فهرست مطالب

نشریه مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی
سال دهم شماره 3 (پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/21
  • تعداد عناوین: 6
|
  • کورش شهریار*، مهدی آرش، محمدرضا فرجی تیله نوئی صفحات 215-229

    توسعه صنعت حمل و نقل باعث ساخت تونل هایی در همسایگی هم شده است. این تونل ها به طور موازی در کنار هم قرار می گیرند یا به طور متقاطع غیر هم سطح ساخته می شوند. محل قرارگیری این تونل ها نسبت به یک دیگر و روند حفاری آن ها در توزیع تنش اطراف تونل ها و روی رفتار زمین تاثیر گذار است. عدم درک مناسب رفتار سازه های مجاور می تواند منجر به بروز حوادث جبران ناپذیر شود. به همین دلیل مطالعه این سازه ها امری ضروری است. هدف از انجام مطالعه بررسی کامل تاثیر حفاری تونل های موازی بر نیروهای القایی وارد بر پوشش نگهداری تونل اول و نشست سطح زمین به منظور شناخت رفتار سازه های مجاور می باشد. در این مقاله با استفاده از روش اجزا محدود پلکسیس دو بعدی این تحلیل ها انجام شده است. طبق نتایج به دست آمده با افزایش فاصله افقی بین دو تونل، مقدار نشست سطحی کاهش می یابد در حالی که با افزایش فاصله قایم بین تونل ها مقدار نشست سطحی افزایش یافته است. همچنین افزایش عمق تونل دوم باعث افزایش بار القایی و لنگر خمشی بر روی پوشش نگهداری تونل اول شده است. افزایش فاصله قایم باعث تغییرات بیش تری نسبت به افزایش فاصله افقی بین دو تونل روی موارد خروجی مورد نظر دارد.

    کلیدواژگان: تحلیل پارامتری، تونل سازی، نشست سطحی، لنگر خمشی، نیروی محوری، اندرکنش، پلکسیس دو بعدی
  • هادی فتاحی*، حسین قائدی صفحات 231-255

    با توسعه و رشد جمعیت در شهرهای بزرگ؛ نیاز به استفاده از امکانات حمل ونقل همگانی مانند مترو رو به افزایش است. با توجه به اهمیت شبکه حمل ونقل شهری، توجه به کنترل سلامت سازه های زیرزمینی در برابر بارهای استاتیکی و دینامیکی بسیار حایز اهمیت می باشد. از آنجا که ایران یکی از کشورهای لرزه خیز جهان است در چند سال اخیر شاهد وقوع زلزله های مخرب و ویرانگری بوده و خسارت های سنگینی را به همراه داشته است. براساس مطالعات پیشین، سازه های زیرزمینی در برابر زلزله از ایمنی بیشتری برخوردار است. زیرا سازه های سطحی تنها در کف و سطح تحتانی به زمین متصل هستند. در صورتی که سازه های زیرزمینی درگیری کاملی با محیط دربرگیرنده داشته و در برابر بارهای زلزله مقاوم تر هستند. اما با این حال با توجه با اینکه اغلب متروها در خاک های کم عمق شهری احداث می شوند، گزارش هایی از خسارت های سنگین و آسیب به این فضاهای زیرزمینی در برابر بار زلزله وجود داشته است. به همین دلیل شناسایی آسیب و کنترل سلامت فضاهای زیرزمینی بخصوص متروها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در این تحقیق، با توجه به عدم قطعیت در پارامترهای زمین و همچنین عدم پیش بینی دقیق از مسیر حفاری از نرم افزار 3DEC (در زمان برخورد با لایه های سنگی) در کنار نرم افزار PLAXIS3D2020 برای تحلیل استاتیکی و دینامیکی تونل خط 2 مترو مشهد استفاده شده است. بعلاوه در این تحقیق به منظور کنترل سلامت سازه (خط 2 مترو مشهد) از روش های تبدیل موجک (WT) استفاده شده است. به همین منظور سیگنال دریافتی توسط تحلیل های دینامیکی فراخوانی شده و با استفاده از جعبه ابزار تبدیل موجک در نرم افزار MATLAB، محل های آسیب در مدل (اطراف پوشش بتنی و مرزهای کناری) شناسایی شد که بدیهی است پس از شناسایی محل آسیب می توان با استفاده از سیستم نگهداری مناسب از ریزش سازه زیرزمینی در محل های شناسایی شده جلوگیری کرد.

    کلیدواژگان: تبدیل موجک، کنترل سلامت سازه زیرزمینی، شناسایی آسیب، نرم افزار PLAXIS3D2020، نرم افزار 3DEC
  • محمدیاسر رادان کوهپائی*، سید احمد حسینی، آرین مقدم صفحات 257-269

    امروزه اهمیت استفاده از سازه های زیرزمینی برای حفاظت از زیرساخت های ملی حیاتی و حساس مانند تونل های قطار شهری، تاسیسات زیرزمینی شهری، پناهگاه ها بر هیچ کسی پوشیده نیست. در تحقیق حاضر، ضمن بررسی مطالعات گذشته بر روی نحوه طراحی سازه های امن زیرزمینی، با استفاده از مدلسازی عددی، رفتار سازه های زیرزمینی در برابر بار ضربه ای مورد بررسی قرارگرفته است تا طرحی ارایه شود که با استفاده از خواص محیط دربرگیرنده این گونه سازه ها، اثر ضربه انتقال یافته در محیط بر روی سازه زیرزمینی کاهش داده شود. در این راستا، مدل سازی چیدمان خاک تک لایه، دولایه و سه لایه و همچنین  لایه های ترکیبی از خاک و سنگ، در نرم افزار المان محدود ABAQUS انجام شده است. بیشینه فشار ناشی از بار ضربه ای، در مدل های مختلف مورد مقایسه و درنهایت با مقایسه نتایج مدل های بکار گرفته شده در این مطالعه نشان داده شد که ترتیب چیدمان لایه در خاک ها در کاهش بیشینه فشار حاصل از بارگذاری ضربه ای موثر است، به صورتی که به بیشترین میزان دمپ موج ضربه ای زمانی حاصل شده که لایه سنگی با بیشترین درجه هوازدگی و یا خاک ماسه ای (مشابه خاک تیپ 2 در آیین نامه TM5-855) در نزدیک ترین موقعیت نسبت به سازه زیرزمینی موردنظر قرارگرفته باشد.

    کلیدواژگان: بارگذاری ضربه ای، مدل سازی عددی، لایه های محافظ خاکی، سازه های زیرزمینی
  • رضا محمدپور، احسان طاهری* صفحات 271-285

    امروزه اکثر سازه های زیرزمینی بصورت مکانیزه و با استفاده از سپرهای حفاری ایجاد می شوند. از چالش های اساسی در سازه های زیرزمینی تغییر شکل زمین است که تحلیل آن برای اهداف ایمنی و طراحی پروژه امری لازم و ضروری است. یکی از پارامترهای موثر در جابجایی زمین، شکل و هندسه سپر حفاری می باشد. با توجه به این که در عملیات لوله رانی لوله ها متصل به سپر حفاری هستند بنابراین اجازه رهایی تنش و جابجایی اولیه به محیط داده نمی شود. پس مخروطی لحاظ کردن سپر حفاری می تواند این مشکل را حل کند. این مطالعه تاثیر مخروطی بودن سپر حفاری در جابجایی زمین را مورد بررسی قرار داده و با سایر پارامترهای اساسی مقایسه شده است. از نرم افزار المان محدود پلکسیس برای مدل سازی عددی استفاده شده و نتایج حاصل از مدل سازی عددی با نتایج به دست آمده از مطالعات میدانی و تحلیلی کالیبره شده است. تاثیر بار وارده بر خط لوله نیز از فاکتورهایی است که مورد بررسی قرار گرفت. درنهایت مشخص گردید که رابطه مخروطی بودن سپر حفاری با جابجایی سطح زمین بصورت خطی می باشد. بار وارده بر خط لوله نیز با افزایش مخروطی بودن سپر از 3/0 % به 9/0 % تقریبا دو برابر می شود. یکی از مهم ترین کاربردهای این پژوهش، امکان کنترل جابجایی زمین با توجه پارامترها می باشد.

    کلیدواژگان: لوله رانی، سپر حفاری مخروطی، جابجایی زمین، زمین لایه ای، المان محدود، تحلیل حساسیت
  • هادی فتاحی*، حسین قائدی، فرشاد ملک مجمودی صفحات 287-310

    با گسترش روزافزون محیط های شهری، ایجاد و توسعه سیستم های حمل ونقل درون شهری به منظور کاهش ترافیک، آلودگی ها و کاهش هزینه های ناشی از عبور و مرور درون شهری امری ضروری است. با توجه به اینکه بخش مهمی از هزینه ساخت مترو مربوط به حفاری و نگهداری تونل ها می شود. بنابراین یکی از مهم ترین تصمیم ها در بحث ساخت تونل های مترو روش حفاری در محیط های آبرفتی و ریزشی می باشد. حفاری تونل توسط ماشین TBM-EPB در مقایسه با سایر روش های حفاری در خاک های نرم و مناطق ریزشی یک روش سریع، پرقدرت و همراه با نگهداری است. یکی از عوامل بسیار مهم در جلوگیری از ریزش سینه کار در حین حفاری در زمین های نرم و آبرفتی برآورد فشار سینه کار بهینه ماشین حفاری در هر مرحله حفاری (کیلومتراژهای مختلف) می باشد. زیرا کم و یا زیاد بودن فشار سینه کار ماشین حفاری منجر به افزایش هزینه ها، خسارت های جانی، سختی زیاد و همچنین منجر به وقفه در اتمام پروژه می شود. در این مقاله به دلیل عدم قطعیت در پارامترهای ژیوتکنیکی و حساسیت تونل های شهری، مسئله از دیدگاه احتمالاتی مورد مطالعه قرار گرفته است. به همین منظور،  ابتدا برای 50 حالت مختلف مدل سازی عددی خط 2 مترو تبریز با استفاده از نرم افزار PLAXIS3D2020 صورت گرفته و در ادامه از روش شبیه سازی مونت کارلو برای تولید اعداد تصادفی و اختصاص توزیع های احتمالاتی مناسب استفاده شده است. سپس با استفاده از الگوریتم فراابتکاری گرگ خاکستری (GWO) فشار سینه کار ماشینTBM-EPB  با کمک رابطه پیش بینی بدست آمده، تخمین زده شده است. در نهایت به منظور ارزیابی و صحت سنجی رابطه بدست آمده از شاخص های آماری ضریب همبستگی مربع (R2)، شمول واریانس (VAF)، میانگین درصد خطای مطلق (MAPE)، جذر میانگین خطای مربع (RMSE) و میانگین خطای مربع (MSE) استفاده شده است. با توجه به اعتبارسنجی مدل، رابطه ایجاد شده توسط الگوریتم گرگ خاکستری به واقعیت مسئله بسیار نزدیک بوده و از آن می توان برای ادامه مسیر در مناطق مشابه دیگر استفاده کرد.

    کلیدواژگان: فشار سینه کار ماشینTBM-EPB، الگوریتم گرگ خاکستری، شبیه سازی مونت کارلو، نرم افزار PLAXIS3D2020
  • محمد امیری، حسین دوستی صفحات 311-331

    درک رفتار خاک تحت بارگذاری انفجار برای مهندسان ژیوتکنیک، معدن و پدافند غیر‌عامل از اهمیت بسیاری برخوردار است. هنگامی که خاک تحت بارگذاری انفجاری قرار دارد و اندرکنش مواد منفجره-خاک-سازه مطرح می‌شود خاک از خود رفتار پیچیده‌ای نشان می‌دهد. در این مقاله به بررسی تاثیر نوع لایه‌بندی و جنس خاک در میرایی تنش‌های حاصل از انفجار، تاثیر تغییرات در فاصله مرکز انفجار تا تونل‌ها در سطح زمین و تغییرات وزن ماده منفجره بسته به نوع بمب در تمامی حالات بررسی شده است. به صورت موردی در این مقاله تونل مترو اصفهان در مسیر صفه-آزادی مدل‌سازی و مورد مطالعه قرار گرفته است. جنس خاک در مسیر خط مترو به تناوب لایه آبرفتی، ماسه‌سنگ و ترکیب لایه آبرفتی-ماسه‌سنگی است. مدل‌سازی و تحلیل این موضوع به‌وسیله نرم‌افزار المان محدود FLAC انجام گرفته است. مدل رفتاری مورد استفاده در این طراح، مدل رفتاری مور‌کلمب است. برای بررسی تاثیر بار دینامیکی انفجار سطحی بر روی تونل متروی اصفهان، مقطعی مشخص از مسیر تونل تحت بار دینامیکی انفجار مدل‌سازی شده است. بر اساس تحلیل‌های صورت گرفته، اصابت بمب‌های GP در کلاس‌های 100 تا 2000 هر کدام به نسبت وزن ماده انفجاری که در خود دارند می‌تواند صدمات جدی به سازه زیرزمینی وارد کند. با توجه به تحلیل‌های صورت گرفته لایه خاک از جنس ماسه‌سنگ خاصیت میرایی بیشتری نسبت به لایه آبرفتی دارد. تونل مدفون در خاک آبرفتی تنها تا بار انفجار سطحی حاصل از 56 کیلوگرم TNT و تونل مدفون در ماسه‌سنگی بار انفجار ناشی از 165 کیلوگرم TNT را تحمل می‌کند. با توجه به تحلیل و بررسی تاثیر فاصله انفجار تا سازه زیرزمینی با افزایش فاصله انفجار به اندازه قطر تونل (D) میزان جابجایی تاج تونل 43% کاهش پیدا می‌کند. از سوی دیگر وجود تونل مجاور باعث به وجود آمدن نیروهای اندرکنشی حاصل از وزن سازه مدفون و انعکاس امواج انفجار به دلیل صلبیت جداره تونل در محیط باعث افزایش جابجایی-های ناشی از انفجار می‌شود.

    کلیدواژگان: لایه بندی خاک، انفجار، میرایی، سازه های مدفون، خاک، تونل مترو اصفهان
|
  • K. Shahriar *, M. Arash, M. R. Faraji Tilehnoei Pages 215-229

    Tunnels have been built in the neighborhood as a result of the growth of the transportation industry. These tunnels are built crosswise or parallel to each other, not level. The distribution of stress around the tunnels and the behavior of the ground are affected by the location of these tunnels relative to each other and the drilling process. Accidents can occur due to a lack of understanding of the behavior of adjacent structures. As a result, understanding these structures is critical. The goal of this research is to fully investigate the impact of parallel tunnel drilling on inductive forces on the first tunnel's maintenance cover and subsidence in order to better understand the behavior of nearby structures. These analyses were carried out in this paper using the plaxis 2D finite element method. According to the findings, the amount of surface subsidence decreases as the horizontal distance between the two tunnels increases, while the amount of surface subsidence increases as the vertical distance between the tunnels increases. Increasing the depth of the second tunnel has also increased the inductive load and bending moment on the first tunnel's maintenance cover. Increasing the vertical distance between the two tunnels on the desired outlets causes more changes than increasing the horizontal distance.

    Keywords: Tunneling, Surface subsidence, Parametric analysis, Interaction, Plaxis 2D, bending moment, axial force
  • H. Fattahi *, H. Ghaedi Pages 231-255

    With the development and growth of the population in big cities; The need to use public transportation facilities such as the metro is growing. Given the importance of the urban transportation network, it is very important to pay attention to the health control of underground structures against static and dynamic loads. As Iran is one of the seismic countries in the world, in recent years it has witnessed devastating earthquakes and has caused heavy damage. According to previous studies, underground structures are more safe against earthquakes. Because surface structures are connected to the ground only on the floor and lower surface. If the underground structures are in full conflict with the surrounding environment and are more resistant to earthquake loads. However, given that most subways are built on shallow urban soils, there have been reports of severe damage to these underground spaces from earthquake loads. For this reason, identifying damage and controlling the health of underground spaces, especially subways, is very important. In this research, due to the uncertainty in the ground parameters and also the lack of accurate forecast of the drilling route, 3DEC software (when dealing with rock layers) along with PLAXIS3D2020 software has been used for static and dynamic analysis of Mashhad Metro Line 2 tunnel. In addition, in order to control the health of the structure (Mashhad Metro Line 2), wavelet transform (WT) methods have been used. For this purpose, the received signal was called by dynamic analysis and using the wavelet conversion toolbox in MATLAB software, damage areas were identified in the model (around the concrete cover and side borders), which obviously can be identified using the maintenance system. Properly prevented the collapse of the underground structure in the identified areas.

    Keywords: Wavelet Transform, Damage detection, PLAXIS3D2020 software, 3DEC software, Health control of underground spaces
  • M. Y. Radan Koohpaee *, Seyed A. Hosseini, A. Moghaddam Pages 257-269

    Today, the importance of using Underground structures to protect vital and sensitive national infrastructure such as urban train tunnels, strategic item storage centers, urban underground facilities, shelters, as well as military uses is not hidden from anyone. One of these important loads in terms of intensity and time is impact and seismic loading. Due to the fact that the environment around the underground structures is rock and soil environment, so it is necessary to achieve a good result in reducing the effect of mechanical waves on these spaces, to ensure sufficient reduction of the environment. One of these important loads in terms of intensity and time is impact and seismic loading. On the other hand, natural phenomena such as gas explosion or fire can also be easily incorporated into the structure. These are enough reasons to pay more attention to the science of rebuilding structures against different loads on them. The importance of protecting these spaces increases when they have strategic applications. Therefore, in locating and designing them, it should be noted that they must have sufficient resistance to impact loading In order to achieve a plan that by using the properties of the environment including such spaces, the effect of the impact transmitted in the environment on the underground space can be reduced. Therefore, in the past few years, this software has attracted the attention of many researchers. Finite element modeling and analysis was performed with the commercial software package ABAQUS. The package was selected due to its diverse library of material behavior models and ease of Explicit/Implicit solution procedures. In this paper, impact loading on Underground structures is numerically modeled using the Coupled-Eulerian-Lagrangian (CEL) method in the ABAQUS software. In this regard, modeling of single-layer, two-layer and three-layer soil arrangement, as well as a combination of soil and stone layers, has been done in ABAQUS finite element software. The maximum pressure due to impact load has been compared in different models and finally, by comparing the results of the models used in this study, it shows that the arrangement of the layer in the soils is effective in reducing the maximum pressure due to impact load, So that the maximum amount of shock wave damping is achieved when the rock layer with the highest degree of weathering, or sandy soil (similar to type 2 soil in Regulation TM5-855) is in the closest position to the desired underground space.

    Keywords: impact loading, Numerical Modeling, Soil protective layers, Underground structure
  • R. Mohannadpour, E. Taheri * Pages 271-285

    Recently, most underground structures are mechanized using excavation shields. Moreover, one of the major challenges in underground structures is the ground deformation. So, the analysis of this mechanism is necessary for safety purposes and project design. One of the effective parameters in the ground displacement is the geometry of the excavation shield. Since the pipes are connected to the excavation shield, the initial stress relaxation and displacement are not allowed. In this regard, having a cone excavation shield can solve this problem. In this research the effect of excavation shield conicality on the ground is investigated. The Plaxis finite element software is utilized for numerical modeling. Moreover, in order to validation, the results are verified with the field data and analytical analysis. Furthermore, the effect of stress on the pipeline is also investigated in this research. Finally, it is found that the relationship between conical excavation shield and ground surface displacement is linear. The load on the pipeline almost doubles with increasing the percentage of conicality of the shield from 0.3% to 0.9%. One of the most important applications of this research is the possibility of controlling the ground movement with respect to the effective parameters.

    Keywords: pipe jacking, Cone excavation shield, ground displacement, Layered ground, Finite element, sensitivity analysis
  • H. Fattahi *, H. Ghaedi, F. Malekmahmodi Pages 287-310

    With the increasing expansion of urban environments, the creation and development of intra-city transportation systems in order to reduce traffic, pollution and reduce the costs of intra-city traffic is essential. Considering that an important part of the construction cost of the metro is related to the excavation and maintenance of tunnels. Therefore, one of the most important decisions in the construction of subway tunnels is the excavation method in alluvial and fall environments. Tunnel excavation by TBM-EPB machine is a fast, powerful and maintenance method compared to other excavation methods in soft soils and fall areas. One of the most important factors in preventing the face pressure from falling during excavation in soft and alluvial fields is estimating the optimal face pressure of the excavation machine in each excavation stage (different kilometers). Because the high or low face pressure of the excavation machine leads to increased costs, loss of life, high hardness and also leads to delays in the completion of the project. In this paper, due to the uncertainty in geotechnical parameters and the sensitivity of urban tunnels, the issue has been studied from a probabilistic perspective. For this purpose, first for 50 different numerical modeling modes of Tabriz Metro Line 2 using PLAXIS3D2020 software and then Monte Carlo simulation method has been used to generate random numbers and assign appropriate probabilistic distributions. Then, using the Gray Wolf meta-heuristic algorithm (GWO), the face pressure of the TBM-EPB machine was estimated using the prediction relation. Finally, in order to evaluate and validate the relationship, the statistical indicators of square correlation coefficient (R2), variance inclusion (VAF), mean absolute error percentage (MAPE), root mean square error (RMSE) and mean square error (MSE) were used. Is. According to the model validation, the relationship created by the gray wolf algorithm is very close to the reality of the problem and it can be used to continue the route in other similar areas.

    Keywords: TBM-EPB machine face pressure, Gray Wolf algorithm, PLAXIS3D2020 software, Monte Carlo Simulation