تحليل عددي استاتيكي عملكرد زهكش چتري در تونل پوشش‌دار دايروي عميق تحت تراوش پايدار

Numerical Statistical Analysis of Umbrella Drain Performance in Deep Circular Lined Tunnels under Steady-State Seepage

تراوش يكي از مسايل موجود در تونل‌هاست. اين مسيله به دليل اينكه فشار آب حفره‌‌يي يك نيروي اضافي را به پوشش تونل وارد مي‌كند، اهميت ويژه‌‌يي دارد. زيرا اين نيروي تراوش اضافي، در خاك‌ها و سنگ‌هاي ضعيف و با نفوذپذيري كم مي‌تواند عامل ناپايداري تونل شود. لذا نياز به زهكشي در اين تونل‌ها، حايز اهميت ويژه‌يي است. سيستم‌هاي زهكشي كاربردي در تونل‌ها، انواع مختلفي دارد. از انواع رايج آن ها مي‌توان به سيستم زهكش فيلتر محيطي و سيستم زهكش لوله‌ي اتصالي اشاره كرد. با اين حال مطالعات نسبتاً كمي بر روي سيستم‌هاي زهكشي مذكور و عوامل موثر در آن‌ها، به‌خصوص براي سيستم زهكش لوله‌ي اتصالي، تا به حال انجام شده است. در اين پژوهش، سيستم زهكش چتري به عنوان يك سيستم زهكشي جديد در تونل هاي تحت تراوش معرفي شده است. آرايش سيستم زهكشي ذكرشده برگرفته از تركيب زهكش لوله‌ي اتصالي و الهام گرفته‌شده از نگهدارنده‌ي چتري فورپولينگ است. در اين پژوهش با استفاده از نرم‌افزار اجزا محدود آباكوس، عملكرد سيستم زهكشي ذكرشده به‌صورت تحليل استاتيكي عددي در پوشش تونل دايروي عميق تحت تراوش پايدار مورد بررسي قرار گرفته است. در اين نوشتار با درنظرگرفتن 3 پارامتر شاهد (كرنش اصلي موثر بيشينه در پوشش تونل، توزيع فشار آب حفره‌يي در سطح پوشش تونل به عنوان يك نوع بارگذاري موثر در طراحي پوشش تونل، و برآورد دبي حجمي زهكش ها) و بررسي كليه‌ي مشخصات لوله‌ي زهكش موثر در عملكرد آن به ارايه‌ي يك آرايش بهينه براي سيستم زهكشي مذكور پرداخته شده است.

One of the major issues in design and construction of tunnels is seepage and it’s been highlighted by an extra force which is generated by pore water pressure and directed towards the tunnel walls. Since this extra seepage force may lead to instability in soils and weak rocks with low permeability, the necessity of drainage in such tunnels is visibly clear. Drainage systems in tunnels have different types and materials and the most common ones are peripheral filter drainage and pin-hole drainage systems. Despite the drainage system importance, very limited studies have been conducted on the drainage systems and the effective factors affecting their performance. The need for such systems is clearly felt during construction of many tunnels during the writers field studies. In this article, Umbrella drainage system is presented as a new alternative drainage system for the tunnels under steady state seepage condition. The arrangement of this system is an smart combination of Pin-Hole drainage system and it is inspired by forepoling method of support installation. In this study, the performance of the aforementioned drainage system is investigated through numerical statical three dimensional analysis of the lining for deep circular tunnels subjected to steady-state seepage by using ABAQUS finite element software. Furthermore an optimum arrangement for pipes in the drainage system is presented by taking into account the maximum effective principle strain for the lining of a tunnel as a monitored parameter. Also the effective factors affecting the drainage tube of the draining system is to investigated. Moreover, all of the factors with an influence on the drainage tube of this draining system is explored through investigating the pore water pressure distribution on the surface of the lining of a tunnel and considering it as a type of effective loading in designing the lining of the tunnel and also estimating the drained volumetric discharge of the drainage tubes.