امکان‌سنجی روش نوین تونل‌سازی کم عمق برای اجرای ایستگاه مترو در شرایط آبرفت تهران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری؛ دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران

2 استادیار؛ دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران

چکیده

این مقاله امکانسنجی روش نوین تونلسازی کم عمق (STM) را برای اجرای ایستگاه متروی آبشناسان (Z6) واقع در قطعه شمالی خط 6 متروی تهران در مقایسه‌ با روش سنتی شمع و ریب (Pile and Rib) اجرا شده در این ایستگاه، ارائه می‌کند. این مطالعه بر مبنای ارزیابی نشست سطح زمین به روش المان محدود و با استفاده از نرم افزار Plaxis 3D Tunnel انجام شده است. نتایج حاصل از مدلسازی عددی اجرای ایستگاه به روش شمع و ریب نشان داد که حداکثر نشست بدست آمده از این روش (65/23 میلیمتر) مربوط به محور ایستگاه و در محدوده نشست مجاز (30 میلیمتر) قرار دارد. تطابق بسیار خوب نتایج حاصل از مدلسازی عددی و داده‌های ابزاردقیق معرف تأیید و صحت مدلسازی فرآیند حفاری و اجرای ایستگاه Z6 به روش شمع و ریب می‌باشد. نتایج بدست آمده از مدلسازی سه بعدی مراحل مختلف حفاری و اجرای ایستگاه Z6 به روش STM، کاهش قابل توجه میزان نشست سطح زمین نسبت به روش شمع و ریب را نشان می‌دهد. به‌طوریکه حداکثر نشست بدست آمده در حدود 09/6 میلیمتر و مربوط به محدوده جلو سینه‌کار حفاری است. این میزان تغییرشکل در محدوده پشت سینه‌کار تا فاصله حدود یک برابر عرض ایستگاه در حدود 52/3 میلیمتر ثبت شده است. در واقع با اجرای مراحل مختلف روش STM برای ایستگاه مورد نظر، نشست زمین با نرخ کمتری نسبت به روش شمع و ریب رخ داده است که نتیجه آن کاهش نشست حداکثری در سطح زمین می‌باشد. همچنین تحلیل پارامتری سازه نگهداری ایستگاه بر مبنای روش STM نشان داد که با استفاده از این روش علاوه بر کنترل نشست، می‌توان برخی از مهمترین پارامترهای هندسی از جمله قطر و فاصله طولی شمع و ستون‌ها، ابعاد هندسی قوس فوقانی و دال میانی را از دیدگاه فنی و اقتصادی بهینه نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Feasibility Study of New Shallow Tunneling Method for Subway Station Construction in Tehran Alluvial Condition

نویسندگان [English]

  • S. Amiri 1
  • A. N. Dehghan 2
1 Ph.D Student in Mining Engineering; Faculty of Engineering; Science and Research Branch; Islamic Azad University; Tehran; Iran
2 Department of Mining Engineering, Faculty of Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In the present study, the feasibility of implementing the shallow tunneling method (STM) for the Abshenasan (Z6) subway station construction in geological conditions of Tehran's alluvium was conducted numerically based on the evaluation of deformation and subsidence of the ground surface. The numerical modeling process was performed in three-dimensional method using Plaxis finite element software. The results obtained from numerical modeling using the STM method show a significant reduction in the deformation and surface subsidence compared to the traditional pile and rib method. So that the maximum subsidence estimated at ground level is about 6.09 mm and is related to the front of the face excavation. This amount of deformation and displacement behind the face excavation was recorded at a distance of approximately one times the width of the station at about 3.52 mm. In fact, with the implementation of the STM method for the Z6 station, the deformation and displacement of the ground occurred at a lower rate than the pile and rib method, resulting in a reduction of maximum subsidence in the ground surface.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shallow tunneling method
  • Ground subsidence
  • Numerical Modeling
  • Subway Station
  • Tehran alluvium
Alebouyeh, A., Dehghan, A. N., & Goshtasbi, K. (2019). Identifying the geological hazards during mechanized tunneling in urban areas – the case of Tehran alluvium conditions. In Tunnels and Underground Cities. Engineering and Innovation Meet Archaeology, Architecture and Art (pp. 5264-5274). CRC Press.
Baudendistel, M. (1979). Zum Entwurf von Tunneln mit großem Ausbruchquerschnitt. In Berechnung, Erkundung und Entwurf von Tunneln und Felsbauwerken/Computation, Exploration and Design of Tunnels and Rock Structures (pp. 75-100). Springer, Vienna.
Bagheri, E.,  Dehghan, A. N., & Ahangari, K. (2020). The Effect of Operational Parameters Affecting Ground Surface in Excavation with Earth Pressure Balance Shield Machine - EPBM (the Case of Southern Extension Tunnel of Line 6 of Tehran Subway) Tunneling & Underground Space Engineering (TUSE), 9(1), 83-100.
Bickel, O & Kusel, T. R., (2003). “Tunnel Engineering”, Hand Book Van Nostrand Reinhold Co.
Dehghan, A. N., Shafiee, S. M., & Rezaei, F. (2012). 3-D stability analysis and design of the primary support of Karaj metro tunnel: Based on convergence data and back analysis algorithm. Engineering geology, 141, 141-149.
Dehghan, A. N. (2020). Influence of Forepoling Umbrella on the Settlements Induced by Shallow Urban Tunneling. Geotechnical and Geological Engineering, 38, 5005–5022.
Fang, Q., Zhang, D., & Wong, L. N. Y. (2012). Shallow tunnelling method (STM) for subway station construction in soft ground. Tunnelling and Underground Space Technology, 29, 10-30.
Guan, Y. P., Zhao, W., Li, S. G., & Zhang, G. B. (2014). Key techniques and risk management for the application of the Pile-Beam-Arch (PBA) excavation method: A case study of the Zhongjie subway station. The Scientific World Journal, 2014.
Gong, W., Luo, Z., Juang, C. H., Huang, H., Zhang, J., & Wang, L. (2014). Optimization of site exploration program for improved prediction of tunneling-induced ground settlement in clays. Computers and Geotechnics, 56, 69-79.
Hasanipanah, M., Noorian-Bidgoli, M., Armaghani, D. J., & Khamesi, H. (2016). Feasibility of PSO-ANN model for predicting surface settlement caused by tunneling. Engineering with Computers, 32(4), 705-715.
Heidari, S. R., Zare, S., Mirzaei, N. H., & Foroughi, M. (2013). Numerical Study of Face Pressure Effect on Surface Settlement in Soft Ground Mechanized Tunneling-A Case Study: Tehran Metro Line 7.
Kivi, A. V., Sadaghiani, M. H., & Ahmadi, M. M. (2012). Numerical modeling of ground settlement control of large span underground metro station in Tehran Metro using Central Beam Column (CBC) structure. Tunnelling and Underground Space Technology, 28, 1-9.
Loganathan, N., & Poulos, H. G. (1998). Analytical prediction for tunneling-induced ground movements in clays. Journal of Geotechnical and geoenvironmental engineering, 124(9), 846-856.
Liu, X., Liu, Y., Yang, Z., & He, C. (2017), Numerical analysis on the mechanical performance of supporting structures and ground settlement characteristics in construction process of subway station built by Pile-Beam-Arch method. KSCE Journal of Civil Engineering, 21(5), 1690-1705.
Sadeghi, M., Pourhashemi, S. M., Dehghan, A. N., & Ahangari, K. (2016). The Effect of Excavation Progress on the Behavior of Hakim Highway Tunnel Using Geotechnical Instrumentation. In ITAAITES World Tunnel Congress (pp. 22-28).
Panet, M. 1995. Le Calcul des Tunnels par la Méthode Convergence-Confinement. Paris: Presses de l'École Nationale des Ponts et Chaussées. (in French)
Tehran Urban and Suburban Railways Organization (TUSRC) (2017). Report of Engineering Geology and Geotechnical; Abshenasan Station-Line 6 (In Persian).
Tehran Urban and Suburban Railways Organization (TUSRC) (2018). Report of Design and Construction Method for the Abshenasan Station (Z6)-Line 6 (In Persian).
Wu, D., Deng, T., Zhao, R., & Wang, Y. (2018). THM modeling of ground subsidence induced by excavation of subway tunnel. Computers and Geotechnics, 94, 1-11.
Zhou, M., Wang, F., & Du, Y. J. (2018, May). Numerical Modeling on Localized Ground Subsidence Induced by the Tunneling in Sand. In GeoShanghai International Conference (pp. 84-92). Springer, Singapore.
Zhang, C., Zhang, D., & Wang, M. (2007). Analysis of Ground Subsidence Induced by Shallow-Buried Tunnel Construction and its Control Techniques. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 26, 3601-3608.