بررسی اثر روش های حفاری دو مرحله ای پلکانی و دیافراگم میانی بر نشست سطحی و گروه شمع

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران

چکیده

در مناطق شهری با تراکم جمعیتی بالا، کمبود فضا‌های سطحی سبب توسعه شبکه حمل و نقل به ویژه ساخت تونل های مترو شده است که معمولا ساخت این تونل‌‌ها نزدیک ساختمان‌‌های متکی بر پی های عمیق امری اجتناب ناپذیر است. زمانی که تونل حفاری می شود، نشست حاصل خواهد شد که ممکن است سبب آسیب به سازه های سطحی و عمیق شود. بنابراین، کنترل نشست های سطحی و سایر اثرات محیطی یک موضوع کلیدی برای طراحی پروژه های حفاری تونل می باشد. بر این اساس در پژوهش حاضر با استفاده از تحلیل سه بعدی در نرم افزار اجزاء محدود آباکوس، اثر الگوهای متداول حفاری تونل به روش جدید اتریشی شامل حفاری دومرحله ای پلکانی و دیافراگم میانی بر میزان نشست سطحی زمین و نیرو‌های وارد بر تک شمع و گروه شمع 2 × 2 زمانی که تونل در مجاورت شمع ها قرار دارد در خاک رسوبی هوازده بررسی شد. نتایج نشان داد مقادیر نیروهای خالص وارد بر شمع به علت روش های حفاری زمانی که به صورت گروه شمع اجرا می شوند به مراتب کمتر از حالتی است که به صورت تک شمع اجرا می شوند. همچنین ثابت شد روش حفاری دیافراگم میانی حداقل مقادیر نشست سطحی زمین، نشست و نیروی محوری خالص در گروه شمع را در مقایسه با روش حفاری دو مرحله ای پلکانی باعث شده است. بعلاوه ثابت شد ناحیه تحت تاثیر حفاری تونل بر نشست سر شمع برخلاف نشست سطحی زمین، وابسته به روش های حفاری بوده به طوری که ناحیه تحت تاثیر در روش دو مرحله ای پلکانی، 2D ± و در روش دیافراگم میانی در محدوده 2D- الی 1D+ از مرکز شمع (قبل و بعد از مرکز شمع) در راستای حفاری است که D قطر تونل می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluating the effect of Top heading and Central diaphragm wall methods on the surface settlement and pile group

نویسندگان [English]

  • Mehrad Mirsepahi 1
  • Seyed Mohammad Mirhosseini 2
  • Arash Nayeri 2
  • Seyed Hamid Lajevardi 2
1 PhD candidate, Department of Civil Engineering, Arak Branch, Islamic Azad University, Arak, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Arak Branch, Islamic Azad University, Arak, Iran.
چکیده [English]

In urban areas with high population density, lack of surface space has led to the development of the transport network, especially the construction of underground tunnels, which is usually inevitable in the construction of buildings near deep foundations. When a tunnel is excavated, the surface settlements will result in damage to the surface and deep structures. Therefore, control of surface settlements and other environmental impacts is key to the design of tunnelling projects. Thus, in the present study, using the three-dimensional analysis by Abaqus finite element software, the effect of New Austrian tunnelling method (NATM) including Top heading (TH) and Central diaphragm wall (CDW) on the surface settlements and the forces applied to the single pile and the 2 × 2 pile group was investigated when the tunnel is adjacent to the piles in weathered residual soil. The results showed that the amount of net forces applied to the pile due to tunnelling patterns when running as a pile group was significantly lower than those for the single pile. It was also proved that, in the pile group, the CDW method created a lower amount of net surface settlements and net axial forces compared to the TH method. Also, unlike surface settlements, the influence zone on the pile head settlement in the longitudinal direction can be identified as ±2D in TH, and in the CDW method from -2D to +1D from the pile center (behind and ahead of the pile axis), where D is the tunnel diameter.

کلیدواژه‌ها [English]

  • natm
  • Finite element method
  • Single pile
  • Pile group
  • Load transfer
  • Soil-structure interaction
[1] Wang, L. Z., Chen, K. X., Hong, Y., and Ng, C. W. W. (2015). Effect of consolidation on responses of a single pile subjected to lateral soil movement. Canadian Geotechnical Journal, 52(6), 769-782.
[2] Rabcewicz, L. V. (1965). The new Austrian tunnelling method. Water Power, 511-515.
[3] Müller, L. (1978). Removing misconceptions on the New Austrian tunnelling method. Tunnels & Tunnelling International, 10(8).
[4] Yoo, C. (2009). Performance of multi-faced tunnelling–A 3D numerical investigation. Tunnelling and underground space technology, 24(5), 562-573.
[5] Yoo, C. (2013). Interaction between tunneling and bridge foundation–A 3D numerical investigation. Computers and Geotechnics, 49, 70-78.
[6] Bowers, K. H. (1997). An appraisal of the New Austrian Tunnelling Method in soil and weak rock.  Doctoral dissertation, University of Leeds.
[7] Karakus, M., & Fowell, R. J. (2006). 2-D and 3-D finite element analyses for the settlement due to soft ground tunnelling. Tunnelling and Underground Space Technology, 21(3), 392-392.
[8] De Farias, M. M., Junior, A. H. M., and De Assis, A. P. (2004). Displacement control in tunnels excavated by the NATM: 3-D numerical simulations. Tunnelling and underground space technology, 19(3), 283-293.
[9] Boonyarak, T., Phisitkul, K., Ng, C. W., Teparaksa, W., and Aye, Z. Z. (2014). Observed ground and pile group responses due to tunneling in Bangkok stiff clay. Canadian geotechnical journal, 51(5), 479-495.
[10] Wang, Z., Zhang, K. W., Wei, G., Li, B., Li, Q., and Yao, W. J. (2018). Field measurement analysis of the influence of double shield tunnel construction on reinforced bridge. Tunnelling and Underground Space Technology, 81, 252-264.
[11] Soomro, M. A., Ng, C. W. W., Memon, N. A., and Bhanbhro, R. (2018). Lateral behaviour of a pile group due to side-by-side twin tunnelling in dry sand: 3D centrifuge tests and numerical modelling. Computers and Geotechnics, 101, 48-64.
[12] Wang, Z., Yao, W., Cai, Y., Xu, B., Fu, Y., and Wei, G. (2019). Analysis of ground surface settlement induced by the construction of a large-diameter shallow-buried twin-tunnel in soft ground. Tunnelling and Underground Space Technology, 83, 520-532.
[13] Li, B., and Wang, Z. Z. (2019). Numerical study on the response of ground movements to construction activities of a metro station using the pile-beam-arch method. Tunnelling and Underground Space Technology, 88, 209-220.
[14] Marshall, A. M., and Mair, R. J. (2011). Tunneling beneath driven or jacked end-bearing piles in sand. Canadian Geotechnical Journal, 48(12), 1757-1771.
[15] Marshall, A. M., Farrell, R. P., Klar, A., and Mair, R. (2012). Tunnels in sands: the effect of size, depth and volume loss on greenfield displacements. Géotechnique, 62(5), 385-399.
[16] Ng, C. W. W., and Lu, H. (2014). Effects of the construction sequence of twin tunnels at different depths on an existing pile. Canadian geotechnical journal, 51(2), 173-183.
[17] Ng, C. W. W., Lu, H., and Peng, S. Y. (2013). Three-dimensional centrifuge modelling of the effects of twin tunnelling on an existing pile. Tunnelling and Underground Space Technology, 35, 189-199.
[18] Ng, C. W. W., Soomro, M. A., and Hong, Y. (2014). Three-dimensional centrifuge modelling of pile group responses to side-by-side twin tunnelling. Tunnelling and Underground Space Technology, 43, 350-361.
[19] Ng, C. W. W., Hong, Y., and Soomro, M. A. (2015). Effects of piggyback twin tunnelling on a pile group: 3D centrifuge tests and numerical modelling. Geotechnique, 65(1), 38-51.
[20] Soomro, M. A., Hong, Y., Ng, C. W. W., Lu, H., and Peng, S. (2015). Load transfer mechanism in pile group due to single tunnel advancement in stiff clay. Tunnelling and Underground Space Technology, 45, 63-72.
[21] Huang, M., Zhang, C., and Li, Z. (2009). A simplified analysis method for the influence of tunneling on grouped piles. Tunnelling and Underground Space Technology, 24(4), 410-422.
[22] Hong, Y., Soomro, M. A., and Ng, C. W. W. (2015). Settlement and load transfer mechanism of pile group due to side-by-side twin tunnelling. Computers and Geotechnics, 64, 105-119.
[23] Lee, C. J. (2012). Numerical analysis of the interface shear transfer mechanism of a single pile to tunnelling in weathered residual soil. Computers and Geotechnics, 42, 193-203.
[24] Lee, C. J. (2013). Numerical analysis of pile response to open face tunnelling in stiff clay. Computers and Geotechnics, 51, 116-127.
 [25] Manual, A. U. (2010). Version 6.10. Abaqus Inc.