کاربرد روش تونل کاری کم عمق برای حفاری کراس اور در خاک‌های ضعیف (مطالعه موردی‌: متروی شیراز)

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری‌، گروه مهندسی عمران، دانشگاه گیلان، ایران

2 دانش آموخته کارشناسی‌ارشد، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه تهران، ایران

3 مربی، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران، ایران

4 دانش آموخته کارشناسی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

روش های مختلفی برای حفر تونل‌ها ابداع و مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این روش‌ها به طور عام دارای نقاط مشترک بوده ولی در اجرا، هر کدام از آنها با هم تفاوت‌ داشته و ویژگی‌های مربوط به خود را دارا می‌باشند. همواره با درنظر گرفتن کاهش ریسک، هزینه و زمان، باید بهترین روش برای حفاری تونل انتخاب و اجرا گردد. انتخاب روش بهینه برای حفر تونل مستلزم شناخت کامل روش های حفاری و پارامترهای  تأثیرگذار بر آنها می باشد. از جمله پارامترهای مهم که باید مورد مطالعه و ارزیابی قرار گیرد می توان به مشخصات هندسی،  مشخصات زمین شناسی و ژئومکانیکی، شرایط پروژه و زیرساخت های موجود، زمان اتمام پروژه و مسائل زیست محیطی را نام برد. همچنین پیش‌بینی و کنترل نشست هم از لحاظ ایمنی و هم از نقطه نظر اقتصادی از اهمیت قابل توجهی در مناطق شهری برخوردار است. در سال های اخیر، استفاده از تونل کاری در عمق کم برای حفاری فضاهای زیرزمینی از جمله ایستگاه مترو و فضاهای مشابه در خاک‌های مختلف مورد توجه قرار گرفته که به دلیل عدم ایجاد خلل در ترافیک، در فضاهای شهری مورد علاقه می باشد.  تونل کاری در عمق کم و در خاک ضعیف، STM  نام گذاری می شود. استفاده از این روش در فضاهای شهری می‌بایست از نظر نشست در سطح زمین و اثرات آن بر سازه‌های روی زمین به طور دقیق  ارزیابی گردد. مطابق طرح خط 2 قطار شهری شیراز، در حد فاصل ایستگاه رحمت و دولت بین دو خط ریل اصلی مسیر، یک تقاطع دو طرفه (کراس اور) ایجاد می‌گردد. طول این تقاطع حدود 5/136 متر و عمق روباره آن حدود 5/7 و دهانه آن حدود 22 متر می‌باشد. این مقاله به انتخاب روش حفاری مناسب جهت اجرای کراس اور به‌ روش کم عمق، با استفاده از مدلسازی عددی و با به‌کارگیری نرم افزار FLAC3D می‌پردازد. هدف از مدلسازی عددی به روش سه بعدی، بررسی دقیق میزان نشست حین اجرا و تعیین بهترین روش اجرا با کمترین میزان نشست می باشد. روش های مختلفی با تقسیم بندی‌های متفاوت جهت حفاری کراس اور مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت دو روش قابل استفاده در این مقاله ارائه و بهترین روش با کمترین میزان نشست به‌عنوان گزینه برتر معرفی گردید. بر اساس مدل-سازی‌های انجام‌ شده، حداکثر میزان نشست در سطح زمین با استفاده از گزینه برتر برابر 58/2 سانتیمتر تخمین زده شد. 
 
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of Shallow Tunneling Method (STM) for Crossover Construction in Weak Soil (Case Study: Shiraz Subway)

نویسندگان [English]

  • A. Moghbeli Oskoe 1
  • H. Ajamzadeh 2
  • S. M. Mansoorzadeh 3
  • R. Esmailpour Ghameshlo 4
1 Ph.D., Student, Faculty of Engineering, Civil Engineering,‌University of Guilan, Guilan, Iran
2 M.Sc. Grad., Technical Expert, AIC Consulting Engineers, Tehran, Iran
3 Instructor, Faculty Member, Transportation Research Institute, Road, Housing and Urban Development Research Center, Tehran, Iran.
4 B.Sc. Grad., Civil Engineering, Abbaspour College of Technology, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Different methods have been developed and used for the excavation of tunnels. These methods generally have common points, but each of them is different in execution phase and this is the reason why they are categorized. Selection of an optimal method for tunnel excavation includes full knowledge of the tunneling methods and the parameters affecting them. Geometric characteristics, geological and geotechnical properties, project conditions and existing infrastructure, project completion time, and environmental issues are some of the important parameters which must be studied and evaluated. Also, the prediction and control of settlement in terms of safety and economic point of view has considerable importance in urban areas. In recent years, the shallow tunneling method (STM) has been used to excavating underground spaces such as metro stations and similar spaces in different soils, which have many interests in urban areas due to their lack of traffic jams. According to plan of line 2 Shiraz subway, a Crossover is constructed between the Rahmat and Dolat station in the middle of two main railways of the route. The length of the Crossover is about 136.5 m and its overburden is about 7.5 m and its diameter is about 22 m. This paper focuses on selecting the appropriate excavation method for crossover using STM method based on numerical modeling with FLAC3D software. The purposes of three-dimensional numerical modeling are evaluation of settlement during excavation, and determination of the best excavation method with the lowest settlement rate. Different methods have been investigated with different drift and sections division. Finally, two applicable methods are presented in this paper and the best method with the least settlement was introduced as the preferred option. Based on the result, maximum settlement at ground surface was 2.58 cm in the preferred option.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shallow Tunneling Method
  • Tunneling in Weak Soil
  • Crossover
  • FLAC3D
  • Surface Settlement

-Brown, E.T., (1981), “Putting the NATM into perspective”. Tunnels and Tunnelling 13, pp.13–17.

-Carranza-Torres, C., Fairhust, C., (2000), “Application of the convergence-confinement method of tunnel design to rock masses that satisfy the Hoek–Brown failure criterion”. Tunnelling and Underground Space Technology 15, pp.187–213.

-Fang, Q., Zhang, D.L., Wong, L.N.Y., (2011), “Environmental risk management for a cross interchange subway station construction in China. Tunnelling and Underground Space Technology 26,
pp.750–763.

-Hanhua Zhu, Mengchong Chen, Yu Zhao, Fusheng Niu, (2017), “Stability Assessment for Underground Excavations and Key Construction Techniques”, Springer Tracts in Civil Engineering, DOI 10.1007/978-981-10-3011-6

-Health and Safety Executive (HSE), (1996), “Safety of New Austrian Tunnelling Method (NATM) Tunnels”, A Review of Sprayed Concrete Lined Tunnels with Particular Reference to London Clay, HSE Books.

-Institution of Civil Engineers (ICE), (1996), “Sprayed Concrete Linings (NATM) for Tunnels in Soft Ground”, ICE Design and Practice Guide. Thomas Telford, London.

-Japan Society of Civil Engineers (JSCE), (1996), “Standard Specification of Tunnel (Mountain Tunneling Tunnel) and Explanation”.

-Karakus, M., Fowell, R.J., (2004), “An insight into the new Austrian tunnelling method (NATM)”. KAYAMEK02004-VII. In: Bölgesel Kaya Mekanig ˘i Sempozyumu/ ROCKMEC0 2004 – VIIth Regional Rock Mechanics Symposium, Sivas, Türkiye.

-Karakus, M., Fowell, R.J., (2005), “Back analysis for tunnelling induced ground movements and stress redistribution. Tunnelling and Underground Space Technology 20 (6), pp.514–524.

-Kolymbas, D., (2005), “Tunnelling and Tunnel Mechanics. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg”.

-Oreste, P.P., (2003), “Analysis of structural interaction in tunnels using the covergence–confinement approach”. Tunnelling and Underground Space Technology 18,
pp.347–363.

-Powell, D.B., Sigl, O., Beveridge, J.P., (1997), “Heathrow-Express-design and performance of platform tunnels at Terminal 4”. In: Tunnelling’97. IMM, London,
pp. 565–593.

-Qian Fang, Dingli Zhang, Louis Ngai Yuen Wong, (2012), “Shallow tunnelling method (STM) for subway station construction in soft ground, Tunnelling and Underground Space Technology 29, pp.10–30.

-Rabcewicz, L., (1964), “The New Austrian Tunnelling Method. Part one. Water Power (November),
pp. 453–457. Part two. Water Power (December), pp.­511–515. Rabcewicz, L., 1965. The New Austrian Tunnelling Method. Part three. Water Power (January), pp. 19–24

-Sauer, G., (1988), “When an invention is something new: from practice to theory in tunnelling”. Transactions of the Institution of Mining & Metallurgy, Section A 97,
pp.94–108.

-Terzaghi, K., (1943), “Theoretical Soil Mechanics”. Wiley and Sons, New York.

-Tonon, F., Sequential Excavation, NATM and ADECO: What they have in common and how they differ. Tunnelling and Underground Space Technology, 25, 2010, 245–265. DOI: 10.1016/j.tust.2009.12.004.

-Will, M., (1989), “Excavation of Large Cross Section Tunnels in Accordance with the Basic Principles of New Austrian Tunnelling Method’’ (N.A.T.M.) with Particular Regard for the use of Boom-type tunnelling Machines, World Tunnelling, April, pp. 51–55.

-Xiang, Y.Y., He, S.H., Cui, Z.J., Ma, S.Z., (2005), “A subsurface ‘‘drift and pile’’ protection scheme for the construction of a shallow metro tunnel”. Tunnelling and Underground Space Technology 20, pp.1–5.