برآورد عدد پایداری و فشار سینه‌کار تونل در حالت حدی سرویس بر اساس نتایج مدل‌سازی عددی

فشار سینه‌کار به‌طورکلی به دو روش اصلی حالت حدی نهایی و حالت حدی سرویس محاسبه می‌شود. در این میان، حالت حدی نهایی، حالت بحرانی جابجایی زمین در موقعیت سینه‌کار است که منجر به ناپایداری سینه‌کار و ریزش آن می‌شود. در این روش، در محاسبات فشار نگهداری سینه‌کار تونل، تغییر شکل‌های زمین در نظر گرفته نمی‌شود. روش حالت حدی سرویس، بیشتر مرتبط با مقدار افت حجمی و نشست سطحی حداکثر زمین است. روش‌های موجود برای برآورد فشار سینه‌کار در حالت حدی سرویس عموماً بر اساس نتایج آزمایش‌های آزمایشگاهی (آزمایش گریز از مرکز تونل) یا داده‌های تجربی نسبتاً قدیمی توسعه یافته‌اند. در این مقاله برای برآورد فشار سینه‌کار در حالت حدی سرویس از مدل‌سازی عددی با نرم‌افزار v 20 plaxis 3d استفاده شده است. با توجه به گستردگی حالت‌های مدل‌سازی، شرایط هندسی (قطر حفاری 9 متر) و ژئوتکنیکی خطوط متروی تهران برای مدل‌سازی در نظر گرفته شد. برای صحت سنجی نتایج مدل‌سازی‌ها از نتایج نشست سنجی پروژه توسعه جنوبی خط 6 مترو تهران استفاده شده است. بر این اساس، مدل‌های مربوط به مقاطعی که مقادیر نشست آن‌ها بیشتر از 8 و کمتر از 8 میلی‌متر است به ترتیب در حالت زه‌کش شده و زه‌کش نشده تطبیق نتایج بهتری با نتایج واقعی نشست سطحی دارند. همچنین نتایج تحلیل حساسیت انجام‌شده بر روی پارامترهای مختلف ورودی مدل‌ها در هر دو حالت زه‌کش شده و زه‌کش نشده نشان می‌دهد که تغییر مقدار مدول الاستیسیته، بیشترین تاثیر را بر میزان تغییر نشست سطح زمین دارد. هدف اصلی در این مطالعه برآورد عدد پایداری و به دست آوردن روابطی تجربی بین عدد پایداری و سایر پارامترها است. بر این اساس با استفاده از نتایج مدل‌سازی‌های عددی و روش تحلیل رگرسیون ساده و چندگانه، سه رابطه جدید برای برآورد عدد پایداری در حالت زه‌کش نشده و یک رابطه تجربی جدید برای عدد پایداری متناظر در حالت زه‌کش شده ارائه شده است. در این روابط از پارامترهای مدول یانگ، ارتفاع سطح آب زیرزمینی و افت حجمی استفاده شده است. ضریب تعیین (r2) فرمول تجربی حالت زه‌کش شده برابر با 68 درصد و ضریب تعیین (r2) سه فرمول حالت زه‌کش نشده برابر با 66 درصد، 48 درصد و 66 درصد است.

estimation of the stability number and face pressure of the tunnel at the serviceability limit state based on the results of numerical modeling

summaryin the evaluation of the face pressure in the serviceability limit state (sls), volume loss and surface settlement are limited to acceptable values. in this paper, plaxis 3d software is used to estimate the face pressure in the serviceability limit state. in this regard, geometrical conditions (excavation diameter of 9 m) and geotechnical information in tehran metro lines are considered in the numerical modeling. to validate the results of the modeling, the results of the settlement monitoring of the southern extension tehran metro line 6 have been used. using the characteristics of young’s modulus, groundwater level, and volume loss, three new equations and formulas for estimating the corresponding tunnel face stability number are proposed.introductiondue to the lack of a suitable model for estimating tunnel face pressure in the serviceability limit state, a comprehensive research study is conducted for tehran metro tunnels. in this context, by using numerical modeling with plaxis 3d v20 software, as well as by performing validation and sensitivity analysis, and by considering the parameters affecting the surface settlement in the area of tehran soils, a new method for estimating tunnel face pressure is provided in the serviceability limit state. this method is based on the statistical analysis of the results of 80 numerical models whose range of parameter values is adjusted according to the range of tehran soil parameters.methodology and approachesin this research study, plaxis 3d v20 software is used for numerical modeling. in the modeling stages, in order to make the modeling results closer to reality, the step-by-step construction process of tunnel excavation has been followed. in order to validate and check the correctness of the 3d numerical modeling, the data of the southern extension tehran metro line 6, as well as the results of instrumentation and monitoring, have been used. in the end, multiple regression analysis has been used to investigate the combined effect of effective parameters on the tunnel face stability number using the results of numerical modeling.results and conclusionsin the validation of numerical modeling, in geological sections whose settlement is less than 8 mm, modeling in an undrained state provides more consistent results with the actual settlement information. in the geological sections whose settlement is more than 8 mm, modeling in a drained state provides more consistent results with the actual settlement information. a new empirical formula for the estimation of the tunnel face stability number has been obtained using multiple regression methods in the drained state. the determination coefficient of this formula is 68%. also, three formulas for estimating the stability number were obtained using simple regression formulas.