journal of engineering geology

۲‎۲‎۲‎۸‎-‎۶‎۸‎۳‎۷شاپا

1شماره ،9جلد

1۳94 بهار

( - ) فهرست مقاالت

مهدی سعیدی ، مجید طارمی، افتخاری عباس

موردي تونل سبزکوه بررسي راني اثرات تسليح با تکنيک تيرآهن بررسي

اوحدی محمدحسین، محمد امیری، وحیدرضا اوحدیفلز سنگين سرب درفرايند تثبيت و جامد داشت آالينده نگه ريزساختاريبررسي ا بنتونيت و سيمان سازي ب

علیلوی مسعود حاجی، کلجاهی ، ابراهیم اصغریبیرامیفریده امینی ... شکل مخروطي هاي آذرآواري سنگ فرسايش و هوازدگي ارزيابي

اردکانی ، احمدرضا محبوبیستوده حاجیوحید تائبی، محمد ...هاي آزمايش برش مستقيم سازي نمونه نحوۀ آماده ثأثيربررسي

خداپرستمهدی نفوذسنجي ديناميکي در کنترل درصد تراکم و برآورد مقاومت آزمايشکاربرد

هاي ريزدانه خاک برشي زهکشي نشده رمضان رمضانی اومالی، حافظی مقدس ناصر ،مهدی سعیدیان

سد شهيد رجايي ساري هاي فعال اطرافبندي گسلارزيابي خطر گسلش و رده براساس ميزان فعاليت

عطا شاکریهاي آلوده مناطق نفتي، استان وآلودگي عناصر بالقوه سمناک در خاک أتعيين منش

بوشهر، ايران حمیدی ، امیرقنبریعلی عطارزاده، علی

آزمايشگاهي مدل با اي ماسه هاي شيب مجاور سطحي هاي پي باربري ظرفيت بررسي

، کاوه آهنگری، دانیال بهنیاالسادات معینسیدرحیم های نوین وج برشی در سنگ آهک با استفاده از روشسرعت م بینیپیش

هوشمند

~Úá! ç&"%

SK)»%!

PC-User

Highlight

( - )

1، شماره 9جلد 1۳94 بهار

ای اطالع رسانی مرکز منطقهسازی نظام نمایه« ایران ژورنال»این نشریه در پایگاه استنادی و www.ricest.ac.irبه نشانی ( RICeST)فناوری وعلوم

www.isc.gov.irبه نشانی (SID)، در پایگاه (ISC)جهان اسالم علوم شود نمایه می

~Úá! ç&"%

SK)»%!

http://www.ricest.ac.ir/

http://www.isc.gov.ir/


یمهندس یشناس نیزم ۀینشر (پژوهشی –علمی فصلنامۀ )

خوارزميدانشگاه :ازیصاحب امت

عقدا يفاطم د محموديدکتر س :ر مسئولیمد دکتر علي قنبري: سردبیر

علي نورزاددکتر :داخلیر یمد فاطمه ترابي :ییر اجرایمد

:هیریأت تحریه (ت مدرسيدانشگاه ترب -کيمهندسي عمران، ژئوتکن -اريدانش) يا هياروم يدکتر عل

(يد بهشتيدانشگاه شه -کيشناسي،تکتون نيزم -استاد) يدکتر محسن پورکرمان (ت مدرسيدانشگاه ترب -مهندسي شناسي نيزم-اريدانش)چيان ه خامهال دکتر ماشاء

(دانشگاه فردوسي مشهد -شناسي مهندسي زمين -استاد)دکتر محمد غفوري (خوارزميدانشگاه -يمهندس يشناس نيزم -اريدانش) عقدا يدمحمود فاطميدکتر س

(ريبرکيام يدانشگاه صنعت -منهدسي عمران -استاد) فر مييدکتر احمد فه (دانشگاه بوعلي سينا همدان –شناسي مهندسي زمين -استاد)دکتر محمدحسين قبادي

(خوارزميدانشگاه -کيمهندسي عمران، ژئوتکن -دانشيار) دکتر علي قنبري (دانشگاه فردوسي مشهد -شناسي نيمهندسي زم -استاد) پور دکتر غالمرضا لشکري

(خوارزميدانشگاه -ئوشيميژشناسي، نيزم-دانشيار) يدکتر بهزاد مهراب (خوارزميدانشگاه -شناسي آب -دانشيار) محمد نخعيدکتر

، فاطمه ترابيييدکتر محمودرضا عطا :راستارانیو (ISC) استنادی علوم جهان اسالم پایگاه ،(RICeST) فناوری علوم و اطالع رسانی ای مرکز منطقه :ناشر11911کد پستی - 58558 -4853يصندوق پست -34شماره -د مفتحيابان شهيتهران خ :ینشان

Email: [email protected] , [email protected]

Web page: http://jeg.khu.ac.ir/

1394 بهار 1، شماره 9جلد 5413 بهارتاريخ چاپ

وزارت فرهنگ و ارشاد اسالمیاز 22/5/1932مورخ 9759/121دارای پروانه انتشار

و درجه علمی پژوهشی

از وزارت علوم تحقیقات و فناوری 13/11/39مورخ 399293/11/9/39به شماره

5937-3222 شاپا

mailto:[email protected]


http://jeg.khu.ac.ir/

ISSN: 7386-8222

Vol. 9, No. 1

Spring 2015

Journal of

Engineering Geology Contents

Eftekhari A, Taromi M.; I, Saeidi M.

A Study of the Reinforcement Effect of IPE Arc

Support Technique (IAST): a Case Study of Sabzkuh Tunnel

Ouhadi V. R., Amiri M., Ouhadi M. H

Micro-Structural Evaluation of Lead Heavy Metal Retention

in Stabilization and Solidification with Bentonite and Cement

Amini Bearami F., Asghari Kaljahi E., Haji Alavi Bonab M

Evaluation of Weathering and Erosion of Cone-Shaped

Pyroclastic Rocks of Kandovan Village

Taebi V., HajiSotodeh M., Mahbobi Ardakani M. R.

An Investigation of Sample Preparation Method of Direct

Shear Tests for Determine the Shear Strength Soil…

Khodaparst M.

The Use of Dynamic Probing for Evaluation of Undrained

Shear Strength and Compaction Percent in Fine-grained Soils

Saeidian M., Hafezi-Moghaddas N., Ramazani-Oomali R.

Evaluating of Faulting Hazard and Classification of Active

Faults in Shahid Rajai Dam Region, Based Sari Activity Rate

Shakeri A.

Source Determination and Contamination of Potentially Toxic

Elements in the Petroleum Contaminated Soils, Bushehr…

Atarzadeh A., Ghanbari A., Hamidi A.

Study of bearing capacity of shallow foundations next to

sand slope with exprimental models

Moeinossadat SR., Ahangari K., Behnia D.

Prediction of Shear Wave Velocity in Limestone by Using

New Intelligent Methods

PC-User

Highlight

Journal of Engineering Geology

Publisher:

Regional Information Center Science for and Tecnology (RICeST)

Islamic World Science Citation Center (ISC)

www.ricest.ac.ir www.isc.gov.ir

Tel: +98(71)36468452 Fax:+98(71)36468352

Vol. 9, No.1

Spring 2015

http://www.ricest.ac.ir/


Journal of Engineering Geology

Executive Manager: Fatemi Aghda, S.M., Associate Professor

Editor-In-Chief: Ghanbari A., Associate Professor

Director: Noorzad, A., Associate Professor

Manager: Torabi, F.

Editorial Board:

Fahimifar A., Professor

Fatemi Aghda S.M., Associate Professor

Ghafoori M., Professor

Ghanbari A., Associate Professor

Ghobadi M.H., Professor

Khamechian M., Professor

Lashkaripur Gh., Professor

Mehrabi B., Associate Professor

Nakhaei M., Associate Professor

Uromeihy A., Associate Professor

Pourkermani M., Professor

Co-Editors:

Ataei, M. R., Associate Professor

Torabi F.,

Address:

Kharazmi University

No. 43, Mofateh Ave. - Zip Code: 15719-14911

P.B.: 15815-3587, Tehran, Iran

Tel: +98-21-88329212

Fax: +98-21-88825580

E-mail: [email protected], [email protected]

Web page: http://jeg.khu.ac.ir/

Vol. 9, No.1

Spring 2015



http://jeg.khu.ac.ir/

9552 1314 بهار 1م، شمارۀ نهشناسی مهندسی، جلد نشریه زمین

يران رآهنيک تيح با تکنياثرات تسل يبررس

تونل سبزکوه يمورد بررسي

دانشگاه کاشان، گروه مهندسی معدن؛ عباس افتخاری

دانشگاه آزاد اسالمی، واحد تهران جنوب،؛ *مجید طارمی گران جوان و نخبگان، تهران باشگاه پژوهش

دانشگاه تهران، دانشکده مهندسی معدن؛ مهدی سعیدی

11/14/14 پذيرش 44/1/14 دريافت :تاريخ

چكيده

رفته شده یح پذیو روش تسل ی، اعتباربخشيداریناپا ساز و کار بررسین مقاله به یر اد

. پردازیم می ،رانیا یغرب جنوب تونل انتقال آب سبزکوه در یزشیر ۀیاز ناح عبور يبرا

،از اتساع یر شکل ناشییتغ ،ر در تنش برجاییل تغیدل تونل به يحفار یط يداریمشکالت ناپا

، مناطق گسله و سطوح لغزش، باعث کاهش یو گراول يا ماسه يها هیال يریش در نفوذپذیافزا

منظور ن بار بهیاول يبرا 1رانیتکنیک تیرآهن .و ریزش در تونل شدخاک یدر مقاومت برش

ن یدر ا .شدتونل سبزکوه استفاده (T1) ابتداییدر بخش یزشیر ۀین و عبور از ناحیح زمیتسل

ح با توجه به مدول بستر خاک، طول و یل اثرات تسلیتحل يمحدود برا اجزااز روش ،پژوهش

ش طول، روند یبا افزا IPEدهد که نشست یج نشان مینتا. استفاده شده است IPE ۀانداز

.دارد یل، روند نزولیپروف ۀش مدول بستر خاک و اندازیو با افزا يصعود

ها همحدود، تجرب اجزاروش ، ریزش، زنی تونل :كليدی های واژه [email protected] نويسنده مسئول *

1. IPE Arc Support Technique (IAST)

Journal of Engineering Geology, Vol.9, No.1, Spring 2015

A Study of the Reinforcement Effect of IPE Arc

Support Technique (IAST)-A Case Study of

Sabzkuh Tunnel

Eftekhari A.; Engineering Faculty, University of Kashan, Iran. *Taromi M.; Young Researchers and Elite Club, South

Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.

Saeidi M.; School of Mining Engineering, College of

Engineering, University of Tehran, Iran.

Abstract (Paper pages 2559-2574)

This paper presents a case study of the instability mechanism, to verify and

reinforcement method adopted construct collapsed zone of Sabzkuh water

conveyance tunnel in southwest Iran. The instability problems were

encountered during tunnel excavation due to the failure, changes in stress

field lead to deformation causing dilation and increasing the permeability of

sand and gravel layers, local fault gouge zones, landslide and in turn

significant reduction in shear strength and collapse in tunnel. IPE Arch

Support Technique (IAST) was, used for T1 part of Sabzkuh tunnel zone in

order to reinforce the ground around tunnel and to cross the zone falling. In

this study, Finite Element Method was employed for the quantitative

reinforcement effect with deformation modulus of ground, IPE length and

size. As a result, the settlement increases as length increases and decreases

with the increase of the deformation modulus of ground and IPE size.

Keywords: Tunneling, Collapse, Finite Element Method, Experience,IPE Arc

Supprt, Sabzkuh tunel, Settlement *Corresponding Author: [email protected]

1314 بهار 1م، شمارۀ نهشناسی مهندسی، جلد نشریه زمین 9552

مقدمه يزیر ک، برنامهی، ژئوتکنیشناس نیشامل مالحظات زم يا دهیچیند پیساخت تونل فرآ

ان یت در ذهن مجریدو واقع دیبا زنی تونلط مطابق ضواب .و اقتصاد پروژه است ییاجرا

که نیستند، دوم ایر نیناپذ که مخاطرات اجتناب نیاول ا. وجود داشته باشد زنی تونل يها پروژه

ینواح ومخاطرات دین بایا بر بنا. کنند یل میرا به پروژه تحم يادیز يها نهیمخاطرات هز

ییها دستورالعمل و ها نامه نظام ن،یقوان ،يزیر برنامه و شوند داده صیتشخ و ییشناسا ها تونل در یزشیر

باعث کاهش در ،ن حوادثیکاهش در تعداد و شدت ا. شود ینیب شیمنظور کاهش آن پ به

. ن مخاطرات خواهد شدیاز ا یناش یگر تبعات منفیو د یمنیش اینه، افزایهز

در ایران ( 111/1)ار متر با شیب معادل یک در هز 11611تونل انتقال آب سبزکوه به طول

1زنی تونلن یماش با زهیمکان حفاري مبناي بر تونل روش اجراي این. استدر حال ساخت

(TBM) ک یژئوتکن هاي بررسیانجام ،ییصحرا يهابرداشت از حاصل اطالعات اساس بر. است

متري 311 حدود تا نیزم جنس شد که مشخص، (T1) ییابتدا ک در بخشیزیو ژئوف

از تونل، حفاري ماشین نوع که جا آن از ،نیا بر بنا .[1] (1شکل )است نل، آبرفتی تو یخروج

نیچن در حفاري تیقابل دستگاه، نوع نیا و است( DSU) 4یونیورسال دوبل سپري نوع

. ستا يدر حال حفار 3جدید اتریشی روش به، (T1)ابتدایی تونل بخش ندارد، را ییها نیزم

به با توجهبر این باور بودند که ،سشنانیمهندسان طراح و زم، (T1)در بخش ابتدایی تونل

کار ، جبههخاک ژئومکانیکی پارامترهايحساسیت و و عددي هايتحلیل حاصل از نتایج

مواجه با ،متر حفاري تونل 33پس از . شد رو نخواهد هروب خاصی مشکل با پایدار و حفاري

يت گام حفاریک سطح لغزش و عدم رعایبرخورد به ، زمین ۀدیچیو پنشده ینیبشیشرایط پ

. [4] دشتونل ۀدهانترانشه یختگیباعث گس ،هازشین ریادامه ا. زش در تونل شدیباعث ر

[3]تونل سبزكوه يشناس نيل زميپروف. 1شكل

1. Tunnel Boring Machine .2 Double Shield Universal .3 NATM

9551 مطالعه موردي تونل سبزکوه رانی بررسی اثرات تسلیح با تکنیک تیرآهن

، يو اقتصاد یدن مالحظات فنکربا لحاظ و مشابه يهازشیر سازوکار ۀلعو مطا یبا بررس

صورت موازي هب هایی این روش شامل نصب لوله .شنهاد شدیپطراحان ياز سو 1يروش چتر

توان با یوارده م يبودن فشارها زیادمشخص است که در صورت ۀبا محور تونل و زاوی

محافظ و ایمن در باالي يچتر ،این آرایش. ش دادیها را افزاح، مقاومت لولهیق و تسلیتزر

آالت و تجهیزات خاص اجراي ماشین تأمینبا توجه به لزوم اما .کند حفاري ایجاد می ۀناحی

بخشی و عبور از ناحیه چنین تسریع در عالج و هم ها در کارگاهو در اختیار نداشتن آن لوله

جاي لوله بهاستفاده از تیرآهن ، یداري ترانشهحفره و ناپا ۀمنظور جلوگیري از توسع ریزشی به

ق یبه تزر يازینها، تیرآهن زیادمقاومت به با توجه ن روش یدر ا .در دستور کار قرار گرفت

.یستن

يشناس نيمدل زم يو اجرا یدر طراح ياژهیگاه و يجا یمهندس یشناسنیو زم یشناسنیزمهاي پژوهش

عنوان اولین مرحله در شناسایی پتانسیل ذاتی بهها پژوهش نیا. دارند زنی تونل يهاپروژه

و یند طراحیدر فرآ ها بررسیدست آمده از هج بیکه نتا يطور هب. داردریزش بسیار اهمیت

ن در یا. ت به انجام رساندیبا موفق یشناسنیط سخت زمیدر شراتواند میرا زنی تونلساخت،

، زنی تونلسک یش ریعالوه بر افزا یشناس نیمدل زمنشده در ینیبشیاست که مسائل پ یحال

.[8]-[4]شود میو ساخت ید نظر در طراحینه و تجدیپرهز يهاتأخیرمنجر به

شناسي ابتدای تونل پروفيل زمين .3شكل تونل سبزكوه ۀتصويری از دهان .9شكل (بعد از ريزش) و حفره ريزشي

1. Umbrella Method


خاک اعم از تکنیکیکه مشخصات ژئو نشان دادزش یش از ریتا پ یشناسنیشواهد زم

تکتونیک ل یدل و به کندمیر ییتغ خاک به تناوبته یسیاصطکاک و مدول االست ۀی، زاویچسبندگ

. دارشناسی دادامه مسیر پیچیدگی فراوانی در مدل زمین ،فعال منطقه

تونل، نفوذ یمصالح خاک کم یک سطح لغزش، چسبندگیتونل، برخورد به 33در متراژ

صورت موضعی هها در ابتدا ب ریزش. زش در تونل شدیباعث ر يت گام حفاریآب و عدم رعا

به تمام مقطع ( ساعت 4)که در مدت کوتاهی طوري ه، ب(الف 4شکل ) دشکار آغاز از سینه

دا کردیادامه پساعت، این ریزش به تاج تونل 8و در مدت ( ب 4شکل )گسترش پیدا کرده

آن ۀها باعث ایجاد حفرۀ دودکش مانند در باالي تونل و توسع توالی این ریزش(. ج 4شکل )

بار ریزش در حجم زیاد، 6در مدت یک ماه، (. 4شکل )منجر به ریزش بخشی از ترانشه شد

.ل شدمترمکعب خاک به تون 3811باعث ورود

ج ب الف

يختگيگس( دوم ۀمرحل ،كار نهيس يموضع يختگيگس( اول ۀمرحل: يختگيگس سازو كار .4شكل دودكش مانند يختگيگس( سوم ۀمرحل ،كارنهيسقف و كل س

يرانرآهنيستم تيسطراحي م یبراها .انجام شده است يچتر يها روشرفتار يرو يادیزهاي پژوهشر یاخ يها در سال

ارائه را ک ین تکنیبا استفاده از ا زنی تونل يها از پروژه یدانیم يج رفتارنگارینتا، 4118در سال


تونل در يکار حفار جبهه يداریک، پاین تکنیها، با استفاده از ا افتهین یمطابق با ا .کرده است

. [1] کند یا مدیکاهش پ يمؤثرطور ن بهیابد و حرکت زمی یف بهبود میضع یکیژئوتکن شرایط

پارامتري روي اثرات الگو و جانمایی سیستم تسلیح در رفتار تغییر پژوهشی 4114یوو در سال

کاهش تغییر شکل تونل براي برايمنظور طرح بهینه کار تونل و ادراک یک نتیجه به شکل جبهه

ر یت يئوربر اساس ت 1111چنگ در سال . [11] شناسی مختلف انجام داد و شرایط زمین هندسه

ه و یپوشش اول يتأخیربا توجه به اثر . [11] ن روش پرداختیل اینکلر به تحلیون ویفونداس

یکیمکان يرفتارها ،4118ا در سال یونگ و جنکلر، یو ارتجاعیون یاصالح مدل فونداس

ن یج اینتا. اند کرده یپسترناک بررس ارتجاعیون یر فونداسیت يرا براساس تئور يستم چتریس

ح و بهبود یتسل کار و سازافت یدر يبرا يکند که مدل پسترناک روش بهتر یت اثبات ممحاسبا

وژ یفیسانتر هاي شیآزما اي دسته ،4118ساتک و اوهنو در سال یه. [14] ستم استیکرد س عمل

زیادر مکان ییتغ يرو يو روش حفار يدار نگه شیپ يها ستمیاثرات س يساز منظور شفاف را به

ها را نشان ییجا هدر جاب گیري چشمکاهش ها شین آزمایج اینتا. انجام داد يکار حفار جبهه

يستم چتریس ياس بزرگ را رویدر مق یشیآزما ،4118ن و همکاران در سال یش .[13] داد یم انجام داده است یوه طراحیح و بهبود شیتسل ساز و کارمنظور درک به يا دانه يها در خاک

[14].

و يتئور يها ین مقاله به بررسی، در ايچتر يها ستمینه سیاال در زمبا توجه به تجارب ب

ن بار در گذر از یاول يبراکه ح یش تسلیپ یک کمکیعنوان تکن هب یرانرآهنیت روش یتجرب

. شودیتونل سبزکوه استفاده شده است، پرداخته م یزشیر ۀناحی

مدل تحليلي. 1

انجام شد پسترناک یارتجاعین در بستر صورت یک تیر مدفو هب یرانرآهنیل روش تیتحل

. شد ارائه وینکلر مدل فنرهاي بین برشی اندرکنش وجود فرض با مدل این .(3شکل )

تنها ونیست پذیرتراکم قائم جهت در که ايالیه به فنرها اتصال از طریق مدل این در پیوستگی

. شودمی تأمیندهد، می شکل تغییر عرضی برش اثر در


تنش در مقاطع هاي تبه چهار بخش مطابق با حال یرانرآهنیتفاري در روش فرآیند ح

، مقطع آشفته (AB)، مقطع تحکیم نشده (OA)مقطع تحکیم شده : شود بندي میمختلف تقسیم

(BC) غیرآشفته و مقطع(CD). فرآیند این نوع حفاري را با استفاده از روش 6شکل

سازي آل کلیدي در ایده هاي هپایدارسازي مدل مکانیکی، نکت منظور به .کندمی تشریح یران رآهنیت

.شوندکه در ادامه شرح داده می استاین روش الزم

رانيشماتيک مدل تحليلي تكنيک تير آهن .5شكل پسترناک ارتجاعيتير بر بستر .5شكل در تونل

، پسترناک ارتجاعیمدفون در یک بستر صورت یک تیر هها بآهنشود که تیرفرض می (1

در x)(قائم جایی هو جاب p(x)در این مدل بار .کنند را تحمل می q(x) نواخت بار یک

:آیددست می هرابطه باین داري شده از اختیاري مرز پایینی تیر نگه ۀیک نقط

( )( ) ( ) p

xP x k x G

x

2

2 (1)

.[13] دهستن ب سختی فنر و سختی برشییترت به pGو kکه

. تئوري ترزاقی محاسبه شود باتواند می IPEفشار روباره در باالي پروفیل فوالدي (4

:[16] شودصورت محاسبه می دینبxq)(در برآوردشده معادالت استفاده

tan tanexp( ) exp( )

tan

b c K H K HP q

k b b

1 0 0

0 1 1

1

(4)

P)x(q (3)

)tanکه در آن )b b h 1 45 وزن مخصوص نصف عرض حفاري، b و 2

hاره، عمق روب Hضریب فشار خاک در حالت سکون و K2شناسی،سازندهاي زمین


ۀفاصل سربار و qاصطکاک داخلی خاک،ۀ زاویچسبندگی خاک،cارتفاع حفاري،

.ها استIPEبین

بنابر .ن فرض شده استیرانک يمطابق تئور ،حالت گسیختگی فعال در سینه کار تونل (3

کند تحمل می هایی که فشار سربار را در باالي سینه کار تونلمقاطع پروفیلاین طول

)tanبرابر است با )d h 45 2 .

به انتهاي گیردار با (OA)داري شده نگه ۀناحی. در پوشش اولیه تأخیردن اثر کرلحاظ (4

0W جایی قائم در هجابa3/1 قبل از نقطهA 0وW نشست تاج تونل در این نقطه

.شودسازي میساده

توان را می ارتجاعیبراساس تئوري IPEجایی قائم براي پروفیل هدیفرانسیل جاب ۀمعادل

:[18]، [11] دست آورد هصورت ب دینب

*( ) ( )( ) ( )p

d x d xEI G b kb x bq x

dx dx

4 2

4 2

(4)

*که در آن ( )pb b G k b 1 E، پسترناک ارتجاعیعرض تیر بر بستر bو 21

جایی قائم هجابx)(و IPEلنگر اینرسی پروفیل IPE ،Iمدول االستیسیته پروفیل

ت در مقاطع مختلف در فلوچار IPEمعادالت دیفرانسیل پروفیل . است IPEپروفیل

:شودخالصه می 1شکل

Section CD

Section BC

Section A’B

solution

solution

04

4

bqdx

)x(dEI

0

*

2

2*

p4

4

bq)x(kbdx

)x(dbG

dx

)x(dEI

0)x(kb

dx

)x(dbG

dx

)x(dEI *

2

2*

p4

4

Solution of the differential

equations

solution

)xsinCxcosC)(xexp()xsinCxcosC)(xexp()x( 28271262513

*228271262512 )xsinCxcosC)(xexp()xsinCxcosC)(xexp()x(

)dsx(cos)dsx(ch1kb

0q22*

*2

432

23

140

1 CxCxCxCxEI24

bq)x(

IPE جايي قائم برای پروفيل هفلوچارت حل معادالت ديفرانسيل جاب .7شكل


C~آن در که C1 ) ،نداا نشده تعیین ضرایب 8 )PG k 1 22

1 1،

( )PG k 1 22

2 1 ،*kb

EI 4

4 :استراه حل دقیق معادله دیفرانسیل تحت این شرایط مرزي 2*و

x s d x s d 2 3 ،( ) ( )

x s d x s d 1 12 3 .

x: شرایط مرزي در این حالت 3 0 ،x 3 ۀجایی قائم و زاوی هدلیل جاب ه، ب0

: شرایط مرزي در این نقطه عبارتند از. ندو صفر هست 0 ترتیب برابر به A ۀدوران در نقط

x 1 0 0 ،( )

x x 11 0 0 این بر برآورده شود، بنا دبای C ۀ، شرایط پیوسته در نقط0

) شرایط مرزي در این نقطه عبارتند از ) ( )

x s x s 1 11 2 ،( ) ( )

x s x s 2 21 2 ،

( ) ( )

x s x s 3 31 2.

محدود اجزاءروش بهل يتحل. 9 شناسی پیرامون تونل،زمین طیشرابه رانی تیرآهن تکنیک اجرايطور کلی انتخاب و هب

خاک، گام حفاري و مشخصاتداري، عمق تونل، هاي حفاري و نگهروش ارتفاع روباره،

به یابی دست يبرا ، پارامترهاي طراحیپژوهشدر این . داري بستگی دارد سختی سیستم نگه

SAPافرازنرم با رانیتیرآهن تکنیک ییط اجرایبا توجه به شرا IPEبهینه پروفیل فوالدي ۀانداز

ل یو تحل یمتر بررس 1تا 6طول از (H)ل یچهار مقطع مختلف پروف. شده است یبررس 4111

KNوزن مخصوصترین شرایط براي بحرانی .شده است m فشار . فرض شده است 321

),(خاک ارتجاعیو خصوصیات P)( سربار pGk خاک و ۀبراي عمق تونل، کیفیت تود

در نظر گرفته شده و m5رابر، بh)(،ارتفاع حفاري. داري ارائه شده است سختی سیستم نگه

ارتجاعیل نسبت به مشخصات یپروف يو در انتهادر تاج تونل IPEم پروفیل تغییر شکل قائ

.(8شکل ) محاسبه شده استمتر 3/1 يگام حفار يمختلف خاک و برا

يرانرآهنيتمحدود اجزاءروش تحليل بهمدل .8شكل


ليپروف ۀانداز

)(لیمقطع پروف -چگونگی نسبت تغییر شکل 1در شکل H در فشار سربار)(P ،

با ل یمختلف پروف يها طول ي، براK)(خاک ارتجاعیخصوصیات با توجه به s)(گام حفاري

رفت، روند عمومی کاهش که انتظار می چنان. تشریح شده است ، محدود اجزاء روشاز استفاده

بدیهی IPEپروفیل ۀآزاد تونل با افزایش اندازۀ ل و دهانیپروف يتهاشکل قائم در ان تغییر

.است

)(نسبت روي خاک ارتجاعی مشخصات اثر D افزایش خصوصیات با که دهدمی نشان

افزایش لیپروف ۀاندازهنگامی که مقادیر . یابدکاهش می IPEخاک، تغییر شکل قائم ارتجاعی

،هاي فوالدي پروفیل 411IPE و 181IPE ازمقادیر ۀافزایش بیش از اندازیابد، هرگونه می

عنوان ههاي ارائه شده باین اندازه بر بنا. زیادي در کاهش تغییر شکل قائم پروفیل ندارد تأثیر

کند که این نتایج پیشنهاد می. هستندسازي براي شرایط تونل IPEهاي بحرانی مقطع اندازه

. است IPE 181 رانی پروفیل مقطعبهینه و بح ۀانداز

شیافزادر تاج تونل نیز شکل قائم پروفیل یابد تغییرل افزایش مییدر حالتی که طول پروف

یابیم که تغییر شکل قائم پروفیل با افزایش سربار و گام ها در میاز این شکل. کندپیدا می

و سختی سیستم تحکیم خاک ارتجاعییابد، اما با افزایش خصوصیات حفاري افزایش می

کاهش تغییر شکل در گیري چشم تأثیرمتر 3/1این طول لوله بلندتر از بر بنا. یابدکاهش می

اگر طول لوله و متر است 3/1 (h3/1)مقدار بحرانی طول لوله در حدود این، بر بنا. داردن

.یستن اي ناشی از افزایش در طول، قابل توجهباشد مزایاي سازه (h3/1)تر از بیش

پوشاني طول هم

رانی تقریباً در امتداد خط فعال باشد، تیرآهن =h3/1L در بخش قبلی دریافتیم، هنگامی که

تأثیر، تر از آن است و هر افزایش بیش 6تشریح شده در شکل ( خط گسیختگی)تئوري رانکین

افقی میان ۀصل، فارانیتیرآهناین نظر به ماهیت تکراري تکنیک بر بنا. ندارد گیري چشم

حداقل طول ۀعنوان معیاري براي انتخاب انداز هتواند بکار تونل و خط گسیختگی می سینه


مقدار بحرانی . آمیز این سیستم باشد مورد نیاز بین دو مرحله نصب موفقیت Le)(پوشانی هم

)پوشانی برابر طول هم )htg 45 این دارد که ارتفاع حفاري و نوعاین داللت به . است 2

محدود اجزاءروش مدول بستر خاک مدل به -نمودار تغيير مكان .2شكل

با دبای IPEپوشانی این طول هم بر بنا .است مؤثر IPEپوشانی پروفیل خاک روي طول هم

تأثیردهد که عمق پوشش تونل مینشان بررسیاین . دن این ضرایب انتخاب شودکرلحاظ


کارهاي ست که در ا این روند در این بخش معلول این. پوشانی ندارد روي طول هم گیري چشم

سان در پاطاق تا تاج یک IPEطول شود و اصوالًدر تاج تعریف می IPE، طول تحقیقاتی

سازي طرح، همنظور بهین بهکار تونل فرض شود، اگر شرایط گسیختگی فعال در سینه. است

)245)(2(رابطه باطور تخمینی هتواند بدر پاطاق می IPEطول LSinhtg کاهش

. کند پیدا

روش ساخت. 1

ن یب ۀنصب، فاصل ۀیل، زاویپروفۀ طول، انداز یاز به طراحین رانیتیرآهنتکنیک یدر طراح

و است درجه 13تا 11برابر )(نصب ۀیزاو یطورکل به. است... و یپوشان ها، طول هم رآهنیت

يک اجرایشمات 11در شکل . شودیاز نتایج تحلیل عددي مشخص مها لین پروفیب ۀفاصل

و (L)ل ین طول پروفییتع يادیز هاي تدر حال. نشان داده شده است رانیتیرآهنتکنیک

ياین مزایتر از مهم .ستا رانیتیرآهنتکنیک ین بخش در طراحیتر مهم (D)ل یپروف ۀانداز

:موارد اشاره کرداین توان به ین روش میا

.استمتر مناسب 11تر از هاي ریزشی با طول کم این روش در پهنه -

.دکر تأمینتوان پایداري سینه کار حفاري را با سپر فوالدي یا پالگ کردن می -

.یستو پایدار سازي خاک ن زریقدر این روش نیاز به ت -

.کند ریزشی تونل ایجاد می ۀ، یک پوشش محافظتی در محدود رانیتیرآهنتکنیک ي اجرا -

.دشو چکش بیل مکانیکی به سادگی اجرا می باها رانی تیرآهن پیش -

چنین چرب کردن تیرآهن، اجراي شابلون مناسب براي مهاربندي و هدایت تیرآهن و هم -

.دشوران می ش نیروي پیشباعث کاهش نیروي مقاوم در برابر حرکت و افزای

رانیتیرآهنتکنیک يو اجرا یتوان فلوچارت طراح یبا توجه به موارد اشاره شده در باال م

:(11شکل )صورت ارائه کرد دینرا ب


راني در تونل شماتيک تكنيک تيرآهن .12شكل

سبزكوه

رانيفلوچارت طراحي و اجرای تكنيک تيرآهن .11شكل

و یبا توجه به الزامات طراح ،تونل سبزکوه T1در بخش یزشیرۀ عبور از ناحی يابر

13 يدار با فاصله 181IPE محدود، از اجزاء روش به لیج تحلیو نتا رانیتیرآهنتکنیک ياجرا

ۀناحی کار نهین منظور در ابتدا سیا يبرا(. 14شکل )متر استفاده شد 3/1طول و بهمتر یسانت

ين اجرایاز حرکت آن در ح تا ،دار شدیپا و بتن پاشی يتفاده از سپر فوالدبا اس یزشیر

کار نهیاز س يمتر 3/4 ۀدر فاصل دو عدد شابلون وبعد ۀدر مرحل. شود يریجلوگ رانیتیرآهن

یران رآهنیت. (13شکل) اجرا شد ها لیپروف مناسب گاه هیتک تأمین نیچن و هم ۀیم زاویمنظور تنظ به

قوس میک نیصورت از سمت چپ آغاز و به يغالف فوالد ۀواسط و به یکیکانل میچکش ب با

ن یدر طرف يفوالد -یشمع بتن يها هیپا ۀین ناحیمنظور عبور از ا به. در سمت راست کامل شد

هاي بتنی روي پایهمتر مین يبا گام حفارو رانیتیرآهنر یدر زنیز يفوالد يها و قاب اجرا

گذاري با استفاده از سپر روي و قاب کار حین پیشست که مهار سینهالزم به ذکر ا .نصب شد

.(14شکل ) شد تأمینفوالدي

راني در تونل سبزكوهمراحل تير آهن .19شكل


اجرای شابلون .13شكل

ۀراني و عبور از ناحيتكميل تير آهن .14شكل

ريزشي

گيرینتيجههاي هاي ریزشی و تکنیک هاي نرم، وجود پهنه ر زمینرو حفاري د هاي پیش یکی از چالش

حجم و گستردگی ریزش اتفاق افتاده در تونل سبزکوه، شرایط زمین، . استعبور از این نواحی

سنجی مداوم و اي در منطقه بود که شناسایی، تحلیل و رفتار شناسی پیچیدهحاکی از مدل زمین

ترین روش ترین و پایداریابی به اقتصادي خاک پیرامونی را براي دست ۀمستمر حرکت تود

،ریزشی ینواحهاي متفاوت تونل و عبور از داري در شرایط مواجهه با وضعیت حفاري و نگه

.کردناپذیر میاجتناب

. ددهیم افزایشرا یمنیو ا را کاهش يسک حفاری، ريدار نگه شیپ يها ستمیاستفاده از س

.ز استفاده کردین یزشیر ینواح ط موجود در عبور ازیه شراتوان با توجه ب یها م کین تکنیاز ا

ن بار در تونل سبزکوه اجرا یاول ياست که برا يچتر يها از روش یکی رانی تیرآهنتکنیک

.شد

ط یشراچون وابستگی زیادي به پارامترهاي مهمی هم رانیتیرآهنتکنیک کارایی سیستم

داري، عمق تونل، هاي حفاري و نگهوشرارتفاع روباره، پیرامون تونل، شناسیزمین

طول و IPE، طول IPE ۀاندازداري، مشخصات خاک، گام حفاري، سختی سیستم نگه

.توانند داشته باشندرا می ايد این پارامترها اثر بالقوهمقادیر بحرانی موجو .داردپوشانی هم

محدود اجزاءروش بهحلیل یابی استفاده از این سیستم با استفاده از تسنجی و بهینهامکان

تغییر شکل قائم پروفیل با افزایش سربار و دهد نتایج تحلیل عددي نشان می. انجام شده است


خاک و سختی سیستم تحکیم ارتجاعییابد، اما با افزایش خصوصیات گام حفاري افزایش می

. یابدکاهش می

باشد، مزایاي h3/1لندتر از ، اگر طول لوله باست h3/1مقدار بحرانی طول لوله در حدود

.ندارد گیري چشم تأثیراي ناشی از افزایش در طول لوله سازه

تواند می (خط گسیختگی)خط فعال تئوري رانکین کار تونل و افقی میان سینه ۀفاصل

ل مورد نیاز بین دو سیک Le)(پوشانی عنوان معیاري براي انتخاب اندازه حداقل طول هم هب

)پوشانی برابر مقدار بحرانی طول هم. آمیز این سیستم باشد نصب موفقیت )htg 45 2

مؤثر IPEپوشانی پروفیل که ارتفاع حفاري و نوع خاک روي طول هم دلیل استبه این . است

.پوشانی ندارد روي طول هم گیري چشم تأثیرعمق پوشش تونل ن یچن هم. است

تقدير و تشكر

یران محترم پروژه سامانه انتقال آب سبزکوه به چغاخور، آقایان علی اصغر ایزدي، از مد

.کنیم میعباس بیات سرمدي و امیر حسین حسینی تشکر و قدردانی

منابع

1. Eftekhari A., Taromi M., Saeidi M., "Complexity of the Ground

Conditions and Non Compliance with Basic Assumptions in the Trench

Stability Analysis: a Case Study in Iran", 7th SASTech 2013, Iran,

Bandar-Abbas, 14-15 March (2013).

2. Saeidi M., Eftekhari A., Taromi M., "Evaluation of Rock Burst Potential

in Sabzkuh Water Conveyance Tunnel, IRAN: a Case Study", 7th Asian

Rock Mechanics Symposium, ARMS 2012, 15-19 October (2012) Seoul,

Korea.


3. Taromi M., Eftekhari A., Saeidi M., "Adoption of an Appropriate

Excavation Method in construction process (Case Study: Sabzkuh

Tunnel, Iran)", International Conference on Civil Engineering,

Architecture & Urban Sustainable Development, 27&28 November

(2013) Tabriz, Iran.

4. Bickal J. O., Kuesel T. R., (eds), "Tunnel Engineering Handbook", Van

Nostrand Reinhold Co. (1982).

5. Whittaker B. N., Frith R. C., "Tunneling Design, Stability and

Construction", The Institution of Mining and Metallurgy, London (1990).

6. Hoek E., Brown E. T., "Underground Excavations in Rock", Institution of

Mining and Metallurgy, London (1982).

7. Kolymbas D., "Tunnlling and Tunnel Mechanics, A Rational Approach to

Tunneling", Springer Berlin Heidelberg New York, April (2005).

8. Eftekhari A., Khademi Hamidi J., "Geological Hazard in TBM Tunnlling-

a Case Study from Zagros Long Tunnel", 8th Iranian Tunneling

conference, Tehran-IRAN (2009).

9. Ibrahim O., "Control of surface settlements with umbrella arch method in

second stage excavations of Istanbul Metro", Tunneling and Underground

Space Technology, 23(6) (2008) 674-681.

10. Yoo C. S., "Finite-element analysis of tunnel face reinforced by

longitudinal pipes", Computers and Geotechnics, 29 (1) (2002) 73-94.

11. Chang S.D., "Research on pre-brace mechanism of pipe umbrella

method", Chengdu: Southwest Jiaotong University, (in Chinese) (1999).


12. Wang H. T., Jia J. Q., "Analytical method for mechanical behaviors of

pipe roof reinforcement", International Conference on Information

Management, Innovation Management and Industrial Engineering.

Taipei: IEEE Computer society (2008) 352-357.

13. Hisatake M., Ohno S., "Effects of pipe roof supports and the excavation

method on the displacements above a tunnel face", Tunneling and

Underground Space Technology, 23(2) (2008) 120-127.

14. Shin J. H., Choi Y. K., Kwon O. Y., "Model testing for pipe-reinforced

tunnel heading in a granular soil", Tunneling and Underground Space

Technology 23(3) (2008) 241-250.

15. Kerr A. D., "Elastic and Viscoelastic Foundation Models", J. of Appl.

Mech., 31, 3 (1964) 491-498.

16. "FHWA Road Tunnel Design Guidelines", U.S. Department of

Transportation, Federal Highway Administration, January (2004).

17. Timoshenko S. P., Goodier J. N., "Theory of Elasticity", 3rd ED.,

McGraw-Hill Book Co., Inc., New York (1970).

18. Bowles J. E., "Foundation Analysis and Design", Third Edition, McGraw

-Hill Book Co., Inc., New York (1982).

journal of engineering geology

Documents