مدل‌سازی هیدرومکانیک نشست تونل در محیط‌های شهری مطالعه موردی تونل مترو خط7 تهران

افزایش جمعیت و توسعه شهرها، نقش تونل به‌عنوان راه‌حلی مناسب جهت رفع نیازهای مختلف، بخصوص حمل‌ونقل و کاهش ترافیک سطح شهرها را برجسته تر می کند. کنترل و تخمین نشست یکی از مهم‌ترین چالش های حفر تونل در این مناطق است. به دلیل پیچیدگی های موجود در بررسی همه‌جانبه کنترل و تخمین نشست، اغلب این بررسی ها با ساده سازی های بسیاری همچون چشم پوشی از تغییرات سطح آب زیرزمینی، عدم در نظر گرفتن پدیده های توامان و ... همراه بوده است که تاثیر بسیار محسوسی بر نتایج حاصل از این بررسی ها داشته است. در زمان حفر تونل، فضای ایجادشده به‌عنوان یک کانال زهکشی عمل می کند. آب موجود در محیط به درون فضای حفرشده وارد می شود که این امر خود موجب تغییر در شرایط هیدرولیکی منطقه می شود. این تغییر در شرایط هیدرولیکی، بر ویژگی های مکانیکی محیط نیز اثر گذاشته و درنتیجه آن، امکان بروز جابجایی های جداره تونل بیشتر می شود. در این پژوهش، با توجه به این‌که 60 درصد از مسیر خط هفت متروی تهران زیر سطح ایستابی و مسیر حفاری تونل غالباً از مناطقی با بافت فرسوده عبور می کند کنترل نشست از اهمیت ویژه ای برخوردار است. ازاین‌رو، با استفاده از نرم افزار flac3d تغییر شکل های به‌دست‌آمده در دو حالت توامان (معادلات مکانیکی و هیدرولیکی به‌صورت هم‌زمان حل می شوند) و غیر توامان (معادلات مکانیکی و هیدرولیکی به‌صورت ترتیبی و جداگانه حل می شوند) مدل‌سازی و با داده های ابزار دقیق مقایسه می شود. با توجه به نتایج، مدل‌سازی در حالت توامان مطابقت بالاتری را از خود نشان می دهد. همچنین تغییر شکل های اطراف فضای حفاری به‌شدت، به شرایط زهکشی، سطح آب زیرزمینی، وضعیت تنش‌های برجا منطقه و زمان وابسته است.

Hydromechanical modeling of tunnel settlement in urban areaA case study, Tehran subway tunnelline7

SummaryIncreasing population and urban development highlight the role of tunnels as a suitable solution to meet various needs, especially transportation and reducing traffic in cities. The control and estimation of settlement of ground in tunneling is one of the most important challenges. In this study, tunnel is modeled in the FLAC3D software and Deformation due to drilling operations in both coupled and uncoupled modes is investigated.  Results shows that the coupled method is in more agreement with the instrumentation data than the uncoupled method.IntroductionDirect hydromechanical interactions in the Earth’s crust have been known since the late 1800s. an example of studies conducted in this field is given below:Yoo et al. (2012) and (2008) using ABAQUS software examined the effect of groundwater drawdown on subsidence and displacements around the excavation. Zhou et al. (2018) and Lee et al. (2008) using FLAC3D software, the amplitude of excavation effect on deformation and pore pressure change was investigated. A review of studies shows that in most modeling have been carried out with simplifications such as not considering the drilling sequence, ignoring groundwater level and Pore pressure changes. These simplifications lead to farfetched results.Therefore, after selecting numerical software in accordance with the problem conditions, the threedimensional model of the case study tunnel is modeled in the FLAC3D software. Based on the results, the coupled method is in more agreement with the instrumentation data than the uncoupled method. Also, the deformation around the excavation space is heavily dependent on the drainage and the groundwater level condition, so that the displacement and expansion of the plastic zone around the excavation space, in drained mode, is more than undrained. The longterm behavior of the tunnel in both drained and undrained mode shows that the deformation caused by drained does not change over time. Furthermore, in the drained condition, the displacement increases around the excavation space with over time. Methodology and ApproachesUsing FLAC3D software, the complete association between a porous deformable solid and a viscous fluid flowing through its pores can be modeled. The modeling of the study area has been done in two phases, mechanical and hydraulic. For modeling the mechanical phase, the soil is considered homogeneous and isotropic with full elastoplastic behavior and horizontal layering. The MohrCoulomb behavior model is used for the tunnel media, and the elastic behavioral model is used for the boring machine and lining. Results and ConclusionsThe most important results obtained from this study are as follows:          The parameters of in situ stress conditions, groundwater level and environmental drainage conditions have a great impact on the results of numerical modeling.          Comparison of the results with the instrument data shows that the amount of settlement created in the couple mode is more consistent with the instrument data.          Water outflow from excavation operations reduces the pore pressure and increases the effective stress around the excavation space.Pore pressure changes indicate the importance of studying longterm behavior.