نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
دانشکده معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران
چکیده
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Summary
Increasing population and urban development highlight the role of tunnels as a suitable solution to meet various needs, especially transportation and reducing traffic in cities. The control and estimation of settlement of ground in tunneling is one of the most important challenges. In this study, tunnel is modeled in the FLAC3D software and Deformation due to drilling operations in both coupled and uncoupled modes is investigated. Results shows that the coupled method is in more agreement with the instrumentation data than the uncoupled method.
Introduction
Direct hydromechanical interactions in the Earth's crust have been known since the late 1800s. an example of studies conducted in this field is given below:
Yoo et al. (2012) and (2008) using ABAQUS software examined the effect of groundwater drawdown on subsidence and displacements around the excavation. Zhou et al. (2018) and Lee et al. (2008) using FLAC3D software, the amplitude of excavation effect on deformation and pore pressure change was investigated. A review of studies shows that in most modeling have been carried out with simplifications such as not considering the drilling sequence, ignoring groundwater level and Pore pressure changes. These simplifications lead to far-fetched results.
Therefore, after selecting numerical software in accordance with the problem conditions, the three-dimensional model of the case study tunnel is modeled in the FLAC3D software. Based on the results, the coupled method is in more agreement with the instrumentation data than the uncoupled method. Also, the deformation around the excavation space is heavily dependent on the drainage and the groundwater level condition, so that the displacement and expansion of the plastic zone around the excavation space, in drained mode, is more than undrained. The long-term behavior of the tunnel in both drained and undrained mode shows that the deformation caused by drained does not change over time. Furthermore, in the drained condition, the displacement increases around the excavation space with over time.
Methodology and Approaches
Using FLAC3D software, the complete association between a porous deformable solid and a viscous fluid flowing through its pores can be modeled. The modeling of the study area has been done in two phases, mechanical and hydraulic. For modeling the mechanical phase, the soil is considered homogeneous and isotropic with full elastoplastic behavior and horizontal layering. The Mohr-Coulomb behavior model is used for the tunnel media, and the elastic behavioral model is used for the boring machine and lining.
Results and Conclusions
The most important results obtained from this study are as follows:
- The parameters of in situ stress conditions, groundwater level and environmental drainage conditions have a great impact on the results of numerical modeling.
- Comparison of the results with the instrument data shows that the amount of settlement created in the couple mode is more consistent with the instrument data.
- Water outflow from excavation operations reduces the pore pressure and increases the effective stress around the excavation space.
Pore pressure changes indicate the importance of studying long-term behavior.
کلیدواژه‌ها [English]
حفر تونل در مناطق شهری اغلب با چالشهای متعددی مواجه میشود. در مناطق شهری با توجه به وجود آب زیرزمینی، عبور از مناطق مسکونی و بناهای تاریخی، لزوم رعایت ملاحظات مختلف زیست‌محیطی و فنی بسیار ضروری است. در این میان، موضوع نشست ناشی از تونل سازی در مناطق شهری با در نظر گرفتن سطح آب زیرزمینی و جنس زمین بسیار بحرانی است. موضوع نشست در متروی خط هفت تهران قطعه شمالی – جنوبی به‌عنوان یکی از عمیقترین خطوط مترو کشور و با عبور از بافت متراکم و فرسوده شهری بسیار حائز اهمیت است. همچنین حضور سطح بالایی از آب زیرزمینی شرایط طراحی و عملیاتی این پروژه را تحت تأثیر قرار داد. طی چند دهه گذشته، مطالعات و روشهای مختلف تحلیلی، تجربی و عددی برای تخمین میزان نشست ناشی از عملیات تونل سازی مکانیزه در شرایط مختلف مکانیکی و هیدرولیکی منطقه ارائه شده است. بر اساس نتایج تحقیقات متعدد انجام‌شده روابط تجربی، تحلیلی یا عددی ساده به دلیل سادهسازیهای فراوان و نیز تغییرات شرایط سطح ایستابی، سبب به دست آمدن نتایجی دور از واقعیت میشوند که این خود باعث بروز مخاطراتی میگردد؛ بنابراین برای ارزیابی دقیق نشست زمین در مناطق اشباع، کاربرد مدل‌سازی عددی توأمان هیدرومکانیک جهت تخمین نشست، ضرورت جدی خواهد داشت. رفتار محیطهای سنگی و خاکی عمدتاً تابعی از اندرکنش اجزای مختلف تشکیل‌دهنده‌ی این محیطها (فازهای جامد و مایع) است. مفهوم تنش مؤثر و تئوری پوروالاستسیته[i] از مفاهیمی است که توسط محققین مختلف بر اساس اندرکنش این فازها و به‌منظور تحلیلهای محیطهای متخلخل ارائه شده است. تئوری مواد پوروالاستیک مدلی است که به شرح رفتار سیال درون محیطهای متخلخل میپردازد. اساس این تئوری این است که فشار سیال درون محیط متخلخل بر روی تنش کلی، مؤثر است.
)
