نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد نهم، شمارۀ 3 پاییز 4331 7192

برآورد نشست سطحی در تونل بزرگراهی نیایش با
استفاده از روشهای تجربی، عددی و نشستهای واقعی

غلامرضا خانلری*، محمد ملکی، رضا حیدری ترکمانی، سمیه علی پور ،فاطمه ناصری؛
دانشگاه بوعلی سینا، دانشکدۀ علوم پایه، گروه زمین شناسی
تاریخ: دریافت 44/8/32 پذیرش 1/1/33چکیده
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.2917 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.2917 ]

یکی از بهترین روشها برای بهبود مسئلۀ حمل و نقل، استفاده از تونلهای زیرزمینی است. در همین راستا ،تونل بزرگراه نیایش شامل دو تونل شمالی و جنوبی تقریباباً موازی است که به روش تونلسازی جدید اتریشی 4NATM در شمال تهران احداث شده است. حفر تونل و دیگر سازههای زیرزمینی منجر به بروز تغییرات چشم گیر در وضعیت تنش در اطراف سازه میگردد که این مسئله سبب نشست در سطح زمین می شود. در این پژوهش، میزان نشست سطحی زمین با استفاده از انواع روشهای تجربی، عددی و هم چنین مقادیر نشست واقعی در پنج مقطع )1-CS تا 5-CS(، بررسی شدهاند. روش تجربی به کار رفته، روش اوریلی و نیو )4382( و روش عددی نیز روش المان محدود با استفاده از نرمافزار PLAXIS2D است. بر اساس نتایج به دست آمده، روش عددی در تمامی مقاطع )به استثناء مقطع 3( همخوانی بیش تری با دادههای نشست واقعی حاصل از اندازهگیریهای برجا دارد. در حال یکه روش تجربی در مقاطع 2، 1 و 5 میزان نشست را بی شتر از نشست واقعی نشان میدهد. هم چنین نتایج حاصل از روشهای یاد شده نشان میدهند که حداکثر نشست، بیش تر از مقدار نشست مجاز و در محدودۀ اخطار است.
1656969188537

واژههای کلیدی: تونل نیایش ،نشست زمین ،NATM، روش تجربی، روش عددی، PLAXIS2D * نویسنده مسئول [email protected]
1. New Austrian Tunnelling Method

7192
مقدمه
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.2917 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.2917 ]

تهران به عنوان پایتخت، از شهرهای مهم و پرجمعیت است. با توجه به گسترش ترافیک در شمال تهران، احداث تونل بزرگراهی در این قسمت ضرورت دارد. شکل 4 نمایی از مسیر پروژه را نشان میدهد. از مهم ترین مسائل در حفر تونل در نواحی کم عمق شهری و در زمین های نرم، موضوع نشست سطح زمین و تأثیر آن بر سازهها و تأسیسات شهری مجاور است. یقیناناً نشست سطحی زمین خطر تغییر شکل ساختمانها را افزایش میدهد ]4[. بنا بر این روش حفاری باید به گونهای باشد که میزان نشست زمین را به حداقل برساند. برای تونلهای دوقلو و با مقطع غیردایرهای در زمینهای نرم، روش تونلسازی جدید اتریشی )NATM( پیشنهاد شده است ]2[. محققان مختلف سه روش عمده برای پیش بینی میزان نشست زمین به روش NATM ارائه کرده اند که عبارتند از: 4( روش نیمه تئوری )تجربی(، بر اساس روابط به دست آمده از مشاهدات پیشین ،2( آنالیزهای عددی مثل روش المان محدود که این روش مورد علاقۀ عام است و 3( روشهای شبکۀ عصبی و منطق فازی ]3[، ]1[ و ]5[.
هدف از این بررسی، پیشبینی وضعیت نشستهای حاصل از حفر تونل نیایش به روش تجربی و روش عددی )با استفاده از نرم افزار PLAXIS V.8.2( در پنج مقطع )1-CS تا 5-CS( در مسیر تونل مذکور است )شکل 4(. با توجه به این که از کیلومتر 515+4 تا 055+2 تونل شمالی و از کیلومتر 555+4 تا 085+2 تونل جنوبی، در مسیر ساختمانهای مسکونی قرار میگیرند از این رو، پیشبینی نشست در این مقاطع ضروری است.
زمین شناسی و خصوصیات ژئوتکنیکی مسیر تونل نیایش
تهران روی نهشتههای آبرفتی دوران چهارم زمین شناسی بنا شده است ]0[. آبرفتهای مذکور با سیلابهایی که در اواخر دوران سوم و هم زمان با برپایی ارتفاعات البرز از این ارتفاعات سرچشمه گرفتهاند، در نواحی دامنهای و پست برجای گذاشته شدهاند. بخش اعظم تونل نیایش در سازند هزاردره )A( و در ورودی شرقی و قسمت میانی تونل شمالی در سازند کهریزک )Bn( قرار گرفته است ]7[. مقاطع زمین شناسی مسیر بررسی شده برای تونل شمالی و جنوبی به ترتیب در شکلهای 2 الف و ب نشان داده شدهاند.
7191

شکل 9. موقعیت تونل نیایش و مقاطع بررسی شده در مسیر تونل
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.2917 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.2917 ]

چنان که در شکل 2 مشاهده میشود، سازند هزاردره )A( با ضخامت حدود 4255 متر شامل کنگلومرای همگن با سیمان قوی است که به طور موضعی دارای لایهها و عدسیهای رس و ماسه است. این سازند به صورت دگرشیبب به وسیلۀ سازند کهریزک )Bn( پوشیده شده است. سازند کهریزک )Bn(، کنگلومرایی ناهمگن متشکل از شن، ریگ و سنگهای آواری به اندازۀ قلوه سنگ است که زمینهای به اندازۀ لای و ماسه دارد. این سازند معمولامعمولاً چینهبندی ندارد و سیمانشدگی در آن ضعیف توسعه یافته است ]8[.
به منظور بررسی های زیرسطحی و تعیین مشخصات ژئوتکنیکی مسیر پروژه ،25 گمانه با عمق های 25 تا 15 متر و تعداد 21 چاهک دستی به عمقهای 45 تا 35 متر حفاری شدهاند. در گمانههای حفاری شده آزمایشهای پرسیومتری و لوفران انجام شده و آزمایش دانسیته برجا ،بارگذاری صفحهای و برش مستقیم برجا نیز در چاهکها انجام شده است. علاوه بر آزمایش های برجا، آزمایشهای آزمایشگاهی نیز روی نمونههای به دست آمده از گمانهها انجام شده است. با توجه به این که آبرفتهای تهران در گذر زمان دچار تغییر ساختار شده اند و سیمان ثانویه بین آنها تشکیل شده است از این رو، آزمایشهای آزمایشگاهی باعث از بین 7172
رفتن ساختار آنها شده و نتایج دقیقی به دست نمیدهند ]7[. در نتیجه از نتایج حاصل از آزمایش های برجا، در روش عددی استفاده شده است که شامل نتایج آزمایش بارگذاری صفحهای، برش مستقیم برجا و دانسیته برجا است. جدول 4 خلاصهای از خصوصیات ژئوتکنیکی خاکهای مسیر را نشان میدهد.
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.2917 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.2917 ]

شکل 7. مقاطع عرضی محدودۀ بررسی شده )الف: تونل شمالی، ب: تونل جنوبی( ]2[ جدول 9. خصوصیات ژئوتکنیکی سازندهای مختلف زمینشناسی مسیر تونل ]2[

سازند عمق وزن واحد حجم مدول الاستیسیته چسبندگی نسبت زاویۀ اصطکاک زمی نشناسی لایه )(kN/m2) (kN/m2) (kN/m3) )m پواسون داخلی )◦(
31 5/2 35 05555 48 45-5 سازند A
30 5/20 15 75555 43 <45 سازند A
31 5/2 25 55555 48 25-5 سازند Bn
7179 روش ساخت تونل نیایش
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.2917 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.2917 ]

حفاری تونل نیایش با استفاده از روش تونلسازی جدید اتریشی )NATM( انجام شده است. مزیت اصلی این روش نسبت به بقیۀ روشهای مرسوم تونلزنی، انعطاف پذیری زیاد آن است ]3[. تکنیکهای بسیاری برای مقابله با شرایط گوناگون زمین در حفر تونلهای بزرگ و غیردایرهای وجود دارند که از بین آنها پتانسیل صرفهجویی از نظر هزینه، در این روش زیاد است ]45[-]41[. تونل نیایش در مسیرهایی که از زیر ساختمانها میگذرد ،به صورت دوخطه و در بقیه مسیرها به صورت سه خطه طراحی شده است. مقاطع سه خطه عرض 38/47 متر و ارتفاع 50/42 متر دارد و برای تونل دوخطه به ترتیب برابر 51/41 و 03/44 متر است. مقاطع سه خطه در هفت مرحله و مقاطع دوخطه نیز در چهار مرحلۀ حفاری شده اند. شکل 3 مراحل حفاری را در تونل سه خطه و دوخطه نشان میدهد. سیستم نگه داری اولیه هم زمان با حفاری تونل نصب میشود که شامل بتن پاشیده به ضخامت 35 سانتیمتر برای مقاطع سه خطه و 25 سانتیمتر برای مقاطع دوخطه است. هم چنین پوشش نهایی تونل که شامل قطعات بتنی پیش ساخته است، به ضخامت 55 سانتیمتر برای تونل سه خطه و 15 سانتیمتر برای تونل دوخطه اجرا می شود ]7[. خصوصیات مکانیکی پوشش اولیه و نهایی برای تونلهای سه خطه و دوخطه در جدول 2 آورده شده است.

شکل 3. مقطع عرضی از تونل و مراحل حفاری الف( مسیر دوخطه، ب( مسیر سه خطه ]2[

7177
نشست سطح زمین در اثر حفر تونل
به طورکلی حفر تونل و دیگر سازههای زیرزمینی منجر به حذف تودهای از خاک و سنگ محل و بروز تغییرات چشم گیر در وضعیت تنش اطراف آنها می شود. اولین دلیل نشست زمین
جدول 7. خصوصیات سیستم نگه داری اولیه و نهایی ]2[
-38099-97425

25
/
0

45
1
*
53
/
43

45
0
*
75
/
3

45
7
*
3

35

25

/

0



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید