تحلیل سه بعدی نگهداری حفاری تونل با استفاده از روش چتری

عموماً در مناطق شهری تونل ها باید به نحوی ساخته شوند که کمترین میزان خطر و تخریب را برای سازه های سطحی و مجاور به همراه آورند، به نحوی که کمترین میزان تغییر شکل را در داخل تونل و سطح زمین داشته باشیم، همچنین تونل ها در مناطق غیر شهری، عمدتاً در شرایط زمینی نامناسب که تأمین پایداری و محدود سازی تغییر شکل در هنگام حفاری نسبتاً مشکل می باشد، حفر می شوند. بنابراین مهندسی تونل باید قادر به رفع مشکلات و مسائل در هر دو منطقه شهری و غیر شهری باشد. در مواردی که مقاومت زمین پایین بوده و نیاز به محدود سازی تغییر شکل ها و نشست ها باشد، علاوه بر تقسیم سطح تونل به قطعات کوچکتر، از روش حفاری تونل با نصب پوشش به صورت همزمان استفاده می شود. روش چتری یکی از روش های موجود در تسلیح زمین می باشد که در آن تمامی یا بخشی از سیستم نگهدارنده مقطع تونل قبل از اینکه عملیات حفاری مقطع تونل آغاز شود نصب می گردد، بعلاوه هدف از کاربرد این روش پایدار سازی، حفاظت و نگهداری جبهه حفاری و پیرامون آن تا حد امکان می باشد. تا بحال سه زیر روش کاملاً متفاوت در اجرای روش چتری با نام های تزریق زیر افقی، چتری با لوله های فولادی تزریقی و سقف لوله ای شناسایی شده است. با وجود اینکه تفاوت های اساسی و ریشه ای میان سه زیر روش فوق در نحوه و فرآیند اجرا، تجهیزات و مواد تسلیح کننده وجود دارد با این حال مبانی و فلسفه طراحی در تمامی آن ها یکسان است. در این پایان نامه روش چتری با لوله های فولادی تزریقی به این دلیل که در اجرا، در پروژه های زیادی از این روش استفاده شده، مورد بررسی قرار گرفته است، با این توضیح که کار علمی بر روی روش چتری با لوله های فولادی تزریق شده (روش مورد مطالعه در این پایان نامه) در حالت بدون نگهداری با در نظر گرفتن فراسنج های ذکر شده، انجام نگرفته است. از جمله اهداف این پایان نامه بررسی مدل تحلیلی تیر یک سر گیردار است که برای روش چتری پیشنهاد شده است. تحلیل های سه بعدی تونل، بدون آب زیر زمینی و نگهداری صرفاً با فورپول و با تغییر در پارامتر های هندسی فورپول و مقاومتی خاک در نظر گرفته شده است، همچنین برای کنترل پایداری تونل از فراسنج های چهار گانه نسبت همگرایی، بیرون زدگی حداکثر، نسبت نشست و لنگر حداکثر استفاده شده است. بطور کلی روند کم و بیش کاهش کلی در اکثریت فراسنج ها با افزایش چسبندگی به وضوح قابل مشاهده است، نتایج تحلیل ها حاکی از آن است که تنها در مورد نسبت نشست، این روند کاهشی بسیار جزئی است که با افزایش طول عمدتاً از بین می رود. در کل مشاهده می شود که در اکثر موارد حتی با وجود تغییر در چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی، زاویه فورپول تأثیری بر روی فراسنج ها ندارد و تنها با افزایش زاویه فورپول، لنگر حداکثر کاهش می یابد. با افزایش طول همپوشانی در طول ثابت، فراسنج نسبت همگرایی ابتدا کاهش و سپس کمی افزایش می یابد، همچنین فراسنج بیرون زدگی حداکثر ابتدا کاهش و سپس افزایش اندکی دارد، نسبت نشست نیز تقریباً پس از یک افزایش، روند کاهشی دارد. اگر چه در مورد نسبت نشست، افزایش تعداد عملاً تأثیری ندارد، در موارد نسبت همگرایی و بیرون زدگی حداکثر، با افزایش تعداد فورپول ها به بیش از 13 (نسبت فاصله به قطر حدود 8)، دیگر بهبود عملکرد رخ نمی دهد که می توان به دلیل عملکرد ضعیف انفرادی فورپول در اندرکنش با محیط اطراف به دلیل سست شدگی خاک اطراف فورپول باشد. به این ترتیب نسبت فاصله خالص به قطر که یک نسبت بررسی بحرانی به لحاظ عملکرد انفرادی محسوب می شود، برای فورپول در حدود 8 می باشد که بیشتر از مورد مشابه شمع تحت بار جانبی به میزان 3 تا 5 است.