پيش‌بيني جابه‌جايي‌هاي زمين اطراف تونل در اثر حفاري با دستگاه EPB (مطالعه موردي: قطعه چهارم از خط 3 متروي تهران)

Prediction of ground movements around tunnel due to excavation by EPB machine (A case study: The fourth section of Tehran subway line 3)

رشد و توسعه شهرهاي بزرگ نيازمند استفاده از شبكه‌هاي زيرزميني در ايجاد زيرساخت‌ها و تسهيلات حمل و نقل شهري است. ساخت تونل در زمين‌هاي نرم معمولاً جابه‌جايي خاك را به دنبال دارد كه مي‌تواند تاثير جدي در پايداري و سلامت سازه‌هاي موجود داشته باشد. به منظور كاهش اين جابه‌جايي‌ها به‌ويژه در نواحي شهري، مجريان در ساخت تونل‌ها بيش از پيش از دستگاه حفر تونل (TBM) استفاده مي‌كنند. از اين‌رو در نواحي شهري، پيش‌بيني جابه‌جايي‌هاي زمين ناشي از حفر تونل چالش بزرگ مهندسي به‌شمار مي‌رود. در اين مقاله به منظور پيش‌بيني جابه‌جايي‌هاي خاك كه در حين ساخت بخشي از تونل خط 3 متروي تهران با استفاده از دستگاه حفاري EPB (فشار تعادلي زمين) ايجاد مي‌شوند، از مدلي عددي سه‌بعدي و نرم‌افزار ABAQUS استفاده شده است. اين بررسي شامل اكثر مولفه‌هاي تونل‌سازي سپري مانند فشار سينه‌كار، فشار تزريق، دستگاه حفاري و تماس اصطكاكي سپر و خاك است. نتايج نشان مي‌دهد كه حداكثر نشست سطحي در اين قسمت 5/2 سانتي‌متر است كه 5/0 سانتي‌متر از حد مجاز آن بيش‌تر است. هم‌زمان با نشست‌هاي سطحي جابه‌جايي‌هاي افقي در داخل توده خاك به وجود مي‌آيند، كه در دو جهت افقي شكل متفاوتي داشته و مقدار آن‌ها با افزايش عمق افزايش پيدا مي‌كنند.

The development of large cities requires the underground networks in urban infrastructure and transportation facilities. Construction of tunnels in soft ground induces generally soil movement, which could seriously affect the stability and integrity of existing structures. In order to reduce such movements, in particular in urban areas, contractors use more and more the tunnel boring machines (TBM) for the construction of tunnels. Hence in urban environment, prediction of the ground movements caused by the tunnel excavation is a major engineering challenge. In this paper, a three-dimensional numerical model and ABAQUS code is used for the prediction of the soil movements induced during tunnel construction in part of the line 3 of Tehran subway which is being excavated by EPB machine. This investi-gation include most shield tunneling components such as face pressure, the grouting pressure, excavation machine and frictional contact with soil and shield. Observations of the results demonstrate that the maximum surface settlement in this section is 2.5 cm that is 0.5 cm more than its allowable value. Concurrent with surface settlements, horizontal movements within soil mass occur, which have different forms in two horizontal directions, and their value increase with the increase of depth.