طراحی سیستم نگهداری تونل مبتنی بر ابزاربندی با استفاده از روش تحلیل برگشتی مستقیم (مطالعه موردی تونل آزاد راه پونه)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار؛ دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 استاد؛ دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان،

3 دانش‌آموخته کارشناس ارشد؛ مهندسی مکانیک سنگ، شرکت مهندسین مشاور کوشا معدن

چکیده

تحلیل پایداری تونل‌ها و تعیین مشخصات رفتاری توده‌سنگ با استفاده از روش‌های عددی با محدودیت‌هایی از نظر اعتبارسنجی داده‌های ورودی و خروجی همراه است. یکی از روش‌های کاربردی برای حل این مسائل استفاده از سیستم پایش و ابزاربندی در تونل است که با هدف کنترل جابجایی‌ها و ارزیابی پایداری سازه‌های زیرزمینی و مشخصات توده‌سنگ انجام می‌گیرد. یکی از روش‌های تعیین پارامترهای برجا استفاده از ابزار دقیق و انجام تحلیل برگشتی روی داده‌های حاصل از آن می‌باشد. در این پژوهش، روش مستقیم تحلیل برگشتی براساس الگوریتم جستجوی تک متغیره برای تعیین پارامترهای ژئومکانیکی توده‌سنگ در تونل پونه استفاده شده است. تحلیل برگشتی مستقیم براساس‌کاهش مقدار اختلاف بین مقدار جابجایی اندازه‌گیری شده با جابجایی محاسبه ‌شده از تحلیل عددی معمول با فرض پارامترهای مجهول استوار است. این عمل توسط تابعی موسوم به تابع خطا انجام می‌گیرد. تحلیل‌های عددی با استفاده از نرم افزار Phase2 انجام شده است. براساس این پژوهش چهار ایستگاه همگرایی‌سنج در چهار محدوده مختلف در طول مسیر تونل انتخاب شد سپس با استفاده از آنالیز حساسیت پارامترهای موثر ژئومکانیکی بر رفتار تونل شامل E ،K ،C وϕ جهت انجام تحلیل برگشتی بر اساس جابجایی‌های حاصل از ابزاربندی تعیین شد. جابجایی-های حاصل از مدل عددی با جابجایی‌های ابزاربندی در نواحی فوقانی و تحتانی تونل با استفاده از تابع خطا تعیین و پارامترهای ژئومکانیکی حاصل از انجام تحلیل برگشتی با حداقل میزان خطا بدست آمده است. با استفاده از مدلسازی عددی و براساس پارامترهای ژئومکانیکی حین اجرای تونل سیستم نگهداری مقاوم برای تونل طراحی شد. در سیستم نگهداری طراحی شده میزان قطر مش و لتیس و ضخامت شاتکریت کاهش و مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته شاتکریت افزایش یافته است. برای هر محدوده منحنی واکنش زمین(GRC) براساس پارامترهای ژئومکانیکی و عمق روباره تونل رسم شده تا زمان مناسب جهت نصب سیستم نگهداری تعیین شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design of Tunnel Support System Based on Instrumented Data Using Direct Back Analysis Method (Case Study: Pooneh Tunnel, Khorramabad - Arak Freeway)

نویسندگان [English]

  • S. Karimi-Nasab 1
  • H. Jalalifar 2
  • M. Rezanejad 3
1 Shahid Bahonar University of Kerman
2 Shahid Bahonar University of Kerman
3 Mining Engineering Department- Faculty of Engineering- Shahid Bahonar University of Kerman
چکیده [English]

Stability analysis of tunnels and determination of behavioral characteristics of rock mass using numerical methods such as finite element, boundary element and discrete element are associated with limitations in terms of validation of input and output data. One of the practical methods to solve these problems is the use of monitoring and instrumentation system in tunnels, which is done with the aim of controlling displacements and assessing the stability of underground structures and rock mass characteristics. In mountainous tunnels, the main purpose is to measure the deformation during tunnel construction and to ensure that ground pressures are controlled on the temporary support system. One of the methods to determine the parameters in situ is to use the instrument and perform back analysis on the resulting data. In this research, the direct method of back analysis based on univariate search algorithm has been used to determine the geomechanical parameters of rock mass in Pooneh tunnel. Numerical analysis were performed using Phase2 software. Based on this research, four zones along the tunnel route were selected along with four convergence-measuring stations then by changing the parameters E, K, C and ϕ and performing back analysis the best relationship between tool displacement and modeling results was obtained and a suitable support system is provided accordingly. A ground reaction curve (GRC) is plotted for each zone to determine the appropriate time to install the support system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Instrumentation
  • Back analysis
  • Pooneh Tunnel
  • Phase2 Software
  • GRC
Chunjin, L. Lun, Zh. Shucai, Li. Zhenhao, Xu. Liping, Li. Jing, Wu. Yanhuan, Zh. (2015). Tunnel Monitoring and Measurement Case Study in Qiyueshan Tunnel. Mechanical and Manufacturing Engineering, 3rd International Conference on Material
Dadashzadeh Sayar, A. Khalilpasha, M. (2012). Using Extensometer as a Monitoring System, Case Study: Taloun Pilot Tunnel in Tehran- North of Iran Freeway.  Journal of Basic and Applied Scientific Research, pp. 1696-1700
Dehghan, A. (2013). Selecting the Appropriate Design of the Primary Support System of Karaj Metro Tunnel Based on the Results of Instrumentation and Back Analysis Algorithm. Journal of Tunneling and Underground Space Engineering
Hoek, E. (2006). Practical Rock Engineering. Consulting Engineer Inc, 102-3200 Capilano Crescent North Vancouver, British Columbia Canada V7R 4H7
Kazemi, V. (2006). Evaluation of the Stability of Lavark Power House Cavern by Back Analysis. Master of Science Thesis, Department of Mining Engineering, Bahonar University of Kerman
Monitoring and Control in Tunnel Construction. (2011). International Tunnelling and Underground Space Association, ITA Report
Pooneh Tunnel Design and Stability Analysis Report. (2014)
 
Qiao, L. Li, Sh. Wang, Zh. Tian, Hao. Bi, Liping. (2016). Geotechnical Monitoring on the Stability of a Pilot Underground Crude- Oil Storage Facility During the Construction Phase in China. Measurement, pp. 421-431
Rahimi, B. Shahriar, K. Sharifzadeh, M. (2014). Evaluation of Rock Mass Engineering Geological Properties Using Statistical Analysis and Selecting Proper Tunnel Design Approach in Qazvin- Rasht Railway Tunnel. Tunnelling and Underground Space Technology, pp. 206-222
RocSupport Tutorial Manual. (2009). Rock Support Interaction and Deformation Analysis for Tunnels in Weak Rock. Rocscience Inc.
Sakurai, S. (1993). Back Analysis in Rock Engineering, In Hudson(ED). Comprehensive Rock Engineering, Vo 14, Chap 19, pp.453-569
Sakurai, S. (1981). Interpretation of Displacement Measurements. Proceeding of the International Symposium on Weak Rock, Tokyo, pp. 751-756
Vlachopoulos, N. Diederichs, M. S. (2009) Improved Longitudinal Displacement Profiles for Convergence Confinement Analysis of Deep Tunnels. Rock Mechanics and Rock Engineering, pp.131-146 
Wulf, Sch. (2014). Geotechnical Monitoring in Conventional Tunnelling. Austrian Society for Geomechanics
Yazdani, M. Sharifzadeh, M. Kamrani, K. Ghorbani, M. (2012). Displacement Based Numerical Back Analysis for Estimation of Rock Mass Parameters in Siah Bisheh Powerhouse Cavern Using Continuum and Discontinuum Approach. Tunn. Undergr. Space Technol, pp. 41-48
Zhang, P. Yin, J,J. Nordlund, E. Li, N. (2008). Determination and Verification of the Longitudinal Deformation Profile in a Horse-shoe Shaped Tunnel Using Two-Stage Excavation. 5th International Conference and Exhibition on Mass Mining, Lulea Sweden.