تاثیر سازه های سطحی لایه بندی زمین و مشخصات هندسی تونل بر بارهای وارد بر پوشش تونلهای کم عمق

پایان نامه
چکیده

در روش تونلسازی مکانیزه بعنوان مهمترین روش تونلسازی دهه‏های اخیر در مناطق شهری، برای پوشش تونل از قطعات بتنی پیش ساخته (سگمنت) استفاده می‏شود که این سگمنتها بخش قابل توجهی از هزینه دوره ساخت تونل‏های مکانیزه را شامل می‏شوند و در صورت طراحی بهینه می‏توان هزینه‏های ساخت تونلهای مکانیزه را کاهش داد. این امر بویژه در تونل‏های بزرگ مقطع و تونل‏های با طول زیاد قابل توجه می‏باشد. اندازه گیریهای انجام یافته در پروژه‏های اجرا شده مقادیر بارهای وارد بر پوشش تونل را متفاوت از مقادیر بدست آمده از روشهای مرسوم ارزیابی میزان بارها نشان می‏‏دهد. بنابر‏این لزوم مطالعه بیشتر برای ارزیابی دقیقتر بارهای وارد بر پوشش تونلها در جهت منافع کشور وجود دارد بویژه اینکه در روابط پایه‏ای تاثیر سازه‏های سطحی و ناهمگنی زمین در نظر گرفته نشده است. در تحقیق حاضر سعی شده است با مدلسازی عددی در کنار ساخت مدل فیزیکی کوچک مقیاس به مطالعه بیشتر موضوع پرداخته و تاثیر لایه‏بندی زمین، وجود سازه‏های سطحی و همچنین مشخصات هندسی مقطع از قبیل نسبت سربار به قطر تونل بر بارهای وارد بر پوشش تونل با دقت بیشتری مورد مطالعه قرار گیرد. برای انجام تحقیق مدلهای عددی دو و سه بعدی با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس تهیه گردیده و موضوع اندرکنش تونل و ساختمان با تاکید بر میزان بارهای وارد بر پوشش تونل بصورت مطالعات پارامتریک بررسی شده است. مهمترین پارامترهای موثر در موضوع اندرکنش عبارتند از عمق تونل، لایه‏بندی زمین، ابعاد هندسی، وزن سازه‏های سطحی و سختی خمشی آنها، موقعیت قرارگیری در سطح و فاصله مابین سازه‏های واقع در طرفین تونل. در این پژوهش به دلیل پارامترهای بسیار زیاد موثر در حفاری مکانیزه و بارهای وارد بر پوشش تونل، مشخصات هندسی تونل (از قبیل قطر، ابعاد و مشخصات پوشش تونل)، پارامترهای مختلف ماشین حفار، مشخصات دوغاب پشت سگمنت و مشخصات ژئوتکنیکی خاک مسیر و شرایط آب زیرزمینی از مشخصات پروژه خط 2 قطار شهری تبریز انتخاب شده است تا پارامترهای استفاده شده در تحلیل‏های عددی منطبق بر واقعیت باشد. برای مدلسازی دو بعدی تونل از روش کنترل افت حجم و معادلسازی ساختمان با تیر سطحی الاستیک استفاده شده است (روش سختی نسبی). از میان تعداد بسیار زیاد ترکیبات ممکن برای پارامترهای فرض شده در آنالیز پارامتریک،320 مدل کرنش مسطح انتخاب شده و تحلیل گردیده‏اند و نتایج حاصل از آنالیز آنها برای ارزیابی میزان اثرگذاری هر پارامتر استفاده شده است. در مدلسازی سه بعدی، عملیات اجرایی تونل بصورت کامل و گام به گام مدل شده و ساختمان نیز بصورت واقعی و متشکل از اسکلت بتنی در نظر گرفته شده و بدین ترتیب مدلی واقعی از رفتار مجموعه تهیه و بررسی گردیده است. حدود 70 مدل سه بعدی با در نظر گرفتن تقریبا تمامی پارامترهای موثر در عملیات اجرایی تونل نظیر فشار سینه کار و تزریق دوغاب پشت سگمنت آنالیز شده است. به منظور امکان مقایسه نتایج تحلیل‏های دو بعدی و سه بعدی این حالات متناظر حالتهایی بودند که در مدلسازی دوبعدی نیز مطالعه شده‏اند. با کاربرد مدلهای سه بعدی علاوه بر شناسایی اثر پارامترهای مورد مطالعه در مدلسازی دو بعدی، تأثیر پارامترهایی نظیر طول ساختمان در جهت طول حفاری تونل و همچنین نحوه مدلسازی ساختمان‏های سطحی مطالعه شده است. به منظور اطمینان از صحت عملکرد مدل‏های عددی، نتایج حاصل از این مدل‏ها با اطلاعات در دسترس پروژه‏های مشابه واقعی اجرا شده به همراه مقادیر قرائت شده از ابزاربندی مدل فیزیکی ساخته شده تطبیق داده شده و صحت مدلهای عددی اعتبار سنجی گردیده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می‏دهد که در نظرگرفتن اثرات اندرکنشی تونل و ساختمانها سبب تغییرات قابل ملاحظه ای در میزان نیروهای داخلی پوشش در مقایسه با حالتیکه وجود ساختمان در نظر گرفته نمی‏شود، خواهد شد. بر اساس مشخصه‏های ناحیه مورد مطالعه کریدور خط 2، سازه‏های با 5 طبقه و بیشتر دارای تاثیر قابل ملاحظه روی بارهای پوشش تونل می‏باشد. برای تونلهای کم عمق این تاثیرات بیشتر بوده و با افزایش عمق تونل و فاصله مرکز سازه از محور تونل تاثیرات سازه‏ها کاهش می‏یابد. بعنوان یک الگوی کلی وجود سازه‏های سطحی متناسب با بار سازه سبب افزایش نیروهای پوشش تونل نسبت به حالت زمین آزاد می‏گردد. با این وجود، مقدار این تاثیر وابسته به ترکیب پارامترهای هندسی و مکانیکی تونل، سازه‏های سطحی و خاک پیرامون می‏باشد. برای تونلهای کم عمق این تاثیرات بیشتر بوده و با افزایش عمق میزان تاثیر کاهش می‏یابد. همچنین وزن ساختمان در مطالعات دو بعدی اثر قابل توجهی در افزایش میزان نیروهای پوشش تونل داشته و اثر وزن در مطالعات دو بعدی بسیار بیشتر از تحلیل‏های سه بعدی است. بر اساس نتایج حاصل، وجود لایه سیلتی بر روی خاک ماسه‏ای تاثیر قابل ملاحظه‏ای نداشته اما زمانی که تونل درون خاک سیلتی حفاری می‏گردد نیروهای داخلی ایجاد شده در پوشش تونل‏های مکانیزه نسبت به تونلهای حفاری شده درون خاک ماسه‏ای به دلیل کاهش زاویه اصطکاک داخلی خاک پیرامون تونل و کاهش اثر پدیده قوس خوردگی خاک، افزایش قابل ملاحظه‏ای می‏یابد. بر اساس نتایج حاصل از این تحقیق می‏توان بیان نمود که نیروهای داخلی، و بویژه لنگر خمشی، پوشش تونل حاصل از مطالعات دو بعدی دارای مقادیر بیشتر در مقایسه با نتایج حاصل از مطالعات سه بعدی بوده و نتایج مدل‏های دو بعدی محافظه کارانه و به نفع اطمینان می‏باشد. با کاهش بار و افزایش طول سازه سطحی میزان اختلاف نتایج حاصل کاهش می‏یابد. افزایش طول ساختمان در جهت بعد سوم، به علت آنکه سبب افزایش وزن ساختمان می‏شود، باعث افزایش میزان نیروهای داخلی پوشش تونل می‏گردد. هرچه عرض ساختمان بیشتر باشد این اثر افزایشی بیشتر می‏گردد. همچنین پارامتر عرض ساختمان موثرترین پارامتر در مسئله اندرکنش ساختمان و تونل بوده و با افزایش عرض ساختمان اثرگذاری سایر پارامترها نیز افزایش می‏یابد. مقایسه نتایج مدلسازی ها با مقادیر اندازه گیری شده در پروژه های واقعی بیانگر آنست که پیش بینی مدلهای سه بعدی قابل اطمینان تر و به واقعیت نزدیکتر است.

منابع مشابه

بررسی تأثیر مشخصات سازه‌های سطحی و لایه‌بندی زمین در بارهای وارد بر پوشش تونل با استفاده از روش المان محدود

در تونل‌سازی مکانیزه برای نگهداری تونل از پوشش‌های بتنی پیش‌ساخته استفاده می‌شود، که با طراحی اقتصادی‌تر آنها می‌توان هزینه‌ی پروژه‌ها را کاهش داد. جهت ارزیابی دقیق‌تر بارهای وارد بر پوشش تونل‌های با قطر بزرگ، تأثیر پارامترهای مختلف سازه‌های سطحی و مشخصات هندسی تونل به همراه لایه‌بندی زمین و مشخصات خاک پیرامون تونل با مدل‌سازی سه بعدی با استفاده از نرم‌افزار A‌b‌a‌q‌u‌s بررسی شده است. براساس نت...

متن کامل

ارزیابی بارهای وارد بر پوشش تونلهای مکانیزه با استفاده از مدلسازی فیزیکی

با ارزیابی دقیق بارهای وارد و در نتیجه طراحی مناسب پوشش تونل می‏توان هزینه‏های ساخت تونلهای مکانیزه را کاهش داد. مدلسازی فیزیکی دارای نقش اساسی در مطالعات مربوط به حفاری تونل‏ها در زمینهای نرم بوده و علی‏رغم محدودیت‏ در شبیه سازی تنش های برجا، مدلهای فیزیکی تحت شتاب ثقل بطور عمده‏ای بکار برده می‏شوند. در تحقیق حاضر با ساخت مدل فیزیکی کوچک مقیاس 1/40، از بین مهمترین عوامل تاثیرگذار بر نیروهای دا...

متن کامل

تاثیر حفاری تونلهای کم عمق بر روی سازه های سطحی (مطالعه ی موردی متروی کرج)

در سال های اخیر در شهر های بزرگ جهان، برای رهایی از حجم سنگین سفر های شهری، راه اندازی سیستم های حمل و نقل زیرزمینی نظیر مترو و قطار های درون شهری بسیار ضروری به نظر می رسد. مشکلات فراوانی در برابر این طرح ها قرار دارد که از جمله این موانع می توان به نشست زمین اشاره کرد. چنانچه میزان جابجایی زمین از حدی تجاوز کند، باعث بروز ناپایداری در ساختمان های سطحی شده و تخریب آن ها را به دنبال خواهد داشت....

15 صفحه اول

اثر عمق قرارگیری تونل بر رفتار سازه ی تونل های شهری تحت اثر حرکت قوی زمین

سازه ها و فضاهای زیرزمینی یکی از مهم ترین و امروزی ترین نیازهای شهرنشینی مدرن اند. به طور تجربی سازه های زیرزمینی نسبت به سازه های سطحی از آسیب پذیری کم تری برخوردارند. بسیاری از این سازه ها در محیط های آبرفتی و سست شهری قرار دارند و در معرض آسیب های ناشی از زلزله اند. امروزه با دست یابی به رایانه و نرم افزارهای ویژه ی مدل سازی عددی، تحلیل پویای)دینامیک( سیستم هایی که شامل خاک و سازه اند، میسر ...

متن کامل

ارزیابی تحلیلی تاثیر عوامل مختلف بر نیروهای وارد بر پوشش تونل مدور تحت بارگذاری لرزه‌ای

تاسیسات زیرزمینی جز لاینفک جامعه‌ی مدرن بوده و برای کاربردهای متعددی شامل متروها، خطوط راه‌آهن، بزرگراه‌ها، انبار مصالح و انتقال آب و فاضلاب مورد استفاده قرار می‌گیرد. با مرور موارد تاریخی اثرات زلزله بر روی این‌گونه سازه‌ها، ملاحظه می‌شود نرخ خرابی آن‌ها نسبت به سازه‌های سطحی پایین‌تر است. در عین حال در زلزله‌های اخیر مانند زلزله‌ی سال 1995 کوبه‌ی ژاپن، زلزله‌های 1995 چی‌چی تایوان و زلزله‌های ...

متن کامل

بررسی اثر لایه بندی خاک برفشار و شتاب وارد برزیستگاه های زیرزمینی تحت اثرانفجار سطحی

پاسخ زیستگاه های زیرزمینی به بارگذاری حاصل از انفجار سطحی، موضوعی مهم در حفاظت محیط زیست است. زیستگاه های زیرزمینی اغلب به صورت غارهای کوچک و بزرگ و همچنین به شکل سفره های آب زیرزمینی در زیر رشته کوه ها و در نقاط مختلف کره زمین یافت می شوند. تاکنون مطالعات زیادی بر روی پارامترهای مختلف ازجمله پاسخ زمین، پاسخ سازه، آزمایش‌های میدانی و ... صورت گرفته است؛ اما هنوز جنبه‌های مجهول و مبهم فر...

متن کامل

منابع من

با ذخیره ی این منبع در منابع من، دسترسی به آن را برای استفاده های بعدی آسان تر کنید

ذخیره در منابع من قبلا به منابع من ذحیره شده

{@ msg_add @}


نوع سند: پایان نامه

وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه تبریز - دانشکده مهندسی عمران

میزبانی شده توسط پلتفرم ابری doprax.com

copyright © 2015-2023