فهرست مطالب

مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی - سال هشتم شماره 2 (زمستان 1398)

نشریه مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی
سال هشتم شماره 2 (زمستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/07/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدرضا مومن زاده*، محمدرضا منصوری، آرمین عظیمی نژاد صفحات 89-108
    با توجه به رشد روزافزون استفاده از تونل های متروی شهری و از سویی اهمیت استراتژیک ایران در منطقه خاورمیانه که همواره در معرض حملات نظامی کشورهای سلطه گر و یا اقدامات تروریسیتی داخلی قرار دارد، لزوم بررسی و تحلیل این سازه ها تحت بار انفجار حائز اهمیت می باشد. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار المان محدودABAQUS6-11-1، خاک و تونل به صورت سه بعدی تحت بار انفجار داخل زمین قرار گرفته اند. بار انفجار با استفاده از روابط تجربی فشار ناشی از انفجار بر سازه زیرزمینی تخمین زده شده است. همچنین رفتار خاک و پوشش تونل غیرخطی درنظرگرفته شده است. در این پژوهش بحرانی ترین سناریوی توزیع خسارت در پوشش تونل ناشی از انفجار TNT مورد بررسی قرارگرفته است. همچنین به بررسی اثر ارتفاع روباره خاک و مقدار ماده منفجره بر بیشینه تنش ها و تغییرشکل های ایجاد شده در پوشش تونل های دوقلو تحت4 بار انفجاری 15، 30، 45 و60 کیلوگرمTNT پرداخته شده است. در نهایت اثر بهسازی خاک های نرم بر بهبود پاسخ پوشش تونل ها تحت بار انفجار بررسی شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش ضخامت 1 متری خاک نرم پیرامون تونل، مقدار بیشینه تنش 44% کاهش می یابد. همچنین با دقت در نتایج فهمیده می شود که در طراحی مقاوم در برابر تهدیدات تروریستی در تونل های زیرزمینی توجه به سختی زمین (مدول الاستیسیته خاک) به مراتب مهمتر از مقاومت (چسبندگی زهکشی نشده) زمین است.
    کلیدواژگان: بهسازی خاک، خسارت پوشش تونل، تحلیل دینامیکی، اندرکنش خاک و تونل، تهدیدات تروریستی، ماده منفجره TNT، پالس ضربه ای
  • مهدی یاوری شهرضا، بهنام علی پنهانی، جواد لطفی گودرزی* صفحات 109-121
    در دهه اخیر روش تخریب بزرگ به عنوان بهترین گزینه برای استخراج ذخایر بزرگ مقیاس و کم عیار که در اعماق زیاد قرار گرفته اند، مطرح شده است. این روش استخراج، تنها روش استخراج زیرزمینی است که از جنبه ی هزینه و ظرفیت تولید قابلیت مقایسه با روش استخراج روباز را دارد. با این حال، تجارب عملیاتی در معادن تخریب بزرگ در سراسر جهان، لزوم فهم دقیق فرآیندهای ژئوتکنیکی در تخریب را به اثبات رسانده است. در این میان یک عامل بسیار مهم در معادن تخریب بزرگ تعیین قابلیت تخریب کانسنگ و سنگ فراگیر است که تخریب پذیری آن ها شرط اصلی به کارگیری این روش است. تخمین نامناسب این متغیر می تواند مشکلاتی در تولید و فرآوری ایجاد کند و یا در بدترین حالت، پروژه را با شکست روبرو سازد. تحلیل مناطق شکل گرفته در اثر ایجاد زیربرش برای اطمینان از صحت پیش بینی تخریب در معادن مختلف بسیار مفید است. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار آباکوس 6.12 و در نظر گرفتن مدل رفتاری دراکر - پراگر تاثیر خصوصیات مکانیکی توده سنگ بر ارتفاع منطقه ی تسلیم شده در بالای زیربرش در روش تخریب بزرگ مورد بررسی قرار گرفته است. ویژگی های مکانیکی و هندسی درزه ها با استفاده از مدل مصالح درزه دار در مدل وارد شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که ارتفاع منطقه ی تسلیم با افزایش پارامتر های مقاومتی توده سنگ و درزه ها کاهش می یابد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش زاویه ی شیب درزه ها از ارتفاع تسلیم کاسته می شود. زاویه ی اصطکاک درزه بیش ترین تاثیر را بر ارتفاع منطقه تسلیم دارد. توده سنگ دارای درزه هایی با شیب 20 درجه بیش ترین ارتفاع ناحیه تسلیم شونده را دارد. هر چه شیب درزه بیش تر می شود، ارتفاع منطقه تسلیم کاهش می یابد. این کاهش در بازه 30 تا 45 درجه با شیب بسیار کم و در بازه 45 تا 80 با شیب بسیار زیادی رخ می دهد.
    کلیدواژگان: زیربرش، ارتفاع تسلیم، مدل مصالح درزه دار، تخریب بزرگ، قابلیت تخریب، مدل سازی عددی
  • علی رضایی، مرتضی احمدی* صفحات 123-142
    در عملیات احداث تونل ها و فضاهای امن زیرزمینی همواره چالش ها و مشکلات متعددی وجود دارد که اغلب روند پیشرفت کار را با کندی یا توقف مواجه می سازد. یکی از این چالش ها حفاری در زمین های سست بوده که در مناطق آبدار و در لایه های خاص، ساختاری ویژه را به وجود می آورد. لذا در چنین شرایطی آگاهی از روش های مناسب جهت بهبود وضعیت زمین و روش های حفاری مناسب به منظور دستیابی به حداکثر ایمنی و بازدهی عملیات بسیار حائز اهمیت است. در این تحقیق حفاری تونل انتقال آب گلاس در بخش آبرفتی مسیر مطالعه شده است. مطالعات انجام شده حاکی از آن است که محدوده ی مورد مطالعه، جز مناطق پر خطر محسوب می شود. وضعیت پایداری این تونل در اجرای روش های NATM، EPB TBM و ADECO-RS مورد بررسی قرار گرفته است. طراحی تونل و شرایط پروژه با استفاده از نرم افزار FLAC3D انجام شده است. در روش EPB پایداری سینه کار با استفاده از روش عددی و روش های تحلیلی جانسز و استینر و کواری و آنگونستا مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به تطابق بسیار خوب نتایج در هر دو روش و به خصوص روش کواری و آنگونستا، مقدار فشار سینه کار 13 بار در شرایط فعلی پروژه باعث کنترل مناسب ناپایداری ها خواهد شد. در ادامه مقدار نیروی پیشران دستگاه برای پیشروی در آبرفت عمیق پروژه MN826/105 محاسبه شده است. با توجه به پیش محدودیت های اعمال شده در جلوی سینه کار در روش ADECO-RS تونل به لحاظ پایداری در مقایسه با روش NATM وضعیت بهتری دارد. سیستم نگهداری پیشنهاد شده در تونل، در برابر نیروهای مخرب از مقاومت کافی برخوردار است. بنابراین با توجه به نتایج به دست آمده از اجرای سه روش فوق و قرارگیری تونل در محیط آبرفتی ضخیم اجرای تونل به روش ADECO-RS نسبت به روش های بررسی شده مناسب تر است.
    کلیدواژگان: مقایسه روش های حفاری، آبرفت ضخیم، تونل گلاس، روش ADECO، روش EPB و روش NATM
  • رضا شکورشهابی*، حسین لاریجانی، ابراهیم الهی زینی، محمدحسین صادق زاده صفحات 143-166
    ددر این تحقیق بهینه سازی توزیع هوا در معدن زغالسنگ کلاریز شرقی با به کارگیری الگوریتم ژنتیک برای جستجوی مقادیر بهینه تخصیص بادبزن ها، افت فشار در های تنظیم کننده و شدت جریان هر یک از شاخه های شبکه تهویه انجام گرفته است. با توجه به مدلسازی شبکه موجود معدن با نرم افزار ونت سیم، شدت جریان هوا در تعدادی از شاخه ها کمتر از حد مورد نیاز برآورد شده است. بهینه سازی توزیع هوا در دو حالت مجزا شامل شرایط فعلی شبکه و نیز رعایت حداقل شدت جریان هوا در کلیه شاخه ها انجام گرفته است. نوع جریان نیمه کنترل شده نوع دوم فرض شد و کدنویسی در نرم افزار متلب، بر مبنای کمینه سازی انرژی مصرفی، اعمال محدودیت های قوانین شدت جریان و افت فشار کرشهف، به صورت توابع جریمه انجام گرفته است. در حالت اول بدون اعمال حداقل شدت جریان، مصرف انرژی کاهش یافت. در حالت دوم مقدار مصرف انرژی به 13696 وات و شدت جریان به 32 مترمکعب در ثانیه به دلیل هوارسانی به بیش از 22 شاخه معدن افزایش یافته است. تامین هوا و جبران افت فشار شبکه بسته به شرایط، با ترکیب سری و موازی دو بادبزن VTS11 موجود معدن انجام می گیرد. بررسی تاثیر مقادیر پارامترهای الگوریتم ژنتیک بر دستیابی به پاسخ بهینه نشانگر افزایش احتمال دستیابی به جواب بهینه با افزایش تعداد جمعیت است. افزایش ضرایب پیوند و جهش موجب کاهش دقت محاسبات و افزایش زمان اجرا گردیده استد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی توزیع هوا، شبکه تهویه، الگوریتم ژنتیک، معدن زغالسنگ کلاریز، می نیمم سازی مصرف انرژی
  • مهدی بستامی، سید مصلح افتخاری*، کاوه آهنگری، غلامحسن سهامی صفحات 167-182

    یکی از فعالیت های مهم تونلسازی مکانیزه در اجرای خطوط مترو روش عبور از ایستگاه ساخته شده است. در این مقاله با توجه به مشکلات و سختی های استفاده از سازه تکیه گاهی در عبور ماشین TBM از ایستگاه ساخته شده و شروع مجدد حفاری، روشی مبتنی بر استفاده از رینگ های با قطعات بتنی پیش ساخته مورد بررسی قرارگرفته است. در این روش به منظور ایجاد تکیه گاهی جهت اعمال نیروی پیشران ماشین از الگویی متفاوت از نصب رینگ های ناقص استفاده شده است به نحوی که علاوه بر بهره بردن از مزایای استفاده از تکیه گاه سگمنتی به گونه ای اجرا شود که رینگ کاملی در فضای باز اجرا نشود. الگوی پیشنهادی به گونه ای است که از سه عدد قطعه بتنی پیش ساخته کف تا فاصله حدود 5 تا 6 رینگ از سینه کار استفاده شود تا به این صورت دستگاه حفار از طول ایستگاه عبور کند. پس از آن، در چند رینگ تعداد قطعات بتنی پیش ساخته به 4 و سپس 5 قطعه بتنی پیش ساخته در هر رینگ افزایش می یابد تا اینکه کله حفار به محل حفاری می رسد و از این مرحله به بعد حفاری تونل با نصب رینگ های ناقص پنج تایی و شش تایی ادامه داشته تا جایی که دستگاه بطور کامل داخل تونل قرارگیرد بطوریکه اولین رینگ کامل در ابتدای دهانه تونل نصب شود. بررسی ها نشان می دهد که با استفاده از 5 و 6 قطعه بتنی پیش ساخته می توان حفاری را شروع کرد اما تا حدودی 6 قطعه بتنی پیش ساخته نسبت به 5 قطعه بتنی پیش ساخته برتری دارد. الگوی پیشنهادی در ایستگاه هایی از خط 6 مترو تهران مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج نشان می دهد که علاوه بر کارآمد بودن این روش انحرافی بیش از حد مجاز اتفاق نیافتاده است. بنابراین روش پیشنهادی را می توان با اطمینان مورد استفاده قرار داد.

    کلیدواژگان: ایستگاه مترو، ماشین حفار تمام مقطع، قطعه بتنی پیش ساخته، تکیه گاه سگمنتی، سازه تکیه گاهی
  • محمدرضا زارع، مهدی نجفی*، جواد غلام نژاد، علی روح صفحات 183-201
    روش استخراج جبهه کار بلند یکی از روش های استخراج زغال سنگ با راندمان تولید بالاست که برای تجهیز و آماده سازی آن نیاز به سرمایه گذاری اولیه زیادی است. در روش جبهه کار بلند با پیشروی سینه کار، طبقات سقف در قسمت عقب سینه کار تخریب می شود و به دنبال آن بار های زیادی در اطراف پهنه های استخراجی و جلوی جبهه کار توزیع می شود. برای محافظت از تونل های اصلی و تونل های دسترسی معدن در برابر تنش های ایجاد شده حاصل از استخراج پهنه از دو راهکار بهره گرفته می شود. راهکار اول که مهمترین اثر را بر پایداری پهنه دارد، بر جای گذاشتن پا یه های زنجیری دراطراف پهنه و پایه حایل بین کارگاه استخراج و تونل های اصلی است و راهکار دیگر نصب نگهداری در تونل ها برای کنترل همگرایی تونل هاست. از این رو عرض مناسب پایه حایل به طوری که بیشترین بهره وری از ماده معدنی و بیشترین تاثیرگذاری بر کاهش توزیع تنش های اطراف تونل های اصلی داشته باشد، از اهمیت بسزایی برخوردار است. هدف اصلی این تحقیق بدست آوردن عرض مناسب پایه حایل در انتهای پهنه استخراجی E3 در معدن طبس به نحوی که تونل های اصلی معدن دارای کم ترین میزان همگرایی باشند، است. ابزار مورد استفاده در این تحقیق مدل سازی عددی با روش تفاضل محدود و در محیط نرم افزار FLAC3D است. نتایج مدل های عددی مختلف از پیشروی کارگاه استخراجی نشان داده است که میزان پیشروی بر توزیع تنش ها تاثیر داشته و در فاصله حدود 80 متری از جلو جبهه کار پهنه به تنش های اولیه می رسد. به عبارت دیگر عرض مناسب پایه حایل 80 متر برآورد شده است. همچنین نتایج توجیه اقتصادی نشان داده است که عرض پایه 80 متر سبب می شود حدود 6000 تن زغال سنگ بیشتر استخراج گردد.
    کلیدواژگان: جبهه کار بلند، توزیع تنش، پایه حایل، مدلساری عددی، معدن زغال سنگ پروده طبس
|
  • Mohammad Reza Momenzadeh *, M.R. Mansouri, A. Aziminejad Pages 89-108
    Summary Metropolitan underground tunnels is increasingly used these days. Besides, Iran has strategic importance in the Middle East meanwhile risking always military attacks of hegemonic countries and local terroristic activities. Concerning the mentioned points, it is crucial to investigate and analyze such structures under explosive loadings. This research focuses on the most critical scenario of damage distribution in the tunnel covering cause by TNT explosion. Moreover, the effects of soil overburden height as well as the amount of explosive material is studied on the maximum stresses and deformations created in the covering of twin tunnels under 4 explosive loadings of 15, 30, 45 and 60 Kg TNT. At the end, the effect of soft soil rehabilitation is assessed on the improvement of tunnels covering response under explosive loading. Introduction Chio et.al (2006) studied the response of underground structures subjected to the explosion through nonlinear analysis [5]. In 2006, Gui et. al investigated the effects of ground surface explosion on the tunnel of Taipei Shongsan airport. Two dimensional solution of the problem by Gui et. al has been in the line of its simplification [6]. Lui has focused on the effects of explosion in New York subway. The conducted numerical investigations have been mainly two dimensional. The researchers mostly believe that plane strain assumption in the modeling is dramatically conservative in the explosion issue. Methodology and Approaches In this research, soil and tunnel have been subjected to the inside ground explosive loading in tri- dimensional form using ABAQUS6-11-1 finite element software. The explosive loading has been estimated through empirical relations of compression applied to the underground structure due to the explosion. Besides, the soil has been simulated by Druker Prager and the tunnel covering by Concrete Damage plasticity behavior models. Here, the effects of different parameters are investigated on the responses of twin tunnels under explosive loadings. Results and Conclusions The brief results of this investigation are as follows: 1- Increasing in the overburden height will cause the reduction of stresses and deformations in the covering of tunnels; 2- The most critical scenario of damage distribution in the tunnel section is in the overburden height of 10m under 60Kg TNT of explosive loading; the highest width of created crack is 91mm. the highest the height of soil overburden is, the more the created damage is in the tunnels covering under internal explosion; 3- The strength and stiffness of the ground should be rehabilitated in the soft soil surrounding the tunnel. The maximum stress is reduced for 44% with increasing the thickness of tunnel surrounding soil for 1m; 4- The maximum stress created in the tunnels covering is reduced by increasing the stiffness of soil. This reduction in the stress response is stopped in the status of increasing the thickness from 3m to 4m. 5- The stresses created in the tunnels covering are reduced with increasing the soil stiffness. The maximum stress remains approximately in a constant range in different values of soil strength.
    Keywords: Soil rehabilitation, tunnel covering damage, Dynamic Analysis, tunnel- soil interaction, terroristic threats, TNT explosive material, impact pulse
  • M. Yavari Shahrza, B. Alipenhani, J. Lotfi Godarzi * Pages 109-121
    In the last decade, the block caving method has been being proposed to use as the best option for large-scale and low grade deposits in depths. This method is one of the most important methods which can compete from productivity point of view with surface mining methods. However, the accurate understanding of geotechnical problems in caving have been asserted by plenty of operational experience in large block caving mines. In addition, the ability of caving (cavability of ore and cap rock) is the most important factor to apply this technique. Also underestimate of this variable not only can cause many problems in processing but also in the worst case tend to fail the project. Analysis of regions duo undercutting to ensure the accuracy of predicted caving is very useful in various mines. Mechanical and geometry properties of joints by using jointed material inserted in the model. The results proved that not only by increasing strength parameters of the rock mass height of Yield zone was decreased, but also by increasing dip angle of the joint the height of Yield zone was reduced. In addition, the results showed that the more dip angle of joint height we have, the less yield zone we have. Also the Joint friction angle has the most effective on height of Yield zone. In fact rock mass with dip of joints 20 degrees has the highest height of Yielding zone. This reduction had occurred in the range of 30 to 45 degrees by low gradient and in the range of 45 to 80 by a high gradient.
    Keywords: Undercut, Yield zone, Jointed material, Block caving, Cavability, Numerical Modeling
  • A. Rezai, M. Ahmadi * Pages 123-142
    Excavation of tunnels and construction of underground safe facilities are always faced with numerous challenges and problems that often hinder or stop the work progress. Excavation of loose media is such a challenge which creates a special structure in weak strata. Therefore, in such conditions, it is important to be aware of proper method for improving the condition of the ground and the excavation methods in order to achieve the maximum safety and operational efficiency. The present study aimed to investigate excavation method of Glass water transmission tunnel in the alluvial section of the path.The present study aimed to investigate excavation method of Glass water transmission tunnel in the alluvial section of the path. The stability of this tunnel has been investigated during the implementation of NATM, EPB, TBM and ADECO-RS excavation methods. Studies have shown that the study field is a high-risk area. Excavation of the tunnel was studied through the ADECO-RS method. The tunnel and the project conditions were designed using the FLAC3D software. With regard to the pre-constraints imposed on the face, the obtained displacements were within an acceptable range. On the other hand, the predicted support systems in the tunnel have the capacity to withstand the loads and moments. Therefore, implementation of the ADECO-RS method is recommended in deep alluvial condition.
    Keywords: Comparison of Excavation Methods, Glass Tunnel, Deep Alluvial Deposit, NATM Method, EPB Method, ADECO-RS Method
  • R. Shakoor Shahabi *, H. Larijani, E. Elahi Zeyni, M. H. Sadeghzadeh Pages 143-166
    The optimal distribution of air in mining operations can be called the most important executive solution to reduce the operating and capital cost of the ventilation system that causes by choosing the correct location and characteristics of the fans for the actual and adequate distribution of air flow in The network. Due to the multiplicity of parameters affecting the performance of the active ventilation system and its various components, achieving the optimum network parameters is time-consuming. Applying Metaheuristic techniques can help solve problems quickly and find optimal values of ventilation network. The ventilation network simulation was performed in the two-dimensional implementation of the eastern Kalariz coal mine, identifying 43 nodes, 61 branches and 22 network loops. Then values of the intersection matrix and the fundamental matrix of the loop were identified. After simulation of the current design with the Ventsim software, the air flow rate in some of branches was less than the required level to establish the required minimum air flow rate. Therefore, the optimization of air distribution in the Kalariz coal mine was conducted in two separate conditions including the current conditions of the mine and supplement of minimum air flow intensity in all branches of the network. For network modeling, the semi-controlled flow type II was determined. Then the coding of the objective function in Matlab R2014 software was based on the minimization of energy consumption with regarding to flow rate and the pressure loses of the Kirchhoff's laws. Also the effect of the parameters of the genetic algorithm (mutation rate and crossover rate) along with population size on optimal response was investigated. The results of the implementation of the model indicate a decrease in energy consumption from 10054 to 10040 watts. In the second condition, the energy consumption increased to 13696 watts and the current intensity was 32 m3/second. This values due to the fact that there were more than 22 mining branches, which in the first case did not observe the minimum required air flow. The efficiency of the genetic algorithm was determined in the analysis of the optimal fan performance and the amount of pressure drop required for the regulator doors. Increasing the number of people to a certain degree increases the chances of achieving the optimal answer. As the coefficients of the crossover and mutation become larger, the accuracy of the calculation decreases and the time to reach the optimal response increases.
    Keywords: Air distribution optimization, Ventilation network, Genetic Algorithm, Minimum air consumption energy, Kalariz coal mine
  • M. Bastami, M. Eftekhari *, K. Ahangari, Gh.H. Sahami Pages 167-182

    Summary In this paper, a novel method based on a semi-ring support has been developed and proposed to facilitate TBM passing the station and restarting the excavation. The results show that the proposed method can be safely used. Introduction Crossing of station is one of the most challenging problems in construction of metro lines. Given the difficulties and problems of using the push frame in the TBM passing station and restarting excavation, this study presents a method based on the use of segmental rings that has been developed for use in underground stations. Methodology and Approaches In this method, in order to create a support for applying the force of TBM thrust, a different pattern of the installation of the incomplete rings has been used so that in addition to utilizing the advantages of using the semi-ring support in such a way that any complete ring is not installed in the space of the station. The proposed pattern is such that three floor segments are used to a distance of about 5 to 6 rings to the end of station; so that TBM will pass through the length of the station. Thereafter, in a few rings, the number of segments increases to 4 and then 5 segments per ring until the cutter head reaches the end of the station. From this stage, the tunnel excavation continues with the installation of the semi-rings of 5 and 6 segments, until the boring machine is completely inserted into the tunnel so that the first complete ring is installed at the beginning of the tunnel. Results and Conclusions The results show that excavation can begin using the 5 and 6 segments, but semi-ring of 6 segments is somewhat superior to 5 segments. The proposed model has been evaluated at some stations of line 6 of Tehran metro and the results show that, in addition to the effectiveness of this method, any over-the-counter deviation has not occurred. Therefore, the proposed method can be safely used.

    Keywords: Metro Station, Tunnel Boring machine, Segment, Semi-Ring Support, Push Frame
  • M.R. Zare, M. Najafi *, J. Gholamnejad, A. Rooh Pages 183-201
    Longwall mining is one of the methods for coal extraction with high production efficiency, which requires a lot of initial investment to equip and prepare it. In the longwall mining process, with the advance of the coal face, the roof is damaged at the back of the coal face. To protect the main tunnels and access tunnels (Gaterodas) of the mine, the stresses created from the panel extraction are utilized in two ways. The first solution, which has the most important effect on the stability of the panel, is the placement of the chain pillar and the barrier pillar, and another way of installing the support in the main tunnels to control the tunnel convergence. Therefore, it is important to determine the width of the barrier pillar, which has the highest effect on mineral productivity and the least effect on the distribution of stress around the main tunnels. The main objective of this research is to obtain the appropriate width of the barrier pillar at the end of the E3 panel in the Tabas mechanized coal mine, so that the main tunnels of the mine have the lowest convergence. The FLAC3D software was used for numerical modeling. The results of various numerical models of the advancing coal face shows that width of the barrier pillar has an effect on the distribution of stress. Finally the result shows that the suitable width of the barrier pillar is 80 meters. Also, the result of economical investigation shows that 80 m pillar width causes more than 6000 tons of coal to be extracted.
    Keywords: Longwall Mining, stress distribution, barrier pillar, Numerical Modeling, Tabas mechanized coal mine