1- مقدمه

شانگهای در دهه های گذشته اقدامات بی سابقه ساخت زیرساخت را تجربه کرده است. برای کاهش فشار ترافیکی در این ناحیه شهری فشرده، تونل های متروی بسیاری در این دوره زمانی با استفاده از دستگاه های سپری متوازن کننده فشار خاک (EPB) حفر شده اند. در همین حال، تونل های بزرگ راهی بیشتر و بیشتری در حال ساخت هستند، که مستلزم حفاری های عمیق با پشتیبانی سازه های حائل است. حفاری های عمیق موجب تغییر شکل های بزرگ بالقوه خاک در داخل و خارج گودال حفاری خواهند شد، و تاثیری جدی بر تونل های سپری موجود مجاور خواهد گذاشت. اگر تنش و تغییر شکل بیش از حد در تونلهای سپری ایجاد شوند، ترک هایی ایجاد شده و تونل های مذکور ممکن است تخریب شوند. بنابراین، برای به حداقل رساندن این اثر منفی، مقایسه و بهینه سازی این طرح ها پیش از ساخت اهمیت ویژه ای دارد.

تغییر شکل تونل ها ناشی از حفاری عمیق مجاور مسئله ای شایع برای مهندسین هستند. چانگ و همکاران (2001) سابقه ای موردی را گزارش کردند که در آن مقطعی از تونل در نتیجه حفاری مجاور تخریب شد. برای حفظ تونل های موجود در برابر تخریب، تمهیدات یا اقدامات ترمیمی، شامل تقویت خاک در داخل ناحیه حفاری شده و افزایش استحکام سازه های حائل، اتخاذ می شوند. به علاوه، توالی منطقی حفاری نیز به کنترل تغییر شکل تونل های موجود بطور موثر از طریق تبعیت از اثر زمان- فضا کمک می کند. اما، کارایی این تمهیدات و اقدامات ترمیمی بر تغییر شکل تونل نیاز به ارزشیابی دارد.

روش عددی ابزاری عملی است و بطور گسترده ای برای ارزیابی پاسخ تونل ها به حفاری های عمیق مجاور بکار گرفته شده اند. شبیه سازی عددی دوبعدی به دلیل کارآیی محاسباتی زیاد آن دارای اولویت است. با استفاده از 2D FEM، هو و همکاران (2003) تغییر مکان های عمودی و افقی دو تونل مجاور حاصل از حفاری را پیش بینی کردند. دولزالوا (2001) تغییر شکل و تغییر تنش ناشی از حفاری روباز در یک تونل را پیش بینی کرد، و نتایج محاسبه شده با داده های پایشی همخوانی خوبی داشت. ژنگ و وی (2008) پاسخ تونل های موجود در سه موقعیت شاخص به حفاری، یعنی در خط وسط زیر کف حفاری، درست زیر کف دیوار آب بند و بیرون دیوار آب بند، مطالعه کردند. با در نظر گرفتن ماهیت نامتقارن حدفاصل حفاری و تونل های مجاور، شبیه سازی های عددی سه بعدی برای دستیابی به تخمین های دقیق تر مورد نیاز هستند. از طریق شبیه سازی های سه بعدی، لیو و همکاران عوامل تاثیرگذار مختلف بر تغییر شکل تونل­های زیرین، نظیر عمق تقویت زمین، توالی حفاری و زاویه کج شدگی بین تونل جدید و تونل های موجود، را تحلیل کردند. اخیرا، هوانگ و همکاران (2013) پارامترهایی که می توانند بر پاسخ تونل اثر بگذارند، شامل موقعیت نسبی تونل نسبت به حفاری، قطر تونل، ابعاد حفاری، و تمهیدات حفاظتی تونل را مطالعه کردند. تاکنون، شبیه سازی های عددی بسیاری برای شبیه سازی فرایند حفاری و پاسخ سازه ای تونل های مجاور انجام شده اند. اما، فقط معدودی از آنها بر تعیین مقدار اثر روش های ساخت بر تغییر شکل تونل ها تمرکز کرده بودند، گرچه روش مناسب ساخت در عمل نقش مهمی ایفا می کند.