فهرست مطالب

مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی - سال نهم شماره 2 (تابستان 1399)

نشریه مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی
سال نهم شماره 2 (تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/08/17
  • تعداد عناوین: 6
|
  • بابک اشجع، حبیب الله احمدی* صفحات 101-120

    در چند دهه اخیر استفاده از الیاف در سازه های بتنی پیشرفت چشمگیری داشته است. با افزایش میزان تحقیقات و شناخت بیشتر در مورد الیاف، استفاده از آن در سازه های حساس از جمله پوشش تونل ها نیز گسترش یافته است. در این تحقیق مراحل گوناگون طراحی، ساخت و نصب سگمنت الیافی در پروژه تونل گلاب 2، که در واقع اولین تجربه موفق استفاده از سگمنت الیافی به صورت کاربردی در کشور می باشد، ارایه می گردد. مزایای استفاده از الیاف در سگمنت بسیار زیاد می باشد، از آن جمله می توان به کاهش میزان فولاد مصرفی در سگمنت، کاهش هزینه های مختلف تولید و اجرا، کاهش میزان باز شدگی ترک به کمک مکانیزم پل زدگی، افزایش مقاومت در برابر آتش سوزی، کاهش نیروی انسانی مورد نیاز، افزایش مقاومت در برابر خستگی، افزایش میزان شکل پذیری و مقاومت در برابر ضربه، سرعت بالای اجرای تولید سگمنت به-دلیل عدم نیاز به تولید سبد و غیره اشاره کرد. لذا توسعه استفاده از این تکنولوژی در پیشرفت هرچه بیش تر کشورمان تاثیرگذار خواهد بود.

    کلیدواژگان: سگمنت الیافی، بتن الیافی، تونل آب، تونل گلاب، لاینینگ تونل
  • محمد حاجی عزیزی*، منصور مصلا نژاد، مسعود نصیری، یزدان شمس ملکی صفحات 121-135
    ارتفاع روباره تونل، تاثیر قابل توجهی در پایداری و یا ناپایداری تونل های سطحی دارد. در این پژوهش تاثیر ارتفاع روباره ی تونل سطحی در سنگ های مقاوم در حالت استاتیکی و شبه استاتیکی مورد بررسی قرار می گیرد. تحلیل تنش-کرنش برای تونل های سطحی در سنگ های مقاوم و در حالت شبه استاتیکی با استفاده از روش تفاضل محدود موضوع جدیدی است که در این مقاله مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. با توجه به زلزله خیز بودن کشور ایران، تحلیل شبه استاتیکی تونل ها به جای تحلیل استاتیکی، ضرورت دارد؛ و در این مقاله نتایج به دست آمده از تحلیل شبه استاتیکی نسبت به تحلیل استاتیکی قابل تامل می باشد. با توجه به سطحی بودن تونل، تراز آب زیرزمینی پایین تر از کف تونل در نظر گرفته شده است. نتایج به دست آمده از تحلیل استاتیکی علاوه بر روش تفاضل محدود (FLAC2D) به کمک روش اجزای محدود (PLAXIS2D) نیز مورد بررسی قرار گرفته است که نتایج حاصل شده از هر دو روش از نزدیکی و تطابق قابل قبولی برخوردار می باشند. تغییر مکان افقی در کناره تونل در حالت شبه استاتیک در حدود 5 برابر تحلیل استاتیک بدست آمده است و تغییر مکان قایم در تاج تونل در دو حالت استاتیکی و شبه استاتیکی تقریبا به یکدیگر نزدیکند. علت این نتایج را می توان اینچنین توجیه کرد که شتاب افقی اعمال شده به تونل، تغییر مکان افقی کناره های تونل را تحت تاثیر خود قرار داده است و این شتاب افقی در تغییر مکان قایم تونل تاثیر قابل توجهی نداشته است.
    کلیدواژگان: تونل، تنش-کرنش، روش های عددی، تحلیل شبه استاتیک، ارتفاع روباره
  • حامد فرج الهی، محمدحسین خسروی*، محمد محمدی صفحات 137-148

    سیستم های رده بندی توده سنگ به عنوان بخش اصلی روش های تجربی طراحی نقشی کلیدی در صنعت تونلسازی بازی می کنند. سیستم رده بندی ژیومکانیکی توده سنگ (RMR) به عنوان یکی از رایج ترین سیستم ها در سال 1973 توسط بنیاوسکی ارایه و پس از بکارگیری در شرایط مختلف، توسط محققین توسعه داده شد. به دلیل حساسیت بالا در توصیف درست از رفتار توده سنگ، نیاز به بررسی دقیق تر پارامترهای ورودی این سیستم-ها احساس می شود. در سال های اخیر بررسی کارایی RQD یکی از موضوعات مهم مورد بحث است. به دلیل نواقص عنوان شده برای RQD و همچنین هم پوشانی آن با پارامتر فاصله داری شکستگی ها (FS)، استفاده از پارامتر تناوب شکستگی (FF) به عنوان جایگزین مطرح شده است. بر اساس این پارامتر در سال 2013 نسخه جدیدی از RMR تحت عنوان RMR13 ارایه شد. در این مقاله به بررسی کارایی پارامتر FF و مقایسه نتایج استفاده از آن در RMR13 با نتایج RMR89، بر اساس بخشی از داده های تونل البرز در آزادراه تهران- شمال پرداخته شده است. اختلاف نتایج بدست آمده برای دو روش حدود 2 درصد است، که با توجه به ماهیت تجربی RMR، نشانگر نتایج قابل قبول برای روش RMR13 است. بنابراین با توجه به ایرادات مطرح شده برای RQD، استفاده از RMR13 در پروژه های جدید پیشنهاد می شود، که برخلاف پروژه های قدیمی تاریخچه مطالعات آن ها بر اساس RQD نیست.

    کلیدواژگان: سیستم رده بندی ژئومکانیکی توده سنگ، شاخص کیفی سنگ، فاصله داری شکستگی ها، تناوب شکستگی، تونل البرز
  • نادر موسایی، محمدحسین خسروی*، محمدفاروق حسینی، سید فرید آل رسول صفحات 149-162

    پیش بینی جابه‏جایی های سطحی و زیرسطحی در عملیات حفاری فضاهای زیرزمینی یک امر حیاتی در راستای ایمنی و برنامه‏ریزی حوادث احتمالی است. مدلسازی فیزیکی بدلیل انجام مدلسازی در یک محیط واقعی و همچنین با استفاده از مواد طبیعی نقش بسیار مهمی در این زمینه بخصوص در زمین های نرم ایفا کرده است. این پژوهش نتایج یک سری مدلسازی فیزیکی حفرتمام مقطع تونل در اعماق کم خاکهای ماسه ای، در شرایط شیبدار بودن سطح زمین، را ارایه میکند. استفاده از صفحات شفاف در ساخت محفظه‏ی این مدل اجازه‏ی عکسبرداری از جابجایی های خاک در هنگام حفر تونل را میسر کرده است. با توجه به این امکان، از آنالیز تصویری به منظور ثبت جابجایی های خاک و نشست سطح زمین استفاده شده است. نتایج آزمایش ها در این پژوهش حاکی از آن است که در صورت شیبدار بودن سطح زمین بالای تونل، منحنی نشست سطح نامتقارن بوده و سطح شکست ایجاد شده در بالادست شیب به صورت دوخطی با زاویه شیب های متفاوت ظاهر می شود. گرچه حتی با وجود سطح شیبدار حداکثر نشست سطح در راستای تاج تونل اتفاق می افتد، اما در عمق یکسان تونل، مقدار نشست برای سطح زمین شیبدار حدود 25 درصد بیشتر از حالت سطح زمین افقی است. براساس کنتورهای جابجایی، محدوده تخریب شده در اطراف تونل به دو ناحیه نزدیک تونل و ناحیه نزدیک به سطح زمین تقسیم بندی شد. در ناحیه نزدیک تونل، شیب دیواره مرز تخریب در بالادست شیروانی حدود 10 درجه کمتر از دیواره مرز تخریب در پایین دست شیروانی بوده که نشان از گستردگی بیشتر محدوده تخریب به سمت بالادست شیروانی دارد. در ناحیه نزدیک به سطح زمین، شیب دیواره مرز تخریب مستقل از عمق تونل بوده و در همه مدل ها مقدار ثابت 54 درجه را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: تونل کم عمق، سطح زمین شیبدار، خاک دانه ای سست، مدلسازی فیزیکی، پردازش تصویر
  • ابراهیم فرخ* صفحات 163-183

    یکی از عوامل مهم تاثیر گذار بر روی هزینه های تمام شده و زمان لازم برای اجرای یک پروژه تونلسازی با دستگاه حفاری TBM، میزان عمر دیسکهای برشی است. از جمله مهمترین پارامترهای تاثیرگذار بر روی عمر دیسک برشی، پارامترهای زمین شناسی (از جمله امتیاز توده سنگ، مقاومت تک محوری ماده سنگ) و پارامترهای عملیاتی (از جمله نیروی عمودی و نیروی غلتشی اعمال شده به دیسک برشی) است. در این مقاله با به کارگیری اطلاعات زمین شناسی و عملیاتی حفر تونل در طول 18 کیلومتر قطعات 3 و 4 تونل انتقال آب قمرود، به بررسی تاثیر پارامترهای یاد شده بر روی عمر دیسکهای برشی با استفاده از تحلیل آماری پرداخته شده است. نتایج تحلیلها نشان می دهد که با افزایش نیروی عمودی و نیروی غلتشی، میزان عمر دیسک برشی کاهش می یابد. در این مطالعه، بهترین نتیجه تحلیلهای آماری انجام شده بر روی اطلاعات حفاری برای برآورد عمر دیسک برشی، به یک ترکیب از نیروی غلتشی، اندیس نفوذ میدانی، و مقاومت تک محوری ماده سنگ، با ضریب همبستگی 75 درصد، منتهی شده است. با توجه به شرایط غالب زمین شناسی مسیر تونل قمرود در قطعات 3 و 4، فرمول به دست آمده عمدتا برای شرایط زمین شناسی ضعیف تا متوسط توده سنگ، کارایی بهتری خواهد داشت.

    کلیدواژگان: ماشین تونل زنی، عمر دیسک برشی، امتیاز توده سنگ، مقاومت تک محوری، پارامترهای عملیاتی
  • علی اقتداری*، طاهره نصر، خسرو موحد، زهرا برزگر مروستی صفحات 185-206

    کاهش منابع سوخت های فسیلی لزوم کاهش مصرف انرژی و رویکرد به استفاده از انرژی های تجدیدپذیر را الزام می کند. در اغلب کشورها ساختمان ها مسیول حداقل 40درصد مصرف کل انرژی هستند و این مقدار در کشورهای در حال توسعه باز هم در حال افزایش است؛در عین حال رسیدن به آسایش حرارتی در مناطقی با اقلیم گرم و خشک بدون استفاده از دستگاه های مکانیکی بسیار دشوار است و استفاده از تکنیک های طراحی غیرفعال کمک قابل توجهی به کاهش مصرف انرژی می کند.یکی از روش های کاهش کل انرژی مورد نیاز،جایگزینی ساختمان های زمین پناه با ساختمان های معمولی بالای سطح زمین است.ساختمان های زمین پناه به عنوان جایگزینی مناسب برای ساختمان های متعارف از نظر کاهش مصرف انرژی و در عین حال احیاء کننده فضاهای آزاد سطح زمین معرفی می شوندکه به سهم خود با تکیه بر ظرفیت حرارتی زمین، مسیر حرکت به سمت توسعه پایدار در زمینه ساخت و سازرا تسهیل می بخشند. در این پژوهش با هدف بررسی عملکرد حرارتی بنای زمین پناه، میزان مصرف انرژی در یک مدل ساختمانی زمین پناه در اعماق متفاوتی از خاک در مقایسه با ساختمانی مستقر بر سطح زمین مورد بررسی قرار گرفت و بدین منظور، ابتدا مدل سازی با نرم افزاراکوتکت انجام شد، سپس دمای خاک در شهر شیراز در اعماق متفاوت با استفاده از فرمول مربوطه و اطلاعات آب و هوایی از نرم افزار متیونرم جهت ورود به نرم افزار انرژی پلاس استخراج گردید. و در نهایت شبیه سازی حرارتی با نرم افزار انرژی پلاس صورت گرفت . نتایج شبیه سازی ها نشان داد که با توجه به پارامترهای خاک در نظر گرفته شده برای شهر شیراز، میزان صرفه جویی در مصرف سالیانه انرژی به ترتیب برای بارهای سرمایشی وگرمایشی برای ساختمان مستقر در عمق 6 متری زمین به عنوان عمق بهینه، حدود 50% و 20% کمتر از ساختمان غیر زمین پناه مستقر بر سطح زمین است و برای ساختمانی در همین عمق خاک ، مجموع انرژی سالیانه مصرفی در زمینه سرمایش و گرمایش 40 درصد کمتر از ساختمان روی سطح زمین و غیر خاک پوش است. همچنین عملکرد حرارتی ساختمان های زمین پناه نشان می دهد که آنها در زمینه کاهش بارهای گرمایشی نسبت به بارهای سرمایشی کارایی بالاتری دارند.

    کلیدواژگان: کاهش مصرف انرژی، آسایش حرارتی، توسعه پایدار، ساختمان زمین پناه، دمای خاک، شبیه سازی حرارتی
|
  • B. Ashja, H. Ahmadi * Pages 101-120

    Many studies have been performed on fiber reinforced segmental lining for years, which is to improve some of the weak material properties of Segmental lining. Fiber-added reinforced concrete (FRC) applications have become widespread in areas such as, tunnel shells, concrete sewer pipes, and slabs of large industrial buildings. Usage of FRC in load-carrying members of buildings having conventional reinforced concrete (RC) frames is also gaining popularity recently because of its positive contribution to both energy absorption capacity and concrete strength. The paper is focused on the mechanical properties of the designed structural steel fiber reinforced concrete (SFRC), which are important for the capacity of the tunnel lining segments and their damage during manipulation. Generally the segments are more loaded during tunnel lining installation (long term load is lower). The realized investigation was focused on SFRC with various types of fibers, such as steel fiber and synthetic fiber. The use of fiber reinforced concrete for the Golab tunnel segments was examined, but for the highly loaded big rings with high bending moments and normal forces, a high amount of bar reinforcement is necessary

    Keywords: fiber reinforced segmental lining, Fiber Reinforced Concrete, Golab Tunnel, Tunnel Lining
  • M. Hajiazizi *, M. Mosallanezhad, M. Nasiri, Y. Shamse Maleki Pages 121-135
    The tunnel overburden height has considerable effect on stability or instability of surface tunnels. In this research, effects of overburden surface tunnel in strong rocks in both static and pseudo-static states investigated. In this paper, the results of pseudo-static analysis comparing to static state analysis are outstanding. Due to superficiality of tunnel, the water table line considered lower than tunnel bottom. The static analysis performed by Finite Element Method (FEM) and Finite Difference Method (FDM) and both results are close and acceptable. Results of static analysis indicated that by increasing in overburden height, horizontal displacement in sidewalls of tunnel and vertical deformation of tunnel crest would decrease. The stress amounts in sidewalls and crest of tunnel in pseudo-static state are higher than static condition.
    Keywords: Tunnel, Stress-Strain, Numerical methods, Pseudo-Static Analysis, Overburden Height
  • H. Farajollahi, M. H. Khosravi *, M. Mohammadi Pages 137-148

    Empirical and numerical methods are commonly used when underground engineering structures are designed. Empirical methods are generally preferred by rock engineers and geologists due to their practicality. In designing tunnel supports, rock mass classification systems, RMR, Q, and RMi have been used by many researchers and gained universal acceptance. These classification systems have been originally obtained from many tunneling case studies and they have been applied to many construction designs. It is necessary to select the appropriate parameters as inputs to these systems in order to accurately describe the rock behavior. Therefore, researchers tend to look more closely at the input parameters. RQD and FS, two input parameters to RMR, and recently introduced parameter FF as their alternative, has been discussed in this paper. Also, the applicability of FF has been investigated on Alborz tunnel data as a case study. Traditionally, parameter ratings were determined from the presented tables for RMR. However, some users were not aware that the ratings in these tables were the average values for the ranges shown and not the minimum values. For improved accuracy, it is better to use the recommended graphs, showing the continuous value of the ratings. Therefore, the presented graph was used to determine the value of FF parameter as a combined rating of RQD and FS. RMR13 has obtained by replacing FF rating instead of the total rating for RQD and FS in RMR89. The values obtained for FF rating were highly correlated with the total rating for RQD and FS. Also, the total rate of RMR13 was similar to RMR89 with a correlation coefficient of 0.996, the values obtained for RMR13 was approximately 2 percent higher than these for RMR89. In general, using both versions of RMR are practical and acceptable, but the choice of each to use, depends on the project conditions and system user capabilities.

    Keywords: Rock Mass Rating (RMR), Rock Quality Designation (RQD), Fracture Spacing (FS) Fracture Frequency (FF), Alborz Tunnel
  • N. Moussaei, M. H. Khosravi *, M. Farouq Hossaini, Seyed F. Alerasul Pages 149-162

    The prediction of the surface settlement and ground displacement due to the underground excavation is a key factor for the stabilization and planning to control probable incidents. Due to the real condition and natural modeling materials, physical modeling has critical role in this area. In this research, a series of physical model tests was conducted to study the influence of tunnel depth on the ground deformation and ground surface settlement in a loose sandy ground. Particle Image Velocimetry (PIV) technique was used, as a non-destructive image processing technique, to measure the ground deformation and surface settlement during the tunneling process. The results show that in case of a sloping ground surface, the settlement trough is asymmetric and the deformed zone and ground settlement in extended upward the slope. Although the maximum surface settlement still appeared along the crown of the tunnel, its value increased up the 25%, compared to a horizontal ground surface with a tunnel at the same depth. The deformed areas in the models were divided into two district portions; the deformed zone close to the tunnel and the deformed zone close to the ground surface. In the deformed zone close to the tunnel, in general, the dip of the boundary increased with an increase of the tunnel depth. Moreover, the lower side boundary was about 10 degrees steeper that the upper side boundary. In the deformed zone close to the ground surface, the deformed boundary has an inclination of 54 degrees for all the models, independent of the tunnel depth. .

    Keywords: shallow tunnel, Sloping Ground Surface, Loose Granular Soil, Physical Modeling, Image Processing
  • E. Farrokh * Pages 163-183

    Cutter life is one of the major hard rock TBM performance parameters which has a direct effect on the total cost and completion time of a tunneling project. Major influential factors of the cutter life include geological parameters as well as operational and design characteristics. In this regard, the operational parameters are not deeply investigated in combination with other factors mentioned. In this paper, the results of statistical analyses of the cutter life information of Ghomrud water conveyance tunnel project (lots 3 and 4) along with its influential factors are presented. The results show the cutter rolling and normal force are among the most influential factors of the TBM operational parameters. A combination of these two along with uniaxial compressive strength gives a multi regression formula with a coefficient of determination of 75%.

    Keywords: TBM, Cutter Life, UCS, RMR, Operational Parameters
  • A. Eghtedari*, T. Nasr, Kh. Movahed, Z. Barzegar Marvasti Pages 185-206

    In this study, with the aim of investigating the thermal performance of an eartshelterd building, the amount of energy consumption in an earthshelterd construction model at different depths of the soil was compared with a building located on the ground surface. To this end, first, modelling was carried out with Sketchup software, then, soil temperature in the city of Shiraz at different depths was extracted utilizing the relevant formula and weather information obtained from Meteonerm software to enter in EnergyPlus software for performing thermal simulation. Consequently, considering the parameters considered for the city of Shiraz, the annual energy consumption saving measured, respectively for cooling and heating loads for a building located at a depth of 6 meters as optimal depth that was about 50 % and 20 % more than the non-earthshelterd building located on the ground surface. Therefore, replacing underground spaces instead of an on-the-ground building is a solution that is suggested for reducing annual energy consumption in buildings. Hence, in this research, the cooling and heating energy consumption as one of the most popular species of the green construction method in Shiraz with a hot-arid climate and prone to the development of earthsheltering architecture is investigated

    Keywords: Energy Conservation, thermal comfort, Sustainable Development, Earthsheltered Building, Soil Temperature, Thermal Simulation