انتخاب مناسب‌ترین مجموعه‌ی بهسازی خاک در حفاری مکانیزه‌ی تونل خط 7 متروی تهران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار؛ گروه معدن؛ دانشکده‌ی مهندسی؛ دانشگاه کاشان

2 دانشجوی دکترای تخصصی؛ گرایش استخراج؛ دانشکده‌ی مهندسی؛ دانشگاه کاشان

3 کارشناس فنی تونل خط 7 متروی تهران، قطعه‌ی شرقی-غربی؛ گروه تخصصی سپاسد

4 دانشجوی دکترای تخصصی زمین‌شناسی مهندسی؛ دانشکده‌ی علوم؛ دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

امروزه از تونلسازی سپری در مقیاس گسترده برای حفر تونل‌های شهری در خاک‌های نرم و کم‌عمق استفاده می‌شود. تونل‌زنی با EPB نیازمند بهسازی خاک است و قابلیت اجرای آن برای خاک‌های فاقد چسبندگی نیز  افزایش یافته است. انتخاب مناسب‌ترین مجموعه‌ی بهسازی نیاز به بررسی‌های دقیقی دارد تا بتوان مشخصات خاک‌ بهسازی شده را تعیین و داده‌های قابل اندازه‌گیری را مشخص نمود. انتخاب استراتژی مناسب برای بهسازی خاک در حین حفاری، شناسایی مخاطرات زمین را پر اهمیت جلوه می‌دهد تا با اطمینان بیش‌تر، تصمیمات مورد نیاز برای انتخاب نوع رفتار فیزیکی فوم و دیگر افزودنی‌ها گرفته شود. دراین پژوهش، انتخاب پارامترهای بهسازی با توجه به بررسی‌های تئوری، آزمایشگاهی و میدانی صورت گرفته است. به‌‌ منظور بهسازی خاک از سه نوع فوم متفاوت (A، B، C) استفاده شده که در آن فوم B (برای اهداف معمولی با پایداری متوسط) بیش‌ترین طول مسیر تونل خط 7 متروی تهران را پوشش داده است. بررسی‌ها نشان می‌دهد هر واحد خاکی با توجه به خصوصیات زمین‌شناسی و ژئوتکنیکی، نیاز به افزودنی‌های خاصی دارد و پارامترهای بهسازی برای هریک از آن‌ها متفاوت است. همچنین نتایج حاصل از مطالعات تئوری با نتایج مشاهدات میدانی بسیار به ‌هم نزدیک بوده، ولی با نتایج حاصل از مطالعات آزمایشگاهی متفاوت است. بهسازی مناسب خاک مسیر تونل موجب کاهش گشتاور، سایش، چسبندگی و نفوذپذیری شده و بهبود کنترل خاک را به‌ همراه دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Selection of the Most Appropriate Soil Conditioning Set in Mechanized Boring of Tehran Subway Line 7 Tunnel

نویسندگان [English]

  • Hassan Bakhshandeh Amnieh 1
  • Mohammad Saber Zamzam 2
  • Seyed Ehsan Moosavi 3
  • Sadegh Tarigh Azali 4
1 Associate Professor; Department of Mining Engineering; Faculty of Engineering; University of Kashan
2 Ph.D. Candidate in Mining Engineering; Faculty of Engineering; University of Kashan
3 Technical Expert of Tehran Subway Line 7 Tunnel, East-West Section; Sepasad Group
4 Ph.D. Candidate in Engineering Geology; Faculty of Sciences; Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]

In recent years, tunneling with the Earth Pressure Balance (EPB) shield has been used in urban areas in different soils types. The most common technology in the mechanized tunneling is using the EPB machine. Soil conditioning operation can be carried out through the screw conveyor. Knowing different soil conditioning agents and their affects in different soils types is quite important in selection of the most appropriate foam-polymer to be used.
 
Introduction
Selection of the most appropriate soil conditioning set needs different precise studies so that the properties of the conditioned soil can be determined and the measurable data can be specified. Selection an appropriate strategy (for soil conditioning during boring) highlights the importance of the ground risks involved so that conclusive decisions can be made regarding the type of the physical behavior of the foam and other additives.
 
Methodology and Approaches
The soil layers in this project have been divided into 6 units (ET-1 to ET-6). In this study, it has been revealed that every unit needs specific additives depending on its geological and geotechnical specifications, and also, the soil conditioning parameters for every unit would be different. The optimum amounts of conditioning agents and types of additives to be used in the tunnel route (considering the geological risks that need conditioning, and the presence and expansion of different soil units) have been studied in 3 separate stages based on the guiding tables, standards, and laboratory and field tests.
 
Results and Conclusions
The materials, used for soil conditioning, have been made of 3 different foam types A, B and C in which foam types A & B are used for ordinary soils with medium stability and foam type C is used for adhesion and impermeable soils with high stability. These foam types have been used for soil conditioning in the tunnel route. The Foam Injection Ratio (FIR) change amplitude in the project has been estimated to be 20% to 80%; maximum consumption of the foams has been in the interval of 20% to 40% of the tunnel route, and Foam Expansion Ratio (FER) has been equal to 4 to 7.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Earth Pressure Balance (EPB) shield
  • Soil conditioning
  • Foam Injection Ratio (FIR)
  • Foam Expansion Ratio (FER)
  • Foaming agent concentration (Cf)
  • Polymer Injection Ratio (PIR)
[1]      Quebaud, S., Sibai, M., & Henry, J. P. (1998). Use of Chemical Foam for Improvements in Drilling by Earth Pressure Balanced Shields in Granular Soils. Tunnelling Underground Space Technology, 13(2), 173-180. http://dx.doi.org/10.1016/S0886-7798(98)00045-5.
[2]      Peila, D., Oggeri, C., Vinai, R. (2007). Screw Conveyor Device for Laboratory Tests on Conditioned Soil for EPB Tunneling Operations. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 133(12), 1622-1625. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2007)133:12(1622).
[3]      Herrenknecht, M., & Rehm, U. (2002). Newest Development in Mechanized Tunnelling. Journées d'études Internationales (pp.201–206). Toulouse: AFTES.
[4]      Maidl, B., Herrenknecht, M., & Anheuser, L. (1996). Mechanized Shield Tunnelling (pp. 345-360). Wiley. ISBN: 9783433012925.
[5]      Jancsecz, S., Krause, R., & Langmaack, L. (1999). Advantage of Soil Conditioning in Shield Tunnelling- Experiences of LRTS Izmir. In T. Alten (Ed.), Challenges for the 21st Century: Proceedings of the World Tunnel Congress '99. Rotterdam: A. A. Balkema. http://www.langmaacks.eu/assets/oslo_mbt-version.pdf.
[6]      گروه تخصصی سپاسد. (1387). مطالعات پایه‌ی تونل (فاز پیشرفته): روش اجرا، انتخاب دستگاه و مشخصات فنی دستگاه TBM خط 7 متروی تهران.
[7]     مهندسین مشاور ساحل. (1387). گزارش زمین‌شناسی مهندسی بخش شرقی- غربی تونل خط 7 مترو تهران.
[8]      Boone, S. J., Artigiani, E., Shirlaw, J. N., Ginanneschi, R., Leinala, T., & Kochmanova, N. (2005). Use of Ground Conditioning Agents for Earth Pressure Balance Machine Tunnelling. Journées techniques (pp. 313-320). Chambéry: AFTES. http://structurae.net/refs/items/index.cfm?id=r0057158.
[9]      Langmaack, L. (2002). Soil Conditioning for TBM: Chances & limits. Journées d'études Internationales Toulouse: AFTES. http://www.langmaacks.eu/assets/aftes-paper.pdf.
[10]   Thewes, M. (2007). TBM Tunneling Challenges- Redefining The State of The Art. Underground Space: The 4th Dimension of Metropolises: Proceedings of the 33rd ITA-AITES World Tunnel Congress. London: Taylor & Francis. ISBN: 9780415408073. http://www.ita-aites.cz/files/tunel/2007/wtc2007/mc-3.pdf.
[11]   EFNARC. (2005). Specification and Guidelines for The Use of Specialist Products for Mechanized Tunnelling (TBM) in Soft Ground and Hard Rock. http://www.efnarc.org/pdf/TBMGuidelinesApril05.pdf.
[12]   Pelia, D., Oggeri, C., & Bori, L. (2009). Using The Slump Test to Assess The Behavior of Conditioned Soil for EPB Tunneling. Environmental & Engineering Geoscience 15(3). 167-174. http://dx.doi.org/10.2113/gseegeosci.15.3.167.
[13]   Vinai, R., Peila, D., Oggeri, C., & Pelizza, S. (2007). Laboratory Test for EPB Tunnelling Soil Conditioning. Underground Space: The 4th Dimension of Metropolises: Proceedings of the 33rd ITA-AITES World Tunnel Congress (pp. 273–278). London: Taylor & Francis. ISBN: 9780415408073. http://www.ctta.org/FileUpload/ita/2007/Pdf/CH-045.pdf.
[14]   Vinai, R., Oggeri, C., & Peila, D. (2008). Soil Conditioning of Sand for EPB Applications: A Laboratory Research. Tunnelling and Underground Space Technology, 23(3), 308-317. http://dx.doi.org/10.1016/j.tust.2007.04.010.
[15]   Zhao, J., Gong, Q. M., & Eisensten, Z. (2007). Tunnelling through a Frequently Changing and Mixed Ground: A Case History in Singapore. Tunnelling and Underground Space Technology, 22(4), 388-400. http://dx.doi.org/10.1016/j.tust.2006.10.002.