فهرست مطالب

مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی - سال نهم شماره 3 (پاییز 1399)

نشریه مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی
سال نهم شماره 3 (پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/04/13
  • تعداد عناوین: 6
|
  • ابراهیم فرخ* صفحات 207-228
    یکی از اهداف مهم در فرایند طراحی کله حفار، جانمایی صحیح دیسکهای ناحیه محیطی است. با توجه به اینکه سطح مقطع نفوذ دیسکهای محیطی در سینه کار، کمتر از مقدار مشابه دیسکهای ناحیه میانی است، نیروی عمودی اعمال شده از طرف آنها به سینه کار کمتر است. برای جلوگیری از ایجاد پله بین این دیسکها و در نتیجه اعمال نیروهای نامتقارن به دیسکها و سازه کله حفار، لازم است که فاصله داری دیسکهای ناحیه محیطی به تدریج از ناحیه میانی به سمت محیط کله حفار کم شود تا شرایط حفاری بهینه برای این دیسکها فراهم شود. طراحی فاصله داری و زوایای قرارگیری دیسکهای محیطی به صورت تجربی انجام می شود، از این رو در برخی موارد مشاهده شده است که عدم رعایت کاهش فاصله داری، منجر به وارد شدن آسیب به سازه کله حفار شده است. در این مقاله با استفاده از اصول حفاری بهینه (بر اساس نسبت فاصله داری به نرخ نفوذ (S/p))، و با به کارگیری نسبت سطح مقطع نفوذ (نسبت سطح مقطع نفوذ دیسک ناحیه محیطی به سطح مقطع نفوذ دیسک ناحیه میانی) و سطح تماس واقعی دیسک برشی (که به صورت ترسیمی برای حالات مختلف نرخ نفوذ محاسبه شده است)، یک روش برای برآورد فاصله داری بهینه دیسکهای برشی، نیروی عمودی اعمال شده به آنها، و همچنین زوایای قرارگیری آنها ارایه شده است. این روش بر اساس یک فرایند سعی و خطا پایه ریزی شده است و مقادیر اولیه مورد نیاز در این فرایند برای پارامترهای زاویه انحراف آخرین دیسک ناحیه محیطی و زاویه بین آخرین دیسک ناحیه میانی و اولین دیسک ناحیه محیطی، بر اساس تحلیل آماری خصوصیات طراحی کله حفار تعدادی از ماشینهای تونلزنی زمینهای سخت تعیین شده است. نتایج به دست آمده از تحلیلها نشان می دهد که اختلاف سطح مقطع واقعی نفوذ با سطح مقطع تیوری نفوذ برای دیسکهای میانی در مقادیر نفوذ کم در حد چند درصد است اما در نفوذهای بیشتر از 10 میلیمتر، این اختلاف به بیشتر از 10 درصد می رسد. نتایج تحلیلها برای مقادیر نسبت سطح مقطع نفوذ نیز بیانگر این است که این نسبت در زوایای انحراف کمتر از 30 درجه به کمتر از 40 درصد می رسد. برای تشریح مراحل ارایه شده در روش بهینه سازی خصوصیات طراحی دیسکهای محیطی، یک مثال با ذکر جزییات طراحی و نتایج نهایی آن ارایه شده است. نتایج روش ارایه شده می تواند نقش مهمی در ارتقاء روش های تجربی طراحی جانمایی دیسکهای محیطی و بهینه سازی طراحی ماشینهای تونلزنی داشته باشد.
    کلیدواژگان: ماشین تونل زنی، کله حفار، طرح جانمائی، دیسک محیطی
  • سینا امیری، علی نقی دهقان* صفحات 229-251
    این مقاله امکانسنجی روش نوین تونلسازی کم عمق (STM) را برای اجرای ایستگاه متروی آبشناسان (Z6) واقع در قطعه شمالی خط 6 متروی تهران در مقایسه با روش سنتی شمع و ریب (Pile and Rib) اجرا شده در این ایستگاه، ارایه می کند. این مطالعه بر مبنای ارزیابی نشست سطح زمین به روش المان محدود و با استفاده از نرم افزار Plaxis 3D Tunnel انجام شده است. نتایج حاصل از مدلسازی عددی اجرای ایستگاه به روش شمع و ریب نشان داد که حداکثر نشست بدست آمده از این روش (65/23 میلیمتر) مربوط به محور ایستگاه و در محدوده نشست مجاز (30 میلیمتر) قرار دارد. تطابق بسیار خوب نتایج حاصل از مدلسازی عددی و داده های ابزاردقیق معرف تایید و صحت مدلسازی فرآیند حفاری و اجرای ایستگاه Z6 به روش شمع و ریب می باشد. نتایج بدست آمده از مدلسازی سه بعدی مراحل مختلف حفاری و اجرای ایستگاه Z6 به روش STM، کاهش قابل توجه میزان نشست سطح زمین نسبت به روش شمع و ریب را نشان می دهد. به طوریکه حداکثر نشست بدست آمده در حدود 09/6 میلیمتر و مربوط به محدوده جلو سینه کار حفاری است. این میزان تغییرشکل در محدوده پشت سینه کار تا فاصله حدود یک برابر عرض ایستگاه در حدود 52/3 میلیمتر ثبت شده است. در واقع با اجرای مراحل مختلف روش STM برای ایستگاه مورد نظر، نشست زمین با نرخ کمتری نسبت به روش شمع و ریب رخ داده است که نتیجه آن کاهش نشست حداکثری در سطح زمین می باشد. همچنین تحلیل پارامتری سازه نگهداری ایستگاه بر مبنای روش STM نشان داد که با استفاده از این روش علاوه بر کنترل نشست، می توان برخی از مهمترین پارامترهای هندسی از جمله قطر و فاصله طولی شمع و ستون ها، ابعاد هندسی قوس فوقانی و دال میانی را از دیدگاه فنی و اقتصادی بهینه نمود.
    کلیدواژگان: روش تونلسازی کم عمق، نشست زمین، مدلسازی عددی، ایستگاه مترو، آبرفت تهران
  • رضا اعلائی*، جعفر خانی، سینا رستم آبادی، محمد غفوری مقدم صفحات 253-265
    چالزنی و آتشکاری به دلیل مزایایی مانند انعطاف پذیری به عنوان یکی از روش های پرکاربرد حفر تونل به شمار می آید. طراحی یک الگوی آتشکاری دقیق و بهینه برای دستیابی به پیشروی بالا، هزینه تمام شده کمتر و جلوگیری از پدیده های خارج از طرح بسیار سودمند است. طراحی الگوی آتشکاری فرایندی زمان بر بوده و دستیابی به الگوی بهینه آتشکاری مستلزم تکرار طراحی ها و انتخاب بهترین الگو است. از این رو، وجود ابزار رایانه ای می تواند در کاهش زمان محاسبات و طراحی ها مفید باشد. در تحقیق حاضر، با استفاده از زبان سی شارپ نرم افزاری گرافیکی برای طراحی الگوی آتشکاری فضاهای زیرزمینی با استفاده از 9 روش پرکاربرد شامل روش های انتقال انرژی موازی و زاویه ای، نروژی، هلمبرگ و پرسون، گوستافسون، مدل های ساده شده لوپز و الافسون و روش های موازی و زاویه ای کونیا توسعه داده شده است. این نرم افزار با دریافت ابعاد سطح مقطع، خصوصیات بستر تونل و خصوصیات خرج مصرفی به عنوان ورودی، الگوی آتشکاری را به صورت خودکار با استفاده از 9 روش اشاره شده طراحی نموده و پارامترهای کلیدی حاصل از طراحی را گزارش می دهد. برای اعتبارسنجی نرم افزار، نتایج حاصل از آن در شرایط ثابت با طراحی دستی مقایسه شده است. مقایسه نتایج نشان می دهد که در سطح مقطع مورد بررسی، نرم افزار جانمایی مناسبی برای چال ها ارایه نموده و مقدار خرج ویژه و حفاری ویژه را در روش های مختلف با کمتر از 12 درصد انحراف نسبت به طراحی دستی محاسبه می کند. در این نرم افزار قابلیت چاپ الگوها به صورت نسخه اجرایی فراهم شده است که می تواند به طور مستقیم در کارگاه های آتشکاری مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: الگوی آتشکاری، توسعه نرم افزار، سی شارپ، حفاری ویژه، خرج ویژه
  • مهدی پنجی*، سعید مجتبی زاده حسنلوئی، علی غیاثوند صفحات 267-283

    در این مقاله به تعیین پاسخ لرزه‏ای سطح زمین در برابر امواج مهاجم قایم P/SV و SH در حضور یک تونل زیرزمینی پوشش‏دار دایره‏ای پرداخته شده است. در این راستا از روش اجزای محدود سه‏بعدی در قالب نرم‏افزار عددی آباکوس برای مدل سازی بهره گرفته شده ‏است. ضمن ارایه ی مختصر مبانی نظری حاکم بر روش اجزای محدود و حل یک مثال صحت‏سنجی، با در نظر گرفتن برخی پارامترهای کلیدی از قبیل عمق تونل و نسبت امپدانس پوشش نگهدارنده با محیط پیرامون، پاسخ سطح زمین حساسیت سنجی شده است. در ادامه، یک مطالعه ی مقایسه‏ای بین نتایج سه‏بعدی حاصل و پاسخ‏های دوبعدی اجزای مرزی نیم‏فضا انجام شده است. نتایج نشان داد در نسبت عمق 5 و 8 به ترتیب برای امواج P/SV و SH اثر حضور تونل از بین رفته و پاسخ به سمت حرکت میدان آزاد سطح زمین همگرا شده است. همچنین، در حالت هجوم امواج درون صفحه ی P/SV افزایش هر واحد نسبت امپدانس حداقل به میزان 5% در کاهش پاسخ افقی سطح بالای تونل موثر بوده، اما در هجوم امواج برون صفحه SH، نتایج معکوس به چشم می خورد. دست آوردهای حاصل می‏تواند در تکمیل و تدقیق آیین‏نامه‏های لرزه‏ای موجود پیرامون موضوع ریز پهنه‏بندی ساختگاه در حضور بازشدگی زیر‏سطحی مثمر ثمر باشد.

    کلیدواژگان: آباکوس، بز‏رگنمایی، پاسخ لرزه ‏ای، تونل پوشش ‏دار، روش اجزای محدود، مدل‏ سازی سه ‏بعدی
  • جواد گودینی* صفحات 285-304

    تنوع، تعدد و گستردگی حضور مصادیق معماری کند در کشور ایران، موید اهمیت آنها در معماری ایران است. علیرغم سوابق پژوهشی متعدد درخصوص این مصادیق و نیز علیرغم تعدد نام‏های مطرح شده برای آنها، تعریف کامل و جامعی از این نوع معماری دردسترس نیست. این وضعیت مانع از درک همه جانبه معماری کند می‏شود. لذا هدف از مقاله پیش رو آن بوده که تعریفی جامع از این نوع معماری ارایه دهد. درحقیقت، مقاله بدنبال آن بوده که معماری کند را براساس دو وجه محصول و فرآیند طراحی آن تعریف کند. در وجه نخست، سعی شده که این نوع معماری، براساس مقولات شش گانه کاپون یعنی عملکرد، شکل، معنا، ساخت، بافت و انگیزه تعریف شود. در وجه دوم نیز، بدنبال معرفی روش های طراحی این نوع معماری در گذر تاریخ بوده است. مقاله حاضر برای تعریف معماری کند از تعریف مصداقی (اتکاء به مصادیق ایرانی معماری کند) و تعریف برپایه تقسیم (اتکاء به اقسام مختلف آن) بهره گرفته است. پژوهش حاضر برای گردآوری داده ها از متون نوشتاری و مراجعه مستقیم به مصادیق استفاده نموده است. نتایج نشان داده که تعریف معماری کند در وجه محصول آن، در مقوله عملکرد، برحسب نوع و تداوم عملکردی؛ در مقوله شکل برحسب شکل ورود به فضا، شکل سازمان فضایی، شکل فضاها و شکل پوشش؛ در مقوله معنا برحسب وسعت تاریخی؛ در مقوله ساخت برحسب نوع استفاده از راهکار کندن زمین، نوع فناوری کندن زمین و شیوه اجرایی؛ در مقوله بافت برحسب همجواری ها و مقیاس فضایی و در مقوله انگیزه برحسب مزایای زمین، با ویژگی های متعددی توام است. علاوه براین، نتایج حاکی از آن بوده که سیر تحول فرآیندهای به کاررفته در طراحی این مصادیق می تواند در قالب الگوهای غریزی-تقلیدی، تجربی و علمی معرفی گردد.

    کلیدواژگان: تعریف، طراحی معماری، معماری کند، روشهای طراحی، مصادیق ایرانی
  • مازیار فهیمی فرزام*، بابک علی نژاد، علیرضا سعیدی عزیزکندی، رضا عالی نژاد صفحات 305-325

    از دیدگاه ژیوتکنیک لرزه ای، تاثیر تونل های داخل شهری بر پاسخ لرزه ای سطح زمین و محیط اطراف آشکار شده است. در این مقاله با در نظر گرفتن اندرکنش سیستم ساختمان-خاک-تونل، اثر وجود تونل دایره ای کم عمق بر پاسخ لرزه ای ساختمان 20 طبقه معیار SAC مورد بررسی قرار می گیرد. سیستم اندرکنش ساختمان-خاک-تونل به صورت دو بعدی و با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی مصالح خاک با استفاده از روش معادل خطی مدل شده است. از 8 رکورد زلزله جهت بررسی عملکرد لرزه ای این ساختمان استفاده شده است. در این مطالعه اثر فاصله افقی و قایم محور تونل دایره ای از مرکز پی، فرکانس تحریک، انعطاف پذیری تونل و همچنین نوع خاک ساختگاه بر پاسخ لرزه ای ساختمان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد برای موج سینوسی، بیشترین تاثیر بزرگنمایی شتاب پای سازه در فاصله افقی 4 برابر شعاع تونل می باشد و با کاهش نسبت پریود بی بعد، تاثیر تونل بر بزرگنمایی شتاب بیشتر می شود که به دلیل عبور امواج با طول موج های کوتاه تر است. برای امواج لرزه ای، تغییرات جابجایی بام و شتاب پای سازه در حضور تونل، برای خاک نوع IV بیشتر از خاک نوع II و III می باشد. افزایش شتاب پای سازه در حضور تونل، حداکثر برابر 46 درصد و افزایش جابجایی بام، حداکثر برابر 54 درصد برای خاک نوع IV می باشد.

    کلیدواژگان: اندرکنش خاک و سازه، روش معادل خطی، پاسخ لرزه ای، FLAC 2D
|
  • E. Farrokh * Pages 207-228
    One of the most important goals in the design process of the TBMs is to determine the proper positions of the peripheral cutters. Since the actual penetration of the peripheral cutters in the tunnel face is lower, the normal force applied by them to the tunnel face is also lower. In order to avoid ridge formation between these cuters and to avoid asymmetric forces applied to the flanks of the cutters, it is necessary to gradually reduce the cutter spacing in the peripheral area of the cutterhead. The design of the peripheral cutters’ parameters (spacing and tilt angle) are usually performed experimentally, and there is no theoretical background for it in the literature. In this paper, an empirical model is introduced to determine the optimum configuration of the peripheral cutters on the cutterhead profile. This model is developed based on the principles of the optimum excavation using the optimum ratio of spacing to penetration rate (S / p), as well as the information of design details of a number of hard rock TBMs from around the world. The results of this model provide the optimum spacing of disc cutters and their corresponding tilt angles and normal forces for the peripheral cutters.
    Keywords: TBM, Cutterhead, Lace design, Gage cutter
  • S. Amiri, A. N. Dehghan * Pages 229-251
    In the present study, the feasibility of implementing the shallow tunneling method (STM) for the Abshenasan (Z6) subway station construction in geological conditions of Tehran's alluvium was conducted numerically based on the evaluation of deformation and subsidence of the ground surface. The numerical modeling process was performed in three-dimensional method using Plaxis finite element software. The results obtained from numerical modeling using the STM method show a significant reduction in the deformation and surface subsidence compared to the traditional pile and rib method. So that the maximum subsidence estimated at ground level is about 6.09 mm and is related to the front of the face excavation. This amount of deformation and displacement behind the face excavation was recorded at a distance of approximately one times the width of the station at about 3.52 mm. In fact, with the implementation of the STM method for the Z6 station, the deformation and displacement of the ground occurred at a lower rate than the pile and rib method, resulting in a reduction of maximum subsidence in the ground surface.
    Keywords: Shallow tunneling method, Ground subsidence, Numerical Modeling, Subway Station, Tehran alluvium
  • R. Alaei *, J. Khani, S. Rostamabadi, M. Ghafouri Moghadam Pages 253-265
    Drilling and blasting are considered to be one of the most widely used tunnel excavations due to their advantages such as flexibility. It is very useful to design an accurate and optimal blasting pattern to achieve high progress, lower cost and also to prevent out-of-plan phenomena. Blasting pattern design is a time-consuming process, and achieving an optimal blasting pattern requires repetition of designs and selection of the best pattern. Therefore, the existence of a computer tool can be useful in reducing the time of calculations and designs. In the present study, a software was developed to design the blasting pattern of underground spaces using 9 widely used methods including parallel and angular energy transfer methods, Norwegian, Holmberg and Persson, Gustafson, Lopez and Olofsson simplified models and Konya parallel and angular methods. In this software, project input including face dimension, substrate and explosive properties are taken from the user using forms. After entering the input and executing the project, the design results of the blasting pattern are calculated and provided to the user in two ways; It is displayed both graphically in the software and its details are stored in the user's system along with the project inputs. Also, the key parameters of blast pattern design, including powder factor and drilling factor, are calculated and displayed along with the results of blast pattern design, and the user can select the appropriate pattern according to the existing conditions. Finally, manual designs were used to validate the software results. Comparison of the results showed that the software provides a suitable layout for the holes in different methods and calculates the amount of powder factor and drilling factor with less than 12% deviation. Among them, the results of software design with manual design in Norwegian and Olofsson methods have the least deviation in terms of powder factor and drilling factor. Minor differences in results with manual design can be due to the rounding of numbers and the layout of product holes. With the development of the present research software, the platform for receiving input information of a tunnel project in order to automatically design of blasting patterns is provided and blasting patterns are designed in 9 methods automatically. These patterns are displayed graphically in the software environment and report the key parameters of each pattern, including powder factor and drilling factor associated with that pattern. When the template is selected and approved by the user, the selected template is printed as an executable copy.
    Keywords: Blasting pattern, Software development, C#, Powder factor, Drilling factor
  • M. Panji *, S. Mojtabazadeh Hasanlouei, A. Qiasvand Pages 267-283

    In this paper, the seismic response of the surface in the presence of a circular underground lined tunnel subjected to vertical incident P/SV and SH-waves were obtained. In this regard, the three-dimensional (3D) finite element method (FEM) approach in the framework of ABAQUS numerical software was used for preparing the model. At first, a brief presentation of FEM formulation as well as solving a validation example was carried out. Then, by considering some key parameters such as tunnel depth, and the impedance ratio of the lining, the response of the ground surface was sensitized. In the following, a comparative study was performed between the responses of 3D-FEM and 2D half-plane boundary element method (2D-BEM). The results showed that the mentioned parameters are very effective in the formation of different patterns of ground motion. Furthermore, a slight increase of amplitudes is observed in the responses of the 3D approach compared to 2D modeling. The results of the present study can be used to complete the accuracy of existing seismic codes around the subject of micro-zonation of the site in the presence of subsurface openings as well.

    Keywords: 3D Modeling, ABAQUS, Amplification, Boundary Element Method, Finite Element Method, Lined Tunnel, Seismic Response
  • J. Goudini * Pages 285-304
    Introduction

    The diversity, multiplicity and extent of the presence of examples of troglodytic architecture in Iran confirm their significance in Iranian architecture. Despite numerous research records about these examples and despite the multiplicity of names proposed for them, a holistic and comprehensive definition of this type of architecture is not available. This situation prevents a comprehensive understanding of troglodytic architecture. Therefore, the article seeks a comprehensive definition of this type of architecture and has addressed the two aspects mentioned in this regard. In the first aspect, an attempt has been made to define this type of architecture based on the six categories of Smith Capon, namely function, form, meaning, construction, texture, and spirit. In the second aspect, it has sought to introduce the design methods of this type of architecture throughout history.

    Methodology and Approaches:

     The present article uses an extensional definition as well as an analytic definition to define troglodytic architecture. In the extensional definition, one refers to examples or instances of defining a phenomenon. In the analytic definition, which has much validity in logic and beyond, the phenomenon in question is defined by decomposition into different types. Therefore, this article has been conducted by relying on examples of Iranian architecture and its different types. The present study has used written texts and direct references to examples to collect data.

    Results and Conclusions

    The results show that the definition of troglodytic architecture in the first aspect that is the product of this type of architecture, can express several features of troglodytic architecture through the introduction of six categories and also different criteria. For this purpose, the category of function is explained in terms of type and continuity of performance; the form category according to the shape of entering the space, the shape of the space organization, the shape of the spaces, and the shape of the cover; the category of meaning in terms of historical breadth; the construction category according to the type of land excavation solution, type of land excavation technology and implementation method; the texture category in terms of neighborhoods and spatial scale; and the spirit category in terms of land benefits. In addition, the results indicate that the evolution of the processes used in the design of these examples can be introduced in the form of three instinctive-imitative, experimental and scientific models.

    Keywords: Definition, Architecture design, Troglodytic architecture, Design methods, Iranian examples
  • M. Fahimi Farzam *, B. Alinejad, A.R. Saeedi Azizkandi, R. Alinejad Pages 305-325

    From a seismic geotechnical point of view, the effect of underground structures such as inner tunnels on the seismic response of the earth's surface and the surrounding environment has been revealed by researchers. In this paper ، considering the building-soil-tunnel system interaction ، the effect of shallow tunnel presence on the seismic response of the 20-story, SAC benchmark building is investigated. The building-soil-tunnel interaction system is modeled in two dimensions and considering the nonlinear behavior of soil materials using the equivalent linear method. 8 benchmark earthquake records have been used to evaluate the seismic performance of this building. In this study, the effect of horizontal and vertical tunnel distance, excitation frequency, and flexibility ratio, as well as site soil type on the seismic response of the building, has been investigated. The results show that for the sine wave, the maximum effect of acceleration magnification is observed in the horizontal distance ratio of 4, and by decreasing the dimensionless period ratio, the tunnel effect on the magnification increases due to the passage of waves with shorter wavelengths. Additionally, the maximum roof displacement and base acceleration for soil type IV are larger than type III and type III is larger than type II. Also, for soil type IV, the maximum amplification of roof displacement and base acceleration is 54 and 46 percent respectively.

    Keywords: Soil-Structure- Interaction, linear equivalent, Seismic Response, FLAC2D