مطالعه عددی تاثیر پارامترهای اساسی در نشست سطح زمین طی عملیات لوله‌رانی

تکنیک لوله‌رانی یک راه‌کار علمی، اقتصادی و زیست‌محیطی برای ساخت تاسیسات زیرزمینی به ‌شمار می‌رود که نقش اساسی در اجرای پروژه‌ها‌ دارد. در این روش هم‌زمان با انجام عملیات حفاری توسط سپر، رانش لوله‌ها با استفاده از جک‌های هیدرولیکی صورت می‌پذیرد. تغییر ‌شکل‌ زمین در طول عملیات لوله‌رانی از اساسی‌ترین چالش‌هایی است که تحلیل آن برای اهداف ایمنی و طراحی پروژه امری لازم و ضروری است. پارامترهای متعددی وجود دارد که در الگوی تغییر شکل زمین طی عملیات لوله‌رانی تاثیر می‌گذارد. تاثیر هر یک از پارامترها و میزان حساسیت آن‌ها بایستی مشخص گردد تا با طراحی مناسب بتوان تغییر شکل زمین را کنترل کرد. بررسی الگوی جابجایی در زمین‌ لایه‌ای و بر اساس شبیه‌سازی عددی اجزاء محدود و درنهایت تحلیل حساسیت آن‌ها موضوعی است که مطالعات محدودی در این زمینه انجام شده است. در این مطالعه، جزئیات مدل‌سازی ازجمله مخروطی بودن سپر حفاری، راندمان افزایشی فشار تزریق دوغاب و فشار صفحه حفاری در نظر گرفته شده است تا نزدیک به حالت واقعی بوده باشد. مقادیر جابجایی در سطح زمین و تاج خط لوله مورد تجزیه‌وتحلیل قرار می‌گیرد. شبیه‌سازی عددی با استفاده از نرم‌افزار عددی اجزاء محدود پلکسیس و با در نظر گرفتن مطالعه موردی انجام گرفته است. نتایج حاصل از مدل‌سازی عددی با نتایج به‌دست‌آمده از مطالعات میدانی و تحلیلی کالیبره شده و در ادامه تاثیر هر یک از پارامترها در الگوی تغییر شکل زمین و نیز تخمین میزان برآمدگی‌ها و محل دقیق آن‌ها موردبررسی قرار گرفت. در گام بعد رابطه هر یک از پارامترها با نشست سطح زمین برآورد شده و درنهایت تاثیر هر یک از عوامل مختلف با استفاده از تحلیل حساسیت سنجیده شد و شاخص حساسیت هرکدام مشخص گردید. نتایج نشان می‌دهد حساس‌ترین عامل نسبت به نشست سطح زمین قطر فضای حفاری و کم‌اهمیت‌ترین عامل فشار صفحه حفاری است. بیشترین نشست در قسمت انتهایی سپر حفاری به دلیل مخروطی بودن سپر و اجازه ترخیص تنش اتفاق می‌افتد. درنهایت با توجه به نتایج مشخص گردید که رابطه بین زاویه اصطکاک داخلی و مدول کشسان با نشست سطح زمین به‌صورت خطی اما غیرمستقیم است. روابط سایر پارامترها نیز به‌صورت غیرخطی ارزیابی شد.

numerical study of the basic parameters effects on ground subsidence during pipe jacking operations

summarypipe jacking is a scientific, economic and environmental solution for the construction of underground facilities that performs a key role in the implementation of projects. in this method, simultaneously with the excavation operation by the shield, the pipes are jacked using hydraulic jacks. ground deformation during pipe jacking operations is one of the main challenges that its analysis is necessary for safety purposes and project design. several factors affect the pattern of ground deformation during pipe jacking operations. the effect of each parameter and their sensitivity must be determined so that the ground deformation can be controlled with proper design. the study of displacement patterns in the field of layers based on numerical simulation of finite elements and finally, the analysis of their sensitivity is a subject that has been the subject of limited studies in this field. in this study, modeling details such as a conical excavation shield, increased gradient of grout injection pressure and excavation plate pressure have been considered to be close to the real state. the displacement values at the ground surface and the crown of the pipeline are analyzed. in this study, numerical simulation has been performed using the plaxis finite element numerical software and considering a case study. the results of numerical modeling were calibrated with the results obtained from field and theoretical studies, and then the effect of each parameter on the pattern of ground deformation as well as estimating the quantity of uplifts and their exact location were investigated. in the next step, the relationship between each parameter and ground subsidence was estimated and finally, the effect of each of the different factors was measured using sensitivity analysis and the sensitivity index of each was determined. the results show that the most sensitive factor to subsidence is the diameter of the excavated space and the least important factor is the face excavation pressure. most subsidence occurs at the end of the excavation shield due to the conical nature of the shield and the stress relaxation. finally, according to the results, it was determined that the relationship between the internal friction angle and the elastic modulus with the ground surface settlement is linear but indirect. the relationships of other parameters were also evaluated nonlinearly.introductionpipe jacking technique is a trenchless excavation method used to install underground installations such as water, sewage, electricity and gas pipelines using hydraulic jacks. in other words, this method is suitable for installing long pipelines [1,2]. in general, the pipe jacking technique is such that simultaneously with the excavation operations by the mechanized device, the pipes are also jacked by hydraulic jacks [3]. many factors can affect the ground displacement pattern during pipe jacking operations, the most important of which are excavation face pressure, grout injection pressure, diameter, overburden and geotechnical parameters can be elastic modulus, cohesion and friction angle. changing each of the parameters will move according to the degree of sensitivity. therefore, estimating the ground displacement and sensitivity analysis of each parameter is of great importance in the construction of pipe jacking engineering and is also necessary for safety and planning purposes [4]. this study, based on finite element numerical simulation using plaxis software, analyzes the ground displacement pattern and compares the results with field and analytical studies to confirm the accuracy of the model. finally, the effect of each of the different factors is measured using sensitivity analysis and the sensitivity index of each parameter is evaluated from the most sensitive factor to the least important factor in ground displacement. in addition, the combined effect of several parameters simultaneously on the ground