عملکرد روش چتری در زون های ریزشی(مطالعه موردی تونل راه آهن قزوین- رشت)

تونلسازی در شرایط زمین شناسی ضعیف همواره دغدغه مهندسان طراح بوده است. چرا که ریزش و عدم موفقیت طرح خسارت های جبران ناپذیری را در پی دارد. از اینرو دستیابی به سیستم های نگهداری مناسب و یا اصلاح آنها همواره مورد توجه بوده است. در سالهای اخیر استفاده از قوس چتری در تونلسازی در زمین های سست به روش اتریشی مورد توجه قرار گرفته است. این راهکار در مواردی که نگهداری سریع و کنترل تغییر شکل ها به منظور فراهم آوردن شرایط ایمن مدنظر باشد مورد استفاده قرار می گیرد. روش چتری یک روش کارآمد در مقایسه با روش های نگهداری پرهزینه و زمان بر از جمله یخ زدگی، لوله رانی و ستونهای تزریق با جت می باشد. نگهداری با این روش دارای مزایای زیر می باشد: ? کاهش نشست در جبهه کار ? افزایش پایداری جبهه کار ? کاهش ابعاد و تعداد نگهدارنده ها (شاتکریت، قاب فولادی و ...) ? توسعه بخش برش که امکان استفاده از ماشین آلات بزرگتر و افزایش سرعت حفاری را فراهم می کند. سیستم چتری جز روش ‎های پیش نگهداری می باشد. بنابراین پیش از حفر تونل، لوله های فولادی و در بعضی موارد لوله های فایبرگلاس از سینه کار و با زاویه ای حدود 5 تا 10 درجه نسبت به افق به سمت بیرون نصب می شوند، به گونه ای که چتری به شکل مخروط ناقص هم پوشانی با ردیف های بعد را فراهم آورد. قطر لوله ها معمولا 200-60 میلیمتر و ضخامت آنها 8-4 میلیمتر می باشد، طول هر سری چتری معمولا 15-12 متر است که قسمتی از این طول همپوشانی با ردیف بعد را ایجاد می کند. معرفی تحقیق: تونل مورد مطالعه قطعه 4 پروژه راه آهن قزوین- رشت- بندرانزلی حدفاصل رودبار تا امامزاده هاشم می باشد. طول تونل برابر 663 متر در حدفاصل کیلومترهای 345+110 الی 08+111 می باشد. 112 متر از این تونل در زمین های ضعیف و بسیار ضعیف قرار دارد، از آنجاییکه تامین پایداری این مقطع با روش های نگهداری موجود و متداول امکانپذیر نمی باشد، لازم است که از روش پیش تحکیمی قوس چتری استفاده شود. در تحقیق حاضر قوس چتری با استفاده از روش عددی تفاضل محدود و نرم افزار flac 3d مدلسازی می شود و لزوم استفاده از قوس چتری در این منطقه با توجه به مقادیر جابجایی و نشست رخ داده و سطوح خطر ساکورایی مورد بررسی قرار می گیرد. عملکرد ساختاری این روش در مراحل مختلف حفاری و همچنین در لوله های واقع در تاج تونل و پیرامون آن بررسی و مقایسه می شود. از آنجاییکه هر یک از پارامترهای هندسی قوس چتری از قبیل قطر، طول، طول همپوشانی، فاصله و زاویه قرارگیری لوله ها و همچنین پارامترهای فیزیکی مانند نسبت آب به سیمان در دوغاب و شعاع تزریق، در تامین پایداری تونل نقش موثری دارند، با تهیه نمونه های آزمایشگاهی و تعیین پارامترهای دوغاب و ناحیه تحکیم در اطراف لوله ها و مدلسازی عددی به بررسی هریک از عوامل مذکور پرداخته می شود. معیار بررسی جابجایی های رخ داده در سطح زمین و تاج تونل و میزان باربری سیستم نگهداری اولیه می باشد. ساختار تحقیق: فصل دوم این تحقیق شامل مروری بر مطالعات صورت گرفته در مورد روش پیش تحکیمی قوس چتری می باشد. فصل سوم مروری بر روش های عددی و توضیحاتی در خصوص نرم افزار flac 3d می باشد. فصل چهارم مختصری از خصوصیات زمین شناسی تونل مورد مطالعه را ارائه می دهد. فصل پنجم شامل مدلسازی عددی روش پیش تحکیمی قوس چتری و تحلیل های صورت گرفته بر روی نتایج مدلسازی ها می باشد. در این فصل ابتدا نمونه های آزمایشگاهی جهت تعیین پارامترهای ورودی قوس چتری تهیه شده و سپس چگونگی مدلسازی آن مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین اثر پارامترهای هندسی و فیزیکی موجود در این روش بررسی می شود. نتایج نشان می دهدکه افزایش زاویه، کاهش فاصله، افزایش قطر و ضخامت لوله ها، افزایش طول و طول همپوشانی، شعاع تاثیر مرکز به مرکز و نسبت آب به سیمان 5/0 دارای اثر مثبت بر پایداری تونل است. همچنین روش چتری منجر به کاهش جابجایی های تاج تونل و سطح زمین به میزان 41% و 61% شده است. در فصل ششم نتیجه گیری و پیشنهادات ارائه شده است.