ارائه یک روش به منظور کاهش نشست سطحی زمین و جلوگیری از گیر افتادن ماشین TBM-EPB – مطالعه موردی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار؛ دانشکده‌ی مهندسی علوم زمین، دانشگاه صنعتی اراک

2 دانشجوی کارشناسی ارشد؛ دانشکده‌ی مهندسی علوم زمین، دانشگاه صنعتی اراک

3 دانشجوی کارشناسی؛ دانشکده‌ی مهندسی علوم زمین، دانشگاه صنعتی اراک

چکیده

 در سال‌های اخیر و همزمان با توسعه و گسترش شهرها، افزایش جمعیت و وسایل نقلیه، ساخت خطوط ریلی زیرزمینی با روش‌ تونل‌سازی مکانیزه رو به افزایش است. یکی از مشکلات رایج حفاری مکانیزه EPB-TBM در مناطق ضعیف و ناپایدار، همگرایی تونل است که موجب بروز مشکلاتی از قبیل گیرکردن سپر ماشین EPB-TBM، نشست سطح زمین و آسیب دیدن ساختمان‌های اطراف تونل در محیط‌های شهری می‌شود. به دلیل عدم‌قطعیت در مقادیر پارامترهای خاک منطقه، برآورد فشار سینه‌کار، فشار جک‌های تراست و گشتاور کله‌ی حفاری در کیلومتراژهای مختلف امری بسیار مهم برای جلوگیری از همگرایی بیش از حد تونل، گیر کردن سپر ماشین EPB-TBM و نشست سطح زمین است. به دلیل وجود عدم قطعیت در مقادیر پارامترهای سنگ و خاک، در این مقاله میزان فشار سینه‌کار، نیروی جک‌های تراست، گشتاور کله‌ حفاری و میزان نشست سطح زمین ناشی از حفاری در کیلومتراژهای مختلفی در پروژه ساخت مترو فرودگاه جدید استانبول در ترکیه با استفاده از نرم‌افزار عددی PLAXIS3D2020 مدل‌سازی شده است. نتایج حاصل از مدلسازی نشان می‌دهد در خیلی از مواقع به منظور جلوگیری از گیر افتادن سپر ماشین می‌توان فشار سینه‌کار توسط اپراتور را افزایش داد؛ همچنین علاوه بر فشار سینه‌کار می‌توان با اضافه کردن سیلندرها بین انتهای سپر و آخرین حلقه پوشش سگمنتی، باعث عبور ماشین حفاری از منطقه ریزشی شد. مطابق با نتایج بدست آمده در این مقاله، تنظیم فشار سینه‌کار، نیروی جک‌های تراست و گشتاور کله‌حفاری علاوه بر حل مشکل گیر افتادن سپر ماشین حفاری، سبب کاهش نشست سطح زمین و آسیب به سازه‌ها روی سطح زمین خواهد شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Providing a method to reduce the surface subsidence and preventing getting stuck on EPB-TBM - a case study

نویسندگان [English]

  • H. Fattahi 1
  • H. Ghaedi 2
  • F. Malekmahmodi 3
1 Faculty of Earth Sciences Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran
2 Faculty of Earth Sciences Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran
3 Faculty of Earth Sciences Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran
چکیده [English]

In recent years, along with the development and expansion of cities, population growth and vehicles, the construction of underground railways by mechanized tunneling is increasing. One of the common problems of EPB-TBM mechanized tunneling in weak and unstable areas is tunnel convergence, which causes problems such as getting stuck on EPB-TBM, subsidence and damage to buildings around the tunnel in urban areas. Due to the uncertainty in the soil parameters of the region, estimating the face pressure, thrust jacks pressure and cutter head torque at different kilometers is very important to prevent over-convergence of the tunnel, getting stuck on EPB-TBM and ground subsidence. Due to the uncertainty in rock and soil, in this paper the amount of face pressure, thrust jacks force, cutter head torque and ground subsidence due to tunneling in different kilometers in the construction project of the new Istanbul airport in Turkey using numerical software, PLAXIS3D 2020, is modeled. The modeling results show that the operator can increase the face pressure by preventing getting stuck on EPB-TBM. According to the results obtained in this paper, adjusting the face pressure, thrust jacks force and cutter head torque, in addition to solving the problem of getting stuck on EPB-TBM, will reduce ground subsidence and damage structures on the ground surface.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical modeling
  • Ground surface subsidence
  • Face pressure
  • Trust force
  • Cutter head torque
  • getting stuck on EPB-TBM
Abu-Krisha, A. A. M. (1998). Numerical modelling of TBM tunneling in consolidated: clay. na.
Acun, S., Bilgin, N., & Erboylu, U. (2021). Contribution on the understanding of EPB-TBM drives in complex geologic structures. Tunnelling and Underground Space Technology, 107, 103646.
Ates, U., Bilgin, N., & Copur, H. (2014). Estimating torque, thrust and other design parameters of different type TBMs with some criticism to TBMs used in Turkish tunneling projects. Tunnelling and Underground Space Technology, 40, 46-63.
Bayati, M., & Hamidi, J. K. (2017). A case study on TBM tunnelling in fault zones and lessons learned from ground improvement. Tunnelling and Underground Space Technology, 63, 162-170.
Bejari, H., & Hamidi, J. K. (2018). A parametric study of two solutions for a TBM jamming problem in squeezing ground conditions. Int. J. Civil Eng. Technol.(IJCIET), 9(8), 862-878.
Benardos, A., & Kaliampakos, D. (2004). A methodology for assessing geotechnical hazards for TBM tunnelling—illustrated by the Athens Metro, Greece. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 41(6), 987-999.
Do, N.-A., Dias, D., & Oreste, P. (2015). 3D numerical investigation on the interaction between mechanized twin tunnels in soft ground. Environmental earth sciences, 73(5), 2101-2113.
Farrokh, E., Mortazavi, A., & Shamsi, G. (2006). Evaluation of ground convergence and squeezing potential in the TBM driven Ghomroud tunnel project. Tunnelling and Underground Space Technology, 21(5), 504-510.
Fattahi, H. (2016). Adaptive neuro fuzzy inference system based on fuzzy c–means clustering algorithm, a technique for estimation of TBM penetration rate. Iran University of Science & Technology, 6(2), 159-171.
Fattahi, H. (2019). Tunnel boring machine penetration rate prediction based on relevance vector regression. International Journal of Optimization in Civil Engineering, 9(2), 343-353.
Fattahi, H., & Babanouri, N. (2017). Applying optimized support vector regression models for prediction of tunnel boring machine performance. Geotechnical and Geological Engineering, 35(5), 2205-2217.
Fattahi, H., & Moradi, A. (2017). Risk assessment and estimation of TBM penetration rate using RES-based model. Geotechnical and Geological Engineering, 35(1), 365-376.
Goel, R. (2014). Tunnelling through weak and fragile rocks of Himalayas. International Journal of Mining Science and Technology, 24(6), 783-790.
Goel, R., Jethwa, J., & Paithankar, A. (1995). Tunnelling through the young Himalayas—a case history of the Maneri-Uttarkashi power tunnel. Engineering Geology, 39(1-2), 31-44.
Hamidi, J. K., Bejari, H., Shahriar, K., & Rezai, B. (2008). Assessment of ground squeezing and ground pressure imposed on TBM shield.
Hasanpour, R., Rostami, J., & Ünver, B. (2014). 3D finite difference model for simulation of double shield TBM tunneling in squeezing grounds. Tunnelling and Underground Space Technology, 40, 109-126.
Mansour, M. A. M. (1996). Three-dimensional numerical modelling of hydroshield tunnelling. na.
Mollon, G., Dias, D., & Soubra, A.-H. (2013). Probabilistic analyses of tunneling-induced ground movements. Acta Geotechnica, 8(2), 181-199.
Mooney, M. A., Grasmick, J., Kenneally, B., & Fang, Y. (2016). The role of slurry TBM parameters on ground deformation: Field results and computational modelling. Tunnelling and Underground Space Technology, 57, 257-264.
O'REILLY, M. P., & New, B. (1982). Settlements above tunnels in the United Kingdom-their magnitude and prediction (090048862X).
Ramoni, M., & Anagnostou, G. (2008). TBM drives in squeezing ground–Shield-rock interaction. AFTES international congress Monaco,
Ramoni, M., & Anagnostou, G. (2011). The effect of consolidation on TBM shield loading in water-bearing squeezing ground. Rock mechanics and rock engineering, 44(1), 63-83.
Shahriar, K., Sharifzadeh, M., & Hamidi, J. K. (2008). Geotechnical risk assessment based approach for rock TBM selection in difficult ground conditions. Tunnelling and Underground Space Technology, 23(3), 318-325.