حفر تونل در زمین‌های نرم شهری محدودیت‌های خاص خود را دارد. از مهمترین این محدودیت‌ها، کنترل نشست سطحی است تا از وارد شدن خسارت به سازه‌های سطحی جلوگیری شود. بنابراین انتخاب بهترین روش برای حفاری تونل بسیار اهمیت دارد. در میان روش ­های موجود برای حفر تونل­ های شهری، روش­های حفاری مرحله ­ای بسیار پرکاربرد هستند. به طور معمول این روش‌ها قابل مقایسه با روش حفاری مکانیزه برای تونل‌های طویل نیستند. اما روش‌های حفاری مرحله ­ای برای حفاری تونل­ های کوتاه، مقاطع بزرگ مانند ایستگاه‌های مترو، مقاطع غیر دایروی و سازه‌های پیچیده مانند تقاطع­ ها بکار می ­روند. از جمله مهم‌ترین بخش‌های اجرایی حفاری مرحله‌ای، طول گام حفاری و فاصله بین جبهه کارها می‌باشد. با وجود اینکه این 2 پارامتر از عوامل بسیار ﺗﺄثیرگذار بر جنبه‌های فنی و اقتصادی روش حفاری مرحله‌ای می‌باشند، ولی فرآیند منسجمی برای تعیین این دو پارمتر وجود ندارد.

در این تحقیق، مراحل حفاری تونل فاز اول خط 2 متروی شهر کرج، حد فاصل ایستگاه C و D به منظور تعیین طول گام حفاری و فاصله بین جبهه کارها بررسی شده است. روش حفر این تونل، طاق و پاطاق می‌باشد. با استفاده از مدلسازی المان محدود سه بعدی (Plaxis 3D Tunnel)، حفاری تونل در حالت‌های مختلف پیشروی شبیه‎‌سازی شده است. هشت حالت پیشروی برای طول گام و شش حالت برای فاصله بین جبهه کارها در نظر گرفته شده است. طول گام حفاری و فاصله بین جبهه کارها با بررسی اثر حالت‌های مختلف پیشروی بر نمودارهای عرضی نشست سطحی، مقادیر نشست و جابجایی خاک اطراف تونل انتخاب می‌شود. بررسی‌ها نشان می‌دهد که گام حفاری یکسان 1 متر برای قسمت فوقانی و تحتانی با فاصله 25 متر بین جبهه کارها (فاصله‌ای بیشتر از یک قطر تونل)، بهترین کارآیی را برای تونل سازی دارد.

 توضیحات بیشتر

آنچه در این مدلسازی خواهید آموخت.

1- آشنایی با نرم‌افزار المان محدود Plaxis 3D Tunnel.

2- ایجاد هندسه تونل و محیط و مش‌بندی المان محدود.

3- استفاده از شرایط مرزی، شرایط اولیه و بارگذاری خارجی.

4- وارد کردن خصوصیات مواد.

5- نحوه مدلسازی حفاری مرحله‌ای در نرم‌افزار.

6- مدلسازی گام حفاری و فاصله بین چبهه کارها.

7- گرفتن خروجی از برنامه از قبیل جابجایی خاک در جهت‌های مختلف، جابچایی کل، وضعیت توزیع تنش، نمودارهای عرضی نشست زمین.

8- انجام تحلیل بر روی نتایج.

9- بهینه یابی طول گام حفاری و فاصله بین جبهه کارها با استفاده از تحلیل بر روی نتیج مدلسازی.

10- انتخاب الگوی بهینه حفاری تونل.

نکات و الزامات

1- این  نرم‌افزار بعلت قفل شکستگی در همه نسخه های سیستم عامل ویندوز قابل اجرا نیست (فقط نسخه‌های 32 بیتی).

2- به علت شکستن قفل نرم‌افزار، محدودیت در حجم محاسبات، المان‌های در نظر گرفته شده برای محیط و ابعاد محیط را دارد.

3- آشنایی کامل با مفاهیم تونلسازی.

4- آشنایی با تونلسازی مرحله‌ای.

5- آشنایی با مدلسازی المان محدود.

6-در دسترس بودن داده‌های اولیه با دقت مناسب برای مدلسازی و اطمینان از صحت نتایج آن.