محاسبه شعاع بهینه تزریق در تونل‌ کوهین به ‌منظور بهبود خصوصیات ژئومکانیکی زمین با استفاده از روش تصمیم‌گیری چندمعیاره

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه مهندسی معدن، دانشکده مهندسی معدن ، دانشگاه تهران

2 کارشناس مهندسی معدن ، دانشگاه صنعتی ارومیه

3 استادیار گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی ، دانشگاه صنعتی ارومیه

چکیده

عمل تزریق دوغاب به­عنوان یکی از روش­های اصلی بهسازی زمین نقش اساسی در کیفیت تونلسازی دارد. تزریق دوغاب از طریق بهبود ویژگی­های مقاومتی توده سنگ و خاک باعث کاهش میزان نشست در سطح زمین، کاهش همگرایی محیط تونل و همچنین کاهش بارهای وارده بر سیستم نگهداری می­شود. از طرف دیگر تزریق دوغاب باعث افزایش هزینه­ها، افزایش زمان و همچنین کاهش میزان پیوستگی عملیات تونلسازی خواهد شد. با توجه به اثرات مثبت و منفی تزریق دوغاب بر روند تونلسازی، انتخاب شعاع بهینه تزریق در پروژه­های تونلسازی اهمیت ویژه­ای دارد. جابه‌جایی قائم در سقف و کف تونل، جابه‌جایی افقی دیواره تونل، نشست در سطح زمین، بار محوری، نیروی برشی و لنگر خمشی وارد بر سیستم نگهداری، هزینه و مدت زمان حفر تونل به­عنوان پارامترهای اصلی برای تعیین شعاع بهینه تزریق به­منظور بهبود خصوصیات ژئومکانیکی محیط و بهبود طراحی تونل انتخاب شدند. در این مقاله ابتدا بر اساس روش عددی تفاضل محدود و با استفاده از نرم افزار FLAC2D پارامترهای اصلی تونل راه­آهن محور قزوین - رشت محاسبه ‌شد. پس از تعیین مقادیر هر یک از پارامترهای یاد شده در شعاع های مختلف تزریق (400 ،...،100 ،50 ،0 سانتی­متر)، درجه اهمیت هر یک از پارامترها با توجه به نظر نویسندگان با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) تعیین و در نهایت با به­کارگیری روش تصمیم­گیری چند معیاره VIKOR شعاع بهینه تزریق از میان گزینه­های مختلف انتخاب شد. در این تحقیق شعاع 100 سانتی­متر به­عنوان شعاع بهینه تزریق به­منظور بهبود خصوصیات ژئومکانیکی محیط و بهبود طراحی تونل کوهین به دست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determination of the Optimum Grouting Radius for Improving the Geomechanical Properties of KOUHIN Tunnel Using Multi Criteria Decision Making

نویسندگان [English]

  • S. Ghadernejad 1
  • A. Safdarian 2
  • R. Mikaeil 3
1 M.Sc Student, Dept. of Mining, College of Engineering, University of Tehran
2 M.Sc Student, Dept. of Mining, Urmia University of Technology
3 Assistant Professor, Dept. of Mining, Urmia University of Technology
چکیده [English]

Grouting operations as one of the main methods of ground improvement play a key role in tunneling quality. Grouting reduces the amount of surface subsidence, maximum loads on the support systems and on tunnel convergence by improving strength parameters of ground. On the other hand, grouting operation causes an increase  in time and cost, and also reduces the continuity of tunneling operations. According to positive and negative effects of grouting operations in tunneling projects, selecting the optimum grouting radius is very important. Vertical displacement of the crown and the roof of the tunnel, the horizontal displacement of walls, subsidence at the surface, axial forces, shear forces and bending moment on support systems and also time and costs were selected as main parameters in determining an optimum grouting radius. It was primarily aimed to calculate parameters of the Qazvin-Rasht railway tunnels using Finite Difference Method FLAC2D. In the next step, the values of selected parameters in various radiuses of grouting were calculated; then, the degrees of importance of each parameter were determined using Analytical Hierarchy Process. Finally, optimum grouting radius was selected among different alternatives by using VIKOR technique. In this study, 100 cm was selected as an optimal grouting radius for improving geomechanical and design parameters in KOUHIN tunnel.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Grouting operation
  • optimum radius
  • Analytic Hierarchy Process
  • VIKOR
  • Finite Difference Method

[1]     اورعی، سید کاظم؛ 1387؛ “نگهداری در معادن”، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، ص 338.

[2]     Nicholson, P. G. (2015). “Soil Improvement and Ground Modification Methods”. 1st edition, Butterworth – Heinemann, Elsevier Inc, Amsterda, chapter. 12: 289-317.

[3]     ASCE Standard ASCE/G-I53-10, (2010). “Compaction Grouting Consensus Guide”. American Society of Civil Engineers, New York, pp. 79.

[4]     Delmalm, T. (2004). “choice of grouting method for jointed hard rock based on sealing time prediction”. PHD thesis, Royal University of Technology, Stockholm, Sweden, pp. 250.

[5]     Bernarder, S. (2004). “Grouting in sedimentary and igneous rock with special reference to pressure induced deformation”. Technical reports, Lulea University of technology, Lulea, Sweden, pp. 118.

[6]     Lombardi, T. (2003). “grouting of rock mass”. Procedding of  3rd International Conference on Grouting Novel Grout Treatment, February 10-12, New Orleans, Louisiana, United States, 1-42.

[7]     Garshol, K. (2003). “Pre- Excavation Grouting in Rock tunneling”. MBT International Underground Construction Group, Division of MBT (Switzerland) Ltd, pp. 138.

[8]     Zhang, D. M., Huang, H. W., and Wang, J. M. (2007). “Numerical study on the effect of grouting on long-term settlement of tunnel in clay”. International Conference on Computational Science, May 27 – 30, Beijing, China,  1114-1121.

[9]     Panthi, K. K., and Nilsen, B. (2005). “Significance of grouting for controlling leakage in water tunnel. A case from Nepal”. World Tunnel Congress, May, Istanbul, Turkey, 931-938.

[10]  Dickes, G. (2012). “Support of tunneling with chemical grouting in New Jersey”. North American Society for Trenchless Technology (NASTT), March 11-15, Nashville, Tennessee, 1-9.

[11]  Xanthakos, P., Abranson, L., and Bruce, D. (1994). “Ground control and Improvement”. Wiley– Interscience, New York, pp. 936.

[12]  Hoien, A. H., and Nelson, B. (2015). “Rock Mass Grouting in the Løren Tunnel: Case Study with the Main Focus on the Groutability and Feasibility of Drill Parameter Interpretation”. Rock Mechanics and Rock Engineering, 47(3): 967-983.

[13]  Xuan, D., and Xu, J. (2014). “Grout injection into bed separation to control surface subsidence during longwall mining under villages: case study of Liudian coal mine”. Natural Hazards, 73(2): 883 – 906.

[14]  Xuan, D., Xu, J., Wang, B., and Teng , H. (2015). “Borehole Investigation of the Effectiveness of Grout Injection Technology on Coal Mine Subsidence Control”. Rock Mechanics and Rock Engineering, 48(6): 2435-2445.

[15]  مهندسین مشاور هرازراه؛ 1383؛ “دومین گزارش تونل راه­آهن کوهین محور قزوین- رشت- بندرانزلی” .

[16]  Itasca Consulting Group Inc., (1999). FLAC2D version 4.10 User’s manual, Itasca Consulting Group Inc, Minneapolis.

[17]  میکائیل، رضا؛ 1385؛ “تحلیل پایداری و طراحی سیستم نگهداری تونل راه آهن کوهین محور قزوین  رشت”، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی معدن و ژئوفیزک، دانشگاه صنعتی شاهرود

[18]  Saaty, T. (1980). “The Analytic Hierarchy Process: Planning, Priority Setting, Resource, Allocation”. McGraw-Hill, New York, pp. 287.

[19]  عطایی، محمد؛1393؛“تصمیم­گیری چند معیاره”، دانشگاه صنعتی شاهرود، ویرایش اول، چاپ دوم، ص 333.

[20]  Opricovic, S., and Tzeng, G. H. (2002). “multicriteria planning of post-earthquake sustainable reconstruction”. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 17(3): 211–220.

[21]  Opricovic, S., and Tzeng, G. (2003). “Fuzzy Multicriteria Model for Postearthquake Land-Use Planning”. Natural Hazards Review, 4(2): 59–64.

[22]  Opricovic, S., and Tzeng, G. H. (2004). “Compromise solution by MCDM methods: a comparative analysis of VIKOR and TOPSIS”. European Journal of Operational Research, 156(2): 445–455.

[23]  Opricovic, S., and Tzeng, G. H. (2007). “Extended VIKOR method in comparison with outranking methods”. European Journal of Operational Research, 178(2): 514–529.

[24]  Hu-Chen, L., Long, Li.,  Nan, L., Ling-Xiang, M. (2012). “Risk evaluation in failure mode and effects analysis with extended VIKOR method under fuzzy environment”. Expert Systems with Applications, 39(17): 12926–12934.

[25]  Tavakkoli-Moghaddam, R., and Mousavi, S. M. (2011). “An integrated AHP-VIKOR methodology for plant location selection”. International Journal of Engineering, 24(2): 127-137.

[26]  San Cristóbal, J. R. (2011). “Multi-criteria decision-making in the selection of a renewable energy project in spain: The Vikor method”. Renewable Energy, 36(2): 498-502.

[27]  Opricovic, S. (2011). “Fuzzy VIKOR with an application to water resources planning”. Expert Systems with Applications, 38(10): 12983-12990.