بررسی کارایی مدل‌های رفتاری متداول خاک در پیش‌بینی نشست سطح زمین ناشی از حفر تونل در خاک‌های درشت‌ دانه به روش اجزای محدود

Abstract

با توجه به رشد روز افزون جمعیت و نیاز به ساخت زیربناهایی برای حمل و نقل سریع و آسان، ساخت تونل‌ اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده است. حفر تونل‌های شهری با عبور از زیر ساختمان‌های متعدد و به علت ترخیص تنش و ایجاد تغییر‌شکل‌های الاستیک و پلاستیک باعث ایجاد نشست‌هایی در سطح زمین می‌شود. این نشست‌ها در صورتی که کنترل شده نباشد به سازه‌های سطحی آسیب و خسارات جبران ناپذیری وارد خواهند کرد. در نتیجه پیش‌بینی صحیح نشست بخش مهمی از مرحله امکان‌سنجی ساخت تونل در مناطق شهری است. امروزه برای آنالیز و طراحی تونل‌ها از روش‌های متعددی استفاده می‌شود که معمولا برای تونل‌های شهری که در اعماق کم و در زمین‌های نرم اجرا می‌شوند، بهترین روش استفاده از روش‌های عددی است. بررسی اثرات حفاری بر توزیع تنش‌ها در اطراف تونل‌ها و همچنین بررسی نشست‌های سطحی نیز در زمین‌های نرم بسیار مهم است که باید بیشتر مورد توجه قرار گیرد. در این تحقیق به مدلسازی دوبعدی تونل مدرس در پروژه تونل آرش- اسفندیار- نیایش با نرم‌افزار پلکسیس پرداخته شده است که این تونل در منطقه سه شهرداری تهران قرار دارد. بعد از مدلسازی عددی با مدل رفتاری خاک سخت‌شونده، نشست‌های سطح زمین تعیین شده و سپس با نتایج حاصل از مدلسازی با مدل رفتاری موهر-کولمب مقایسه شده است. بر اساس بررسی‌های انجام شده این نتایج حاصل شد که حفاری تونل مدرس، با توجه به نتایج مدلسازی‌ها و انجام مقایسه با نتایج پایش‌های انجام گرفته، با به کار‌گیری روش حفر مرحله‌ای NATM و بهره بردن از المان‌های تقویت خاک همچون فورپولینگ، نیل و میکروپایل، می‌تواند به خوبی و به صورت کنترل شده و ایمن انجام گیرد و باید در مقاطع مشابه در تونل از این تجربه استفاده شود. همچنین استفاده از مدل رفتاری خاک سخت‌شونده نسبت به مدل موهر-کولمب برای مدلسازی تونل در خاک درشت دانه تهران که شرایطی مشابه خاک این تونل دارد، مناسب‌تر است. حداکثر نشست سطح زمین در مدلسازی با مدل رفتاری خاک سخت شونده و مدل موهر کولمب به ترتیب 23/37 و 27/04 میلی‌متر به دست آمده است.