برآورد نیروهای داخلی سیستم نگهداری تونل ها با استفاده از روش های تحلیلی و عددی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانشگاه امیرکبیر

چکیده

تعیین نیروهای داخلی یکی از مهم‌ترین ارکان طراحی سیستم نگهداری تونل‌ها می‌باشد. در این پژوهش با استفاده از روش‌‌های تحلیلی و عددی به برآورد نیروهای داخلی سیستم نگهداری پرداخته شده است و نتایج حاصل از روش‌های تحلیلی و عددی با هر دو فرض عدم لغزش نسبی و لغزش کامل، در حالت دو بعدی و سه بعدی با یکدیگر مقایسه شده‌اند. استحکام سیستم نگهداری در مقابل بارهای وارده نیز با استفاده از نمودار اندرکنش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از روش‌های تحلیلی و عددی با یکدیگر تطابق خوبی داشته و نشان دادند در بخش‌های مختلف سیستم نگهداری نیروی محوری حاصل با فرض لغزش کامل، نسبت به نیروی محوری حاصل با فرض عدم لغزش نسبی، از یکنواختی بیشتری برخوردار می‌باشد و ممان خمشی حاصل با فرض لغزش کامل نسبت به ممان خمشی حاصل با فرض عدم لغزش نسبی، به میزان تقریبی 15% بیشتر می‌باشد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش نسبت تنش افقی به تنش عمودی (در تنش عمودی ثابت) نیروی محوری افزایش می‌یابد و هر چه شرایط تنش از شرایط تنش هیدرواستاتیک بیشتر فاصله می‌گیرد، ممان خمشی افزایش می‌یابد. طبق نتایج با افزایش نسبت مدول الاستیک سیستم نگهداری بر مدول الاستیک زمین، نیروی محوری به صورت غیر خطی و ممان خمشی به صورت خطی افزایش می‌یابند. با افزایش شعاع تونل نیز نیروی محوری به صورت خطی افزایش و ممان خمشی به صورت غیر خطی کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Prediction of tunnels support system loads using analytical and numerical methods

نویسندگان [English]

  • Hamid Zarei 1
  • Kourosh Shahriar 2
  • Parviz Moarefvand 2
  • Mohammad Hossein Ahmadi 2
1 Amirkabir universitu of technology
2 Amirkabir university of technology
چکیده [English]

Design of support system is One of the most important issues in tunnels design. Therefore, in order to safe design of support system, determination of internal loads has a special importance. In this paper, analytical and numerical methods were used to determine of internal loads, and in 2D and 3D states, the results of these methods were compared with the assumption of no slip and full slip conditions. Findings prove that in different sections of support system, the axial force obtained from full slip condition is more uniform than that of no slip condition, and the bending moment of full slip condition is higher than that of no slip condition. According to results, an increase in stiffness contrast between support system and ground results in an increase in the internal loads. Moreover, by increasing of the tunnel radius, the bending moment decreases and axial force increases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tunnel support system
  • axial force
  • bending moment
  • no slip and full slip condition
  • analytical method
  • Numerical method
  • FLAC code
 Moorak, S., & Cording, E. J. (2007). Ground–liner interaction in rock tunneling. Tunnelling and underground space technology, 22(1). DOI:10.1016/j.tust.2006.03.002.

Kim, H. J., & Eisenstein, Z. (2006). Prediction of tunnel lining loads using correction factors. Engineering geology, 85(3), 302-312. DOI:10.1016/j.enggeo.2006.03.001.

Craig, R. N., & Muirwood, A. M. (1978). A review of tunnel lining practice in the United Kingdom. Wokingham: Tunnels Division, Transport and Road Research Laboratory. ISSN 0305-1315.

O’Rourke, T. D. (1984). Guidelines for tunnel lining design. New York: American Society of Civil Engineers. ISBN-10: 0872624021.

Duddeck , H., & Erdmann , J. (1985). Structural design models for tunnels. underground space, 246-259.

Negro Jr., A. (1988). Design of shallow tunnels in soft ground. Ph.D. thesis, Department of Civil Engineering, University of Alberta, Edmonton, Canada, p. 1480.

Whittaker, B. N., & Frith, R. C. (1990). Tunnelling: design, stability and construction. Instn. of Mining & Metallurgy. ISBN-10: 187070620X.

Kim, H. J., & Eisenstein, Z. (1998). Prediction of lining loads from case histories. International Tunnelling Association. 98, pp. 299-304. Sao Paulo; Brazil : Balkema .

Carranza-Torres, C., Rysdahl, B., & Kasim, M. (2013). On the elastic analysis of a circular lined tunnel considering the delayed installation of the support. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 61, 57-85. DOI:10.1016/j.ijrmms.2013.01.010.

Muirwood, A. M. (1975). The circular tunnel in elastic ground. Geotechnique, 25(1), 115-127, DOI: 10.1680/geot.1975.25.1.115.

Palassi, M., & Mohebbi, M. M. (2008). Design of Lining of Tunnels Excavated in Soil and Soft Rock. Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 12.

Einstein, H. H., & Schwartz, C. W. (1979). Simplified analysis for tunnel supports. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 105, 499-518.

Carranza-Torres, C., & Diederichs, M. (2009). Mechanical analysis of circular liners with particular reference to composite supports. For example, liners consisting of shotcrete and steel sets. Tunnelling and Underground Space Technology, 24(5), 506-532. DOI:10.1016/j.tust.2009.02.001.

Itasca consulting Group, Inc. “Fast Lagrangian Analysis of Couninua in 3 Dimension”, Users manual.

CSI, Inc.; “Sap2000 Version 14”.