ارزیابی بارهای وارد بر پوشش تونلهای مکانیزه با استفاده از مدلسازی فیزیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشگاه شهید مدنی آذربایجان

2 دانشیار ، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

3 استادیار، دانشگاه مرند

چکیده

با ارزیابی دقیق بارهای وارد و در نتیجه طراحی مناسب پوشش تونل می‏توان هزینه‏های ساخت تونلهای مکانیزه را کاهش داد. مدلسازی فیزیکی دارای نقش اساسی در مطالعات مربوط به حفاری تونل‏ها در زمینهای نرم بوده و علی‏رغم محدودیت‏ در شبیه سازی تنش های برجا، مدلهای فیزیکی تحت شتاب ثقل بطور عمده‏ای بکار برده می‏شوند. در تحقیق حاضر با ساخت مدل فیزیکی کوچک مقیاس 1/40، از بین مهمترین عوامل تاثیرگذار بر نیروهای داخلی ایجاد شده درون پوشش تونل‏های مکانیزه، تاثیر عمق تونل و میزان روباره بالای تونل، به همراه موقعیت قرارگیری و میزان بار سازه‏های سطحی بصورت مدلسازی فیزیکی مورد مطالعه قرار گرفته است. بعنوان یک الگوی کلی وجود سازه‏های سطحی متناسب با بار سازه سبب افزایش نیروهای پوشش تونل نسبت به حالت زمین آزاد می‏گردد. با این وجود، مقدار این تاثیر وابسته به ترکیب پارامترهای هندسی و مکانیکی تونل، سازه‏های سطحی و خاک پیرامون می‏باشد. برای تونلهای کم عمق این تاثیرات بیشتر بوده و با افزایش عمق میزان تاثیر کاهش می‏یابد. در کنار مطالعه الگوی کلی تاثیر پارامترهای مختلف بر میزان بارهای وارد بر پوشش، صحت سنجی و ارزش گذاری نتایج و اعتبار سنجی مدل‏های عددی نیز انجام گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Mechanized Tunnels Lining Loads by Application of Physical Modelling

نویسندگان [English]

  • A.H. Rezaei 1
  • H. kateb 2
  • m. ahmadi adli 3
1 Assistant Professor, Faculty of Engineering, AzarbaijanShahidMadani University
2 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Marand Azad University
چکیده [English]

Summary
Urban development and rapid extension of cities have been accompanied by a considerable growth in mechanized tunneling. Commonly precast concrete segments are used as a tunnel lining which constitutes relatively considerable part of tunnelling cost. The Optimum design of lining that decreases tunnelling cost, especially in tunnels with large diameters and high lengths, needs an accurate evaluation of loads acting on the lining. Laboratory model tests conducted under gravity or in a centrifuge allow one to investigate the most relevant factors influencing the tunnel behavior. Testing results also provide valuable data for refining the chosen numerical model.
 
Introduction
Because of its vantages into conventional excavation methods such as the New Austrian Tunneling Method (NATM), mechanized shield tunneling becomes the most important tunneling method in recent years, especially in urban areas.
The Optimum design of lining needs an accurate evaluation of loads acting on the lining. The various aspects of soft ground tunnelling have been studied with several methods such as empirical methods, numerical and physical modelling and Analysis of instrumented projects and field trials. Although advances in computational techniques have led to extensive numerical and analytical tunneling research being conducted, geotechnical engineering researchers depend heavily on physical modeling to understand different phenomena related to excavation of tunnels.
 
Methodology and Approaches
In this paper, the effects of surface buildings specifications, tunnel depth and surface surcharge on lining loads were studied. For this purpose a 1/40 small scale physical model is used. 1g models allow one to investigate complex systems in a controlled environment and are considered to be more economical compared to centrifuge or field investigations.Despite the limitation ofrealistically simulation of in situ stresses 1g models have long been used in soft ground tunnelling research. The geometry of tunnel, lining segments and the surrounding soil properties are adapted from the under construction of Tabriz urban railway line 2 project.
 
Results and Conclusions
Based on obtained results, as a general rule, the existence of surface buildings will cause the lining loads increase compared to the green-field condition. However, the influence value depends on the combination of geometrical and mechanical parameters of the tunnels, buildings and surrounding soil. For shallow tunnels these effects is greater and with increase of tunnel depth building effects decrease.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mechanized tunneling
  • Physical modelling
  • Lining loads
  • Surface Buildings
  • Overburden