ارزیابی کیفیت نصب پوشش بتنی در حفاری مکانیزه مطالعه‌ی موردی: قطعه‌ی دوم تونل انتقال آب کرج-تهران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد زمین‌شناسی مهندسی؛ موسسه‌ی مهندسین مشاور ساحل

2 Post Doc fellow; Dept. of Energy and Mineral Eng.; Penn State University

3 کارشناس ارشد مکانیک سنگ؛ موسسه‌ی مهندسین مشاور ساحل

چکیده

در تونل‌هایی که با D.S.TBM ساخته می‌شوند، حفاری و سگمنت‌گذاری به صورت همزمان انجام می‌شود. از مهم‌ترین فواید این نوع پوشش می‌توان به کنترل کیفیت بتن در کارخانه‌ی تولید سگمنت و نصب سریع و دقیق رینگ توسط TBM اشاره نمود؛ اما باید در نظر داشت که خرابی‌های زمان ساخت و همچنین لب‌پریدگی (Stepping) و پله‌شدگی (Spalling) که از نقایص زمان نصب هستند، سبب کاهش کیفیت نصب پوشش نهایی تونل می‌شود. بررسی علل و شناخت مکانیزم وقوع این نواقص در بالا بردن کیفیت پوشش بتنی پیش‌ساخته‌ی تونل‌ها از اهمیت زیادی برخوردار است. قطعه‌ی دوم تونل انتقال آب کرج-تهران با طول تقریبی 14 کیلومتر با استفاده از D.S.TBM احداث و نصب قطعات بتنی پیش‌ساخته (سگمنت) همزمان با حفاری انجام شده است. در این تونل 1+5 سگمنت با ابعاد متفاوت و از نوع یونیورسال یک رینگ را تشکیل می‌دهند. در این مقاله نقایص زمان نصب سگمنت با توجه به انحرافات حفاری، نیروی وارده از طرف جک‌ها به سگمنت‌ها و دقت نصب مورد بررسی قرار گرفته است. ارزیابی کیفی میزان پله‌شدگی و لب‌پریدگی سگمنت‌ها در 10242 رینگ نشان می‌دهد بیش‌ترین تعداد لب‌پریدگی در سگمنت‌های مجاور کلید و کمترین مقدار آن در سگمنت کلید رخ داده است. همچنین پله‌شدگی در سگمنت‌های مجاور کلید بیشتر از سایر سگمنت‌ها دیده شده است. ارزیابی شرایط سگمنت‌گذاری و میزان انحراف مسیر ماشین حفاری نشان می‌دهد در محدوده‌ی قوس، کیفیت سگمنت‌گذاری به شدت کاهش یافته و تعداد پله‌شدگی و مساحت لب‌پریدگی‌ها افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Quality Assessment of Segmental Lining Installation in Mechanized Excavation (D.S.TBM) Case Study: Tehran-Karaj Water Conveyance Tunnel (lot II)

نویسندگان [English]

  • Majid Tajik 1
  • Omid Frough 2
  • Hamid Reza Tavakoli 3
1 M.Sc. in Engineering Geology; Sahel Consultant Engineers institute
2 Post Doc fellow; Dept. of Energy and Mineral Eng.; Penn State University
3 M.Sc. in Rock Mechanics Engineering; Sahel Consultant Engineers institute
چکیده [English]

Excavation and segment installation is simultaneous in D.S.TBM tunneling. Segmental quality control in production phase (in factory) and accuracy and rapidity of segment installation in implementation phase are considered amongst main advantages of segmental lining application in mechanized tunneling. But inherent defects of segments and stepping and spalling after installation decrease concrete lining quality. Recognition of cause and mechanism of segment defects is an important factor in quality improvement of precast concrete lining. In this paper, lining installation quality and causes of concrete damages have been studied using Tehran-Karaj water conveyance tunnel (lot II) site data.
 
Introduction
During segment installation some damages such as stepping and spalling might occur. There are different influencing factors, which can be categorized as manufacturing and installation related damages. In order to study the type and the cause of segment damages which were installed in different location of a ring, about ten thousand rings were analyzed in Tehran-Karaj water conveyance tunnel (lot II) with 14 km length, excavated by D.S.TBM.
 
Methodology and Approaches
Lining installation quality of this tunnel was studied using statistical approach. The effective parameters on segment damages classified in ground situation, tunnel alignment, machine parameters, concert characterizations, thrust of the jacks, tail shield situation, quality of installation and other parameters. In this tunnel, each concrete ring consists of 5+1 key universal segment that was assessed based on survey deviance, eccentric thrust jacks and accuracy of segment installation on amount and size of defects.
 
Results and Conclusions
This approach shows that minimum and maximum spalling occurs in key segment and its contiguous segments, respectively. In addition, stepping in key contiguous segments are more than other type of segments. Comparing segment installation condition and survey deviance in curve alignments shows a great reduction in installation quality and increase in number of stepping and spalling area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Concrete lining
  • Segment
  • Spalling
  • Stepping
  • Karaj tunnel
[1]     Maidl, B., Schmid, L., Ritz, W.,  & Herrenknecht, M. (2008). Hardrock Tunnel Boring Machines. Berlin: Ernst & Sohn. ISBN: 9783433016763. http://dx.doi.org/10.1002/9783433600122.
[2]     Frough, O., Torabi, S. R., Tajik, M. (2012). Evaluation of TBM Utilization Using Rock Mass Rating System: A Case Study of Karaj-Tehran Water Conveyance Tunnel (Lots 1 and 2). Journal of Mining and Environment, 3(2),  89-98. http://jme.shahroodut.ac.ir/article_86_11.html.
[3]     Wittaker, B. N., & Frith, R. C. (1990). Tunnelling: Design, Stability and Construction. London: Institution of Mining and Metallurgy. ISBN: 1870706196.
[4]     فرخ، ا. (1386). قطعات بتنی پیش‌ساخته. تهران: جهاد دانشگاهی (دانشگاه صنعتی امیرکبیر). شابک: 7-83-8737-964-978.
[5]     Kolic, D., & Mayerhofer, A. (2009). Segmental Lining Tolerances and Imperfections. ITA-AITES World Tunnel Congress: Safe Tunnelling for the City and Environment. http://www.ctta.org/FileUpload/ita/2009/papers/O-09/O-09-03.pdf.
[6]     Herrenknecht, M., & bappler, K. (2003). Segmental Concrete Lining Design and Installation. Soft Ground and Hard Rock Mechanical Tunneling Technology Seminar. Colorado School of Mines. http://emi.mines.edu/UserFiles/File/earthMechanics/seminar/06_segmental_concrete_lining_design_and_installation.pdf.
[7]     Sugimoto, M. (2006). Causes of Shield Segment Damages during Construction. International Symposium on Underground Excavation and Tunnelling: Effect of Groundwater on Tunnel Stability (pp. 67–74). Thailand.
[8]     Blom, C. B. M., van der Horst, E. J., & Jovanovic, P. S. (1999). Three-Dimensional Structural Analyses of the Shield Driven “Green Heart” Tunnel of the High-Speed Line South. Tunnelling and Underground Space Technology, 14(2), 217-224. http://dx.doi.org/10.1016/S0886-7798(99)00035-8.
[9]     Mahajan. R. (2010). 3 Dimensional Structural Modelling of Segmental Tunnel Lining Using Finite Element Software. Australasian Tunneling Society. http://www.ats.org.au/papers/Ritesh%20Mahajan_paper2010.pdf.
[10]  موسسه‌ی مهندسین مشاور ساحل. (1388). گزارش طراحی مسیر قطعه‌ی دوم تونل انتقال آب کرج-تهران (قطعه‌ی K''-BR).
[11]  AFTES: French Association of Tunnelling and Underground Space. (2005). The Design, Sizing and Construction of Precast Concrete Segments Installed at The Rear of a Tunnel Boring Machine (TBM). Recommendations on TBM, Shields, and Segments. Reference: GT18R1A1.
[12]  DAUB: German Committee for Underground Construction. (2000). Concrete Linings for Tunnel Built by Underground Construction. http://www.daub-ita.de/fileadmin/media/daub/gtcrec08e.pdf.
[13]  موسسه‌ی مهندسین مشاور ساحل. (1388). گزارش طرح هندسی قطعات بتنی پیش‌ساخته در قطعه‌ی دوم تونل انتقال آب کرج-تهران.
[14]  Guglielmetti, V., Grasso, P., Mahtab, A., & Xu, S. (2007). Mechanized Tunnellingin Urban Areas. CRC Press. ISBN: 9780415420105.
[15]  Gruebl. F. (2006). Segmental Rings-Critical Loads and Damage Prevention. International Symposium on Underground Excavation and Tunnelling: Effect of Groundwater on Tunnel Stability (pp. 9-19). Thailand.
[16]  Kasper, T., & Meschke, G. (2004). A 3D Finite Element Simulation Model for TBM Tunnelling in Soft Ground. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 28(14), 1441-1460. http://dx.doi.org/10.1002/nag.395.
[17]   VMT GmbH. (2004). Operators Manual SLS-T APD Guidance System in Segmental Lining.
[18]  Chen. J. S., & Mo. H. H. (2006). Study on Effect of Segments Erection Tolerance and Wedge-Shaped Segment on Segment Ring in Shield. Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 7(11), 1864-1869. http://dx.doi.org/10.1631/jzus.2006.A1864.