بررسی عددی تاثیر اندرکنش تونل- سازه‌ی سطحی بر نشست سطح زمین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته‌ی کارشناسی‌ارشد مکانیک سنگ؛ دانشکده‌ی مهندسی معدن و متالورژی؛ دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانش‌آموخته‌ی کارشناسی‌ارشد استخراج معدن؛ دانشکده‌ی مهندسی معدن و متالورژی؛ دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

در احداث زیرساختارهای زیرزمینی شهری، عبور تونل‌ها از زیر سازه‌های سطحی امری اجتناب ناپذیر است؛ بنابراین پیش‌بینی و کنترل تغییر مکان‌های حاصل از حفاری، به ویژه نشست سطحی زمین، همواره باید پیش از حفاری مورد توجه قرار گیرد و در حین حفاری نیز بررسی شود. در این پژوهش یکی از ساختمان‌های مستعد تغییر مکان‌های بحرانی در مسیر عبور تونل خط 2 متروی مشهد به عنوان مطالعه‌ی موردی انتخاب و با روش عددی مدلسازی و تحلیل شده است. همچنین اثر تغییرات پارامترهای هندسی ساختمان بر نشست سطحی مطالعه شده است. پژوهش انجام گرفته، نشان داده است اثر تغییر عمق بیش‌تر از تغییرات فاصله‌ی جانبی بین تونل و سازه‌های سطحی بر نشست موثر است. همچنین ضمن بررسی نمودارهای تغییرات فاصله‌ی جانبی بین تونل و ساختمان مهم‌ترین نکته این است که افزایش فاصله‌ی جانبی، ابتدا افزایش نشست سطح زمین و سپس تاج تونل را به دنبال داشته و مکانیسم تغییر شکل تونل و تغییرات تنش قائم، با فاصله گرفتن از ساختمان، بر روند تغییرات موثر است. همچنین اثر لحاظ کردن این عوامل بر تغییر شکل‌ نقاط متفاوت ساختمان و مقایسه‌ی آن با نتایج تحلیل‌های زمین بکر نیز ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Analysis of the Effect of Tunnel- Building Interaction on Surface Settlement

نویسندگان [English]

  • Saba Gharehdash 1
  • Milad Barzegar 2
1 M.Sc. in Rock Mechanics; Dept. of Mining and Metallurgical Eng.; Amirkabir University of Technology
2 M.Sc. in Mining Exploitation Engineering; Dept. of Mining and Metallurgical Eng.; Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

In this research, the influence of tunnel construction of the 2nd line of Mashhad metro in the vicinity of Sadaf hotel has been chosen as a case study. It was aimed to investigate the ground displacements and surface settlement which has been induced by tunneling with Earth Pressure Balance-Shield Tunnel Boring Machine (EPB-TBM). FLAC-3D, as a finite difference software, has been used for numerical modelling.
 
Introduction
Construction of underground tunnels plays an important role in development of modern cities. One of the most important problems caused by the construction of tunnels is that underground excavations can cause large settlement of surface ground. Transportation developments in cities often involve tunneling, which inevitably leads to ground movements and Tunnel construction in urban areas may inevitably require crossing close to adjacent surface structures.
 
Methodology and Approaches
In this paper, influence of effective parameters are assessed. These factors are geometrical parameters such as tunnel overburden, depth of foundation of building and lateral distance between tunnel and building. Numerical method in this study was performed with FLAC-3D code. Moreover, 4 scenarios are analyzed: green field analysis with close form solution, green field analysis with numerical method, tunnel foundation interaction and tunnel interaction with weight of structure.
 
Results and Conclusions
In conclusion, the line graph in various analyses illustrates that the green field analysis even numerical or not are evaluated underestimated results especially on settlement with respect of real condition. Then it is better to consider at least weight of structure for initial settlement analysis. The results indicate that, variation of tunnel overburden is more effective than building depth and lateral distance on surface settlements.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Surface settlement
  • EPB-TBM
  • Parametric analysis
  • Building geometry
  • Mashhad metro
  • Finite Difference Method
[1]      Bernat, S,. & Combou, B. (1998). Soil-Structure Interaction in Shield Tunnelling in Soft Soil. Computers and Geotechnics, 22(3-4), 221-242. http://dx.doi.org/10.1016/S0266-352X(98)00007-X.

[2]     Mair, R. J., Taylor, R. N., & Burland, J. B. (1996). Prediction of Ground Movements and Assessment of Risk of Building Damage due to Bored Tunnelling. International Conference of Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground (pp. 713-718). London: CRC Press. ISBN: 9054108568.

[3]      Mroueh, H., & Shahrour, I. (2002). Three-Dimensional Finite Element Analysis of the Interaction Between Tunneling and Pile Foundations. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 26(3), 217-230. http://dx.doi.org/10.1002/nag.194.

[4]     Potts, D. M., & Zdravkovic, L. (2001). Finite Element Analysis in Geotechnical Engineering: Application. London: Thomas Telford. ISBN: 9780727727831.

[5]      Potts, D. M., & Addenbrooke, T. I. (1997). A Structure's Influence on Tunnelling-Induced Ground Movements. Proceedings of the ICE - Geotechnical Engineering, 125(2), 109-125. http://dx.doi.org/10.1680/igeng.1997.29233.  

[6]      Burd, H. J., Houlsby, G. T., Augarde, C. E., & Liu, G. (2000). Modelling Tunnelling-Induced Settlement of Masonry Buildings. Proceedings of the ICE - Geotechnical Engineering, 143(1), 17-29. http://dx.doi.org/10.1680/geng.2000.143.1.17.

[7]      Boscardin, M. D., & Cording, E. J. (1989). Building Response to Excavation‐Induced Settlement. Journal of Geotechnical Engineering, 115(1), 1-21. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9410(1989)115:1(1).

[8]     Attewell, P. B., Yeates, J., & Selby, A. R. (1986). Soil Movements Induced by Tunnelling and Their Effects on Pipelines and Structures. London: Blackie. ISBN: 9780412009112.

[9]      Klar, A., & Elkayam, I. (2010). Direct and Relaxation Methods for Soil-Structure Interaction due to Tunneling. Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 11(1), 9-17. http://dx.doi.org/10.1631/jzus.A0900069.

[10]   سازمان قطار شهری مشهد و حومه. (1387). گزارش نهایی مطالعات ژئوتکنیکی، حد فاصل ایستگاه منطقه‌ی طبرسی و محدوده‌ی پارک کوهسنگی.

[11]   Peck, R. (1969). Deep Excavations and Tunneling in Soft Ground. Seventh International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering (pp. 225-290). Mexico City: Sociedad Mexicana de Mecanica de Suelos.