مدل‌سازی عددی جابه‌جایی خاک و نشست سطح زمین حین پیشروی گام‌های حفاری در روش جدید تونل‌سازی اتریشی

امروزه با گسترش محدوده کلان‌شهرها و افزایش جمعیت، حجم ترافیک درون شهری نیز رو به افزایش است. توسعه شبکه‌های ارتباطی زیرزمینی مانند تونل‌های زیرگذر و مترو به علت عدم تداخل با رفت‌وآمد شهروندان مناسب‌ترین گزینه برای حل معضلات ترافیکی در کلان‌شهرها است. در این خصوص روش جدید تونل‌سازی اتریشی (ناتم) بهترین گزینه برای حفاری تونل در مناطق کم‌عمق شهری و در مسافت‌های کوتاه است. برای اجرای موفق روش حفاری ناتم در محیط‌های کم‌عمق شهری، برآورد و کنترل جابه‌جایی‌های سقف، کف و پیرامون تونل و به تبع آن نشست سطح زمین در هر مرحله از حفاری بسیار حائز اهمیت است. در این تحقیق، برای تخمین نشست سطح زمین در قطعه t3 تونل زیرگذر امیرکبیر در شرق تهران، از مدل‌سازی عددی در محیط نرم‌افزار پلکسیس استفاده شده است. در مدل عددی مدل رفتاری خاک سخت‌شونده (الاستوپلاستیک کامل) برای توده خاک اطراف تونل و مدل رفتاری الاستیک برای سیستم نگهداری شاتکریت (سیستم نگهداری اولیه تونل) و دیواره ‌میانی تونل لحاظ شده است. بر اساس نتایج حاصل از این تحقیق، پس از پایان مرحله نهم حفاری حداکثر مقدار جابه‌جایی کل 54 میلی‌متر، جابه‌جایی قائم سقف 53 میلی‌متر و آماس کف تونل 42 میلی‌متر به دست آمده است. بیشترین میزان جابه‌جایی‌ها مربوط به ناپایداری سقف و بالازدگی‌ها کف تونل ناشی از افزایش تنش‌های افقی در اعماق کم می‌باشد. همچنین بیشترین میزان نشست سطح زمین در پایان نُه مرحله حفاری حدود 52 میلی‌متر برآورد شده است و گودی نشست نیز در محدوده 2 تا 5 متری از دیواره میانی تونل در سطح زمین تشکیل شده است و به تدریج با پیشروی سینه‌کار به تعادل خواهد رسید. لذا کنترل جابه‌جایی خاک روباره در سه مرحله پایانی برای حفاری گالری میانی تونل نقش اصلی را در کنترل نشست سطح زمین خواهد داشت.

numerical modeling of surface subsidence during excavation sequences in the new austrian tunneling method

as the area of ​​metropolitan areas expands and the population increases, the volume of intra-urban traffic is also increasing. the development of underground communication networks such as underpass tunnels and metros is the most suitable option for solving traffic problems in metropolitan areas due to the lack of interference with the movement of citizens. in this regard, the new austrian tunneling method (natm) is the best option for tunnel excavation in shallow urban areas and over short distances. for the successful implementation of the natm excavation method in shallow urban environments, it is very important to estimate and control the displacements of the roof, floor, and perimeter of the tunnel and, consequently, the ground subsidence at each stage of excavation. in this study, numerical modeling in the plexis software environment has been used to estimate the ground subsidence in section t3 of the amirkabir underpass tunnel in eastern tehran.  the numerical model includes a hardening soil behavior model (fully elastoplastic) for the soil mass around the tunnel and an elastic behavior model for the shotcrete retaining system (initial tunnel retaining system) and the tunnel middle wall. based on the results of this research, after the end of the ninth excavation stage, the maximum total displacement was 54 mm, the vertical displacement of the roof was 53 mm, and the tunnel floor swell was 42 mm. the highest displacements were related to the instability of the roof and the uplift of the tunnel floor due to the increase in horizontal stresses at shallow depths. also, the maximum ground settlement at the end of the ninth excavation stage was estimated to be about 52 mm, and a settlement depression was formed in the range of 2 to 5 meters from the tunnel middle wall at ground level and will gradually reach equilibrium as the abutment advances. therefore, controlling the displacement of overburdened soil in the final three stages of excavation of the middle gallery of the tunnel will play a major role in controlling ground subsidence.