو، در هنگام تونل­‌سازي در محيط شهري از روش‌­هاي متنوعي براي كاهش نشست­‌ها استفاده مي‌­شود. يكي از اين روش‌­ها، استفاده از ديوار ديافراگمي است. در اين مطالعه تأثير استفاده از ديوار ديافراگمي در كاهش جابه‌جايي‌­هاي ناشي از حفاري تونل متروي مادريد با حضور لايه ضخيم خاك دستي بررسي گرديده ­است. براي اين منظور حفاري مكانيزه تونل متروي مادريد به صورت گام به گام و سه بعدي در نرم‌­افزار المان محدود آباكوس مدل‌­سازي گرديده­ است. در اين مدل­‌سازي­‌ها مولفه‌­هاي مختلف TBM يعني فشار اعمالي به جبهه كار، تزريق دوغاب در پشت سگمنت‌­ها، اضافه ­حفاري ناشي از اختلاف قطر كله­ حفار و سپر در نظر گرفته شده ­است. ديوار ديافراگمي نيز به صورت سه بعدي مدل­‌سازي گرديده ­است. پارامترهاي متغير اين مطالعه مدول الاستيسته ديوار، طول ديوار، زبري بين ديوار و خاك، فاصله ديوار از محور تونل و دانسيته ديوار است. نتايج مطالعه نشان مي‌­دهد در بين پارامترهاي مختلف تأثيرگذار، مدول الاستيسيته ديوار و فاصله آن از محور تونل بيش­ترين تأثير را در كنترل نشست‌­هاي قائم و جابه‌جايي­‌هاي افقي ناشي از حفاري تونل داشته ­است. هم­چنين ديوار با فاصله0/7D از محور تونل و طول نفوذ 0/5D يا C+1D مي‌­تواند ديوار ديافراگمي ‌بهينه در اين پروژه باشد.

Tunneling-induced displacements could be dangerous for surface structures and urban infrastructure, if not controlled. Accordingly, different techniques are carried out to mitigate tunneling-induced displacements. In this regard, using a diaphragm wall is a practical technique. In this study, the effect of using a diaphragm wall for mitigating the Madrid metro tunneling-induced displacements was investigated. Despite mechanized tunneling of the Madrid metro extension, there is considerable settlement due to a thick layer of made soil ground. In this regard, TBM-EPB tunneling of the Madrid metro tunnel has been modeled step by step and three-dimensional in the finite element code of ABAQUS. The main construction aspects of a TBM are modeled, such as the face pressure, the injection of grout behind the segments, the overcut produced by the gap between the diameters of the cutter-head and the shield. The diaphragm wall is also modeled three-dimensional. For the parametric study, the elastic modulus of the wall, length of the wall, friction between the wall and soil, the distance of the wall from the tunnel axis and density of the wall are assumed to be variable. The results show the elastic modulus of the wall and the distance of the wall from the tunnel axis are the most effective parameters in mitigating the tunneling induced surface settlements and horizontal displacements. In the distance of 0.7D between the wall and tunnel axis, a wall of 0.5D or C+1D length could be the optimum option to mitigate the settlements.