تحلیل سه بعدی تاثیرات گودبرداری عمیق در مجاورت تونل‏های کم عمق شهری

طی چند دهه گذشته، بسیاری از شهرهای بزرگ دنیا در حال تجربه تراکم جمعیت بی سابقه‏ای هستند. از یک طرف زمین لازم برای تامین اشتغال و مسکن کمیاب می شود و نیاز به ساخت سازه‏های مرتفع روزافزون خواهد بود و از طرفی دیگر با توجه به پیشرفت و توسعه شهرهای پرجمعیت، از تونل های کم عمق جهت تسهیل ترافیک شهری و کمک به راه های سطحی در انتقال مسافرین به صورت گسترده‏ای استفاده می شود. بدیهی است با افزایش همزمان این دو مقوله، نزدیک هم قرار گرفتن محل احداث پی سازه ها و تونل های کم عمق شهری و حتی قرارگیری پی سازه ها بر بالای محور تونل از بدیهیات و در موارد بسیاری اجتناب ناپذیر است. بنابراین برای بهینه ساختن شرایط، جهت احداث این سازه ها در کنار تونل های کم عمق شهری با هدف حفظ امنیت هر دو و عدم ایجاد اختلال در عملکرد خطوط حمل و نقلی نیاز به مطالعات کامل و دقیقی در زمینه اندرکنش میان پی سازه و تونل ها در مراحل مختلف احداث آنها می باشد. یکی از مراحل بسیار مهم در احداث پی، اجرای گودبرداری آن می باشد که این مرحله تاثیرات قابل توجهی می‏تواند روی اجزای تونل داشته باشد. در این پایان‏نامه به بررسی سه بعدی تاثیرات گودبرداری عمیق بر تونل کم عمق از قبل موجود در مجاورت آن در منطقه شهری با استفاده از نرم افزار تفاضلات محدود flac سه بعدی، پرداخته شده است. مدل پایه مورد مطالعه شامل یک تونل سپری از قبل موجود در محل، که حفر آن به صورت یکباره مدل شده و یک گودبرداری مهار شده با سیستم مهاری شامل دیوار دیافراگمی و شبکه مهارهای فولادی، که در 5 مرحله حفر می شود، می باشد. آنالیز مدل های پارامتریک نیز برای تشخیص میزان اهمیت متغیرهای مهم موثر در مکانیسم اندرکنش سازه-خاک در این شرایط، انجام گرفت. تاثیرگذار مورد بررسی در این مدلسازی ها از این قرار بوده‏اند: موقیعت نسبی گود-تونل در پلان، سختی(مدول الاستیک) خاک، قطر تونل. نتایج نشان دادند که با تغییر هرکدام از این پارامترها تغییرات قابل توجهی در تاثیرات گودبرداری بر تونل موجود از جمله ایجاد تورم در قسمت زیر گود تونل و تنوع تغییرات تلاش های داخلی پوشش تونل دارد. به طور خلاصه می توان اینگونه بیان کرد: با تغییر موقعیت گود-تونل در پلان مشخص گردید که بیشترین تورم حاصل در حالت قرارگیری تونل در زیر مرکز گود ایجاد می شود. اما با فاصله گرفتن تونل از مرکز گود با وجود کاهش مقدار تورم ماکزیمم، میزان ماکزیمم لنگر خمشی محیطی ایجاد شده در تونل افزایش قابل توجهی می یابد. با تغییر مدول الاستیک خاک مشخص شد که هر چه خاک سخت تر باشد، تحریکات کمتری از طریق توده خاک به تونل انتقال می یابد و مقدار تورم و اضافه تلاش های داخلی ایجاد شده کاهش می یابند. همچنین با کاهش شعاع تونل با ثابت ماندن عمق مرکز تونل با وجود جابجایی کلی تقریبا ثابت، تونل نسبت به تونل با شعاع های بزرگتر، به علت کاهش ظرفیت هندسی مقطع تونل، لنگر خمشی ایجاد شده افزایش می-یابد. به این ترتیب از طریق چنین آنالیزهای عددی سه بعدی، سعی می شود تا گامی هر چند کوچک اما موثر در زمینه پیشرفت میزان هماهنگی پیش بینی های عددی با رفتار حقیقی زمین و سازه های دخیل حین عملیات اندرکنشی ژئوتکنیکی برداشته شود.