فهرست مطالب

مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی - سال دوم شماره 2 (زمستان 1392)

نشریه مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی
سال دوم شماره 2 (زمستان 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/12/15
  • تعداد عناوین: 6
|
  • رضا رحمان نژاد، مهدی اسفندیاری، اسحاق نمازی، حامد جمشیدی صفحات 87-100
    حفاری در مناطق شهری امری پیچیده و مخاطره آمیز است. یکی از مسایل مهم در حین عملیات ساخت تونل های مترو بررسی تاثیر مراحل حفاری بر نشست سطح زمین و مهار آن است. برای این منظور بیش تر از ماشین های فشار تعادلی زمین (EPB) یا انواع دیگر سپرها استفاده می شود؛ در نتیجه می توان تا حد قابل توجهی جابجایی های ناشی از حفاری تونل را کاهش داد. در این مقاله خصوصیات گودی نشست تونل مترو در مسیر بلوار کریم خان زند شیراز که با استفاده از دو TBM Shield از نوع EPB حفاری شده، مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از نرم افزار Plaxis 3D Tunnel بیش ترین نشست سطحی و پهنای گودی نشست در اطراف EPB تعیین و تغییرات آن در مراحل پیشروی تونل تحلیل شده است. همچنین جابجایی تاج تونل در امتداد محور طولی تعیین و مقایسه ای بین نشست سطحی و عمقی زمین انجام شده است. در نهایت نیز پارامترهای گزاره ی تجربی پک در مسیر تونل مترو تعیین و یک گزاره ی تجربی برای پیش بینی نشست ارایه شده است.
    کلیدواژگان: گودی نشست، حفاری مکانیزه، اجزای محدود، روش پک، پیش بینی تجربی نشست
  • محمدرضا مومن زاده، محمدرضا منصوری، آرمین عظیمی نژاد صفحات 101-120
    در نظر گرفتن رفتار غیر خطی خاک و تونل در برابر زلزله برای رسیدن به پاسخ های واقعی در عمل از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله با استفاده از ترکیب روش پیشنهادی وانگ (Wang) و هشاش (Hashash) برای تعیین تغییر مکان اعوجاجی تونل و الگوی پیشنهادی سعی و خطای اصلاح سختی پوشش، تغییر مکان اعوجاجی هدف (تونل) تعیین شده است. سپس با استفاده از روابط موجود برای تعیین ضریب رفتار سازه ها و تعمیم آن به تونل ها و سازه های زیرزمینی و با در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه، یک ضریب رفتار اعوجاجی برای تونل تخمین زده شده است. هدف اصلی این مقاله تعیین نیروهای ایجاد شده در پوشش تونل (بدون مدلسازی خاک پیرامون آن) است که با اعمال ضریب رفتار اعوجاجی، اثرات غیرخطی شدن سازه ی تونل و همچنین اندرکنش خاک و سازه در حین زلزله لحاظ شده است. برای بررسی صحت این ضریب رفتار، سه تحلیل دینامیکی غیر خطی سازگار با ساختگاه روی مدل المان محدود خاک و تونل انجام شده و مقایسه ای بین نیروهای اصلاح شده با ضریب رفتار در حالت استاتیکی خطی و نیروهای به وجود آمده درحالت تاریخچه ی زمانی غیرخطی، انجام شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد در صورت انجام تحلیل استاتیکی خطی بدون اعمال ضریب رفتار برای تونل ها، مقادیر نیروهای ایجاد شده روی پوشش تونل بسیار محافظه کارانه است؛ حال آن که با اعمال ضریب رفتارهای تعیین شده می توان پاسخ استاتیکی را به پاسخ واقعی در حین زلزله نزدیک نمود.
    کلیدواژگان: ضریب رفتار اعوجاجی، استاتیک غیر خطی، تغییر مکان اعوجاجی هدف، اندرکنش خاک و سازه، تاریخچه ی زمانی غیر خطی، ارتفاع روباره
  • حسین ریحانیان زواره، محمد فاروق حسینی، علیرضا طالبی نژاد صفحات 121-132
    احداث خطوط مترو به عنوان یک نیاز اساسی شهرهای بزرگ و در حال توسعه مطرح است. از بین روش های احداث ایستگاه های زیرزمینی مترو، روش پیش نگهداری طاق بتنی، علاوه بر پایداری فضا، کاهش جابجایی های سطحی را به همراه دارد. برای طراحی بهینه ی طاق های بتنی، پارامتر فاصله داری که در حصول پایداری و مهار جابجایی های سطحی تاثیرگذار است، عمدتا با استفاده از مدلسازی عددی تعیین می شود. هدف از این مقاله، ارایه ی روشی برای تعیین این پارامتر با استفاده از مدلسازی دوبعدی است. در این روش فاصله داری بهینه با معیارهای ساکورایی و تنش مجاز آیین نامه ی بتن ایران تعیین و سپس نشست حاصل از آن با دو روش عددی و تحلیلی- تجربی برآورد می شود. معیار کرامر نیز برای محاسبه ی مقادیر مجاز نشست بکار برده می شود. به عنوان نمونه، سازه ی نگهبان ایستگاه هفت تیر خط 6 متروی تهران، با این روش طراحی و فاصله داری بهینه طاق های بتنی تونل های رکتیفایر، جنوبی و بخش های اول و دوم تونل شمالی ایستگاه، به ترتیب برابر 3، 5/2، 3 و 5/3 متر محاسبه شده است.
    کلیدواژگان: ایستگاه های مترو، پیش نگهداری طاق بتنی، فاصله داری طاق بتنی، نشست سنجی، تحلیل پایداری، خط 6 متروی تهران
  • فرشاد کولیوند، مصطفی شریف زاده صفحات 133-143
    با توجه به مشکلات ترافیکی شهرهای بزرگ، نیاز به ساخت تونل های شهری اجتناب ناپذیر است. حفر تونل سبب تغییر میدان تنش برجا شده و یک ناحیه ی تغییر مکان در محدوده ی اطراف تونل بوجود می آورد. در این خصوص نه تنها ساختمان های مجاور تحت تاثیر حفاری تونل قرار می گیرند؛ بلکه میدان تنش و تغییر مکان حاصله، متاثر از مشخصات ساختمان های مجاور خواهد بود. این موضوع یکی از جنبه های مهم تونلسازی محیط شهری است. بنابراین لازم است پیش از مرحله ی ساخت، پارامترهای موثر بر این رابطه ی متقابل بررسی شود. در این پژوهش فاکتورهای اصلی ساختمان نظیر وزن، عرض و طول آن، با استفاده از روش اجزا محدود بصورت سه بعدی شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد، حضور ساختمان های سطحی اثرات دوگانه ای بر گودی نشست سطح زمین دارند. افزایش وزن ساختمان موجب افزایش نشست سطح زمین شده و از طرفی، صرف نظر از وزن ساختمان، بواسطه ی وجود پی ساختمان و صلبیت ناشی از آن، که موجب بهبود شرایط زمین می شود، نشست در سطح زمین نسبت به شرایط بدون وجود ساختمان،کاهش می یابد. افزایش عرض ساختمان منجر به کاهش نشست در سطح زمین شده و افزایش طول ساختمان، نشست در سطح زمین را افزایش می دهد. هر چند عرض ساختمان فاکتور موثرتری نسبت به طول ساختمان در مهار رفتار متقابل ساختمان-تونل است.
    کلیدواژگان: تونلسازی مرحله ای، تونل های صدر، نیایش، اجزای محدود، اندرکنش ساختمان، تونل، نشست سطح زمین، وزن ساختمان، هندسه ی ساختمان
  • حسن بخشنده امنیه، محمد صابر زمزم، سید احسان موسوی، صادق طریق ازلی صفحات 145-154
    امروزه از تونلسازی سپری در مقیاس گسترده برای حفر تونل های شهری در خاک های نرم و کم عمق استفاده می شود. تونل زنی با EPB نیازمند بهسازی خاک است و قابلیت اجرای آن برای خاک های فاقد چسبندگی نیز افزایش یافته است. انتخاب مناسب ترین مجموعه ی بهسازی نیاز به بررسی های دقیقی دارد تا بتوان مشخصات خاک بهسازی شده را تعیین و داده های قابل اندازه گیری را مشخص نمود. انتخاب استراتژی مناسب برای بهسازی خاک در حین حفاری، شناسایی مخاطرات زمین را پر اهمیت جلوه می دهد تا با اطمینان بیش تر، تصمیمات مورد نیاز برای انتخاب نوع رفتار فیزیکی فوم و دیگر افزودنی ها گرفته شود. دراین پژوهش، انتخاب پارامترهای بهسازی با توجه به بررسی های تئوری، آزمایشگاهی و میدانی صورت گرفته است. به منظور بهسازی خاک از سه نوع فوم متفاوت (A، B، C) استفاده شده که در آن فوم B (برای اهداف معمولی با پایداری متوسط) بیش ترین طول مسیر تونل خط 7 متروی تهران را پوشش داده است. بررسی ها نشان می دهد هر واحد خاکی با توجه به خصوصیات زمین شناسی و ژئوتکنیکی، نیاز به افزودنی های خاصی دارد و پارامترهای بهسازی برای هریک از آن ها متفاوت است. همچنین نتایج حاصل از مطالعات تئوری با نتایج مشاهدات میدانی بسیار به هم نزدیک بوده، ولی با نتایج حاصل از مطالعات آزمایشگاهی متفاوت است. بهسازی مناسب خاک مسیر تونل موجب کاهش گشتاور، سایش، چسبندگی و نفوذپذیری شده و بهبود کنترل خاک را به همراه دارد.
    کلیدواژگان: سپر فشار تعادلی زمین، بهسازی خاک، نسبت تزریق فوم، نسبت انبساط فوم، غلظت ماده ی کف ساز، نسبت تزریق پلیمر
  • رامین رفیعی، احمد رمضان زاده، فرهنگ سرشکی، اسماعیل موحدی نژاد صفحات 155-167
    بدون تردید جریان آب در پروژه های تونلسازی یکی از مسائلی است که می تواند آثار مخرب فراوانی بر طرح داشته و فعالیت تونلسازی را کاملا تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین لازم است محل و مقدار جریان آب به درون تونل تا حد امکان پیش بینی و در ملاحظات تونلسازی در نظر گرفته شود. از سوی دیگر تجربیات گذشته نشان داده است پیش بینی دقیق مقدار نفوذ آب در تونل های حفر شده در سنگ به دلیل عدم در نظر گرفتن تمامی عوامل تاثیرگذار بر جریان آب به خصوص شرایط و خصوصیات ناپیوستگی ها امکان پذیر نیست. در این مقاله برای مدلسازی تاثیر خصوصیات ناپیوستگی ها بر روی نرخ جریان آب ورودی به تونل در مقطع کیلومتراژ 897+1 تا 950+1 تونل کوهرنگ 3، از نرم افزار اجزای گسسته ی UDEC استفاده و با تغییر خصوصیات ناپیوستگی های منطقه، نرخ جریان ورودی به تونل بررسی شده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داده است تغییر خصوصیات ناپیوستگی ها در نرخ جریان پایدار آب در تونل دارای تاثیر بسزایی است و از میان این خصوصیات، میزان بازشدگی درزه، بیش ترین تاثیر را بر نرخ جریان آب ورودی به تونل دارد.
    کلیدواژگان: تونل کوهرنگ 3، اجزای گسسته، نرخ جریان آب، خصوصیات درزه ها، بازشدگی درزه
|
  • Reza Rahmannejad, Mahdi Esfandiary, Eshagh Namazi, Hamed Jamshidi Pages 87-100
    A major concern of tunnels construction is accurate prediction of ground displacement، which distort and، in severe cases، damage surface structures. Empirical Peck’s method is used commonly in many tunneling projects to predict surface settlements. Reasonable prediction by this method requires an appropriate estimation of trough width (i). This parameter can be obtained from previous case histories with similar ground conditions and excavations.
    Introduction
    A part of Shiraz subway system is constructed by twin tunnels using EPB machine. Due to the lack of relevant case histories، numerical simulations are used to predict i for the Shiraz tunnels. The longitudinal and transverse surface settlements obtained by numerical analyses are compared with empirical method. Consequently، the maximum settlement and i are predicted for a part Shiraz subway tunnels. The development of settlement profiles obtained by numerical modeling is also investigated in order to achieve the steady state condition behind the tunnel face. Methodology and Approaches: The numerical simulations are performed using PLAXIS 3D Tunnel. The tunnel construction process was done by systematic approach، in 35 phases. The empirical method suggested by Peck used to predict the transverse settlement trough. The longitudinal and transverse settlements predicted by numerical modeling are obtained during the excavation of tunnel. The development of surface settlements is studied to establish the steady state condition. The initial estimation of i is obtained by the current empirical equations. To achieve the appropriate trough width، the initial i is modified by comparison of settlement troughs obtained by empirical and numerical approaches. Results and
    Conclusions
    The numerical results showed that the surface settlement directly above the tunnel face is around 45% of the maximum. Small surface settlement was induced after installation of the tunnel lining. The development of surface settlement profiles indicated that the steady state condition is reached at three times of tunnel diameter beyond the tunnel face. Comparison of the transverse surface settlement troughs indicated that trough width parameter is 1. 8 times the tunnel diameter. The current value can be used for prediction of surface settlement trough induced by tunneling in the similar ground and excavation conditions as Shiraz subway tunnels.
    Keywords: Surface settlement, Mechanized tunneling, Finite element, Peck method, Imperial settlement assessment
  • Mohammad Reza Momenzadeh, Mohammad Reza Mansoori, Armin Aziminejad Pages 101-120
    In this paper، a new method is presented to find tunnel target racking displacement in the earthquake considering nonlinear behavior of lining and soil and also soil- structure interaction. In the next step tunnel racking reduction factor has been evaluated for an incomplete ellipse tunnel located in two soil types، A and B، with overburden depth of 5 and 20 m by performing nonlinear static analysis. Finally، to verify the values of racking reduction factors، tunnel responses obtained by linear static analyses reduced by the calculated values of racking reduction factor are compared with responses obtained by nonlinear dynamic analyses.
    Introduction
    Design and analysis of the underground structures such as tunnels are performed on the basis of structure and ground deformations because the seismic response of such structures is very sensitive to the imposed ground deformations. In recent years، Several researches have indicated the importance of the harmful effects of earthquakes on tunnels and underground structures. Methodology and Approaches: In this paper، by combining Wang (1993) and Hashash (2000) methods in determination of tunnel target racking displacement and using the trial and error method to correct tunnel structure stiffness، possibility of redistribution of the forces and deformations became possible and it was tried to present a comprehensive method to determine the tunnel target racking displacement. In the next step، by using the force-racking displacement curve and applying the existing equations of reduction factors of the structures and their generalization for tunnels and underground structures and considering the soil-structure interaction، tunnel racking reduction factor is estimated. Then، using ABAQUS software، a comparison has been performed between dynamic and static forces in the tunnel lining. Results and
    Conclusions
    Comparison of lining force (bending moment and axial force) between linear static analyses modified by tunnel racking reduction factors and nonlinear time history analyses shows that the accuracy of achieved tunnel racking reduction factors is acceptable. The studies also show that implementing linear static analyses without tunnel racking reduction factor leads to very conservative results of lining force in tunnel. Nonlinear time history dynamic analyses are time consuming and complicated in modeling procedure and analysis duration. Thus، By using the proposed racking reduction factors، Linear static analyses could be an alternative for nonlinear dynamic analyses with a suitable accuracy.
    Keywords: Racking reduction factor, Nonlinear static, Target racking displacement, Soil, Structure interaction, Nonlinear time history, Overburden depth
  • Hossein Reihanian Zavareh, Mohammad Farouq Hosseini, Ali Reza Talebi Nejad Pages 121-132
    Development of subway systems is considered as an essential need in urban areas. Each line of a subway contains tunnels، stations and mid tunnel ventilation shafts. Concrete Arc Pre-Supporting System (CAPS) and Sequential Excavation، are known as standard methods for the construction of underground stations. When the process is underway، it is necessary to protect surface and underground structures from Subsidence hazards. In this paper، stability analysis and settlement evaluation of Haft-e-Tir Station of Tehran metro line no. 6 has been considered. Geotechnical investigations showed that the main layer has been formed of a very dens soil.
    Introduction
    Concrete Arc Pre-Supporting system (CAPS) is an executive construction method. In addition to tunnel stability، reduction of surface displacement can be obtained by CAPS. Numerical simulation has been deemed as a special procedure for evaluation and analysis of settlements. The optimal spacing for concrete arch is an important parameter for the success of the method that usually be determined by 3D modeling. However، 2D modeling methods can be faster to reach a optimal result. Methodology and Approaches: The optimal spacing for concrete arch of Haft-e-Tir Station was determined with Sakurai''s critical strain approach and allowable bylaws stresses. The surface subsidence was estimated by two methods namely analytical-empirical and numerical modeling. The numerical method of finite difference techniques (FLAC2D software) was used in this research. Analytical Bobet relations used for calculating of maximum subsidence. Maximum slope of subsidence curve is calculated by Peck empirical relations. Kramer criterion is used to control the maximum slope of the subsidence curve in both methods. Results and
    Conclusions
    It is demonstrated that the optimal spacing for concrete arch for Rectifier tunnel، South tunnel، and sections I and II of North tunnel are 3، 2. 5، 3، and 3. 5 meters respectively.
    Keywords: Metro stations_CAPS method_Concrete arc spacing_Subsidence assessment_Stability analysis_Line 6 of Tehran Metro
  • Farshad Kolivand, Mostafa Sharifzadeh Pages 133-143
    Considering upward trend of traffic congestion in mega cities، construction of urban tunnels (road or metro) is inevitable. The reciprocal effect of tunneling-induced ground settlement and surface buildings is an important factor during shallow tunneling design procedures in urban areas. Hence، the effective factors in this reciprocal relationship need to be appraised prior to the construction phase. In this paper، the major characteristics of buildings were numerically simulated using 3D finite element approach. It has been demonstrated that weight and length of buildings have showed parallel correlation with surface settlements. However، building width have had reverse trend with surface settlements.
    Introduction
    The main purpose of this research is the study of influence of building weight and geometry on the surface settlement due to sequential excavation method، and interaction between buildings and tunnel. It investigated by simulating of systematic construction process of tunnel using numerical method. Methodology and Approaches: In this paper، the major characteristics of buildings were numerically simulated using 3D finite element method. In addition، results of a study on field data of the Nyayesh tunnel are presented. Results and
    Conclusions
    The results have proved that the existence of surface buildings has reciprocal effects on ground settlement troughs. The increase of the building weight will result in increase of surface settlements. On the contrary، by ignoring building weight، presence of surface building foundations will cause a less settlement compared to the green field condition which is due to increase of the rigidity of building foundation and thereby ground improvement. The increase of building width reduces the surface settlements، and the increase of the building length leads to more surface settlement، although the building width is a more effective parameter، which controls the overall tunneling-building interaction behavior than building length. Thus، building weight and geometry effectively influences the surface settlements troughs in urban tunneling.
    Keywords: Sequential excavation method, Sadr, Nyayesh tunnels, Finite element, Building, Tunnel interaction, Surface settlement, Building weight, Building geometry
  • Hassan Bakhshandeh Amnieh, Mohammad Saber Zamzam, Seyed Ehsan Moosavi, Sadegh Tarigh Azali Pages 145-154
    In recent years، tunneling with the Earth Pressure Balance (EPB) shield has been applied in urban areas in different soils types. The most common technology in the mechanized tunneling is using the EPB machine. Soil conditioning operation can be carried out through the screw conveyor. Knowing different soil conditioning agents and their affects in different soils types is quite important in selection of the most appropriate foam-polymer to be used.
    Introduction
    Selecting the most appropriate soil conditioning set needs different precise studies so that the properties of the conditioned soil can be determined and the measurable data can be specified. Selection an appropriate strategy (for soil conditioning during boring) highlights the importance of the ground risks involved so that conclusive decisions can be made regarding the type of the physical behavior of the foam and other additives. Methodology and Approaches: The soil layers in this project were divided into 6 units (ET-1 to ET-6). In this study، It was revealed that every unit needed specific additives depending on its geological and geotechnical specifications and the soil conditioning parameters for every unit would be different. The optimum amount of conditioning agents and types of additives to be used in the tunnel route (considering the geological risks that needed conditioning، and the presence and expanse of different soil units) were studied in 3 separate stages based on the guiding tables، standards، and laboratory and field tests. Results and
    Conclusions
    For soil conditioning، used material was made of 3 different foam types (A، B and C: A & B for ordinary soils with medium stability and C for adhesion and impermeable soils with high stability) for respectively 60% and 30% of the tunnel route. The FIR change amplitude in the project has been estimated to be 20% to 80%; maximum consumption has been in the interval of 20% to 40% and FER has been equal to 4 to 7.
    Keywords: Earth Pressure Balance (EPB) machine, Soil conditioning, Foam Injection Ratio (FIR), Foam Expansion Ratio (FER), Foaming agent concentration (Cf), Foam Injection Polymer (PIR)
  • Ramin Rafiee, Ahmad Ramezanzadeh, Farhang Sereshki, Esmaeil Movahedinejad Pages 155-167
    Water flow in tunnel projects is one of the main issues that can affect the plan and tunneling activity. Therefore، it is necessary to predict the location and the amount of water flowing into the tunnel. The experience has shown that the accurate prediction of water flow in excavated tunnels due to the lack of consideration all influencing factors، especially the properties and condition of discontinuity is not possible. In this paper، In order to investigate the effect of discontinuities properties on the rate of water flow، the cross section of Koohrang 3 (1+897 - 1+950) with the UDEC software has been modeled. By variation of the properties of discontinuity، the flow rate into the tunnel has been assessed. Results of this study have shown that the variation of the properties of discontinuity has significant influence on the steady state flow of water. Among these properties، the aperture of joint has the most significant effect on flow rate in the tunnel.
    Introduction
    Analysis of water flow is necessary for construction of underground structures. In this analysis، the possibility of any kind of change in the ground water behavior and flow rate should be considered. In this paper by using numerical model، the effect of discontinuity properties on the water flow rate were studied. Methodology and Approaches: The discontinuity properties have great influence on the water flow rate into tunnels. In order to investigate the effect of discontinuities characteristics on the flow rate of water، the cross section of Koohrang 3 with the UDEC software has been modeled. By variation of the properties of discontinuity، the rate of flow to the tunnel has been assessed. Finally، The water flow rate calculated by numerical modeling were compared with the values obtained from the analytical methods. Results and
    Conclusions
    Results of this study have shown that the increase of the joint spacing reduced the rate of water flow into the tunnel due to the increase of formed blocks’ size. In addition، increase of the joint aperture has substantially increased the amount of water flow to the tunnel. Moreover، by increasing the joint orientation from 30 to 120 degree، the maximum water flow occurred at an angle between 50 and 70 degree. According to results of the investigation among the discontinuities properties، the joint aperture had the greatest effect on the flow rate of water to the tunnel.
    Keywords: Koohrang 3 tunnel_Discrete element method_Flow Rate of water_Discontinuity properties_joint aperture