بهينه سازي حفاري تونل هاي بزرگ مقطع بر مبناي ارزيابي عددي

Optimization of large tunnels excavation method based on numerical investigation

گسترش استفاده از تونل ها بعنوان بخشي مهم از راهكار فرايند جابجايي سبب توسعه و افزايش ابعاد چنين سازه هايي مي شود. در زمينه بهينه سازي الگوي حفاري تونل ها، سوال اساسي نحوه بخش بندي سطح مقطع تونل از لحاظ تعداد بخش ها و ابعاد آنها درحين حفاري است. در اين مقاله با استفاده از شبيه سازي پيكره تونل هاي بزرگ مقطع به ارزيابي و بهينه سازي بخش بندي اين تونل ها با هدف حداقل سازي جابجايي هاي گسترده در سطح زمين وكاهش گسترش كرنش هاي برشي پرداخته مي شود. بنابراين مطالعاتي بر مبناي تجزيه وتحليل روش المان مجزا با استفاده از83 مدل شبيه سازي شده انجام شده است. متغييري كه در اين تحقيق مورد تحليل قرار مي گيرد، نسبت ارتفاع بخش پيشرو به ارتفاع پله درشيوه حفاري دو مرحله اي است، از دو تونل دوقلو با شكل هاي D و دايروي با متوسط قطرm7/13 كه در فاصله 33 متري از همديگر قرار دارند بعنوان مورد مطالعاتي استفاده شده است. با مدلسازي‌هاي مختلف مقاديرجابجايي در طاق تونل و سطح زمين وگسترش تنش ها اندازه گيري شده است تا به ارتفاع بهينه حفاري رسيد. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد كه در هر دو تونل با افزايش ارتفاع بخش پيشرو ميزان جابجايي ها افزايش مي يابد. نكته اساسي اين تحقيق آن است كه در تونل دايروي ارتفاع بهينه حفاري در بخش پيشرو 45٪ از قطر تونل دايروي بوده و در تونل D اين ارتفاع به 55٪ ميرسد. در اين ارتفاع روند افزايشي جابجايي ها به هم خورده و كاهشي مي‌گردد.

The increasing demand for tunnels as a critical component of the transportation system has caused to establish large face tunnels. In excavation method optimization, it is important to define the number and size of sections. In the presented paper, the distinct element method used to simulate and determine the sequential pattern in the excavation of large face tunnels. The objective function was to minimize the shear strains and extensive displacements of surface and tunnel arch. Therefore 83 different models simulated and implemented to analyze the results. The main variable in presented models is the heading section height in the top heading and benching excavation method. The case study is a binary tunnel with a diagonal pattern. The lower tunnel is with a circular cross-section with 13.7m in diameter. The upper tunnel has a D cross section of 13.2m width and 13.7m height. The tunnels distance is 33m. By verification and implementation of models, the results show that by increasing the heading section height, the displacement has a growing trend. The main point of the result return to the optimum height of the heading section, which is 0.45% and 0.55% of the diameter of circular and height of D shape tunnels, respectively. In these percentage, the growing trend of displacement has a reverse manner.