پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

ارائه ابتکارات در سیستم ترکیبی شمع و تیر بتنی درجا با دال پیش‌ساخته بتنی جهت احداث زیرگذر در خطوط ریلی در حال بهره‌برداری با کمترین مدت زمان مسدودی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی عمران، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد نجف آباد، ایران
2 استاد، دانشکده مهندسی راه آهن، دانشگاه علم وصنعت، تهران، ایران
3 استادیار، گروه ﻣﻬﻨﺪسﻋﻤﺮان، واﺣﺪ ﻧﺠﻒ آباد، داﻧﺸگاه آزاد اﺳﻼﻣﯽ، ﻧﺠﻒ آﺑﺎد،ایران
4 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد نجف آباد، ایران
چکیده
اجرای زیرگذر در زیر خطوط ریلی در حال بهره‌برداری با محدودیت‌های ناشی از لزوم حداقل‌سازی زمان مسدودی خط، چالش‌های ژئوتکنیکی و محدودیت‌های اجرایی مواجه است. هدف این پژوهش، انتخاب روش بهینه و تبیین ابتکارات اجرایی مؤثر برای احداث زیرگذر در چنین شرایطی است. بدین منظور، شش روش اجرایی (شامل زیرگذر بتنی درجا، زیرگذر جعبه‌ای بتنی پیش‌ساخته، مقطع قوسی فولادی پیش‌ساخته، شمع‌های بتنی درجا با عرشه فولادی پیش‌ساخته و شمع‌های بتنی درجا با عرشه بتنی پیش‌ساخته یکپارچه) با استفاده از تحلیل SWOT، ارزیابی کمی و تحلیل تصمیم‌گیری چندمعیاره مبتنی بر روش سلسله مراتبی مقایسه شدند و روش ترکیبی شمع و تیر بتنی درجا با دال پیش‌ساخته بتنی با امتیاز 90/3 (از 5 امتیاز) بعنوان روش برتر ارائه و معرفی شد. بنابراین در ادامه نوآوری‌های اصلی این روش از جمله اجرای حفاری خندقی کنترل‌شده، به‌کارگیری دیوار بلوکی مسلح به‌عنوان گارد بالاست برای تثبیت موقت بستر خط و امکان تخریب سریع آن در زمان برداشت خط و استفاده از پیش‌دال‌های بتنی به‌منظور پایدارسازی خاک و آماده‌سازی بستر نصب عرشه تبیین شدند. نتایج نشان می‌دهد به‌کارگیری ابتکارات اجرایی یادشده موجب انتقال بخش عمده عملیات اجرایی به قبل از مسدودی خط و فراهم شدن امکان نصب سریع عرشه پیش‌ساخته می‌شود؛ به‌گونه‌ای که اجرای زیرگذر دهانه ۱۲ متری با مسدودی کمتر از شش ساعت و بدون نیاز به مسیر انحرافی امکان‌پذیر شده است. بر این اساس، سیستم ترکیبی شمع و تیر بتنی درجا با دال بتنی پیش‌ساخته می‌تواند به‌عنوان روشی کارآمد در طراحی و اجرای زیرگذرهای ریلی در خطوط در حال بهره‌برداری، به‌ویژه در دهانه‌های حدود ۱۰ تا ۱۲ متر، مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Innovations in a Hybrid System of Cast-in-Place Concrete Piles and Beams with Precast Concrete Slabs for Underpass Construction beneath Operational Railway Lines with Minimum Track Possession Time

نویسندگان English

Morteza Panahi 1
Jabbar Ali Zakeri 2
Mehdey Fazilati 3
Amir Amini 4
1 Department of Civil Engineering,Na C,Islamic Azad Universty,Najafabad,Iran
2 School of Railway Engineering, Iran University of Science and Technology, Narmak, Farjam, Tehran, 16846-13114, Iran
3 Department of Civil Engineering, Na.C., Islamic Azad university, Najafabad, Iran
4 Department of Civil Engineering, Na.C, Islamic Azad University, Najafabad, Iran
چکیده English

However, the construction of an underpass beneath operational railway lines is constrained by the need to minimize track possession time, as well as by geotechnical challenges and construction limitations. The objective of this study is to identify the optimal construction method and to elucidate effective execution innovations for underpass construction under such conditions. To this end, six construction methods—including cast-in-place concrete underpasses, precast concrete box underpasses, precast steel arch sections, cast-in-place concrete piles with a precast steel deck, and cast-in-place concrete piles with an integral precast concrete deck—were compared using SWOT analysis, quantitative evaluation, and multi-criteria decision-making based on the Analytic Hierarchy Process. The composite system consisting of cast-in-place concrete piles and beams with a precast concrete slab was identified as the superior alternative, achieving a final score of 3.90 out of 5. Accordingly, the principal innovations of this method were then examined, including controlled trench excavation, the use of a reinforced block wall as a ballast guard for temporary stabilization of the track bed with rapid removability during track lifting, and the use of precast concrete slabs to stabilize the soil and prepare the foundation for deck installation. The results indicate that these execution innovations shift a substantial portion of the construction activities to the pre-possession stage and enable rapid installation of the precast deck, making it possible to construct a 12 m span underpass with a track closure of less than 6 hours and without the need for a diversion route. Therefore, the composite system of cast-in-place concrete piles and beams with a precast concrete slab can be regarded as an efficient method for the design and construction of railway underpasses beneath operational lines, particularly for spans of approximately 10 to 12 m.

کلیدواژه‌ها English

Railway underpass
Cast-in-place concrete pile–beam system
Construction innovation
Operating railway line
Track possession
- پناهی، مرتضی، ذاکری سردرودی، جبارعلی، فضیلتی، مهدی و امینی، امیر (1405). ارزیابی فنی و اقتصادی روش‌های ساخت زیرگذرها در خطوط ریلی در حال بهره‌برداری با رویکردی مبتنی بر کاهش مدت مسدودی. مهندسی سازه و ساخت.
doi: 10.22065/jsce.2026.578548.3934
 محمدی کیان، فرزانه، احدی، حمیدرضا (1404). ارزیابی میزان ریسک در گذرگاه های همسطح ریل و جاده با استفاده از مدل آلکام. مهندسی حمل و نقل . 4915-4934.
-کرم نیای فر, محمد و دهقان, علی نقی (1397). بررسی اثر سیستم پیش نگهداری (فورپولینگ) بر کنترل نشست سطح زمین ناشی از حفاری تونل های کم عمق شهری تحت بارگذاری ترافیک ریلی. مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی، 7(2)، 85-63.
 doi: 10.22044/tuse.2019.7345.1345
-یزدانی, قاضی مغربی, افشار کاظمی. (1403) بهینه­سازی و کاهش مسدودی خطوط ریلی با استفاده از شبکه­های عصبی سه لایه پرسپترون. مهندسی سازه و ساخت 10 (6)، 206-186.
-Athanasopoulou, A., Bezuijen, A., Bogusz, W., Bournas, D., Brandtner, M., Breunese, A., & Subrin, D. (2019). Standardisation needs for the design of underground structures. Luxembourg: Publications Office of the European Union.
-Bababeik, Mostafa, Mohammad Farjadamin, Navid Khademi, and Amir-Hossein Fani. )2022(. Simultaneous Schedule of Trains and Track Maintenance According to Stochastic Blockage Time. International Journal of Rail Transportation 10 (5): 562–80.
-Van Bracht, H. (2015). Rail underpasses: A technological and economic feasibility study on standardization of underpasses [Master's thesis, Delft University of Technology].
-Chen, Jinnan, Chengshun Xu, Hesham M El Naggar, and Xiuli Du. )2023(. Comparative Study on Seismic Performance of Prefabricated and Cast-in-Place Underground Structures under Different Site Conditions. Soil Dynamics and Earthquake Engineering 171:107998.
-Cheng, Chihao, Shaoming Liao, Lisheng Chen, and Junzuo He. )2021(.Jacking Precision Control of Pipe Roof and Large Box Culvert below Urban Expressway-a Case Study of a Large Underpass in Shanghai. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 703:12050.IOP Publishing.
-Cao, C., Shi, C., Lei, M., Peng, L., & Bai, R. (2018). Deformation characteristics and countermeasures of shallow and large-span tunnel under-crossing the existing highway in soft soil: a case study. KSCE Journal of Civil Engineering, 22(8), 3170-3181.
-Feng, Jiajun, Panpan Guo, Penghui Xue, Siyao Liu, Gan Wang, and Yixian Wang. )2025(. Ground Surface Settlements and Deformation Behavior of In-Service High-Speed Railway Tunnel Induced by Obliquely Undercrossed TBM Tunnelling. Simulation Modelling Practice and Theory, 103224.
-Fei, R., Peng, L., Zhang, C., Zhang, J., & Zhang, P. (2024). Experimental and numerical studies of a shield twin tunnel undercrossing the existing high-speed railway tunnel. Geotechnical and Geological Engineering, 42(3), 1871-1886.
- Frolov, Y. S., A. N. Konkov, and E. S. Svintsov. )2017(. Appraisal of Highway Tunnels Construction on the Active Railroad Tunnel Operational Reliability in the City of Sochi. Procedia Engineering 189: 811–17. doi.org/10.1016/j.proeng.2017.05.126.
-Fu, Jinyang, Ningning Zhao, Yong Qu, Junsheng Yang, and Shuying Wang )2022(. Effects of Twin Tunnel Undercrossing Excavation on the Operational High Speed Railway Tunnel with Ballastless Track. Tunnelling and Underground Space Technology 124:104470.
-Huang, Ziyi, Hao Huang, Huajun Liao, Diandong Sun, and Wei Wang. )2025.( Analysis on Stress State of Arch Complex Joints of Long-Span Underpass Composite Bridge. In Civil Engineering and Smart Structure Technology: Proceedings of the 1st International Symposium (CESST 2024), Xiamen, China, 21-23 November 2024, 40–50. SAGE Publications 1 Oliver’s Yard, 55 City Road, London, EC1Y 1SP.
-Ivanes, Tatiana V., Vladimir N. Kavkazskiy, and Mikhail I. Shidakov. 2017. Geomechanical Tasks Solving in Modelling of Temporary Support Parameters in Sochi Tunnels. Procedia Engineering 189: 227–31.
Assistant Professor, Civil Engineering, Road and Transportation Department, Faculty of Civil Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran.doi.org/10.1016/j.proeng.2017.05.036.
-Keefer, Jim, John Passey, Herbert Kleeman, Judy Congdon, Randy Henderson, Keith Lytton, and Mike Motil. )2001(. Garrett Railroad Underpass Project: Panel Discussion.
-Lei, Mingfeng, Dayong Lin, Qiyou Huang, Chenghua Shi, and Linchong Huang. )2020(. Research on the Construction Risk Control Technology of Shield Tunnel underneath an Operational Railway in Sand Pebble Formation: A Case Study.” European Journal of Environmental and Civil Engineering 24 (10): 1558–72.
-Lin, X. T., Chen, R. P., Wu, H. N., Meng, F. Y., Su, D., & Han, K. (2022). Calculation of earth pressure distribution on the deep circular tunnel considering stress-transfer mechanisms in different zones. Tunnelling and Underground Space Technology, 119, 104211.
-Li, Y., Zhou, G., Tang, C. A., Wang, S., Wang, K., & Wang, T. (2021). Influence of undercrossing tunnel excavation on the settlement of a metro station in Dalian. Bulletin of Engineering Geology & the Environment, 80(6), 4673.
-Lunardi, P, G Cassani, A Bellocchio, M Gatti, and F Pennino. )2020(. An Innovative Approach in Tunnel Planning and Construction through 30 Years of Experience. In Tunnels and Underground Cities: Engineering and Innovation Meet Archaeology, Architecture and Art, CRC Press. 2546–56.
-Lyons, C., Holt, M., Ager, M., Ciavarella, C., & Muscat, D. (2012). Cardinia Road Railway Station–Pedestrian Underpass Jacking. In ANZ 12 Geomechanics Conference Proceedings..
-Mamaqani, Babak, Mohammad Najafi, and Vinayak Kaushal. )2020(. Developing a Risk Assessment Model for Trenchless Technology: Box Jacking Technique. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice 11 (4): 4020035.
-Mohsenian, Vahid, and Luigi Di-Sarno. )2024(. Estimation of Effective Damping Ratio for Cast-in-Place Tunnel-Form System and Evaluation of Its Role in Performance Point Prediction. Soil Dynamics and Earthquake Engineering 187:108989.
-Rafie, K., & Kramer, G. (2026). Tunnelling under operating highways and railways: Lessons learned from previous tunnel crossing projects. In Connecting Communities Through Underground Infrastructure, CRC Press, 3501-3514.
-Shakibayifar, Masoud, Abdorreza Sheikholeslami, Francesco Corman, and Erfan Hassannayebi. (2020). An Integrated Rescheduling Model for Minimizing Train Delays in the Case of Line Blockage. Operational Research 20 (1): 59–87.
-Pyrgidis, C. N. (2021). Railway transportation systems: design, construction and operation. CRC Press.
-Wang, Lei, Xiangsheng Chen, Dong Su, Shuya Liu, Xian Liu, Shouchao Jiang, Hao Gao, and Wensheng Yang. )2023(.Mechanical Performance of a Prefabricated Subway Station Structure Constructed by Twin Closely-Spaced Rectangular Pipe-Jacking Boxes. Tunnelling and Underground Space Technology 135:105062.
-Wang, Zhichao, Zhao Hu, Jinxing Lai, Hao Wang, Ke Wang, and Wenbo Zan. )2019(. Settlement Characteristics of Jacked Box Tunneling underneath a Highway Embankment.” Journal of Performance of Constructed Facilities 33 (2): 4019005.
-Wu, Beiyu, Xing-Tao Lin, Dong Su, Kaihang Han, and Xiangsheng Chen. )2024(.Settlement Transfer Mechanism of CFG Piles for Strengthening High-Speed Railway Subgrades Induced by Twin Shield Tunnelling Undercrossing. Tunnelling and Underground Space Technology 145:105577.
-Xie, Can, Yuhang Qu, Haiyan Lu, and Shuguang Song. )2024(.Study on Deformation of New Tunnels Overcrossing Existing Tunnels underneath Operating Railways. Buildings 14 (8): 2420.
 -Xu, Qiang, Yongquan Zhu, Shengxiang Lei, Zhichun Liu, and Wei Zhao. )2026(.Underpassing Underpinning Method with Active–Passive Disturbance Control: A Case Study of High-Risk Metro Station Construction in Shallow Urban Strata. Arabian Journal for Science and Engineering 51 (4): 5419–37.
-Yang, X., Li, J. Q., Liu, W., Wang, K. C., Hatt, J., & Schwennesen, J. (2023). Selection of at-grade highway-rail crossings for grade separation. International Journal of Rail Transportation, 11(2), 227-247.
-Zhang, Dingwen, Bo Liu, and Yujun Qin. )2016(. Construction of a Large-Section Long Pedestrian Underpass Using Pipe Jacking in Muddy Silty Clay: A Case Study. Tunnelling and Underground Space Technology 60:151–64.