شبیه سازی سه بعدی تأثیر مفاصل سگمنتی مورب و فاصله طولی بین جبهه کار تونل‌های دوقلو بر رفتار تونل – مطالعه موردی خط 2 مترو شیراز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 تونل و فضاهای زیرزمینی، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 مکانیک سنگ، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

 به­ علت نیاز گسترده شبکه حمل‌ونقل شهری، ساخت خطوط ریلی زیرزمینی با روش تونل سازی مکانیزه سپری در کلان‌ شهرها رو به افزایش است. ساخت تونل دوقلوی مترو شیراز یکی از نمونه‌های این توسعه شبکه حمل‌ونقل است. در مقاله حاضر، یک مدل عددی سه‌بعدی برای بررسی رفتار لاینینگ و زمین دربرگیرنده تونل‌های خط دو مترو شیراز ایجاد شده است. تمامی مراحل حفاری EPB-TBM (دستگاه حفاری تونل با فشار تعادلی زمین) با روش تفاضل محدود شبیه‌سازی شده است. علاوه بر این، یک روش نوین برای مدل‌سازی شکل مخروطی سپر دستگاه پیشنهاد شده است. در بیشتر مدل‌سازی‌های عددی، مفاصل سگمنتی به‌طور موازی با  محور تونل فرض می‌شود، علی‌رغم این حقیقت که مفاصل طولی با یک زاویه مورب نسبت به تونل قرار دارند. سه الگوی لاینینگ در نظر گرفته شده است: لاینینگ پیوسته، با مفاصل طولی مستقیم و مفاصل مورب. نتایج شبیه‌سازی ضرورت استفاده از الگوی مفاصل طولی مورب برای حصول یک ارزیابی دقیق از نیروهای ساختاری در لاینینگ سگمنتی را نشان داد. در این مقاله، تأثیر فاصله طولی بین جبهه کار تونل دوقلو بر جابجایی زمین دربرگیرنده تونل و نیروهای ساختاری القایی موردبررسی قرار گرفت. در شبیه سازی مفاصل سگمنتی به ­صورت مستقیم، نیروهای محوری و طولی القایی در مقایسه با مقادیر متناظر در لاینینگ با مفاصل مورب کمتر نشان داده می‌­شود. با افزایش فاصله طولی بین دو جبهه کار تونل­های دوقلو، نشست سطحی زمین کاهش و مقادیر حداکثر نیروهای ساختاری القاشده در لاینینگ هر دو تونل افزایش‌ یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Three-dimensional simulation of the influence of the oblique segmental joints and of the lagging distance between twin tunnels’ faces on the tunnel behavior - case study of the second line of Shiraz subway

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Nematollahi 1
  • Hamed Molladavoodi 2
1 Tunnel and underground spaces, Mining and metallurgical engineering, Amirkabir university of technology, Tehran, Iran
2 Rock mechanics, Faculty of Mining and Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Summary
The case of the Shiraz (Iran) subway twin tunnel construction is an example of transport network extension. In this work, a three dimensional model of the shielded mechanized tunneling of the Shiraz subway was simulated using FLAC3D software to study the excavation influence of a new tunnel on an existing one. Also, the joint pattern in segmental lining is studied.
 
Introduction
Due to the fast development of Iranian metropolises, a wide urban underground transport network is necessary. Thus, the prediction of the influence of mechanized tunneling method on the surface settlement is important in terms of design and construction. In recent decades, extensive studies around the world have focused on considering the effect of mechanized shield tunneling on the surrounding ground.
 
Methodology and Approaches
In the present paper, a 3D numerical model was developed to investigate the tunnel's lining behavior and the ground displacement surrounding the second line of the Shiraz subway tunnels. All the excavation phases of EPB-TBM (Earth pressure balanced, Tunneling Boring Machine) were simulated using the Finite Difference Method (FLAC3D). Furthermore, a new simple method were proposed to take account of the TBM shield conical shape. Also, to achieve an accurate simulation, the influence of the geometry of the longitudinal joints had been investigated on the lining behaviour.
 
Results and Conclusions
The numerical results indicated the necessity of using segmental lining with oblique joints pattern to obtain an accurate evaluation of the structural forces applied in segmental lining. In this work, the influence of the longitudinal distances between the tunnel faces on the surrounding ground displacement and the induced lining forces was investigated. The excavation of a new tunnel near to an existing tunnel with high lagging distance between twin tunnels leads to increase in the normal and the longitudinal displacements, in the internal lining forces and to a decrease in the ground surface settlement above the tunnels.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Three-dimensional modeling By FLAC3D
  • Segmental Lining
  • Mechanized tunneling
  • Oblique joint pattern
  • Lagging distance
  • Shiraz subway second line