عنوان پایان‌نامه
مدلسازی عددی روش طاق چتری در تونل‌های راهسازی
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - راه و ترابری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2159;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72379;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2159;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72379
- تاریخ دفاع
- ۱۵ دی ۱۳۹۴
- دانشجو
- علی مروت دار
- استاد راهنما
- مسعود پلاسی
- چکیده
- امروزه رشد روز افزون در توسعه شهری منجر به افزایش تقاضا جهت ساخت تونل هائی از قبیل تونل مترو، تونل راه شهری، تونل آب و فاضلاب و تونل خطوط مخابراتی شده است. این تونل ها معمولا عمق زیادی نداشته و نزدیک سطح زمین ساخته می شوند و بدلیل اینکه ساختار زمین در اعماق سطحی معمولا از خاک نرم یا سنگ ضعیف تشکیل شده است، این تونل ها اکثرا توسط ماشین های حفار سپردار و یا توسط روش های مرسوم تونلسازی مانند روش اتریشی به همراه استفاده از تکنیک های کمکی پایدارسازی و بهسازی زمین ساخته می شوند. در این شرایط، حفظ پایداری سینه کار یکی از مهم ترین مسائل طراحی حفاری خواهد بود، چراکه ریزش سینه کار تونل می تواند به گسیختگی کامل تونل منجر شود. مسلح سازی با استفاده از لوله های طاق چتری یکی از انواع روش های پایدار سازی تونل جهت بهبود پایداری آن پیش از حفاری می باشد. در این روش لوله های طاق چتری در گمانه های حفر شده در سینه کار فرو برده شده و سپس درون لوله ها تزریق دوغاب انجام می پذیرد. این کار باعث تشکیل قوسی مسلح در تاج تونل می شود که مشخصات ژئوتکنیکی و در نتیجه پایداری آن ناحیه از خاک را تقویت می نماید. در مطالعه حاضر با استفاده از مدلسازی عددی سه بعدی در نرم افزار اجزا محدود آباکوس به بررسی عوامل موثر در طراحی روش طاق چتری از جمله قطر، طول، فاصله عرضی و زاویه قرارگیری لوله های طاق چتری پرداخته شده است. حفاری در این پژوهش توسط روش اتریشی و با گام های یک متری صورت گرفت. پس از انجام مدلسازی و استخراج نتایج تحلیل از نرم افزار میزان نشست تاج تونل و نشست سطح زمین بعنوان دو پارامتر مهم در ارزیابی پایداری تونل مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که افزایش طول تا میزان حدود یک و نیم برابر اندازه قطر تونل، افزایش قطر، کاهش فاصله عرضی و کاهش زاویه قرارگیری لوله ها باعث ایجاد شرایط تقویت کنندگی بهتری در روش طاق چتری شده و پایداری تونل را افزایش م دهد. استفاده از روش طاق چتری باعت کاهشی به میزان %57 و 11 % در مقدار نشست تاج تونل و نشست سطح زمین شده است. پس از ارزیاب عوامل موثر بر طراح روش طاق چتری نیز به منظور بررس ضرورت استفاده از این روش و با توجه به پرهزینه و زمانبر بودن آن، مدلسازی تونل با گامهای نیم متری و بدون استفاده از روش طاق چتری صورت پذیرفت. اما در این حالت نیز نشست تاج تونل و سطح زمین نسیت به روش طاق چتری بزرگتر بوده و به نظر استفاده از روش طاق چتری با وجود هزینه بر بودن آن در مواردی که خصوصیات ژیوتکنیکی زمین ضعیف بوده و حفظ پایداری در این شرایط مد نظر باشد، موثرتر خواها بود. در انتهای پژوهش نلی با مدلسازی مجدد تونل در دو حالات استفاده از روش طاق چتری و بدون استفاده از آن و وجود سربار ناشی از وزن ساختمانهای مجاور تونا، به اثربخشی استفاده از روش طاق چتری در صورت وجود سربار در سطح زمین پرداخته شده است و نتایج نشان داد که اسافاده از روش طاق چتری در صورت وجود سربار باعت کاهش به میزان 75 % و 75 % در مقدار نشست تاج تونل و نشست سطح زمین شده است. کلمات کلیدی: پایدارسازی تونل، روش طاق چتری، آباکوس چتری شده و پایداری تونل را افزایش می¬دهد. استفاده از روش طاق¬چتری باعث کاهشی به میزان 75% و 41% در مقدار نشست تاج تونل و نشست سطح زمین شده است. پس از ارزیابی عوامل موثر بر طراحی روش طاق¬چتری نیز به منظور بررسی ضرورت استفاده از این روش و با توجه به پرهزینه و زمان¬بر بودن آن، مدلسازی تونل با گام¬های نیم متری و بدون استفاده از روش طاق¬چتری صورت پذیرفت. اما در این حالت نیز نشست تاج تونل و سطح زمین نسبت به روش طاق¬چتری بزرگتر بوده و به نظر استفاده از روش طاق¬چتری با وجود هزینه¬بر بودن آن در مواردی که خصوصیات ژئوتکنیکی زمین ضعیف بوده و حفظ پایداری در این شرایط مد نظر باشد، موثرتر خواهد بود. در انتهای پژوهش نیز با مدلسازی مجدد تونل در دو حالت استفاده از روش طاق¬چتری و بدون استفاده از آن و وجود سربار ناشی از وزن ساختمان¬های مجاور تونل، به اثربخشی استفاده از روش طاق¬چتری در صورت وجود سربار در سطح زمین پرداخته شده است و نتایج نشان داد که استفاده از روش طاق-چتری در صورت وجود سربار باعث کاهشی به میزان 67% و 37% در مقدار نشست تاج تونل و نشست سطح زمین شده است.
- Abstract
- Nowadays increasing growth of urban development has led to the increase of demand to construct various types of tunnels such as subway tunnels, urban road tunnels, water and sewage tunnels and telecommunication tunnels. These tunnels are usually located in shallow depths and in this situation the structure of ground consist of loose soil or low strength rock, so they are excavated by shielded tunneling machines or using common methods such as NATM method accompanied with ground treatment and stabilization. Reinforcing using umbrella arch pipes is one of the methods for tunnel stabilization before excavation. In this method, umbrella arch pipes are inserted in the boreholes excavated with appropriate angle and are subsequently injected by grouts. By this reinforced arched structure that is formed in the tunnel crown, the geotechnical characteristics of the soil and the stability of the tunnel is enhanced. In this research, using three dimensional numerical modelling in Abaqus finite element software, effective factors on design umbrella arch method have been evaluated as diameter, length, transversal distance and pipe angles. In this research, excavation have been done using NATM method by one meter steps. After modelling and extraction analysis results from software, tunnel crown settlement and ground settlement have been evaluated as two important factors to determine tunnel stabilization. It is found that with increase of pipe length to its optimum value wich is about one and half times of tunnel diameter, increase of diameter, decrease of transversal distance and decrease of pipe angles reinforcement and stabilization of tunnel is better. Using umbrella arch method would lead to % 75 , 41% decrease of tunnel crown sttlement and ground settlement. After evaluation of effective factors on design umbrella arch method, due to high costs and time consuming from work of this method tunnel modelling have been done with 50 cm steps without using umbrella arch method. In this situation, tunnel crown sttlement and ground settlement have been greater. Therefore, with attention to low geotechnical characteristics and stabilization importance, umbrella arch method would be more effective. Finally, tunnel re-modelling has been performed using umbrella arch method and without it considering overload of neighbour buildings of tunnel. With evaluation of efficiency umbrella arch method, results show by existence of overload, using umbrella arch method would lead to 67% , 37% decrease of tunnel crown sttlement and ground settlement.
