بررسی عددی اثرات حفاری تونل های شیب دار بر پایداری تونل های اصلی آزادراه تهران شمال

گسترش حمل و نقل در شهرهای بزرگ و همچنین عواملی مانند کمبود فضای شهری و وجود موانع طبیعی، ساخت تونل های جدیدی را ایجاب می کند، در این صورت با توجه به نحوه ی حفر تونل، ایجاد تونل های جدید در کنار و در تقاطع با تونل قبلی، امری اجتناب ناپذیر خواهد بود؛ بنابراین عکس العمل و تحلیل پایداری بین تونل های جدید و تونل های قبلی یکی از مهم ترین موضوعاتی است که در هنگام ایجاد تونل های جدید به آن پرداخته می شود به طوری که تونل قبلی باید قابلیت و کارایی خودش را حفظ نماید. مسیر آزادراه تهران شمال از منطقه غرب تهران و در محل تقاطع با شهید همت شروع و در امتداد مسیر خود، کوهستان البرز را با تونلی به طول تقریبی 6400 متر (از کیلومتر 800+47 الی 200+54) قطع می نماید. تونل های بزرگ البرز به صورت دوقلو از بزرگ ترین سازه های در دست احداث آزادراه تهران ـ شمال می باشند که از شمال گچسر شروع و تا پل زنگوله در جاده کرج ـ چالوس ادامه می یابند. تونل های البرز شامل دو تونل اصلی (رفت و برگشت) و یک تونل اکتشافی (بین دو تونل اصلی) است. عرض تونل اصلی البرز 04/12 متر و ارتفاع آن 07/9 متر می باشد. تونل های اصلی البرز توسط تونل هایی تحت عنوان دستک های تهویه که به صورت شیب دار در فواصل تقریبی 600 متر به تونل اکتشافی که فی مابین تونل های اصلی حفر گردیده است متصل می گردد. عرض دستک های تهویه 2/5 متر و ارتفاع آن ها 33/5 متر می باشد. به خاطر حفر تونل اکتشافی و تونل اصلی موازی در کنار آن و سپس حفر تونل دسترسی در بین آن ها شرایط نسبتاً پیچیده از قبیل تغییرات تنش، جابجایی و... به وجود می آید. هدف اصلی از انجام این تحقیق بررسی عددی تأثیرات حفاری تونل های دسترسی شیب دار بر پایداری تونل های اصلی می باشد. با توجه به وضعیت توده سنگ موجود در محل حفر تونل و فاصله داری کم درزه ها ناحیه ی در نظر گرفته شده به صورت یک محیط پیوسته مدل سازی گردید. جهت انجام این کار از نرم افزار flac 3d استفاده شد و ابعاد مناسب مش بندی و ابعاد بلوک با توجه به مدل های ساخته شده تعیین گردید. پارامتر های ورودی با توجه به اطلاعات موجود تعیین و به مدل اعمال شد. مراحل حفر تونل ها و نصب سیستم نگهداری به این ترتیب می باشد که ابتدا در مدل های ایجاد شده تونل اکتشافی حفر و نگهداری و سپس به مدل اجازه ی تعادل داده شده است، سپس تونل اصلی نیز حفر و نگهداری گردیده و مجدداً به مدل اجازه ی تعادل داده شده است، در نهایت تونل های دسترسی شیب دار حفر شدند تا تاثیر حفاری آنها بر تونل اصلی بررسی شود. به این ترتیب اطلاعات به دست آمده از مدل سازی نشان داد که تأثیر حفر تونل شیب دار تا 5/1 برابر عرض تونل شیب دار از دیواره تقاطع ادامه می یابد و بیشترین تأثیرات واکنشی در سیستم نگهداری تونل اصلی ناشی از حفاری تونل شیب دار، به ترتیب در دیواره چپ، دیواره راست و سقف تونل اتفاق می افتد. همچنین، جهت حفاری تونل شیب دار تأثیر کمی بر نیروها و گشتاورهای القایی ناشی از حفر تونل شیب دار خواهد داشت ولی در هر صورت، حفر تونل شیب دار از سمت تونل اکتشافی به سمت تونل اصلی باعث افزایش در نیروی محوری و گشتاور محیطی خواهد شد. همچنین در این پژوهش، عمق تونل به عنوان مهم ترین عامل در پایداری تقاطع تعیین شد، به طوری که با افزایش عمق پایداری تقاطع به شدت تهدید می شود. در نهایت با توجه به تحلیل های صورت گرفته، به دلیل تمرکز تنش بالا در محل تقاطع تونل شیب دار با تونل اصلی سیستم نگهداری جدیدی پیشنهاد شد.