بهینه سازی حفاری تونل های بزرگ مقطع بر مبنای ارزیابی عددی

گسترش استفاده از تونل ها بعنوان بخشی مهم از راهکار فرایند جابجایی سبب توسعه و افزایش ابعاد چنین سازه هایی می شود. در زمینه بهینه سازی الگوی حفاری تونل ها، سوال اساسی نحوه بخش بندی سطح مقطع تونل از لحاظ تعداد بخش ها و ابعاد آنها درحین حفاری است. در این مقاله با استفاده از شبیه سازی پیکره تونل های بزرگ مقطع به ارزیابی و بهینه سازی بخش بندی این تونل ها با هدف حداقل سازی جابجایی های گسترده در سطح زمین وکاهش گسترش کرنش های برشی پرداخته می شود. بنابراین مطالعاتی بر مبنای تجزیه وتحلیل روش المان مجزا با استفاده از83 مدل شبیه سازی شده انجام شده است. متغییری که در این تحقیق مورد تحلیل قرار می گیرد، نسبت ارتفاع بخش پیشرو به ارتفاع پله درشیوه حفاری دو مرحله ای است، از دو تونل دوقلو با شکل های d و دایروی با متوسط قطرm13/7 که در فاصله 33 متری از همدیگر قرار دارند بعنوان مورد مطالعاتی استفاده شده است. با مدل سازی‌های مختلف مقادیرجابجایی در طاق تونل و سطح زمین وگسترش تنش ها اندازه گیری شده است تا به ارتفاع بهینه حفاری رسید. نتایج این تحقیق نشان می دهد که در هر دو تونل با افزایش ارتفاع بخش پیشرو میزان جابجایی ها افزایش می یابد. نکته اساسی این تحقیق آن است که در تونل دایروی ارتفاع بهینه حفاری در بخش پیشرو 45٪ از قطر تونل دایروی بوده و در تونل d این ارتفاع به 55٪ می رسد. در این ارتفاع روند افزایشی جابجایی ها به هم خورده و کاهشی می‌گردد.

Optimization of large tunnels excavation method based on numerical investigation

The increasing demand for tunnels as a critical component of the transportation system has caused to establish large face tunnels. In excavation method optimization, it is important to define the number and size of sections. In the presented paper, the distinct element method used to simulate and determine the sequential pattern in the excavation of large face tunnels. The objective function was to minimize the shear strains and extensive displacements of surface and tunnel arch. Therefore 83 different models simulated and implemented to analyze the results. The main variable in presented models is the heading section height in the top heading and benching excavation method. The case study is a binary tunnel with a diagonal pattern. The lower tunnel is with a circular crosssection with 13.7m in diameter. The upper tunnel has a D cross section of 13.2m width and 13.7m height. The tunnels distance is 33m. By verification and implementation of models, the results show that by increasing the heading section height, the displacement has a growing trend. The main point of the result return to the optimum height of the heading section, which is 0.45% and 0.55% of the diameter of circular and height of D shape tunnels, respectively. In these percentage, the growing trend of displacement has a reverse manner.