26302

تأثير پارامترهاي طراحي و بهره‌برداري تونل‌هاي دوقلوي مترو بر انتقال ارتعاشات ناشي از عبور قطار

دكتري

مهندسي راه آهن

1393

11.11.1400

مرتضي اسماعيلي- مرتضي قاروني نيك

مهندسي راه آهن

در مقابل فوايد خطوط زيرزميني، ايجاد ارتعاش براثر اندركنش چرخ و ريل و انتقال آن در تونل و محيط اطراف، يكي از مهم‌ترين محدوديت‌هاي آن‌ها است. بررسي اين موضوع در چند دهه اخير مورد توجه محققين قرار گرفته كه بيشتر حجم تحقيقات براي تونل‌هاي تك است. درصورتي‌كه امروزه تونل‌هاي دوقلو براي مسير رفت و برگشت مجزا طراحي مي‌شوند و در زمينه ارتعاشات ناشي از تونل‌هاي دوقلو، خلا مطالعاتي وجود دارد. ازجمله آن مي‌توان، وجود آب زيرزميني در محيط، زمين چندلايه، شيب لايه‌بندي، فاصله تونل‌ها، وجود سنگ‌بستر، اندركنش بين خاك و تونل‌ها، زاويه قرارگيري تونل‌ها نسبت به هم و ... را نام برد. در اين رساله به بررسي تأثير پارامترهاي بهره‌برداري تونل‌ها و ژئوتكنيكي محيط بر پاسخ در سطح زمين در تونل‌هاي دوقلو و مقايسه آن با تونل‌هاي تك پرداخته شده است. براي اين هدف از روش عددي المان محدود و مدل‌سازي دوبعدي و سه‌بعدي در نرم‌افزار Midas GTS NX استفاده شده و ابتدا به بررسي تأثير پارامترهاي مختلف بر مدل پرداخته شده است. سپس با استفاده از روش تحليلي پيشنهادشده به وسيله محققين پيشين اعتبارسنجي مدل انجام شده و با در نظر گرفتن حالات مختلف براي هر كدام از پارامترها، تاثير آن‌ها بررسي شده است. همچنين به دليل نبود آزمايش‌ها ميداني در تونل‌هاي دوقلو و صحت سنجي مدل عددي، آزمون ميداني در خط 1 مترو تبريز كه به صورت تونل دوقلو طراحي‌شده است، انجام گرديد و نتايج به دست آمده مطالعه شدند. نتايج نشان مي‌دهد وجود تونل دوم در كنار تونل فعال باعث افزايش ارتعاشات در سطح زمين مي‌شود كه با افزايش فاصله بين تونل‌ها اين تأثير كاهش مي‌يابد. به‌طوري‌كه براي خاك با مدول الاستيسيته 400، 150 و MPa60، وقتي تونل دوم در فواصل 8، 9 و 11 برابر شعاع قرار مي¬گيرد، تاثير آن بر ارتعاشات از بين مي¬رود. پارامتر ديگر سرعت و بارمحوري قطارها بوده كه نتايج نشان مي¬دهد با افزايش سرعت حركت قطارها در تونل دوقلو، ارتعاشات به‌دست‌آمده در سطح زمين افزايش مي‌يابد. با دو برابر شدن سرعت هر دو قطار حدود dB2 و در صورت دو برابر شدن سرعت يكي از قطارها dB4 ارتعاشات در سطح زمين افزايش مي‌يابد. هنگام عبور هر دو قطار از كنار يكديگر بيشترين پاسخ به دست مي‌آيد. همچنين با افزايش بارمحوري هر كدام از قطارها ارتعاشات در سطح زمين افزايش مي‌يابد. به‌طوري‌كه با افزايش بار محوري از 10 تن به 18 تن حدود dB5 افزايش ارتعاشات مشاهده مي‌شود. ازجمله پارامترهاي ژئوتكنيكي مورد بررسي در اين رساله وجود لايه‌بندي و شيب لايه‌بندي و همچنين وجود عدسي خاكي با جنسي متفاوت و شيب اين عدسي‌ها است. وجود لايه‌بندي در اطراف تونل باعث حدود dB10 افزايش ارتعاشات نسبت به حالت همگن محيط مي‌شود و با افزايش اختلاف بين مدول الاستيسيته دولايه اين اختلاف بيشتر مي‌گردد. در اين حالت نتيجه به‌دست‌آمده براي تونل تك و دوقلو تقريباً يكسان بوده و وجود تونل دوم تأثير چنداني بر نتايج ندارد. از طرفي با شيب‌دار شدن لايه‌بندي تا 15 درجه نسبت به حالت لايه‌اي بدون شيب، ارتعاشات تا dB5 و dB7 به ترتيب براي تونل تك و تونل دوقلو افزايش مي‌يابد. همچنين در صورت وجود عدسي خاكي در عمقي كمتر از عمق قرارگيري تونل‌هاي تك و دوقلو، ارتعاشات در بالاي تونل تا dB2 و در فاصله دور از تونل‌ها تا dB4 نسبت به حالت همگن افزايش مي‌يابد. عدسي خاكي با شيب 15 درجه در مقايسه باحالت بدون شيب، باعث افزايش ارتعاشات تا dB1 در بالاي تونل و dB5 در فاصله دور از تونل مي‌گردد.

1401/01/17

The effect of metro twin tunnels design and operational parameters on the underground railway vibrations

1/31/2023 12:00:00 AM

Despite the benefits of the underground railway, a serious disadvantage of the underground railway is the ground-born vibrations. Vibrations are propagated through the tunnel and surrounding soil toward nearby buildings. During the last two decades, numerous efforts have been made for the prediction of ground-borne vibrations in a single tunnel, while many underground railway lines consist of twin tunnels. This dissertation is concerned with the development of a finite element model (Midas GTS NX software) to evaluate the effectiveness of operational and geotechnical parameters in underground railway tunnels, such as trains speed, train axle load, ground layers and lenses, layers inclination. The study shows, IG at the ground surface shows the increment of 2 dB by doubling both trains speed. The IG level reaches up to 4 dB by doubling the speed of one of the trains.The maximum vibrations in various combining of speed occur at the free surface when two trains pass each other. Vibrations at the ground surface increase by increasing the axle load of each of the trains. Vibrations at ground surface reach to 5 dB in the case including trains with the axle load of 18 tons relative to the axle load 10 tons. The presence of a layered half-space around the tunnel increases the vibrations to 10dB at the ground surface compared to that recorded for homogeneous regions. The existence of the second tunnel does not affect the results, and the obtained results are the same for the single and the twin tunnels. Layer with inclination angle of 15 degrees comparing with the non-inclination layer, causes the results increase up to 5dB and 7dB at above the single and twin tunnels, respectively. For both single and twin tunnels, the difference calculated between two sides of the tunnel is about 10dB, for the inclination angle of 15 degrees. The layer with the inclination angle of 5 degrees imposes 5dB difference in the calculated results comparing to that obtained by the non-inclination state. In the single and twin tunnels, the existence of the soil lens around the tunnel at the depth lower than the tunnel floor causes that the IG value increases up to 2dB relative to what observed for the case of homogeneous region, and 4dB at above the tunnel and 30 m distance away from the tunnel. In both single tunnel and twin tunnels, the inclined soil lens having an inclination angle of 15 degrees comparing with non-inclination soil lens causes a maximum of 1dB and 5dB in IG value at above the tunnel, and at the distance of 30m far from the tunnel, respectively.

ارتعاشات زيرزميني , تونل دوقلو , زمين لايه بندي , سرعت قطار , بارمحوري قطار

Ground-borne vibration , Twin tunnels , Layered soil media , Train speed , Train axle load

Ramin Heidary

Dr. Morteza Esmaeili Dr. Morteza Gharouni nik