ارزیابی تأثیر فشار تزریق بر نشست سطح زمین در حفاری با دستگاه EPB (مطالعه موردی: خط 2 متروی تبریز)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته‌ی کارشناسی‌ارشد؛ دانشکده‌ی مهندسی معدن، دانشگاه زنجان

2 دانشیار؛ دانشکده مهندسی دانشگاه زنجان، گروه مهندسی معدن

3 دانشیار؛ دانشکده مهندسی دانشگاه صنعتی سهند، گروه مهندسی معدن

4 دانشجوی کارشناسی‌ارشد؛ دانشکده‌ی مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

10.22044/tuse.2022.11221.1428

چکیده

با توجه به حساسیت فضای شهری، حفر تونل با عمق کم، به دقت و توجه بسیاری نیازمند است. از مهم‌ترین نکات قابل توجه در حفر این فضاها می‌توان به نشست سطحی ناشی از حفر تونل اشاره کرد. در این مطالعه، به پیشبینی نشست خط 2 متروی تبریز با روشهای تجربی، تحلیلی و عددی پرداخته شده‌است. بر اساس نتایج بدست آمده، میزان نشست بیشینه در روش تجربی پک 23/8، روش تحلیلی لاگاناتان و پولوس 14/9 و روش عددی تفاضل محدود با نرم‌افزار FLAC3D، 17/2 میلی‌متر بدست آمده که با توجه به میزان نشست قرائت شده از ابزاربندی (که برابر 16میلی‌متر است) دقت نسبی روش‌های عددی و تحلیلی مشخص میگردد. سپس به تأثیر تغییرات فشار تزریق بر روی نشست سطحی زمین با روش مدلسازی عددی پرداخته‌ شده‌است. نتایج حاصل نشان داد که میزان تغییر شکل ناشی از فشار تزریق، بسیار ناچیز بوده و هدف اصلی آن، کمک به پر‌شدن فضاهای ایجاد‌شده است. با بررسی سایر پارامتر‌های تاثیرگذار بر نشست سطحی می‌توان دریافت که با افزایش فشار روباره و چگالی، میزان جابجایی قائم افزایش و با افزایش فشار جبهه‌کار، چسبندگی و زاویه اصطکاک، مقدار جابجایی قائم کاهش می‌یابد. همچنین در ادامه با بررسی پارامتریک میزان نشست سطحی و فشار روباره، چگالی و چسبندگی، نمودارها و روابطی ارائه‌شد که بر این اساس، میزان نشست پیشبینی‌شده را در مدل مذکور بیان می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the effect of injection pressure on Surface Settlement in Excavation with Earth Pressure Balanced Shield Machine (Case study: Tabriz Metro Line 2)

نویسندگان [English]

  • R. Amjadi 1
  • F. Samimi Namin 2
  • H. Chakeri 3
  • M. M. Rouhani 4
1 Mining engineering Dep. University of Zanjan
2 Mining engineering Dep. University of Zanjan
3 Associate Professor, Sahand University of Technology, Department of Mining Engineering, Sahand new Town, Tabriz/Iran,
4 Mining engineering Dep. Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

Earth Pressure Balance Machines (EPB) were used to excavate the Tabriz metro line 2. A critical section of the tunnel Has modeled in this study. The model has been verified by the monitoring data using the installed instruments on site. In addition, some crucial operational parameters of the Earth Pressure Balance Tunnel Boring Machine (EPBM) have also been studied to determine their effect on ground deformation and subsidence during tunnel excavation. Tunneling in shallow urban areas and on soft ground is always associated with risks that can have unpleasant consequences if ignored. Tunnel excavation removes a mass of soil and rock, leading to significant changes in strength around them, and causing the Earth to move. The tunnel has been excavated in a shallow soil environment; these effects will transfer to the ground. An earth pressure balance shield (EPB) is one of the most suitable methods to control the pressure in the tunnel front, decreasing the surface subsidence by controlling this pressure. The study applied three-dimensional (3D) numerical modeling to study the effects of TBM-EPB operating parameters on the deformation and subsidence of soft soils using FlAC3D software. According to the obtained numerical results, it seems that these slurry injection pressures did not have a significant effect on the improvement of stresses. The study investigated the influence of overburden pressure, cohesion, density, and diameter on injection pressure. The results indicate that decreasing or increasing the injection pressure in environments with different parameters has little effect on vertical displacement. To investigate how geomechanical factors of the environment influence deformation of the Earth's surface, models were constructed by keeping all the parameters constant according to which, with increasing cohesion and internal friction angle, the rate of subsidence decreases. While increasing the specific gravity of the soil, the amount of vertical displacements increases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ground surface subsidence
  • EPB shield machine
  • Numerical modeling
  • Underground space
  • Finite difference method (FDM)
  • FLAC3D
Atkinson, J.H., Brown, E.T., Potts, M., (1975). Collapse of shallow unlined tunnels in dense sand. Tunnels and Tunnelling 3, 81–87.
Blom, C. (2002). Design philosophy of concrete linings for tunnels in soft soils. Design philosophy of concrete linings. Netherland: DUP Science.
Das, B., & Sobhan, K. (2002). Principles of geotechnique engineering, Publisher: Global Engineering: Christopher M. Shortt, Eighth Edition.
Chakeri, H., & Ünver, B. (2014). A new equation for estimating the maximum surface settlement above tunnels excavated in soft ground. Environ Earth Sci. 71, 3195–3210. doi:10.1007/s12665-013-2707-2
Dehghan, A.N., Shafiee, S.M., & Rezaei, F. (2012). 3-D stability analysis and design of the primary support of Karaj metro tunnel: Based on convergence data and back analysis algorithm. Engineering geology142, 141-149. doi:10.1016/j.enggeo.2012.05.008
Guglielmetti, V., Grasso, P., Mahtab, A., & Mahtab, S. (2007). Mechanized Tunnelling in Urban Areas Design Methodology and Construction Control. Publisher: Taylor and Francis group.
Jancsecz, S., & Steiner, W., (1995). Face Support for a Large Mix-Shield in Heterogeneous Ground Condition. Tunneling 94, 531-550.
Koyama, Y. (2003). Present status and technology of shield tunneling method in Japan. Tunnelling and Underground Space Technology2-3, 145-159. doi:10.1016/S0886-7798(03)00040-3
Leca, E., & New, B. (2007). Settlements induced by tunneling in soft ground. Tunnelling and Underground Space Technology 22(2), 119-149. doi:10.1016/j.tust.2006.11.001.
Leca, E. & Dormieux, L., (1990). Upper and Lower Bound Solutions for The Face Stability of Shallow Circular Tunnels in Frictional Material. Geotechnique 40, 581-606.
Lee, R.G., Turner, A.J., & Whitworth, L.J. (1994). Deformations caused by tunnelling beneath a piled structure. Proc. XIII Int. Conf. on Soil mechanics and Found, New Delhi, Inde, (pp. 873-878). London: University Press.
Meguid, M.A., Saada, O., Nunes, M.A., & Mattar, J. (2008). Physical modeling of tunnels in soft ground: A review. Tunnelling and Underground Space Technology 23, 185-198.
Do, N.A., Dias, D., Oreste, P., & Djeran-Maigre, I. (2013). Three-dimensional numerical simulation for mechanized tunnelling in soft ground: The influence of the joint pattern. Acta Geotechnica 9(4). doi:10.1007/s11440-013-0279-7
Sadeghi, M., Pourhashemi, S.M., Dehghan, A.N., & Ahangari, K. (2016). The Effect of Excavation Progress on the Behavior of Hakim Highway Tunnel Using Geotechnical Instrumentation. ITAAITES World Tunnel Congress, 580-590.
Teachavorasinskun, S., Chub-uppakarn, T. (2010). Influence of segmental joints on tunnel lining. Tunnelling and Underground Space Technology 25(4), 490-494.
Terzaghi, K. (1943). Theoretical Soil Mechanics. John Wiley & Sons.