ساعات کاری:   ‌17:00-8:00    نشانی: تهران،  سعادت آباد، بلوار پاکنژاد شمالی،  بالاتر از چهار راه سرو،  پلاک27،  واحد3      تلفن:22129813-021 

گودبرداری و پایدارسازی گود در نزدیکی تونل

گودبرداری و پایدارسازی گود در نزدیکی تونل چه تاثیری بر تونل میگذارد؟

همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است گودبرداری عمیق و پروژه‌های پایدارسازی در نزدیکی تونل،(پایدارسازی گودها به روش‌هایی مانند نیلینگ، سازه نگهبان، تاپ دانTop-down و … صورت می‌پذیرد) موجب حرکت خاک اطراف و تونل‌های مجاور می‌شود.

اگر عمق گودبرداری و پایدارسازی (پایدارسازی گودها به روش‌هایی مانند نیلینگ، سازه نگهبان، تاپ دانTop-down و … صورت می‌پذیرد) مجاور را برابر h و عمق مرکز تونل عبوری از زیر گودبرداری را برابر H در نظر بگیریم اگر H بزرگتر از عمق گودبرداری باشد بخاطر حرکت ارتجاعی خاک زیر گودبرداری تونل به صورت قائم و رو به بالا جابجا خواهد شد و تغییر مکان جانبی آن خیلی کمتر از جابجایی قائم خواهد بود.

اگر تونل در کنار گودبرداری باشد و H کمتر از h باشد تونل‌ها با یک تغییر مکان قابل توجه به صورت افقی حرکت خواهد کرد که این مسئله در شکل1 نیز نشان داده شده است.

برای کاهش خطرات ناشی از گودبرداری پیش بینی جابجایی تونل ناشی از گودبرداری یک امر مهم است. روش‌های عددی یک روش قدرتمند برای شبیه سازی اندرکنش خاک و تونل تحت شرایط میدانی پیچیده و روش‌های گودبرداری است.

گودبرداری برای انجام پایدارسازی (پایدارسازی گودها به روش‌هایی مانند نیلینگ، سازه نگهبان، تاپ دانTop-down و … صورت می‌پذیرد) یک پروسه باربرداری برای خاک است که موجب آزاد شدن تنش‌ها در زیر کف گودبرداری می‌شود. کل بار آزاد شده برابر با بار گرانشی خاک حفاری شده است.

شکل1: اندرکنش بین گودبرداری و تونل

تغییر شکل پوشش تونل ناشی از گودبرداری همانطور که در شکل 2 نشان داده شده یک مسئله سه بعدی است که شامل هر دو پاسخ قائم و پاسخ پیرامونی می‌باشد.

پاسخ قائم با اندازه‌گیری میزان بلندشدگی محور تونل (Dt) و پاسخ پیرامونی از طریق اندازه‌گیری مقطع تونل حاصل می‌شود (Dc) که این خود شامل تغییرمکان تاج تونل (Dt) و کف تونل (Dcb) می‌باشد.

پاسخ اصلی تونل به گودبرداری بر روی آن جابجایی قائم است که تقریبا دو برابر همگرایی مقطع تونل است.

شکل2: تغیرشکل پوشش تونل

 

با انجام گودبرداری جهت پایدارسازی گود (پایدارسازی گودها به روش‌هایی مانند نیلینگ، سازه نگهبان، تاپ دانTop-down و … صورت می‌پذیرد) زمانیکه گود در بالای تونل قرار دارد خاک درون گودال به سمت بالا و خاک خارج گودبرداری به سمت گود حرکت می‌کند.

این جابجایی‌های تحریک شده توسط گودبرداری دارای اثرات متفاوتی بر روی پوشش تونل در موقعیت‌های متفاوت خواهد بود و تونل همگرایی و واگرایی متفاوتی را در مقطع خود تجربه خواهد کرد.

اگرچه حداکثر جابجایی یک فاکتور مهم در محاسبه ایمنی تونل است ولی به عنوان فاکتور حاکم برای محاسبه ایمنی تونل نیست. بلکه منحنی پروفیل تغییرمکان به عنوان یک مسئله اصولی مطرح است.

از آنجایی که تونل‌ها دارای رفتاری همانند تیر هستند پتانسیل خرابی به نحوه قرارگیری آنها نسبت به جهت حرکت زمین وابسته است. اگر تونل در کنار گودبرداری انجام شده جهت پایدارسازی گود (پایدارسازی گودها به روش‌هایی مانند نیلینگ، سازه نگهبان، تاپ دانTop-down و … صورت می‌پذیرد) قرار گیرد و دارای تحدب به سمت گودبرداری باشد چون با افزایش حرکت زمین طول تونل نیز افزایش خواهد یافت و اتصالات پوشش تونل تمایل به بازشدگی پیدا خواهند کرد و احتمال آسیب دیدگی افزایش می‌یابد.

ولی اگر تونل دارای تقعر رو به گودبرداری انجام شده جهت پایدارسازی (پایدارسازی گودها به روش‌هایی مانند نیلینگ، سازه نگهبان، تاپ دانTop-down و … صورت می‌پذیرد) باشد با افزایش حرکت زمین بخاطر اثر قوسی شدن چون اتصالات و درزها تمایل به بسته‌شدن پیدا می‌کنند احتمال آسیب‌دیدگی کاهش می‌یابد.

شکل 3 تغییرات توزیع جابجایی قائم تونل را برای مساحت گودبرداری متفاوت با تغییرات L و B ، براساس گزارش ژانگ و همکاران (Jun-Feng Zhang) نشان می‌دهد.

شکل زیر بیانگر این است که با افزایش مساحت گودبرداری، جابجایی تونل و ناحیه تأثیرپذیر از گودبرداری انجام شده جهت اجرای پایدارسازی (پایدارسازی گودها به روش‌هایی مانند نیلینگ، سازه نگهبان، تاپ دانTop-down و … صورت می‌پذیرد) افزایش می‌یابد ولی شدت این افزایش با افزایش L و B کاهش می‌یابد و بعد از یک مقدار مشخص این جابجایی مقدار ثابتی دارد.

 

شکل3: تغیرات توزیع جابه‌جایی قائم تونل نسبت به مساحت گودبرداری

 

سطح گودبرداری به صورت B.L=AE و سطح مشترک تونل موجود در زیر گودبرداری برابربا d.L=AT  می‌باشد. اگر ضریب مساحت به صورت d/B= AT/AE=R تعریف گردد، بار اساس شکل 3 رابطه بین حداکثر تغییر مکان تونل و ضریب مساحت R در شکل 4 ارائه شده است.

در این شکل یک منحنی دیگر با فرض گودبرداری مربعی شکل نیز رسم شده است و همان‌طور که مشاهده می‌شود با افزایش R جابجایی تونل به صورت غیر خطی افزایش می‌یابد و با توجه به شکل در قسمت اول منحنی با افزایش R حداکثر جابجایی به سرعت افزایش و بعد از اینکه مقدار R به 10 رسید شدت افزایش جابجایی کاهش می‌یابد و در آن نقطه تغییر مکان تونل برای گودبرداری مستطیلی به حداکثر مقدار خود می‌رسد ولی برای گودبرداری مربع شکل بخاطر اثرات اندرکنش طول و عرض در 15 R=  تغییر مکان به حداکثر مقدار خود می‌رسد.

همچنین مشخص است که تأثیر عرض گودبرداری خیلی بیشتر از طول آن است. آنها همچنین با رسم نموداری تعیین کردند که محدوده تأثیر گودبرداری در خارج از ناحیه گودبرداری معادل 5 برابر قطر تونل است، یعنی زمانی که تونل به فاصله 5 برابر قطر خود از لبه گودبرداری فاصله دارد، گودبرداری تأثیر بسیار کمی در جابجایی تونل دارد.

همچنین اگر عرض گودبرداری برابر  (0.5 B = 5 d ) باشد و تونل درست در مرکز گودبرداری قرار گیرد تونل دارای تغییر مکان زیادی خواهد بود طوری که این مقدار تقریبا 2 برابر زمانی است که تونل در لبه گودبرداری قرار گیرد.

شکل4: تغیرات حداکثر جابه‌جایی قائم تونل نسبت به ضریب R

تاثیر فاصله نسبی

با بررسی نتایج مشخص می‌شود که با افزایش عمق تونل و فاصله گرفتن از گودبرداری اجرا شده جهت پایدارسازی، مقدار حداکثر جابجایی کاهش می‌یابد و همچنین با افزایش مقدار D و فاصله گرفتن مرکز تونل از مرکز گودبرداری جابجایی تونل کاهش می‌یابد و همچنین زمانی که تونل در مرکز گودبرداری قرار می‌گیرد (D=0) حداکثر جابجایی تونل 2 برابر زمانی است که تونل در لبه گودبرداری قرار می‌گیرد .(D=0.5B) همچنین در فاصله  D=0.5B+5d حداکثر جابجایی تونل برابر صفر است و این به این معنی است که وقتی مرکز تونل در فاصله‌ای به اندازه 5 برابر قطر از لبه تونل قرار می‌گیرد، گودبرداری هیچ تاثیری بر جابجایی تونل ندارد.