فهرست مطالب

مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی - سال دهم شماره 1 (بهار 1400)

نشریه مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی
سال دهم شماره 1 (بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/01/29
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سحر طاهری پور*، محمدحسین صبحیه، مجتبی عزیزی صفحات 1-18
    در اکثر پروژه ها با روش های مختلف اجرایی، امکان بروز ادعا از سوی عوامل مختلف وجود دارد. از طرفی  بهره برداری سریع تر از پروژه ها، موجب نیاز به استفاده از روش طرح و ساخت شده است؛ اما اجرای پروژه ها به این روش در ایران، در مقایسه با دیگر روش های موجود، نو ظهور بوده و ارکان پروژه ها نیز آشنایی کمی با آن دارند؛ به همین دلیل بروز اختلاف به خصوص در پروژه های زیرزمینی که ماهیت پیچیده ای دارند، امری اجتناب ناپذیر است. در تحقیق حاضر، با بررسی اسناد پروژه تونل و زیرگذر شهر تهران و انجام 10 مصاحبه نیمه ساختار یافته با نمایندگانی از ارکان اصلی اجرای پروژه، برخی عوامل ایجاد ادعا شناسایی شده اند. پس از تجزیه و تحلیل داده ها که با استفاده از تحلیل محتوای کیفی انجام و از طریق  نمودار گانت نشان داده شد، مشخص شد که بعضا ادعاها در طول اجرای پروژه به صورت زنجیروار، منجر به رخداد همدیگر می شوند. همچنین نمایش زمان بروز ادعاها به تفکیک پنج گروه فرآیندی مدیریت پروژه نشان داد، بیشتر ادعاها در گروه فرآیندی ساخت اتفاق می افتد که ریشه در گروه های فرآیندی آغازین و برنامه ریزی دارد.
    کلیدواژگان: ادعا، سیستم طرح و ساخت، پروژه های زیرزمینی، نمودار گانت، گروه های فرآیندی مدیریت پروژه
  • هادی فتاحی*، حسین قائدی، فرشاد ملک مجمودی صفحات 19-34

    در سال های اخیر و همزمان با توسعه و گسترش شهرها، افزایش جمعیت و وسایل نقلیه، ساخت خطوط ریلی زیرزمینی با روش تونل سازی مکانیزه رو به افزایش است. یکی از مشکلات رایج حفاری مکانیزه EPB-TBM در مناطق ضعیف و ناپایدار، همگرایی تونل است که موجب بروز مشکلاتی از قبیل گیرکردن سپر ماشین EPB-TBM، نشست سطح زمین و آسیب دیدن ساختمان های اطراف تونل در محیط های شهری می شود. به دلیل عدم قطعیت در مقادیر پارامترهای خاک منطقه، برآورد فشار سینه کار، فشار جک های تراست و گشتاور کله ی حفاری در کیلومتراژهای مختلف امری بسیار مهم برای جلوگیری از همگرایی بیش از حد تونل، گیر کردن سپر ماشین EPB-TBM و نشست سطح زمین است. به دلیل وجود عدم قطعیت در مقادیر پارامترهای سنگ و خاک، در این مقاله میزان فشار سینه کار، نیروی جک های تراست، گشتاور کله حفاری و میزان نشست سطح زمین ناشی از حفاری در کیلومتراژهای مختلفی در پروژه ساخت مترو فرودگاه جدید استانبول در ترکیه با استفاده از نرم افزار عددی PLAXIS3D2020 مدل سازی شده است. نتایج حاصل از مدلسازی نشان می دهد در خیلی از مواقع به منظور جلوگیری از گیر افتادن سپر ماشین می توان فشار سینه کار توسط اپراتور را افزایش داد؛ همچنین علاوه بر فشار سینه کار می توان با اضافه کردن سیلندرها بین انتهای سپر و آخرین حلقه پوشش سگمنتی، باعث عبور ماشین حفاری از منطقه ریزشی شد. مطابق با نتایج بدست آمده در این مقاله، تنظیم فشار سینه کار، نیروی جک های تراست و گشتاور کله حفاری علاوه بر حل مشکل گیر افتادن سپر ماشین حفاری، سبب کاهش نشست سطح زمین و آسیب به سازه ها روی سطح زمین خواهد شد.

    کلیدواژگان: مدلسازی عددی، نشست سطح زمین، فشار سینه کار، نیروی جک های تراست، گشتاور کله حفاری، گیر افتادن EPB-TBM
  • میلاد عامری*، ابراهیم فرخ، حامد ملاداودی صفحات 35-56

    پیش بینی نرخ نفوذ TBMها یکی از مهمترین موضوعات برای تخمین هزینه های حفاری و مدت زمان اجرا در پروژه های تونل سازی است، اما این موضوع همچنان برای مهندسین و سرمایه گذاران یک چالش مهم محسوب می شود. نتایج تحقیقات گذشته نشان می دهد که برای پیش بینی نرخ نفوذ، روش های متفاوتی ارایه شده اند که از جمله ی این روش ها می توان به روش های تجربی و تیوری به عنوان روش های کلاسیک و قدیمی تر و شبکه های عصبی، شبکه های فازی و یا شبکه های فازی-عصبی به عنوان روش های هوشمند و جدید اشاره کرد. روش های مدرن در تحلیل روابط پیچیده و غیرخطی، از توانایی بالاتری نسبت به روش های کلاسیک  برخوردار هستند؛ لذا استفاده از آن ها سبب رسیدن به نتایج دقیق تری برای پیش بینی نرخ نفوذ خواهد شد. در این پژوهش از یک بانک اطلاعاتی شامل 14 تونل از سراسر جهان بهره گرفته شده است. پارامترهای انتخاب شده برای پیش بینی نرخ نفوذ شامل ترکیبی از پارامترهای مربوط به ماشین و توده سنگ است، از جمله نیروی عمودی وارد بر تیغه (Fn)، تعداد دور در دقیقه (RPM)، قطر تونل (TD)، امتیاز رده بندی توده سنگ (RMR)، شاخص کیفی سنگ ((RQD و مقاومت فشاری تک محوری (UCS). با تحلیل و بررسی نتایج مربوطه مشخص گردید که حذف یا عدم استفاده از پارامترهای مناسب می تواند سبب کاهش چشم گیری در پیش بینی نرخ نفوذ شود. بر این اساس نتایج نشان می دهد که پارامترهای UCS و RQD مهم ترین پارامترهای تاثیرگذار در پیش بینی نرخ نفوذ هستند. این نتایج همچنین نشان می دهد که استفاده از شبکه های فازی-عصبی (13/0=RMSE) در مقایسه با روش های عصبی (38/0=RMSE) از دقت بیشتری برخوردار است.

    کلیدواژگان: نرخ نفوذ، شبکه عصبی، شبکه فازی-عصبی، ماشین تونل زنی (TBM)، پارامترهای ماشین، پارامترهای توده سنگ
  • محمد امیری*، مهدی عامری، صدیقه قاسمی، رعنا صالحیان صفحات 57-69

    در احداث ساختارهای زیرزمینی شهری، عبور تونل ها از زیر سازه های سطحی امری اجتناب ناپذیر است. پیش بینی و کنترل تغییر شکل های حاصل از حفاری، به ویژه نشست سطحی زمین، همواره باید پیش از حفاری مورد توجه قرار گیرد. به این منظور در مقاله به بررسی اثر حفر تونل بر نشست ساختمان های مجاور تونل با نگرش ویژه بر ارتفاع و عرض سازه پرداخته شده است. تونل مترو اصفهان به صورت موردی در نظر گرفته شده است و از نرم افزار FLAC2D جهت مدل سازی در استفاده شده است. در این مقاله محدوده ایستگاه میدان آزادی تا ایستگاه شیخ کلینی و اطلاعات ساختمان های منطقه در نظر گرفته شده و به بررسی اثر عرض و ارتفاع سازه های اطراف تونل بر میزان نشست سطح زمین در اثر حفر تونل پرداخته شده است. با توجه به تراکم زیاد سازه ها در این منطقه و برنامه توسعه شهری احتمال تخریب بسیاری از سازه ها و احداث سازه های جدید در این منطقه وجود دارد. جهت تعیین مشخصات ژیوتکنیکی محدوده مورد مطالعه در سه منطقه مطالعات ژیوتکنیکی صورت گرفته است و جهت صحت سنجی نتایج با استفاده از ابزاردقیق نشست سازه مجاور در مدت زمان 90 روز بررسی شده است. با توجه به تحلیل های انجام گرفته، در ساختمان با عرض 10 متر و تعداد طبقات 4 (ارتفاع 12 متر) محدوده ی مجاز ساخت سازه در حدود 65/1 متر و با افزایش تعداد طبقات به 8 و 12 طبقه این فاصله به حدود 5/4 و 9 متر رسیده است و نسبت به ساختمان 4 طبقه به ترتیب 72/2 و 45/5 برابر افزایش یافته است. با افزایش تعداد طبقات به 12، محدوده مجاز ساخت سازه برای عرض 20 و 30 متر به ترتیب نسبت به ساختمان با عرض 10 متر به ترتیب 5/1 و 7/2 برابر افزایش یافته است. لازم به ذکر است، نتایج به دست آمده برای مناطق مشابه با منطقه مورد نظر از نظر ویژگی های ساختگاه و مشخصات تونل می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: تونل، ارتفاع سازه، عرض سازه، نشست مجاز، ابزاردقیق
  • رضا صباغ کرمانی، مهرداد امامی تبریزی*، محمدرضا چناقلو صفحات 71-92

    پوشش تونل ها در اجرا با دستگاه حفاری تمام مقطع سپری در محیط های شهری شامل قطعات بتنی (سگمنتی) می باشد که در هر گام پیشروی یک رینگ را تشکیل می دهند. جک های پیشران دستگاه حفاری، نیروی زیادی بر رینگ ها وارد می نمایند. این نیروها به تناوب کاهش یافته و مجددا اعمال می گردند که مقداری از این نیروها در داخل پوشش باقی می مانند. این نیروی محوری طولی می تواند در سختی خمشی طولی کل پوشش تونل موثر باشد. از طرفی دوغاب تزریقی اطراف پوشش با توجه به ماهیت گیرش وابسته به زمان، تاثیر بسزایی بر مقدار این نیروی محوری دارد. در این مقاله ابتدا بر اساس نتایج حاصل از آزمایش های ادیومتری بر روی دوغاب پایه سیمانی تزریقی، مدل رفتاری وابسته به زمان برای شرایط محصور شده ارایه شده است. سپس یک روش پیشنهادی تحلیلی با استفاده از مدل ریولوژی مناسب، جهت مدلسازی ساخت مرحله ای، باگذاری چرخه ای جک های پیشران و نیز گیرش وابسته به زمان دوغاب ارایه گردید، بطوریکه امکان محاسبه نیروی باقیمانده در هر رینگ پوشش سگمنتی تونل میسر می گردد. بمنظور بررسی روش پیشنهادی، نیروی باقیمانده در پوشش تونل خط یک قطار شهری تبریز به این روش محاسبه شده و تحلیل حساسیتی نیز بر روی برخی پارامترهای اثرگذار انجام گردیده است.

    کلیدواژگان: تونل، پوشش بتنی، سگمنت، نیروی محوری طولی، دوغاب، ساخت مرحله ای، جک های پیشران
  • محمدرضا اکبرزاده ارپاچائی، سید محمداسماعیل جلالی*، علیرضا طالبی نژاد صفحات 93-117

    عمق حفر تونل های قطار شهری، به طور مستقیم روی هزینه های حفر تونل و همچنین احداث ایستگاه های قطار تاثیر دارد. کمینه کردن این هزینه ها هدف تمام مدیران پروژه تونل سازی است. در این تحقیق تاثیر عمق های مختلف حفر تونل خط دو قطار شهری تبریز از دو دیدگاه فنی و هزینه ای بررسی شده و عمق بهینه برای حفر تونل تعیین شده است. از دیدگاه فنی، نشست سطحی زمین مد نظر قرار گرفته است. در صورتی که مقدار نشست سطح زمین از 25 میلی متر بیشتر باشد، باید مقدار روباره تا زمانی افزایش یابد که نشست سطح زمین به کمتر از 25 میلی متر برسد. هزینه های حفر تونل و همچنین احداث ایستگاه ها نیز، دیدگاه هزینه ای را در تعیین عمق بهینه تونل تشکیل می دهند. برای این منظور، در این تحقیق، با افزایش عمق حفر تونل و همچنین با توجه به فاصله ی ایستگاه ها از هم، برای مقایسه هزینه های احداث تونل و همچنین ساخت ایستگاه ها، به سناریوهای متفاوت پرداخته شده است. نتایج نشان می دهند؛ اعماقی که در آن روباره تونل کمتر از قطر تونل است، از دیدگاه فنی دارای نشست بیشتر از حد مجاز است؛ بنابراین حفر تونل در چنین عمق هایی توصیه نمی شود. از سوی دیگر، هزینه های احداث تونل، با افزایش عمق ابتدا روند کاهشی داشته و سپس وقتی که روباره تونل از دو برابر مقدار قطر تونل بیشتر شود، هزینه ها مجددا روند افزایشی می یابد. هزینه های احداث ایستگاه ها با افزایش عمق احداث ایستگاه ها، بیشتر شده و با روند تقریبا یکنواخت، افزایش می یابد. بر اساس مطالعات انجام شده بر مبنای قیمت ابتدای سال 1399، احداث ایستگاه یک طبقه (در عمق بیشتر از شعاع تونل و کمتر از قطر تونل) هزینه ای برابر با 95 میلیارد تومان و هزینه ی احداث ایستگاه چهار طبقه (در اعماق بیشتر از دو برابر قطر تونل)، برابر با 250 میلیارد تومان است. بررسی و تحلیل نتایج سناریوهای مختلف مجموع هزینه های ساخت تونل و ایستگاه ها که در طول 17 کیلومتر مسیر مورد مطالعه با روش حفر مکانیزه این تحقیقات خط دوم قطاری شهری تبریز انجام شده است، نشان می دهد، هر چه فاصله ایستگاه ها از هم بیشتر شود، تاثیر عمق در مجموع هزینه های ساخت تونل و اجرای ایستگاه ها، کاهش می یابد. با این وجود برای حفر تونل در زیر بافت شهری که فاصله ایستگاه ها از هم عمدتا بین 800 تا 1200 متر است، مناسب ترین عمق برای احداث تونل و ساخت ایستگاه ها از هر دو دیدگاه فنی و هزینه ای، عمقی است که تونل دارای روباره بیشتر از مقدار قطر تونل و همچنین کمتر از یک و نیم برابر قطر تونل داشته باشد

    کلیدواژگان: تعیین عمق بهینه مترو، هزینه احداث تونل، هزینه ساخت ایستگاه، مدل سازی عددی، نشست سطحی زمین، مترو خط 2 تبریز، FLAC3D
|
  • S. Taheripour *, M.H. Sobhiyah, M. Azizi Pages 1-18
    In most projects with different Delivery systems, it is possible for claims to be made. On the other hand, faster operation of projects has led to the need to use Design-Build Delivery system. However, the implementation of projects in this way in Iran, compared to other existing methods, is new and the parties of the projects are little familiar with it; For this reason, disputes are inevitable, especially in underground projects that are complex in nature. In the present study, by examining the documents of the Tehran Tunnel and Underpass project and conducting 10 semi-structured interviews with representatives of the main pillars of the project, some claimants have been identified. After analyzing the data, which was performed using qualitative content analysis and shown through Gantt chart, it was found that sometimes the claims lead to each other during the project in a chain. Also, showing the time of occurrence of claims by five project management process groups shows that most claims occur in the executing process group, which is rooted in the initial and planning process groups.
    Keywords: Claim, Design-Build Delivery System, Underground projects, Gantt-Chart, Process Groups of Project Management
  • H. Fattahi *, H. Ghaedi, F. Malekmahmodi Pages 19-34

    In recent years, along with the development and expansion of cities, population growth and vehicles, the construction of underground railways by mechanized tunneling is increasing. One of the common problems of EPB-TBM mechanized tunneling in weak and unstable areas is tunnel convergence, which causes problems such as getting stuck on EPB-TBM, subsidence and damage to buildings around the tunnel in urban areas. Due to the uncertainty in the soil parameters of the region, estimating the face pressure, thrust jacks pressure and cutter head torque at different kilometers is very important to prevent over-convergence of the tunnel, getting stuck on EPB-TBM and ground subsidence. Due to the uncertainty in rock and soil, in this paper the amount of face pressure, thrust jacks force, cutter head torque and ground subsidence due to tunneling in different kilometers in the construction project of the new Istanbul airport in Turkey using numerical software, PLAXIS3D 2020, is modeled. The modeling results show that the operator can increase the face pressure by preventing getting stuck on EPB-TBM. According to the results obtained in this paper, adjusting the face pressure, thrust jacks force and cutter head torque, in addition to solving the problem of getting stuck on EPB-TBM, will reduce ground subsidence and damage structures on the ground surface.

    Keywords: Numerical Modeling, Ground Surface Subsidence, Face pressure, Trust force, Cutter head torque, getting stuck on EPB-TBM
  • M. Ameri *, E. Farrokh, H. Molladavoodi Pages 35-56

    TBM penetration rate (PR) prediction is one of the most crucial issues for project cost and time estimation, however, its prediction has remained an important challenge for engineers and investors. Results of former investigations show that there are different methods for PR prediction, including theoretical and statistical models as classic methods and neural networks, fuzzy logic systems, and neuro-fuzzy models as intelligent and new methods. Modern methods are more capable of analyzing complex and non-linear relationships in comparison with classic methods. Accordingly, the implementation of modern methods for PR prediction will lead to a more precise outcome. In this paper, the information of 14 tunnels around the world is compiled within a database. Studied parameters in this database are a combination of machine and rock mass specifications, including, normal mean thrust force (Fn), cutterhead revolution per minute (Rpm), tunnel diameter (TD), rock mass rating (RMR), rock quality designation (RQD), and uniaxial compressive strength (UCS). By analyzing and reviewing relevant results, it was determined that omission or failure to use appropriate parameters causes a poor PR prediction. These results also show that UCS and RQD are amongst the most effective parameters. Furthermore, it has been concluded that using neuro-fuzzy networks (RMSE = 0.13 m/h) provides more accurate results than neural networks (RMSE = 0.38 m/h).

    Keywords: Penetration Rate, Neural network, Neuro-Fuzzy System, Tunnel Boring machine, Machine Parameters, Rock Mass Parameters
  • M. Amiri *, M. Ameri, S. Ghasemi, R. Salehian Pages 57-69

    In the construction of urban underground infrastructures, the passage of tunnels below the surface structures is inevitable. Prediction and control of deformations resulting from excavating, especially the ground's surface subsidence, should always be considered before drilling. For this purpose, the present study deals with the numerical analysis of the interaction between the tunnel and its adjacent buildings. In this paper, the Isfahan Metro Tunnel in the range of Azadi Square to Sheikh Koleini Station is considered and FLAC2D software is used for modeling. The characteristics of the buildings in the limited area have been considered and the effect of the width and height of the structures around the tunnel on the rate of ground subsidence caused by the tunnel excavation has been investigated. In order to validate the results, data of the subsidence instrumentation were utilized. Finally, based on the performed analysis, it was concluded that the permissible range of constructing structures around the tunnel area depends on the geometry of the structure and as the size of the structure increases, reliable limits for the construction of structures around the tunnel drilling area are reduced. As a practical result, a diagram was provided to determine the permissible range of construction around the twin tunnel based on different values of the width and height of the structure.

    Keywords: Soil, structure interaction, Tunnel, Isfahan
  • R. Sabbagh Kermani, M. Emami Tabrizi *, M.Re. Chenaghlou Pages 71-92

    Lining of tunnels constructed using full-face tunnel boring machine consist of set of concrete segments which form a ring at each step of construction. In order to move forward, TBM inserts a great force through thrust jacks resting on segments. Installing a new ring requires decrease or elimination of jacking force. Therefore, the magnitude of force alternates as the construction continues which a part of this force remains as residual through the lining. This residual force may influence longitudinal flexural stiffness of the lining. On the other hand, time-dependent behavior of injected grout has a significant effect on the residual force. In this study first the time-dependent behavior of cement-based grout considering confining condition is investigated using the oedometer test and then modeling of staged tunnel construction and alternate loading of thrust jacks considering time-dependent grout setting is proposed using an analytical approach. In the end, residual force of lining after construction could be calculated. This approach is used to estimate the longitudinal residual force in No.1 line of Tabriz Subway Lining.

    Keywords: Tunnel, Concrete lining, Segment, Longitudinal Axial Force, Grout, Staged Construction, Thrust Jacks
  • M.R. Akbarzadeh Arpachaei, Seyed M. Jalali *, A.R. Talebinezhad Pages 93-117

    In this research, the effect of different tunnel depths, has been investigated from both technical and economic perspectives. Then, the optimal depth for the construction of subway tunnels has been determined according to both views. Ground surface settlement with different overburdens is the technical perspective. In this study, the allowable surface settlement limit is considered 25 mm. If the ground surface settlement is more than the allowable limit, It cannot be technically suitable for tunnel excavation. Estimation of tunnel excavation costs as well as construction costs of metro stations, along the second line of the Tabriz subway form the economic perspective of this study, to optimization of depth for subway tunnel. This research has been undertaken to identify and optimization of depth for subway tunnel excavation considering Technical and economic perspective, in the second line of the Tabriz subway as a case study. The Line 2 of Tabriz Metro consists of a double-track tunnel with a total length of 21km and 20 underground stations. The ground of the second line of the Tabriz subway is classified in two modes; The first case is, based on the type of ground and the second case is, based on the amounts of overburdens in the tunnel route. In the first case; The different layers of land along the tunnel route are classified into four general categories. In the second case; Tunnel overburdens are classified into five general categories along the tunnel route based on their height. In this research, FLAC3D V6.00.69 software was used. The amount of ground surface settlement has been investigated in 16 different models. Grounds that have more settlement than the allowable depth limit, cannot be suitable for tunnel excavation. Then, the informations related to the tunnel excavation costs as well as construction costs of metro stations, along the second line of the Tabriz subway have been calculated. Next, the optimal depth is determined from an economic perspective. Depths where the tunnel overburden is less than the diameter of the tunnel, are technically more than the allowable settlement limit, and it is not recommended that the tunnel be excavated in that spatial range of the ground. On the other hand, the investigation of this study showed that with increasing depth of tunnel, the tunnel excavation costs initially decreased, and after that when the tunnel overburdens are more than twice the diameter of the tunnel, it increases again. Also, with the increase of tunnel overburden, the construction costs of metro stations have increased. So that the construction costs of a one-story station is equal to 95 billion tomans. Meanwhile, the construction costs of a four-story station was equal to 250 billion tomans, which is much more than the previous case. Therefore, the optimal depth for the construction of tunnels and stations is when the tunnel has more overburden than the diameter of the tunnel and also less than one and a half times the diameter of the tunnel.

    Keywords: Optimization of depth for subway, tunnel excavation costs, Construction costs of metro stations, Numerical Modelling, Ground surface settlement, Tabriz subway line 2, FLAC3D