عنوان پایان‌نامه
برآورد فشارنگهداری جبهه کار در حفر تونل به روشEPB و تاثیر آن بر نشست در سطح زمین
- رشته تحصیلی
- مهندسی معدن-مکانیک سنگ
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2183;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 54915
- تاریخ دفاع
- ۲۹ شهریور ۱۳۹۱
- دانشجو
- ایمان خیراندیش
- استاد راهنما
- سیدمحمدفاروق حسینی
- چکیده
- از مهمترین پارامترها درحفاری تونل با ماشین¬های سپریِ بسته، مانند سپرهای فشار تعادلی زمین، تعیین بازه¬ی مناسبی از فشار جهت نگهداری جبهه¬کار تونل است. به این علت که جلوگیری از ناپایداری جبهه کار تونل هم از نظر ایجاد شرایط لازم جهت برش و پیشروی و هم از نظر کنترل جابجایی در سطح زمین حائز اهمیت می باشد. امروزه جهت پیش بینی فشار مورد نیاز جهت نگهداری جبهه¬کار تونل ازروش-های مختلفِ تجربی، تحلیلی و عددی استفاده می¬شود. روش¬های تحلیلی بر مبنای تعادل حدی و یا آنالیز حدی تنش هستند. راه حل¬های تحلیلی با در نظر گرفتن یک مکانیسم شکست، به صورت پیش فرض و یا در نظر گرفتن یک میدان تنش خاص فرضی در زمین، مقدار فشار مورد نیاز و حداکثر فشار مجاز را پیشنهاد می¬دهند. در آنالیز حدی تنش، با استفاده از قضایای مرز بالاتر و مرز پایین¬تر، به ترتیب تخمین¬های خوش-بینانه و بدبینانه¬ای از فشار پایدارسازی مورد نیاز تونل ارائه می¬شود. در این رساله ابتدا در بخشی از مسیر خط 2 متروی مشهد که حفاری در آن صورت گرفته است، در دو مقطع عرضی، مدل¬سازی عددیِ سه بعدی به کمک روش تفاضل محدود صورت گرفت. درمدل¬ها از اعدادی که حین اجرای تونل به عنوان فشار نگهداری ثبت شده بودند استفاده شده و نتایج حاصل در نشست¬های سطحی، به منظور بررسی صحت مدل¬سازی با نتایج حل تجربی وآنچه در واقعیت اتفاق افتاده است مقایسه شد. در دو مقطع دیگر در بخش حفاری نشده¬ی تونل، ابتدا با استفاده از روش¬های مختلف تجربی و تحلیلی، فشار مورد نیاز و حداکثر فشار مجاز محاسبه و با قرار دادن این مقادیر در مدل عددی نتایج حاصل مورد مقایسه قرار گرفت. اعداد به¬دست آمده، به خصوص در مورد حداکثر فشار نگهداریِ مجاز، در بعضی موارد اختلاف قابل توجهی دارند، ضمن اینکه تحلیل انجام شده نشان می¬دهد که با تغییر محیط ممکن است اعداد پیشنهادی از روش¬های مختلف، از نظر میزان بزرگی جای خود را به یکدیگر دهند. با توجه به نتایج به¬دست آمده از حل عددی، می¬توان گفت اتکا به عددهای حاصل از قضایای مرز بالاتر در روش دیویس و لکا و دورمیکس که با دید خوش-بینانه¬ای جبهه¬کار تونل را بدون اعمال فشار نگهداری یا با فشار پایین نگهداری، پایدار می¬دانند با مخاطره همراه است. به همین ترتیب عدد حاصل از مرز بالاتر در روش لکا و دورمیکس برای تخمین حداکثر فشار مجاز با توجه به حل عددی و همین¬طور اختلاف زیاد نسبت به اعداد حاصل از سایر روش¬ها، به دور از واقعیت به نظر می¬رسد. با انجام آنالیز حساسیت نسبت به پارامترهای محیط حفاری و حفاری در اعماق مختلف، مشاهده شد که در همه¬ی حالات، افزایش فشار نگهداری در ابتدا باعث کاهش قابل توجه در میزان نشست¬ها شده ، پس از آن میزان این تاثیر کم و در نهایت با بکارگیری فشارهای بالاتر، علاوه بر ایجاد بالازدگی در جلوی جبهه¬کار، میزان نشست افزایش پیدا خواهد کرد، با این توضیح که در اعماق بیشتر و زوایای اصطکاک داخلی پایین¬ترِ محیط، حساسیت افزایش نشست نسبت به افزایش فشار نگهداری به میزان مشخص، بیشتر است.
- Abstract
- Determining an appropriate range of face pressure is an important parameter in mechanized tunneling in urban areas, to preventing face instability, providing the necessary conditions for advancing through controlling settlments. There is different experimental, analytical and numerical methods to suggest required and maximum allowable face pressure. Analytical methods are based on limit equilibrium and stress limit analysis. At the beginning of this study, that part of the subway line no 2 in Mashhad where excavation has been done, was modeled by three-dimensional numerical model using finite difference method, in two cross sections. In those models, face pressures which were recorded by TBM during the advancing were used, and to verify the modelling process, results in surface settlements were compared with experimental solutions and insitu(field) resaults. In two other sections, in that part which is not yet excavated, by using various experimental and analytical methods, required and the maximum allowable pressure were calculated, and by putting the values in the numerical model ,results were compared. The values, especially in the case of the maximum allowable face pressure, are significantly different. While the analysis has shown that by changing the environment, in some cases, Proposed values of different methods, in terms of quantity can change their place to another, According to the results obtained from the numerical solution, there is no confidence in the values which are proposed by the upper bound of Davis and Leca & Dormieux methods. In these methods, with an optimistic view, without the face support pressure or low pressure, the face are considered stable. So according to the numerical solution, and so much difference to the values of other methods, the value obtained from upper bound in leca & Dormieux method for estimating the maximum allowable pressure, appears to be far from reality. By performing Sensitivity analysis on various environment parameters and depth, it was observed that in all the cases, increasing pressure causes a significant reduction in the amount of surface settlments at the beginning of the session, Then the amount of the impact is low and finally, by using higher pressures, in addition to creating a heave in the front, the amount of settlement will increase. In larger depth and smaller angles of internal friction, the settlement increasing sensivity to increasing face pressure in a specific amount, is higher.
