بررسی عددی اثرات حفاری تونل‌های شیب‌دار بر پایداری تونل‌های اصلی آزادراه تهران شمال

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مکانیک سنگ ، دانشکده مهندسی معدن ،دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشیار دانشکده مهندسی معدن ،دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

مسیر آزادراه تهران شمال، کوهستان البرز را با تونلی به طول تقریبی 6400 متر قطع  می­کند. تونل‌های بزرگ البرز شامل دو تونل اصلی (رفت و برگشت) و یک تونل اکتشافی (بین دو تونل اصلی و در تراز پایین‌تر) است. تونل‌های اصلی البرز به وسیله تونل‌هایی تحت عنوان دستک‌های تهویه به صورت شیب‌دار به تونل اکتشافی متصل می­شوند. هدف اصلی از انجام این تحقیق بررسی عددی تاثیرات حفاری تونل‌های دسترسی شیب‌دار بر پایداری تونل‌های اصلی است. برای انجام این کار از نرم­افزارFLAC 3D استفاده شده است، به این ترتیب اطلاعات به دست آمده از مدلسازی نشان داده است که تاثیر حفر تونل شیب‌دار تا 5/1 برابر عرض تونل شیب‌دار از دیواره تقاطع ادامه می‌یابد و بیشترین تاثیرات واکنشی در سیستم نگهداری تونل اصلی ناشی از حفاری تونل شیب‌دار، به ترتیب در دیواره چپ، دیواره راست و سقف تونل اتفاق می‌افتد. همچنین نحوه تغییرات در نیروی محوری و لنگر خمشی در سیستم نگهداری تونل اصلی، با توجه به جهت حفر تونل شیب‌دار از سمت تونل اکتشافی به سمت تونل اصلی یا بالعکس نشان داد که حفاری دهانه تونل شیب­دار از سمت فضای باز (تونل اصلی) به سمت تونل اکتشافی فشار کمتری را به دیواره تقاطع وارد خواهد کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical analysis of inclined-tunneling effect on the stability of main tunnels of Tehran-Shomal (North) highway

نویسندگان [English]

  • S. Doostdari 1
  • R. Bagherpour 2
  • A. Baghbanan 2
چکیده [English]

Tehran Shomal highway passes through Alborz mountains with a tunnel length of 6400 meters. There are two main tunnels. A full three-dimensional (3D) numerical analysis coupled with elasto-plastic material models was conducted on the inclined access tunnel. Bending moment, axial force and the lining displacements due to the internal forces applied on the shotcrete lining are calculated. Axial force and bending moment applied on the lining have been evaluated using the FLAC 3D software program. The axial force versus bending moment of the lining is plotted. A criterion for assessing the effect of intersection on main tunnel behavior has been established, and investigated stability main tunnels by excavation of inclined access tunnel and a new support system suggested because of high-stress concentration at the junction. Raising support axial forces and bending moments may endanger tunnel stability during construction in the intersection of the inclined access and main tunnels. The results indicate that the existing thickness of the tunnel lining is safe and provides the appropriate load and moment bearing capacity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tehran-Shomal (North) highway
  • inclined-tunneling
  • 3D numerical analysis
  • Tunnel
  • FLAC 3D
[1]     Hasan, G. (1986). “Stability considerations for underground excavation intersections”. Mining Science and Technology,  4(1): 49-57.

[2]     Ting-kan, L., Bao-hua, G., and Li-chao, C. (2008). “Numerical modeling for further understanding of roadway junction stability modeling at deep underground”. Journal of Coal Science & Engineering, 14: 38-43.

[3]     Hoek, E., Carranza-Torres, C., and Corkum, B. (2002). “Hoek-Brown failure criterion”. North American Rock Mechanics Society meeting, 7-10 July, Toronto, 267-273.

[4]     Jing, L. (2003). “A review of techniques, advances and outstanding issues in numerical modeling for rock mechanics and rock engineering”. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 40: 283–353.

[5]     Barton N, and Bandis, S. (1990). “Review of predictive capabilities of JRC-JCS model in engineering practice”. Proceedings of International Conference on Rock Joints, 4-6 June, Netherlands, Rotterdam: Balkema, 603–610.

[6]     Barla, G., and Barla, M. (2000). “Continuum or discontinuum modeling in tunnel engineering”. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 52 (10): 567-576.

[7]     Bobet, A. (2010). “Numerical Methods in Geomechanics”. The Arabian Journal for Science and Engineering, 35(1B): 27-48.

[8]     Sakurai, S. (1993). “Back analysis in rock engineering comprehensive rock engineering”. Tunnelling and Underground space Technology,  674: 51-67.

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

[10]  Hoek, E., Carranza-Torres, C., Diederichs, M. S., and Corkum, B. (2008). “Integration of geotechnical and structural design in tunneling”. Proceedings University of Minnesota 56th Annual Geotechnical Engineering Conference,29 February, Minneapolis, 1-53.