مقایسه پایداری تونل‌های دوتایی و منفرد خطوط 1 و 2 مترو تبریز با مدلسازی سه بعدی عددی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مکانیک سنگ، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

2 دانشیار دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

3 استادیار دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی سهند تبریز

چکیده

با گسترش روز افزون محیط­های شهری ایجاد و توسعه سیستم­های حمل و نقل درون شهری مانند مترو امری ضروری است. با توجه به اینکه بخش مهمی از هزینه­ ساخت مترو مربوط به حفاری و نگهداری تونل­ها می­شود، بنابراین یکی از ابتدایی­ترین تصمیم­گیری­ها در بحث ساخت مترو، تصمیم­گیری راجع به انتخاب تونل­های منفرد یا دوتایی است. در صورت انتخاب تونل تکی مقطع تونل به منظور تعبیه هردو مسیر رفت و برگشت در داخل یک تونل، باید به حد کافی بزرگ انتخاب شود، در حالی که با استفاده از تونل­های دوقلو، با توجه به ساخت تونل­های مجزا برای مسیر رفت و برگشت، اندازه مقطع مورد نیاز برای هر تونل کاهش می­یابد. هدف از این مقاله استفاده از مدلسازی سه­بعدی عددی تونل­های دوقلوی خط 1 و تونل تکی خط 2 مترو تبریز برای بررسی نقاط ضعف و قوت استفاده از تونل­های دوقلو و تونل­ تکی با توجه به معیارهای فنی مختلف شامل پایداری در حین حفاری تونل­ها، نشست سطح زمین و تاثیر بر سازه­های سطحی و همچنین ضرایب ایمنی مطابق با نیروها و ممان­های اعمال شده بر پوشش بتنی تونل­ها، در محیط شهری است. در این تحقیق از روش عددی تفاضل محدود (نرم­افزار Flac 3D) برای مدلسازی تونل­های هر دو خط استفاده شده است. نتایج نشان می­دهند که از نظر میزان جابه­جایی­های نسبی دیواره تونل در حین حفاری، استفاده از تونل تکی ارجحیت دارد. از دیدگاه کنترل نشست و همچنین از نظر نیروها و ممان­های ایجاد شده روی پوشش بتنی و ضرایب ایمنی مربوطه، استفاده از تونل­های دوقلو مناسب­تر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Stability comparison of twin and single tube tunnels in line 1 and 2 of Tabriz metro using 3D numerical modeling

نویسندگان [English]

  • S. Akbari 1
  • Sh. Zare 2
  • H. Mirzaei 3
1 M.Sc. of Rock mechanics, Faculty of Mining, Petroleum, Geophysics, Shahrood University of Technology
2 Associate Professor, Faculty of Mining, Petroleum, Geophysics, Shahrood University of Technology
3 Assistant Professor, Faculty of Mining Engineering, Sahand University of Technology
چکیده [English]

Increasing urban development and social needs for transportation systems bring about construction and extension of urban  transportation systems. Considering the fact that the important part of costs relates to excavation and maintenance of tunnels, choosing the single or double tube tunnels is one of the most important decisions in urban tunneling. In case of using single tube tunnel, it should be large enough to accommodate a pair of trains and their appurtenances. However,  in case of using twin tunnels, considering that each tunnel is meant to be used for  one train, the sections of the tunnels can be smaller. The aim of this paper is to use 3D numerical models for line 1 twin tube tunnels and line 2 single tube tunnel of Tabriz metro to study the various aspects of using twin or single tube tunnels in urban areas. Various criteria have been considered such as: stability of the single and twin tube tunnels, subsidence occurred on the surface and nearby buildings, forces and moments exerted on the twin and single tube tunnels and their factors of safety. In this paper finite difference numerical method (FLAC 3D) has been used to model the tunnels of both lines. The results show that when considering the viewpoint of displacements occurring on the walls of tunnels, using a single tube tunnel with big section will be recommended. However, when the viewpoint of subsidence control and forces and moments acting on segmental linings is taken into account, the use of the twin tube tunnels will be advantageous.

کلیدواژه‌ها [English]

  • 3D numerical modeling
  • tunnel stability
  • surface subsidence
  • forces and moments
[1]     Chapman, D. N., Rogers, C. D. F., and Hunt, D. V. L. (2004). "Predicting the settlements above twin tunnels constructed in soft ground". Tunnelling and Underground Space Technology, 19: 4-5.

[2]     Sterpi, D., and Cividini, A.  (2004).  "A physical and numerical investigation on the stability of shallow tunnels in strain softening media". Rock Mechanics and Rock Engineering, 37 (4), 277–298.

[3]     Liu, HY,. Small, JC,. Carter JP., and Williams DJ. (2009).  "Effect of tunneling on existing support systems of perpendicularly crossing tunnels". Computers and Geotechnics, 36(5): 880-894.

[4]     اتحادیه شرکت­های قطار شهری؛ 1386؛ خبرنامه اتحادیه شرکت­های قطار شهری، شماره 8.

[5]     شرکت مهندسین مشاور گنو؛ 1387؛ گزارش مطالعات ژئوتکنیک خط یک قطار شهری تبریز.

[6]     شرکت مهندسین مشاور ایمن سازان؛ 1389؛  خدمات مهندسی پروژه تونل خط 2 قطار شهری  تبریز از ابتدای تونل تا ایستگاه G2.

[7]     Lamrugini, A., Medina Rodriquez, L., and Castellanza, R. (2012). “Development of validation of 3D numerical model for TBM-EPB Mechanized excavations”. Computers and Geotechnics, 40: 97-113.

[8]     Australian standard. (2002). Earth retaining structures.

[9]     شرکت مهندسی پل و ساختمان الموت؛ 1389؛ طراحی سازه شفت ایستگاه 12 متروی تبریز.

[10]  Alamut Bridge and building engineering co. (2006). “Designand calculation of concrete segments”.

[11]  Sakurai,­ S. (1992). “Lessons learned from field measurements in tunneling”. Tunneling and Underground Space Technology, 12: 453-460.

[12]  موسوی، م؛ طالبی نژاد، ح؛ چاکری، ح؛ 1388؛ "تحلیل پایداری و مدل سازی سه بعدی تونل و ایستگاه ( مطالعه موردی: خط 4 مترو تهران)"، هشتمین کنفرانس تونل، دانشگاه تربیت مدرس، ص 411-422.

[13]  Carranza-Torres, C., and Diederichs, M. (2009). “Mechanical analysis of circular Liners with particular refrence to composite supports”. Tunneling and Underground Space Technology, 24(5): 506-532.

[14]     مستوفی نژاد، د­؛ 1386؛ "سازه های بتن آرمه" انتشارات ارکان دانش، ص 720.