بررسی افزایش سطح مقاومت فونداسیون با شمع کوبی و ژیوگرید در تونل‌های دوقلو

199.000تومان

توضیحات

169 صفحه

فایل word

فصل اول

کلیات پژوهش

مقدمه

یکی از شاخه‌های رشته مهندسی نقشه برداری، نقشه برداری تونل است که شامل طراحی تونل، عملیات اجرا و هدایت حفاری، پیاده سازی سازه‌ها و تحکیمات تونل و در نهایت برداشت عوارض تونل به منظور تهیه نقشه با توجه به شرایط خاص نقشه برداری در تونل می‌باشد. موفقیت یک مهندس نقشه بردار در تونل مستلزم شناخت مراحل اجرای تونل و موضوعات مورد بحث در تونل است. یک مهندس نقشه بردار، ابتدا باید شناخت کامل از روند اجرایی تونل داشته باشد، تا بتواند اصول مهندسی نقشه برداری را در تونل به کار ببندد و پیاده سازی نماید. به طور مثال یک مهندس نقشه بردار تونل ابتدا باید با قابگذاری در تونل و نحوه اجرای آن آشنا باشد تا بتواند ریل‌های آن را پیاده سازی و قاب‌ها را کنترل نماید[3].

بیان مسأله

طراحی تونل‌های حمل‌ونقل دارای مزایایی ازجمله عبور از آب یا موانع فیزیکی (مثل کوه، شاهراه‌ها و راه‌آهن)، تأمین نیازهای محیطی، کاهش اثر ساختار بر محیط‌زیست (از طریق کاهش تراکم حمل‌ونقل، بهبود کیفیت هوا و کاهش آلودگی صوتی) و کاهش اثرات نامطلوب سطح زمین و ساختمان‌ها (نشست) می‌باشد. به همین دلیل تونل به یکی از رایج‌ترین ساختارهای حمل‌ونقل شهری تبدیل‌شده است. البته در ساخت تونل باید استانداردهای روشنایی، تهویه، امنیت و سایر استانداردهای راه‌های شهری تأمین شود [9 و 13] به دلیل توسعه شهرهای بزرگ، توجه مهندسین به طراحی فضاهای زیرزمینی برای ساخت تأسیسات و تسهیلات حمل‌ونقل بیشتر شده است [16]. با افزایش روزافزون تراکم شهرهای بزرگ، طراحان ملزم به ساخت تونل‌های جدید در مجاورت تونل‌های موجود می‌شوند [3 و 2]. در کشورهای کوهستانی، تعداد زیادی از سازه‌های اصلی به‌صورت ساختارهای زیرزمینی ساخته می‌شوند [6]. ساخت تونل باعث کاهش زمان و مسافت حمل‌ونقل بین‌شهری نیز می‌شود. درگذشته به دلیل عدم وجود فن‌آوری مناسب، تونل‌ها به‌صورت تکی و با دو مسیر رفت‌وبرگشت ساخته می‌شدند [8]. این روش باعث محدودیت رفت‌وآمد وسایل نقلیه می‌شد. امروزه به‌منظور جلوگیری از انسداد ترافیک، باید تونل‌های تکی و با سطح مقطع بزرگ‌تر طراحی شود؛ اما حجم مواد کنده‌شده و محدوده تأثیر چنین تونل‌هایی زیاد و فناوری لازم برای ساخت آن پیچیده‌تر از تونل‌های دوقلو است؛ بنابراین، امروزه ساخت دو تونل مجاور یک‌طرفه کوچک‌تر (تونل‌های دوقلو) ترجیح داده می‌شود [6]. مهندسین و محققین تلاش می‌کنند تا با استفاده از روش‌های گوناگون پایداری خاک و نشست زمین را کنترل نمایند. امروزه روش‌های نوین، بخصوص کاربرد ژئوتکستال‌ها، جایگاه ویژه‌ای در پروژه‌های بهسازی و تثبیت خاک و کنترل نشست پیداکرده است [8]. در اثر احداث تونل، وضعیت تنش در خاک اطرافش تغییر خواهد کرد. ازاین‌رو، نشست سطح زمین در اثر احداث تونل جدید در نزدیکی تونل موجود در مقایسه با احداث آن در خاک بکر متفاوت خواهد بود که این تفاوت نشان از اثر اندرکنش بین تونل‌های دوقلو روی نشست سطح زمین دارد [7].
در این پژوهش سعی خواهد شد با کمک نرم‌افزار آباکوس سطح افزایش مقاومت فونداسیون با شمع کوبی و ژیوگرید در تونل‌های دوقلو را مور بررسی و تحلیل قرار دهیم. نرم‌افزار آباکوس (ABAQUS) ازجمله نرم‌افزاری‌های قدرتمند مهندسی به کمک رایانه درزمینۀ تحلیل به روش اجزاء محدود (FEM) در بازار است. این نرم‌افزار دارای مجموعه المان‌های بسیار گسترده‌ای می‌باشد که هر نوع هندسه‌ای را می‌توان توسط این المان‌ها مدل کرد. همچنین دارای مدل‌های رفتاری بسیار زیادی است که در مدل‌سازی انواع مواد با خواص و رفتار گوناگون نظیر فلزات، لاستیک‌ها، پلیمرها، کامپوزیت‌ها، بتن مسلح، فوم‌های فنری و نیز شکننده و همچنین مصالحی ژئوتکنیکی نظیر خاک و سنگ، قابلیت بالایی را ممکن می‌سازد.

اهمیت و ضرورت انجام تحقیق

از ابتدای شکل‌گیری شهرهای بزرگ، همواره مسئلۀ حمل‌ونقل و جابه‌جایی شهروندان در سطح شهر از دغدغه‌های اصلی مدیران شهری بوده است. از طرفی محدودیت ظرفیت ترافیکی خیابان‌ها، برنامه‌ریزی‌های شهری را به سمت استفاده از فضای موجود در زیر سطح شهرها سوق داده است [1]. این در حالی است که تنها زمانی می‌توان گفت که استفاده از وسایل حمل‌ونقل زیرزمینی مانند مترو، راه‌حل مناسبی برای حل مشکل ترافیک و آلودگی هوای شهرهای بزرگ است که از جنبۀ ایمنی نیز بتوان به آن اطمینان کرد. مهم‌ترین بخش در مورد ایمنی این قبیل وسایل، مسئلۀ ایمنی تونل‌ها است. اطمینان از عدم ریزش تونل در حین و بعد از اجرا و همچنین عدم ایجاد تغییر شکل‌های نامناسب در سازه‌های سطحی، ازجملۀ اهداف اصلی طراحان تونل‌ها به‌حساب می‌آیند. ازاین‌رو شناخت و بررسی رفتارهای متقابل تونل، خاک و سازۀ سطحی، اهمیت زیادی دارد و باید موردبررسی قرار گیرد [6].
فونداسیون‌های شمع عمدتاً وقتی استفاده می‌شوند که زمین نتواند بارهای وارده از طرف سازه را تحمل کند. در این موقعیت شمع‌ها برای انتقال بارها به لایه‌های خاک باکیفیت بهتر در عمق‌های بیشتر زیر سطح زمین استفاده می‌شوند. راه‌حل متداول شامل استفاده از بهسازی زمین (جت تزریق دوغاب سیمان، لرزه-کوبش و غیره)، جایگزینی سطح ضعیف خاک تا عمقی که خاک از کیفیت مناسبی برخوردار است و شمع کوبی است. به‌هرحال استفاده از روش‌های فوق ممکن است پرهزینه و زمان‌بر باشد. در این مواقع استفاده از ژئوگرید می‌تواند چاره‌ساز باشد. عملیات حفاظت خاک درشیب‌های تند با ژئوگرید نسبت به روش‌های حفاظتی با تورسنگی، دیوارهای حائل، خشکه چینی و تراس‌بندی کاهش هزینه دارد. این در حالی است که نسبت ماندگاری آن در محیط نسبت به عملیات خشکه چینی (بالای 5 سال) و نسبت به عملیات تورسنگی (تقریباً 10 سال می‌باشد) بیشتر است.

سوابق پژوهش

1- آدنبروکه و پاتس در سال 2001 آنالیزهای دوبعدی اجزای محدود با استفاده از مدل خاک الاستیک غیرخطی، کاملاً پلاستیک روی چندین تونل انجام دادند. آن‌ها نتیجه‌گیری کردند که برای تونل‌های حفاری‌شده در کنار هم تأثیرات متقابل برای عرض پایه بیشتر از 7 برابر قطر قابل‌چشم‌پوشی خواهد بود.
2- لی و همکاران در سال 2004 یک سری آنالیزهای سه‌بعدی اجزاء محدود برای بررسی تأثیر متقابل بین تونل‌های دوقلوی ساخته‌شده با روش ناتم در رس سخت انجام دادند. آن‌ها توجه ویژه‌ای به فاصله طولی بین سینه کارهای دو تونل LT و مکانیزم تبادل بار بین دو تونل معطوف داشتند. آن‌ها نتیجه گرفتند که در هر دو تونل LT تأثیر بیشتری روی جابجایی‌های افقی نسبت به جابجایی‌های قائم می‌گذارد و به‌صورت قابل‌توجهی روی کوچک‌شدگی دهانه افقی تونل‌ها تأثیر می‌گذارد. تغییرات ایجادشده در عرض پایه به‌طور تقریبی تابع خطی از LT است.
3- لئو و همکاران در سال 2009 تأثیر تونل سازی روی سیستم نگهداری تونل موجود در حالت‌های مختلف قرارگیری تونل‌ها ازجمله کنار هم و روی‌هم در منطقه سیدنی را با استفاده از مدل‌سازی سه‌بعدی اجزاء محدود مطالعه کردند. آن‌ها نتیجه گرفتند که تأثیرات اندرکنش به‌صورت قابل‌توجهی وابسته به موقعیت نسبی تونل جدید نسبت به تونل موجود است. در مناطقی مانند سیدنی که دارای تنش‌های افقی بالا است، حفاری تونل جدید در بالا یا پایین تونل موجود نسبت به حالتی که تونل جدید در کنار تونل موجود قرارگرفته باشد، تأثیرات نامطلوب‌تری بر روی سیستم نگهداری تونل موجود خواهد داشت.
4- محسن پروری و همکاران در سال 1387 [19] در پایان نامه خودبه این نتیجه رسیده‌اند؛ یکی از عوامل اصلی توسعه حمل‌ونقل شهری، ساخت و گسترش تونل‌های شهری است. مهم‌ترین مسئله‌ای که قبل از ساخت این تونل‌ها باید در نظر گرفته شود، اثرات محتمل ساخت آنها برسازه‌های زیرزمینی مجاور می‌باشد. ازجمله این سازه‌ها می‌توان به شمع‌های موجود در منطقه اشاره نمود. حفاری تونل‌ها سبب ایجاد تغییر مکان جدید و تغییر نیروهای داخلی در این شمع‌ها می‌شود. این تغییرات بعضاً می‌تواند سبب خرابی‌های وسیعی در منطقه گردد. لذا بررسی اثرات حفاری تونل‌ها بر شمع‌ها، بسیار حائز اهمیت است. با توجه به آنکه وجود شمع‌ها در مدل‌سازی نمی‌تواند به‌صورت دوبعدی در نظر گرفته شود، مدل‌سازی‌هایی با استفاده از روش المان محدود سه‌بعدی انجام می‌گیرد. در این مدل‌سازی‌ها سعی می‌شود شرایط حفاری تونل‌ها به‌صورت واقعی در نظر گرفته شود. برای این منظور دو تونل دایره‌ای مطابق مشخصات عمومی تونل‌های دوقلوی مترو که عموماً توسط دستگاه‌های حفار (TBM) حفاری می‌گردند، در نظر گرفته می‌شوند. شایان‌ذکر است در این تحلیل‌ها فاصله زمانی بین حفاری تونل‌ها نیز در نظر گرفته می‌شود تا نتایج به حالت واقعی نزدیک‌تر شود. درنهایت با استفاده از نتایج حاصل از تحلیل‌ها، به ارزیابی نیروها و تغییر شکل‌های ایجادشده در تونل‌ها و محیط اطراف پرداخته می‌شود.
5-سید محمد فرید آفریده در سال 1392 [17] به این مهم رسیده‌اند که مطالعات و شبیه‌سازی‌های عددی روی نشست زمین در طی پیشروی تونل‌های دوقلو و تأثیر آن برسازه‌های سطحی نزدیک از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌شود حال در حفاری تونل‌های دوقلو در زمین‌های خاکی علاوه بر نوع روش تونل سازی یکی از پارامترهای تأثیرگذار و مهم عمق قرارگیری تونل‌ها می‌باشد در این تحقیق ابتدا جهت اعتبار سنجی روش مدل‌سازی و تحلیل (روش عددی اجزای محدود) از نرم‌افزار Plaxis 3D Tunnel استفاده‌شده است همچنین برای شبیه‌سازی عددی سه‌بعدی با استفاده از این نرم‌افزار به مدل‌سازی و تحلیل پیشروی تونل با سپر فشار تعادلی زمین (Earth Pressure Balance) در محدوده‌ای از رودخانه زاینده‌رود در نزدیکی سی‌وسه‌پل اقدام شده است نتایج این مطالعات نشان می‌دهد که در فواصل نزدیک تونل‌ها از فونداسیون کاهش عمق تونل‌ها، منجر به افزایش نشست‌های فونداسیون می‌شود همچنین بافاصله گرفتن تونل‌ها از فونداسیون به میزان 1/5D افزایش عمق تونل‌ها منجر به افزایش اندکی در نشست‌های فونداسیون خواهد شد.
6- بهروز احمدی ندوشن و همکاران در سال1393[18] در پژوهش خود عنوان کرده‌اند در سال‌های اخیر با توجه به گسترش چشمگیر استفاده از تونل سازی سپری در اعماق کم زمین‌های خاکی توجه به پارامترهای تأثیرگذار روی جابجایی‌های زمین در طی این روش تونل سازی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار شده است حال در حفاری تونل‌های دوقلو در زمین‌های خاکی علاوه بر نوع روش تونل سازی یکی از پارامترهای تأثیرگذار و مهم فاصله نسبی محور تونل‌ها می‌باشد در این تحقیق ابتدا جهت اعتبار سنجی روش مدل‌سازی و تحلیل (روش عددی اجزای محدود) از نرم‌افزار Plaxis 3 D Tunnel استفاده‌شده است همچنین برای شبیه‌سازی عددی سه‌بعدی با استفاده از این نرم‌افزار به مدل‌سازی و تحلیل پیشروی تونل با سپر فشار تعادلی زمین (Earth Pressure Balance) در محدوده‌ای از رودخانه زاینده‌رود در نزدیکی سی‌وسه‌پل اقدام شده است نتایج این مطالعات نشان می‌دهد که در فواصل نزدیک تونل‌ها از فونداسیون کاهش فاصله نسبی تونل‌ها از میزان D3/5 منجر به افزایش نشست‌های فونداسیون می‌شود. همچنین بافاصله گرفتن تونل‌ها از فونداسیون به میزان D2/5 میزان فاصله نسبی تونل‌ها روی نشست‌های فونداسیون تأثیر چشمگیری ندارد.

جنبه جدید بودن و نوآوری در تحقیق:

استفاده از روش‌های شمع کوبی و ترکیب آن با ژئوگرید در جهت استحکام سازه‌ای از موارد کمتر پژوهش شده است با توجه به روش پیشنهادی در این پژوهش و با توجه به پیشینه ذکر شده تا کنون تحقیق یا پژوهشی مستقل در این خصوص انجام نپذیرفته است.

اهداف مشخص تحقیق

هدف اصلی

بررسی سطح افزایش مقاومت فونداسیون با شمع کوبی و ژئوگرید در تونل‌های دوقلو

اهداف فرعی

• بررسی پایداری حفاری تونل‌های دوقلو با استفاده از روش شمع کوبی و ژئوگرید و همچنین بررسی الگوی تغییر شکل ایجادشده در سیستم نگهداری تونل‌های دوقلو
• بررسی تأثیر حفاری تونل‌های دوقلوی روی نشست سطح زمین و ساختمان‌های مجاور
• بررسی نیروها و ممان‌های اعمال‌شده روی سیستم نگهداری تونل‌ها و تعیین ضریب ایمنی
• بررسی پایداری پایه قرارگرفته مابین تونل‌های دوقلو

اهداف کاربردی

• ارزیابی نظری تأثیر خصوصیات مکانیکیو فیزیکی خاک بر ایمنی و تغییر شکل تونل‌های دوقلو
• بررسی نظری نشست سطح زمین در حفاری تونل‌های تک و دوقلو
• بررسی مبانی تأثیر ژئوگرید بر کاهش نشست سطح زمین در تونل‌های کم‌عمق
• بررسی تأثیر متقابل تونل‌های دوقلو در محیط نرم‌افزاری

سؤالات تحقیق:

1- استفاده از ژئوگرید تا چه میزان در افزایش مقاومت و جلوگیری از لغزش و کاهش گسیختگی تونل‌ها مؤثر است؟
2 – بین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک کدام عامل بر ایمنی و وضعیت تغییر شکل تونل‌های دوقلو اثر می‌گذارد؟
3- فواصل نزدیک تونل‌ها از فونداسیون کاهش فاصله نسبی تونل‌ها در نشست های فونداسیون اثر می‌گذارد؟

فرضیه‌های تحقیق:

1- به نظر می‌رسد استفاده از ژئوگرید می‌تواند نقش مهمی را در افزایش مقاومت برشی، جلوگیری از لغزش و کاهش گسیختگی را دارا باشد، ولی در کاهش نشست خاک بالای تونل در تمام قالبها تأثیر کمی دارند.
2- به نظر می‌رسد از بین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک، زاویه اصطکاک خاک بیشترین اثر را بر ایمنی و وضعیت تغییر شکل تونل‌های دوقلو دایروی می‌گذارد.
3- به نظر می‌رسد در فواصل نزدیک تونل‌ها از فونداسیون کاهش فاصله نسبی تونل‌ها منجر به افزایش نشست‌های فونداسیون می‌شود.

فصل‌دوم
مفاهیم‌و‌مبانی نظری پژوهش

تعاریف و مفاهیم

تعریف ژئوگرید

ژئوگریدها گروهی دیگر از خانواده ژئوسنتتیک ها می‌باشند که از جنس پلی استر و پلی اتیلن و یا ترکیبی از این مواد و یا سایر مواد مشابه بوده و در ضخامت، سایز و ابعاد مختلف به صورت شبکه‌های سه بعدی تولید می‌شوند. ژئوگرید ها به عنوان تقویت کننده‌های مناسب مورد استفاده قرار می‌گیرند زیرا آنها دارای مقاوت کششی بالا و قفل شدگی قابل توجهی در ساختار شبکه هستند. این دسته از ژئوسنتتیک ها معمولا در مناطقی که خاک‌ها اشباع و یا نم دار هستند در بالا و پایین لایه ژئوتکستایل قرار می‌گیرند. مزایای به‌کارگیری ژئوگریدها در پروژه‌های عمرانی تقریبا مشابه با مزایای به‌کارگیری ژئوتکستایل ها می‌باشد [9].

تعریف فنداسیون

پی ، شالوده یا فونداسیون بخشی از ساختمان است که وظیفۀ انتقال نیرو از ستون ها به زمین و خاک اطرافش را بر عهده دارد بر اساس نوع ساختمان و میزان نیروهای وارده، بافت لایه هاو نوع خاک زمین و شرایط آب و هوایی منطقه: می‌توان تیپ و ابعاد شالوده را انتخاب و مشخص نمود. عمق، طول و عرض پی‌ها به وزن ساختمان، تعداد طبقات و نوع خاک محل بستگی دارد[5].

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “بررسی افزایش سطح مقاومت فونداسیون با شمع کوبی و ژیوگرید در تونل‌های دوقلو”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

− 1 = 2