فهرست مطالب

نشریه مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی
سال دهم شماره 2 (تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/16
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدحسین امیری هزاوه*، شکرالله زارع، دانیال شیرین صفحات 119-131

    با وجود پیشرفت های فراوان در احداث سازه های زیرزمینی به روش های مکانیزه و تمام مقطع همچنان روش چال زنی و انفجار در ‏احداث تونل ها و معادن نقش بسزایی دارد. این روش علاوه بر مزایای گوناگون مانند انعطاف پذیری و هزینه سرمایه ای پایین معایبی ‏نیز دارد که یکی از آنها گسترش ناحیه آسیب ناشی از انفجار در اطراف سازه زیرزمینی است که منجر به افزایش درزه و ترک در ‏محیط اطراف و بالتبع کاهش پایداری و افزایش تراوایی و در مواردی نشست زمین می شود.عوامل مختلفی بر ناحیه آسیب ناشی از ‏حفاری موثر است. روش های مختلفی مانند روش اندازه گیری، تجربی و مدل سازی برای بررسی این عوامل موجود است. در این مقاله ‏مدل سازی عددی برای سه حالت مختلف از حفاری صورت گرفته است و علاوه بر ذکر اجمالی عوامل مختلف موثر بر ناحیه آسیب ‏ناشی از حفاری، مشخص می شود بیشترین تاثیر بر روی ناحیه آسیب مربوط به مقاومت کششی و چسبندگی ذاتی سنگ است. علاوه ‏بر آن تاثیر شاخص مقاومت زمین شناسی سنگ (‏GSI‏) به عنوان یکی از شاخصه های مهم در شناخت توده سنگ مورد بررسی قرار ‏گرفته است و تاثیر کاهش ناحیه آسیب با افزایش ‏GSI‏ مشاهده شده است.‏

    کلیدواژگان: تونل سازی، چال زنی و انفجار، ‏EDZ، مدل سازی عددی، ‏UDEC‏، ‏GSI
  • سینا فرجیان، محمدیاسر رادان کوهپائی*، سید احمد حسینی صفحات 133-149

    سازه ها با شکل، جنس یا مصالح مختلف، رفتارهای متفاوتی در برابر امواج ضربه ای از خود نشان می دهند و درک صحیح عملکرد سازه در برابر این امواج می تواند در انتخاب شکل مناسب مصالح، مفید و موثر واقع شود. در این مطالعه، بررسی میزان کاهش انرژی امواج مکانیکی ضربه ای، بر روی سازه مستهلک کننده با جنس های متفاوت و با ضخامت مختلف بررسی شده است. مستهلک کننده هایی که امروزه در دنیا مورد توجه قرار گرفته و نتایج مطلوبی داشته اند، مدلسازی شده اند. خاک مورد استفاده در این مدلسازی، نوع 5 در دسته بندی کد TM 5-855-1 ارتش آمریکا ، می باشد. مدلسازی با نرم افزار آباکوس انجام شده است که نسبت به سایر نرم افزارهای اجزاء محدود مشابه، به دلیل داشتن رویه های حل صریح و ضمنی، و دارا بودن مدل های رفتاری پیشرفته برای مواد مختلف، محبوب است. از نتایج مهم بدست آمده می توان به تاثیر مستهلک کننده ژیوفوم در کاهش60 درصدی و ساندویچ پنل آگزتیک در کاهش 50 درصدی انرژی موج منتشر شده در خاک، اشاره نمود. از جنبه های نوآورانه این تحقیق می توان به بررسی میزان اثر مصالح نوین اشاره کرد. یکی دیگر از جنبه های نوآوری نسبت به مطالعات گذشته، بررسی همه این آثار در محیط ترکیبی مانند زمین است که از اجزای مختلف یعنی سنگ و خاک تشکیل شده است. این اجزاء هر کدام به واسطه ی پارامترها و خاصیت هایی که دارند تاثیر خود را در انتشار امواج مکانیکی گذاشته و باعث ایجاد تفاوت ها می شوند.

    کلیدواژگان: اجزای مستهلک کننده، ساندویچ پنل آگزتیک ژئوفوم، مدلسازی عددی، رویه حل صریح، آباکوس
  • هادی فتاحی*، حسین قائدی، فرشاد ملک مجمودی صفحات 151-166

    ماشین حفار بازویی از آن دسته از ماشین هایی می باشند که قابلیت حفاری بالایی در سنگ هایی با مقاومت کم تا متوسط را دارا می باشند. از این رو به طور گسترده در حفریات زیرزمینی مورد استفاده قرار می گیرند. تخمین عملکرد ماشین حفار بازویی یکی از موضوعات اصلی و مهم در تخمین تقریبی زمان اتمام پروژه و همچنین هزینه های پروژه به حساب می آید. به همین منظور هدف از نگارش این مقاله پیشنهاد مدل های پیش بینی هوشمند برای تخمین عملکرد ماشین حفار بازویی بوسیله ی دو روش هوشمند الگوریتم کرم شب تاب (FA) و الگوریتم مبتنی بر آموزش و یادگیری (TLBO) و با استفاده از یک پایگاه داده (یک مطالعه موردی) است. در این مدل ها از مقادیر واجهشی چکش اشمیت و شاخص کیفیت توده سنگ (RQD) به عنوان پارامترهای ورودی و از نرخ برش ماشین حفار بازویی به عنوان پارامتر خروجی استفاده شده است. در پایان برای ارزیابی دقت مدل ها و مدلسازی از شاخص های ضریب همبستگی مربع (R2)، شمول واریانس (VAF)، جذر میانگین خطای مربع (RMSE) و میانگین خطای مربع (MSE) استفاده شده است. با توجه به نتایج بدست آمده در این مقاله و همچنین اعتبارسنجی مدل ایجاد شده، مقادیر پیش بینی عملکرد ماشین حفار بازویی توسط الگوریتم های بهینه سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری و کرم شب تاب با مقادیر واقعی بسیار نزدیک بوده و از خطای کمی برخوردار است. بنابراین از مدل ایجاد شده می توان برای عملکرد ماشین حفار بازویی در شرایط زمین شناسی مشابه دیگر استفاده کرد.

    کلیدواژگان: ماشین حفار بازویی، الگوریتم مبتنی بر آموزش و یادگیری، الگوریتم کرم شب تاب، مقادیر برگشتی چکش اشمیت
  • روح الله امجدی، فرهاد صمیمی نمین*، حمید چاکری، محمدمتین روحانی صفحات 167-182

    با توجه به حساسیت فضای شهری، حفر تونل با عمق کم، به دقت و توجه بسیاری نیازمند است. از مهم ترین نکات قابل توجه در حفر این فضاها می توان به نشست سطحی ناشی از حفر تونل اشاره کرد. در این مطالعه، به پیشبینی نشست خط 2 متروی تبریز با روش های تجربی، تحلیلی و عددی پرداخته شده است. بر اساس نتایج بدست آمده، میزان نشست بیشینه در روش تجربی پک 23/8، روش تحلیلی لاگاناتان و پولوس 14/9 و روش عددی تفاضل محدود با نرم افزار FLAC3D، 17/2 میلی متر بدست آمده که با توجه به میزان نشست قرایت شده از ابزاربندی (که برابر 16میلی متر است) دقت نسبی روش های عددی و تحلیلی مشخص میگردد. سپس به تاثیر تغییرات فشار تزریق بر روی نشست سطحی زمین با روش مدلسازی عددی پرداخته شده است. نتایج حاصل نشان داد که میزان تغییر شکل ناشی از فشار تزریق، بسیار ناچیز بوده و هدف اصلی آن، کمک به پر شدن فضاهای ایجاد شده است. با بررسی سایر پارامتر های تاثیرگذار بر نشست سطحی می توان دریافت که با افزایش فشار روباره و چگالی، میزان جابجایی قایم افزایش و با افزایش فشار جبهه کار، چسبندگی و زاویه اصطکاک، مقدار جابجایی قایم کاهش می یابد. همچنین در ادامه با بررسی پارامتریک میزان نشست سطحی و فشار روباره، چگالی و چسبندگی، نمودارها و روابطی ارایه شد که بر این اساس، میزان نشست پیشبینی شده را در مدل مذکور بیان می کند.

    کلیدواژگان: نشست سطح زمین، مدلسازی عددی، فضاهای زیرزمینی، روش تفاضل محدود، نرم افزار FLAC3D
  • محمود جهانبانی*، کیانوش پیکری، محمد ستوده پور صفحات 183-197
    امروزه استفاده از ماشین های حفاری مکانیزه تمام مقطع به منظور حفاری تونل های طویل و تحت شرایط زمین شناسی مختلف گسترش زیادی پیداکرده است. از طرفی در پروژه های تونلی و بخصوص پروژه های مترویی وضعیت حفاری مکانیزه به دلیل زمان بر بودن و هزینه بالا تعیین کننده راهبرد اصلی پروژه است. در این تحقیق با بهره گیری از رویکرد سیستمی به بررسی ارتباط پویای عوامل متعدد تاثیرگذار بر حفاری مکانیزه در پروژه های تونلی پرداخته شده است.این مدل شامل سه زیرسیستم تولید قطعات بتنی پیش ساخته کارخانه سگمنت، حفاری مکانیزه توسط دستگاه حفاری مکانیزه تمام مقطع و روند تخلیه مواد حاصل از حفاری در نظر گرفته شده و از داده های به دست آمده از دو دستگاه TBM در یک دوره 3 ساله استفاده شده است.نتایج کلی شبیه سازی تاثیرپذیری حفاری مکانیزه از عواملی مانند قطر حفاری، نرخ تولید قطعات پیش ساخته بتنی، نرخ تخلیه حوضچه حفاری، ظرفیت دپوی قطعات پیش ساخته بتنی و مشکلات متعدد موثر بر سرعت دستگاه حفار را نشان می دهند که درنهایت نیز مدل اعتبارسنجی شده و تحلیل حساسیت بر روی مدل صورت گرفته است.با توجه به اعداد اولیه ورودی مدل، نتایج کمی چند سناریو در این مدل بیان می کند که چنانچه نرخ تولید قطعات پیش ساخته بتنی از 12 به 7 عدد در روز کاهش یابد حفاری مکانیزه 40 روز دیرتر به اتمام می رسید و در صورت تغییر تعداد شیفت کاری دستگاه حفاری مکانیزه از 2 شیفت به یک شیفت کاری در روز، مدت زمان حفاری از 397 روز به 823 روز می رسد و با تغییر تعداد شیفت کاری از 2 به 3 شیفت حفاری مکانیزه در روز و افزایش تعداد سرویس کامیون های تخلیه گل حاصل از حفاری از 55 به 75 سرویس، مدت زمان موردنیاز جهت حفاری مکانیزه از 397 روز به 277 روز کاهش می یابد. البته با توجه به شمول کلی مدل جهت تمامی سیستم های حفاری مکانیزه، با تغییر هر یک از متغیرهای مستقل مدل و تعریف سناریوهای مختلف می توان به بهترین نتیجه ممکن جهت مدیریت پروژه موردنظر دست یافت و راهبردهای پروژه را بر مبنای آن تدوین نمود.
    کلیدواژگان: دستگاه حفاری مکانیزه، سگمنت، قطعات پیش ساخته بتنی، پویایی شناسی سیستم، سیستم دینامیک، شبیه سازی، تونل
  • وحید غلامرضازاده، احسان طاهری* صفحات 199-214
    فناوری های بدون حفاری به دلیل اجتناب از حفاری های روباز و کاهش آسیب به زیرساخت های مجاور بطور گسترده ای برای راه اندازی خط لوله های جدید و جایگزینی خطوط لوله های غیراستاندارد استفاده میشوند. در طول عملیات لوله شکافی، گسترش حفره خاک و حرکت های محوری منبسط کننده باعث ایجاد تغییرشکل سه بعدی در سطح و اطراف لوله قدیمی شده است که ممکن است سبب آسیب زیرساخت های دفنی و پیاده روهای سطحی شود؛ بنابراین الگوی جابه جایی زمین از مهمترین ملاحظات برای طراحی عملیات لوله شکافی است. در این پژوهش مطالعات عددی سه بعدی با نرم افزار آباکوس برای تجزیه وتحلیل آزمایش های لوله شکافی انجام شده و واکنش خاک تحت تاثیر پارامترهای مختلف بررسی گردیده است. نتایج نشان داده بولت تغییر شکل افقی و کلمپبورستر تغییرشکل عمودی بیشتری ایجاد کرده اند. افقی یا عمودی بودن تغییرشکل ها به جهتگیری تیغه وابسته بوده و افزایش عمق لوله مدفون سبب کاهش غیرخطی تغییرشکل های سطحی شده است، بطوریکه که با افزایش 400 میلی متری عمق، تغییرشکلها 20 میلی متر کاهش یافته است. با افزایش قطر لوله الگوی کلی تغییرشکلها یکسان بوده اما مقادیر متغیری ثبت شده است. تغییر شکل های سطحی در ماسه بیشتر از رس بوده که این مقدار برای ماسه و رس به ترتیب 36 و 12 میلی متر شده است. میزان تغییر شکلهای جانبی ماسه در اطراف لوله نیز دو برابر رس گزارش شده است.
    کلیدواژگان: فن آوری بدون حفاری، لوله شکافی، مدل سازی عددی، تغییرشکل زمین
|
  • M. H. Amiri Hezave *, Sh. Zare, D. Shirin Pages 119-131

    Despite many improvement in the underground construction by mechanized ‎methods and the whole section, the drilling and blasting still plays an important ‎role in the construction of tunnels and mines. In addition to various advantages ‎such as flexibility and low capital cost, this method also has disadvantages, one of ‎which is the expansion of the blast damage zone around the underground ‎structure, which leads to increased joints and cracks in the surrounding ‎environment and consequently reduced resistance and increased permeability ‎also In some cases land subsidence occurs . Various factors affect the damage ‎zone. Various methods such as measurement, experimental and modeling ‎methods are available to investigate these factors. In this paper, numerical ‎modeling has been done for three different state of drilling a. In addition to a brief ‎mention of different factors affecting the damage zone, it is determined that the ‎maximum impact on the damage area is related to tensile strength and cohesion ‎of rock. In addition, the effect of rock geological strength index (GSI) has been ‎investigated as one of the important factors in recognizing rock mass and the ‎effect of reducing the damage area with increasing GSI has been observed.‎

    Keywords: Tunneling, Drilling, Blasting, EDZ, Numerical Modeling, UDEC, GSI
  • S. Farajian, M. Y. Radan Koohpaee *, Seyed A. Hosseini Pages 133-149

    Structures with different shapes or materials show different behaviors against shock waves, and a correct understanding of the structure's performance against these waves can be useful and effective in choosing the appropriate shape of materials. In this study, the amount of energy reduction of impulsive mechanical waves on the attenuator elements with different materials and different thicknesses has been investigated. Attenuator elements that have been considered in the world today and have shown good results have been modeled. The soil model employed was chosen from the U.S. Army TM 5-855-1 soil classification as Type 5, i.e., highly saturated clay.With the increasing development of software and hardware facilities in recent decades, the use of finite element software in solving engineering science problems has made significant progress. Like ABAQUS, FLAC and ANSYS software. For example, ABAQUS software compared to other similar finite element software, due to its explicit and implicit solution procedures, has advanced and diverse behavioral models for different materials such as metals, rubber, concrete, soil, stone, fluids and ability to quick development of models with complex geometry. Therefore, in the past few years, this software has attracted the attention of many researchers.One of the important results in this study is effect of Geofoam in reducing by 60% and Auxetic sandwich panel in reducing by 50% of the emitted wave energy in the soil. One of the innovative aspects of this project is the study of the effect of new materials. Another aspect of innovation compared to previous studies is the study of all these effects is in a composite environment, such as the earth, which is composed of different components such as rock and soil. Each of these components, due to their parameters and properties, have an effect on the propagation of mechanical waves and cause differences.

    Keywords: Attenuator elements, Numerical Modeling, Auxetic Sandwich Panel, Geofoam, Explicit solution procedure, ABAQUS
  • H. Fattahi *, H. Ghaedi, F. Malekmahmodi Pages 151-166

    Roadheader machine is one of those machines that have high drilling capability in rocks with low to medium strength. Hence they are widely used in underground excavations. Estimating the performance of roadheader machine is one of the main and important issues in estimating the approximate project completion time as well as project costs. Therefore, the purpose of this paper is to propose intelligent forecasting models for estimating the performance of roadheader machine by two intelligent methods (the firefly algorithm (FA) and the Teaching-learning based optimization algorithm (TLBO)) and using a database (a case study). Is. In these models, the Schmidt hammer rebound values and the rock quality degree (RQD) are used as input parameters and the cutting rate of the roadheader is used as the output parameter. Finally, to evaluate the accuracy of the models and modeling, the indices of square correlation coefficient (R2), variance account for (VAF), root mean square error (RMSE) and mean square error (MSE) have been used. The results indicated that the two models have strong potentials to estimate roadheader performance with high degrees of accuracy and robustness.

    Keywords: Roadheader, TLBO algorithm, firefly algorithm, Schmidt hammer rebound values, Tunnel excavation
  • R. Amjadi, F. Samimi Namin *, H. Chakeri, M. M. Rouhani Pages 167-182

    Earth Pressure Balance Machines (EPB) were used to excavate the Tabriz metro line 2. A critical section of the tunnel Has modeled in this study. The model has been verified by the monitoring data using the installed instruments on site. In addition, some crucial operational parameters of the Earth Pressure Balance Tunnel Boring Machine (EPBM) have also been studied to determine their effect on ground deformation and subsidence during tunnel excavation. Tunneling in shallow urban areas and on soft ground is always associated with risks that can have unpleasant consequences if ignored. Tunnel excavation removes a mass of soil and rock, leading to significant changes in strength around them, and causing the Earth to move. The tunnel has been excavated in a shallow soil environment; these effects will transfer to the ground. An earth pressure balance shield (EPB) is one of the most suitable methods to control the pressure in the tunnel front, decreasing the surface subsidence by controlling this pressure. The study applied three-dimensional (3D) numerical modeling to study the effects of TBM-EPB operating parameters on the deformation and subsidence of soft soils using FlAC3D software. According to the obtained numerical results, it seems that these slurry injection pressures did not have a significant effect on the improvement of stresses. The study investigated the influence of overburden pressure, cohesion, density, and diameter on injection pressure. The results indicate that decreasing or increasing the injection pressure in environments with different parameters has little effect on vertical displacement. To investigate how geomechanical factors of the environment influence deformation of the Earth's surface, models were constructed by keeping all the parameters constant according to which, with increasing cohesion and internal friction angle, the rate of subsidence decreases. While increasing the specific gravity of the soil, the amount of vertical displacements increases.

    Keywords: Ground Surface Subsidence, EPB shield Machine, Numerical Modeling, underground space, Finite difference method (FDM), Flac3D
  • M. Jahanbani *, K. Peykari, M. Setoodehpour Pages 183-197
    Today, the use of tunnel boring machines to drill long tunnels under different geological conditions has become widespread. On the other hand, in tunnel projects, especially subway projects, the situation of tunnel boring due to time consuming and high cost, determines the main strategy of the project. In this research, using a systemic approach, the dynamic relationship of the factor affected by tunnel boring machines in tunnel projects has been investigated and analyzed.The system in this model includes three subsystems for the production of precast concrete parts, tunnel boring machine and the process of discharging drilling materials, in this model, the data obtained from two TBM machines in a period of 3 years have been used.The simulation results show the effect of tunnel boring character from factors such as drilling diameter, production rate of precast concrete parts, discharge rate of drilling pool and various problems. Finally, the model is validated and sensitivity analysis is performed on the model.According to the initial input numbers of the model, the quantitative results of the model indicate that if the production rate of precast concrete parts is reduced from 12 to 7 per day, tunnel boring will be completed 40 days later and If the number of shifts of tunnel boring machines changes from 2 shifts to one shift per day, the drilling time will increase from 397 days to 823 days.By changing the number of shifts from 2 to 3 tunnel boring shifts per day and increasing the number of mud trucks serviced from 55 to 75 services, the time required for tunnel boring will be reduced from 397 days to 277 days.Considering the general inclusion of the model for all tunnel boring systems, by changing each of the independent variables of the model and defining different scenarios, the best possible result can be achieved for project management and project strategies can be developed based on it.
    Keywords: Tunnel Boring machine, Segment, Precast concrete parts, Dynamic system, Simulation, Tunnel
  • V. Gholamrezazadeh, E. Taheri * Pages 199-214
    Trenchless methods are increasingly utilized to replace the worn out pipelines or to fabricate the new pipelines. The advantage of these methods is to prevent the vast amount of excavations and also to reduce damages to the adjacent facilities. The settlement of the surface area is one of the greatest concerns in trenchless methods. The pipe splitting method is a sophisticated 3D activity. In the present work, numerical modeling of pipe splitting strategy considering the expander transmission, the surrounded soil response and also geotechnical parameters have been regarded. The simulation has been carried out with Abaqus software considering the pipe spilling experimental test case profound analysis. In this research, not only have the embedded depth, the replaced pipe diameter, the type of soil, the pipe splitting machine type been evaluated, but also the blade orientation has been assessed. The results show that the bullet have more horizontal deformation and the clampbuster has more vertical deformation. The orientation of the blade determines whether the deformations are horizontal or vertical, and increasing the depth of the buried pipe causes a nonlinear decrease in surface deformations. With an increase of 400 mm in depth, the deformations have been reduced by 20 mm. As the diameter of the pipe increases, the general pattern of deformations is the same, but the values are different. Surface deformation in sand is greater than in clay. The values for sand and clay are 36 and 12 mm, respectively. The amount of lateral deformation of the sand around the pipe was also doubled.
    Keywords: Trenchless Technology, Pipe Splitting, Numerical Modeling, Soil Deformation