توصيفگر ها :
تونل مترو , نشست , فشار جبهه كار , متروي اصفهان , تاگوچي , پروفيل جابجايي تونل , EPB
چكيده فارسي :
تغييرات رژيم تنش هنگام حفاري تونل‌هاي مترو با ماشين‌هاي حفار مي‌تواند باعث جابجايي خاك و نشست سطح زمين در مناطق شهري با روباره كم شود. اين موضوع ممكن است به زيرساخت‌هاي شهري خسارات جدي وارد كند. پايداري جبهه‌كار نيز تأثير قابل توجهي بر كيفيت و روند حفاري دارد، به همين دليل حفاري و نگهداري تونل‌ها در مناطق شهري بسيار حائز اهميت است. در پروژه‌هاي عمراني شهري، كنترل دقيق نحوه حفاري و مديريت زمين ضروري است. امروزه بيشتر تونل‌هاي شهري با استفاده از ماشين حفار EPB حفر مي‌شوند و كنترل نشست‌ها و پايداري جبهه‌كار نقش مهمي در حفظ امنيت زيرساخت‌ها و بهبود كيفيت زندگي شهروندان دارد. تاكنون مطالعات جامعي كه به بررسي تأثير متقابل پارامترهاي ژئومكانيكي، هندسي و عملياتي بر جابجايي تونل در مناطق شهري و با استفاده از ماشين‌هاي EPB پرداخته باشند، بسيار محدود بوده و اكثر مطالعات موجود به صورت موردي و با تمركز بر پروژه‌هاي خاص انجام شده‌اند و نتايج آن‌ها به دليل تفاوت در شرايط زمين‌شناسي و پارامترهاي پروژه، قابل تعميم به ساير موارد نيست. در اين پژوهش، با هدف پر كردن اين شكاف و ارائه روابطي براي پيش‌بيني دقيق‌تر جابجايي تونل، ابتدا يك مقطع از خط 2 متروي اصفهان انتخاب شد و در نرم‌افزار تفاضل محدود FLAC3D مدل‌سازي گرديد. مدل ساخته‌شده با داده‌هاي ابزار نصب شده در مقطع انتخابي، اعتبارسنجي شد. بر اساس اين مدل، مطالعات جامعي بر پروژه‌هاي مترو شهري انجام و بازه‌هاي پارامترهاي ژئومكانيكي زمين، ميزان روباره و قطر تونل‌ها استخراج شد. سپس با استفاده از روش آزمايش تاگوچي و تركيب پارامترهاي مختلف، 27 مدل ساخته و تحليل شد. نتايج اوليه آناليز تاگوچي نشان داد كه روباره بيشترين تأثير را نسبت به ساير پارامترها بر جابجايي تونل دارد. پروفيل جابجايي تونل براي همه مدل‌ها استخراج و با پروفيل جابجايي هوك مقايسه شد. براي بررسي دقيق‌تر تأثير هر يك از عوامل مدل‌سازي، از رابطه ارائه‌شده توسط هوك به عنوان مبناي ارزيابي جابجايي تونل استفاده شد. ضرايب جديد معادله به ترتيب B1، B2، B3 و B4 با ضرايب همبستگي 0/99، 0/97، 0/78 و 0/84 استخراج شدند.بر اساس نتايج تحليل واريانس، متغيرهاي چسبندگي با p-value برابر 0/05 و مدول يانگ با 0/05 تأثير معني‌داري بر ضريب B1 دارند. همچنين، نتايج نشان داد كه فشار جبهه‌كار تأثير بيشتري بر ضرايب B2، B3 و B4 نسبت به ساير متغيرهاي مدل دارد. از سوي ديگر، ضريب پواسون تأثير آماري معني‌داري بر هيچ‌يك از ضرايب مدل ندارد.در نهايت، براي ارزيابي نتايج به دست آمده، اين نتايج با پروفيل جابجايي تونل خط 2 مترو اصفهان مقايسه شد. نتايج نشان داد كه اين رابطه توانسته به‌خوبي ميزان جابجايي تونل را ارزيابي كند. براي تحليل حساسيت جامع‌تر و پيش‌بيني جابجايي تاج تونل در موقعيت جبهه‌كار، پروفيل جابجايي در موقعيت جبهه‌كار مدل‌ها استخراج شد كه نشان داد ميزان تغييرات جابجايي به‌طور متوسط 13.35% است كه در مقايسه با پروفيل ارائه‌شده توسط هوك 17% كاهش نشان داده است. به همين منظور، رابطه رگرسيوني خطي چند متغيره شامل متغيرهاي مدول يانگ، چسبندگي، زاويه اصطكاك داخلي و قطر تونل با توجه به سه بازه معمول مقدار فشار اعمالي به جبهه‌كار استخراج شد، كه با در نظر گرفتن p-value برابر با 0/027 و ضريب همبستگي 0/64 مي‌تواند با دقت قابل قبولي جابجايي تاج تونل در موقعيت جبهه‌كار را پيش‌بيني كند.
چكيده انگليسي :
The stress regime changes during tunneling in urban areas with shallow cover can cause ground displacement and surface settlement, potentially damaging urban infrastructure. Maintaining tunnel face stability is critical for ensuring the quality and efficiency of the excavation process. Therefore, precise control over tunneling operations is essential in urban construction projects. Most modern urban tunnels are excavated using EPB machines, which play a key role in controlling settlement and maintaining face stability, thus protecting infrastructure and enhancing urban living conditions. However, comprehensive studies that examine the interaction between geomechanical, geometrical, and operational parameters in tunnel displacement using EPB machines are limited. Most existing research focuses on specific projects, making it difficult to generalize the findings due to varying geological conditions and project parameters. This study aims to address this gap by providing predictive models for tunnel displacement. A section of Line 2 of the Isfahan Metro was selected for modeling in the FLAC3D software. The model was validated against field data from the selected section. Comprehensive studies were conducted on urban metro projects, extracting ranges for geomechanical parameters, cover depth, and tunnel diameter. Using Taguchi's method, 27 models were developed and analyzed. Initial results indicated that cover depth had the most significant impact on tunnel displacement. The displacement profiles from all models were compared with Hoek’s displacement profile. New coefficients for the equation, labeled B1, B2, B3, and B4, were derived with correlation coefficients of 0.99, 0.97, 0.78, and 0.84, respectively. Analysis of variance revealed that cohesion (p-value 0.02) and Young's modulus (p-value 0.05) significantly impacted B1. Face pressure had a more substantial effect on B2, B3, and B4 than other variables, while Poisson's ratio showed no significant statistical impact. Finally, these results were compared with the displacement profile of Line 2 of the Isfahan Metro, demonstrating that the developed relationship accurately predicted tunnel displacement. A more detailed sensitivity analysis showed that the average displacement variation at the tunnel face was 13.35%, a 17% reduction compared to Hoek’s profile. A multivariate linear regression model incorporating Young's modulus, cohesion, internal friction angle, and tunnel diameter was developed, considering three typical face pressure ranges. This model, with a p-value of 0.027 and a correlation coefficient of 0.64, can predict tunnel crown displacement with reasonable accuracy at the tunnel face.
