تاثير سربار، هندسه استقرار و الگوي حفاري بر رفتار تونل هاي دوقلوي كم عمق

Realizing influencing factors in reducing tunneling-induced settlement, especially in urban and industrial environment, is important to underground construction because excessive ground displacements

تغييرشكل هاي ناشي از احداث تونل نقش موثري در بروز خسارت و ناپايداري سازه هاي سطحي دارد. براين اساس در پژوهش حاضر با استفاده از آناليز اجزا محدود، اثر الگوهاي مختلف حفاري تونل هاي دوقلو كم عمق (مانند خطوط مترو) به روش جديد اتريشي (NATM)، با هدف امكان كاهش ميزان نشست سطحي مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. بدين منظور نرم افزار آباكوس براي مدل سازي سه الگوي متداول حفاري مورد استفاده در NATM شامل Top heading (TH)، Central diaphragm wall (CDW) و Side wall drift (SWD) استفاده گرديد. تاثير شرايط مختلف بارگذاري، هندسه استقرار و اختلاف فاز در حفاري تونل ها، بر پايداري پوشش آنها و ميزان نشست نيز بررسي شد. مقايسه نتايج بين سه الگوي مورد مطالعه نشان مي دهد در شرايط يكسان بارگذاري و استفاده از الگوي حفاري SWD، ميزان تغييرشكل ها كاهش و آستانه تحمل بار سطحي تا دو برابر افزايش مي يابد. از سوي ديگر، نتايج تحقيق حاضر بيانگر آنست كه وضعيت و مقدار سربار، بطور قابل توجهي پاسخ سيستم زمين-تونل را تغيير داده بنحويكه عدم تقارن بارگذاري، سبب افزايش اندركنش بين تونل ها خصوصاً در الگوي TH مي شود. صرفه نظر از شرايط بارگذاري، كاهش فاصله افقي بين تونل ها نيز به دليل افزايش اثر متقابل آنها بر يكديگر، ميزان جابجايي قايم را تشديد مي كند. همچنين مشخص شد اختلاف فاز در عمليات حفاري، پايداري محيط پيرامون تونل ها را كاهش مي-دهد. بر اساس مجموع نتايج تحليل هاي انجام شده در اين مطالعه، استفاده از الگوي Side wall drift با حفاري هم فاز و استقرار تونل ها در فاصله سه برابري قطر آنها، تا حد زيادي اثرات نامطلوب ناشي از احداث تونل هاي دوقلو ي كم-عمق در زمين هاي نرم را مرتفع خواهد كرد. به طوري كه دقت در پيش بيني رفتار اين قبيل تونل ها به شدت تابعي از صحت مدل سازي شرايط بارگذاري سطحي است.

Realizing influencing factors in reducing tunneling-induced settlement, especially in urban and industrial environment, is important to underground construction because excessive ground displacements could trigger potential damage to existing structures. In this research, the impacts of different NATM patterns on the magnitude of induced surface settlements due to excavation of shallow twin-tunnel (such as urban metro tunnels) are investigated. To this aim, finite element method using ABAQUS commercial application was implemented to simulate NATM excavation famous patterns including top heading (TH), central diaphragm wall (CDW) and side wall drift (SWD). The effects of further parameters like excavation lagging, pillar width (horizontal distance between the tunnels) and various loading patterns on the lining stability and surface settlements were also investigated. Comparison of the results show that in the same conditions of loading and using SWD pattern, the deformations is decreased and the threshold of load-bearing can be increased up to two times. On the other hand, the response of ground-tunnel system and the interaction between tunnels are significantly affected by the status and amount of surcharge. In addition, the finite element analysis confirmed that the reduction of the pillar width tends to increase the ground settlements and cause more subsurface deformations due to increasing the tunnels interaction, regardless of surcharge condition. It is demonstrated that although the increase of excavation lagging does not have considerable influence on the surface settlements, it decreases the lining stability. Generally, it can be concluded that by using SWD pattern with zero step lag of excavation and when the pillar width is higher than three times the radii of the tunnel, the unfavorable impacts resulting from the construction of shallow twin tunnel in soft ground would be limited. Accuracy in the prediction of such tunnels behavior is strictly a function of the proper modeling of surface loading conditions.