تأثیر فشار نگهداری جبهه‌کار در حفر تونل به روش EPB بر تغییر شکل‌های سطحی و جبهه‌کار

Abstract

از مهمترین پارامترها درحفاری تونل با ماشین‌های سپریِ بسته، مانند سپرهای فشار تعادلی زمین، تعیین بازه‌ی مناسبی از فشار جهت نگهداری جبهه‌کار تونل است، به این علت که جلوگیری از ناپایداری جبهه کار تونل هم از نظر ایجاد شرایط لازم برای برش و پیشروی و هم از نظر کنترل جابجایی‌ها در سطح زمین حایز اهمیت است. مطالعات زیادی با استفاده از روش‌های عددی برای تعیین اثرات بکارگیری فشارهای مختلف بر تغییر شکل‌های سطحی صورت گرفته است. هر یک از مطالعات صورت گرفته در زمینه‌ی بررسی اثر فشار نگهداری جبهه‌کار بر تغییر‌شکل‌های سطحی، برای یک شرایط خاص بوده و بازه‌ی بسیار محدودی از فشارهای مختلف را پوشش می‌دهند. همین‌طور اکثر مطالعات ذکر شده، حکایت از کاهش تغییر شکل‌های سطحی در اثر بکارگیری فشارهای نگهداریِ بزرگتر دارند. در این مقاله به بررسی میزان تأثیر فشار نگهداری بر میزان نشست و جابجایی‌های جبهه کار در شرایط مختلف پرداخته شد. با استفاده از مدل‌سازی‌های عددیِ سه بعدی به روش تفاضل محدود و با انجام آنالیز حساسیت نسبت به پارامترهای محیط حفاری و حفاری در اعماق مختلف، مشاهده شد که در همه‌ی حالات، افزایش فشار نگهداری در ابتدا باعث کاهش قابل توجه در میزان نشست‌ها شده ، پس از آن در بازه‌ای محدود، میزان این تأثیر کم و در نهایت با بکارگیری فشارهای بالاتر، علاوه بر ایجاد بالازدگی در جلوی جبهه‌کار، میزان نشست افزایش پیدا خواهد کرد، با این توضیح که در اعماق بیشتر و زوایای اصطکاک داخلی پایین‌ترِ محیط، حساسیت افزایش نشست نسبت به افزایش فشار نگهداری، بیشتر است. ضمن آنکه نتایج بدست آمده حاکی از آن دارد که حساسیت جابجایی‌های جبهه‌کار نسبت به تغییرات فشار نگهداری در محیط‌هایی با زوایای اصطکاک داخلی متفاوت، چسبندگی متفاوت و یا در عمق‌های مختلف حفاری تقریبا یکسان است. به این معنی که در صورت افزایش یا کاهش فشار به مقدار مشخص، میزان تغییر جابجایی‌ها در دو محیط به هم نزدیک خواهند بود. در حالی که این موضوع در مورد محیط‌هایی با مدول تغییر شکل پذیری مختلف صدق نمی‌کند.