جستجو در تالارهای گفتگو

چكيده افزايش احداث تونل‌هاي زيرزميني در شهرهاي در حال توسعه، نياز به طراحي منطقي و استفاده مناسب از فضاهاي زيرزميني را مطرح مي‌كند. بنابراين، در اكثر موارد، در نواحي توسعه يافته، تونل‌هاي جديد بايد در مجاورت تونل‌هاي قديمي احداث شوند. از اين رو پيش‌بيني تنش‌هاي القايي بر تونل‌هاي قديمي بسيار مهم است. در مقاله حاضر، نتايج مطالعه عددي كه به‌منظور بررسي اثرات حفر تونل‌هاي جديد بر تنش‌هاي القايي پوشش نگهداري تونل‌هاي قديمي مجاور، توسط نرم‌افزار plaxis2d انجام شده است، بيان و اثرات وضعيت نسبي، نزديكي، ميزان كاهش حجم (vl)، عمق حفاري و ضخامت پوشش نگهداري تونل‌ها به‌طور دقيق مطالعه مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهند كه چنانچه تونل جديد در بالاي تاج تونل قديمي حفر شود، گشتاور خمشي پوشش تونل قديمي كاهش مي‌يابد در حالي‌كه اگر تونل جديد مجاور آن احداث شود، گشتاور خمشي پوشش افزايش خواهد يافت. ميزان كاهش حجم، عمق خاكبرداري و خصوصيات پوشش تونل نيز از ديگر پارامترهاي موثر بر تغيير گشتاور خمشي پوشش تونل قديمي بعد از اندركنش با تونل جديد هستند. بنابراين دستيابي به ايمني و طراحي مناسب تونل مي‌توانند تحت تاثير اين پارامترها نيز قرار گيرند. كلمات كليدي: اندركنش، وضعيت نسبي تونل‌ها، نزديكي، ميزان كاهش حجم، عمق حفاري، ضخامت پوشش نگهداري، plaxis2d 1. مقدمه توسعه شهرنشيني به‌طور غيرمستقيم برروي افزايش احداث تونل‌هاي زيرزميني تاثيرگذار است؛ به اين ترتيب ممكن است مجبور به احداث تونل‌هاي جديد در مجاورت تونل‌هاي قديمي از قبيل تونل‌هاي سيستم حمل و نقل، شبكه‌هاي مخابراتي و يا حتي شبكه‌هاي انتقال آب و فاضلاب شويم. در اين شرايط براي اطمينان از اينكه تنش‌هاي القايي در پوشش تونل‌هاي قديمي اثرات مخرب ايجاد نمي‌كنند، بايد اندركنش بين تونل‌هاي جديد و قديمي به‌دقت ارزيابي شود. در سال 1969، پك، نظريه تجربي ساده‌اي براي پيش‌بيني نشست سطح زمين در اثر اندركنش تونل‌هاي مجاور ارائه داد. همچنين در سال 1998، آزمايش‌هايي توسط كيم و همكارانش بر روي مدل‌هاي فيزيكي كوچك مقياس از تونل‌هاي مجاور در زمين‌هاي رسي انجام گرفته است. اين مطالعات نشان دادند كه معمولا اندركنش‌هاي قابل‌توجهي بين تونل‌هايي كه در مجاورت يكديگر احداث مي‌شوند، رخ مي‌دهد[1و2و3]. هدف اصلي اين مقاله مطالعه اثر پارامترهاي مختلف ناشي از احداث تونل‌هاي جديد بر تغييرات ممان خمشي و نيروهاي محوري تونل‌هاي قديمي است. همچنين وضعيت قرارگيري دو تونل نسبت به يكديگر، فاصله بين آنها، ميزان كاهش حجم، عمق خاكبرداري و ضخامت پوشش تونل به‌طور عمده بررسي مي‌گردد. 2. مطالعه مدل شبيه‌سازي شده براي مطالعه عددي مدل، روش اجزاي محدود دو بعدي در محيط نرم‌افزار plaxis، روش خاكبرداري تمام مقطع براي هر دو تونل و نصب پوشش نگهداري بلافاصله بعد از خاكبرداري در نظر گرفته شده است، در اين آناليز از پارامترها و اطلاعات مربوط به تونل‌هاي mrt سنگاپور، استفاده شده[4و5]، پوشش نگهداري تونل‌ها الاستيك فرض شده و مشخصات آن در جدول يك آورده شده است. آناليز اصلي بر روي تونل‌هايي با قطر6 متر (d) و با نسبت روباره به قطر برابر 5/3 به‌عنوان تونل‌هاي قديمي، صورت گرفته است. شرايط زمين الاستيك بوده و پارامترهاي آن براساس پيشنهاد اوريهارا و همكارانش براي لايه‌هاي رسي در يكي از ايستگاه‌هاي مسير، در جدول 2 آورده شده است. 3. تاثير وضعيت نسبي قرارگيري تونل‌ها وضعيت نسبي با اندازه‌گيري زاويه "" بين خط واصل مراكز دو تونل و خط عبوري از مركز و تاج تونل، مطابق شكل يك، تعيين مي‌شود. به‌طوري‌كه چنانچه اين زاويه صفر درجه باشد، تونل جديد درست در بالاي تاج تونل قديمي قرار دارد در حالي‌كه زاويه 90 درجه بيانگر قرار گرفتن تونل جديد در مجاورت تونل قديمي و در عمق يكسان است. در اين مطالعه، فاصله بين تونل‌ها ثابت و 3 برابر شعاع تونل (مركز به مركز) در نظر گرفته شده است و خصوصيات خاك و پوشش نگهداري در مدت انجام تحليل عددي ثابت است. بررسي نتايج مربوط به دو ميزان كاهش حجم (صفر درصد و 2 درصد) بيانگر اين امر است كه نتايج به‌شدت به اين پارامتر وابسته هستند. وضعيت مربوط به كاهش حجم صفر درصد نشان‌دهنده خاكبرداري كاملا ايده‌آل است در حالي‌كه كاهش حجم 2 درصد مقدار خاكبرداري را به بيشتر از 93 درصد افزايش مي‌دهد(شيرلاو،2001) [5]. شكل‌هاي 2 و 3 به ترتيب ماكزيمم نيروي محوري و ماكزيمم ممان خمشي ايجاد شده در تونل قديمي، قبل و بعد از اندركنش با تونل جديد، براي وضعيت نسبي قرارگيري از صفر تا 180 درجه را تحت دو وضعيت كاهش حجم صفر درصد و 2 درصد نشان مي‌دهند[7]. 1ـ3. حالت1: بدون كاهش حجم (0%=vl) شكل 2 نشان مي‌دهد وقتي ‌كه تونل جديد بالاي تونل قديمي احداث شود، ماكزيمم نيروي محوري در تونل قديمي كاهش مي‌يابد. مي‌توان اين شرايط را به كاهش فشار عمودي وارد بر تونل قديمي در اثر باربرداري ناشي از برداشتن توده‌اي از خاك واقع در بالاي تونل نسبت داد. همچنين از اين شكل مي‌توان مشاهده كرد كه احداث تونل جديد در مجاورت يا پايين تونل قديمي بر ماكزيمم نيروي محوري ايجاد شده در پوشش نگهداري اثر جزئي مي‌گذارد. شكل 3 نشان مي‌دهد كه اثر وضعيت نسبي قرارگيري تونل جديد بر ممان خمشي ايجاد شده در تونل قديمي در مقايسه با نيروي محوري شديدتر است. براي حالت بدون كاهش حجم، ممان خمشي در پوشش نگهداري تونل قديمي بعد از اندركنش با تونل جديدي كه در بالاي تونل قديمي و با وضعيت نسبي صفر تا حدود 45 درجه احداث مي‌شود، كاهش مي‌يابد كه مي‌توان اين شرايط را به كاهش فشار عمودي وارد بر تونل قديمي بعد از احداث تونل جديد نسبت داد. هنگامي‌كه تونل جديد پايين تونل قديمي احداث شود، ممان خمشي پوشش نگهداري تونل قديمي شديدا افزايش مي‌يابد؛ اين وضعيت را مي‌توان اين‌گونه تعريف كرد كه احداث تونل جديد پايين تونل قديمي، سختي زمين را در راستاي عمودي كاهش مي‌دهد و منجر به تغييرات عمودي بيشتري در نگهداري شده و بنابراين ممان خمشي افزايش مي‌يابد. در اين شرايط ماكزيمم تغييرات در ممان خمشي تونل قديمي در حدود 30 درصد ممان قبل از اندركنش با تونل جديد است. 2ـ3. حالت2: با كاهش حجم (2%=vl) از شكل 3 مشاهده مي‌شود كه در حالت كاهش حجم 2 درصد، وضعيت قرارگيري تونل جديد نسبت به تونل قديمي شديدا بر ممان خمشي ماكزيمم مؤثر است. ماكزيمم ممان خمشي موجود در تونل قديمي بعد از اندركنش با تونل جديد، هنگامي‌كه تونل جديد با وضعيت نسبي حدودا 45 درجه تا 135 درجه و يا نسبتا نزديك به خطوط مرزي تونل قديمي حفاري مي‌شود، افزايش مي‌يابد. بيشترين تغيير در ممان خمشي در حدود 50 درصد مقدار آن قبل از احداث تونل جديد است كه مي‌توان اين افزايش ممان را ناشي از كاهش مقاومت افقي زمين بعد از احداث تونل جديد در نزديكي خطوط مرزي تونل قديمي دانست. كاهش مقاومت افقي زمين، افزايش تغيير شكل تونل و در نتيجه افزايش ممان خمشي را به‌دنبال دارد. 4. تاثير فاصله بين دو تونل در مطالعه انجام شده، دو تونل در يك عمق (°90 = ) و فاصله بين دو تونل افقي و موازي، بين 5/2 تا 10 برابر شعاع تونل ®، مركز به مركز، مطابق شكل 4 در نظر گرفته شده است. خصوصيات خاك و پوشش نگهداري تونل در مدت آناليز عددي ثابت بوده و در جداول 1و2 آورده شده است. نتايج حاصل از مطالعه در دو حالت كاهش حجم صفر درصد و 2 درصد نيز در شكل 5 ارائه شده است. شكل 5 نشان مي‌دهد كه در حالت كاهش حجم 2 درصد، مجاورت تونل جديد با تونل قديمي شديدا بر ممان خمشي تونل قديمي در مقايسه با حالت كاهش حجم صفر درصد تاثير مي‌گذارد. براي حالت كاهش حجم 2 درصد، احداث تونل جديد ممكن است منجر به افزايش بسيار شديد ممان خمشي ماكزيمم در تونل قديمي شود و هنگامي‌كه فاصله بين دو تونل كاهش مي‌يابد، افزايش ماكزيمم ممان خمشي بيشتر مي‌شود. از شكل 5 همچنين مي‌توان مشاهده كرد كه فاصله بحراني بين دو تونل يعني زمانيكه ممان خمشي شديدا افزايش مي‌يابد در حدود 5 برابر شعاع تونل است و هنگامي‌كه تونل جديد در فاصله 3 برابر شعاع تونل احداث مي‌شود، افزايش ممان خمشي 30 درصد خواهد بود. همچنين بايد توجه كرد كه در حالت كاهش حجم صفر درصد، هيچ افزايش ممان خمشي در پوشش نگهداري تونل نخواهيم داشت[7]. ادامه دارد ...