سامانه پیش‌حمایت شمع و قوس بتنی (PCAPS) برای ساخت ایستگاه‌های زیرزمینی مترو در خاک‌های نرم

مشخصات مقاله

نویسندگان

داوود پارساپور، داریوش محمدی

محل انتشار

Indian Geotechnical Journal

سال انتشار

7 آگوست 2024

خلاصه مقاله

این پژوهش با تأکید بر نقش حیاتی انتخاب روش ساخت در موفقیت پروژه‌های زیرزمینی، روش اجرایی تازه‌ای را برای ایستگاه‌های دو‌تِرازه مترو در خاک‌های نرم معرفی می‌کند: «سامانه پیش‌حمایت شمع و قوس بتنی» (PCAPS). این روش با الهام و بازنگری از سامانه CAPS (برای ایستگاه‌های تک‌تِرازه) توسعه یافته و هدف آن، کنترل تغییرشکل‌های زمین و تضمین پایداری میزبان در حین حفاری فضاهای بزرگ زیرزمینی است.

در PCAPS پیش از حفاری فضای اصلی، عناصر سازه‌ای به‌صورت مرحله‌ای اجرا می‌شوند تا زمین بهبود یافته و پایدار گردد: شمع‌های بتنی در دو سوی حفره زیرزمینی، رِب‌های قوسی (تیرهای قوسی سقف) و در نهایت لاینینگ بتنی نهایی در داخل حفره. این روش به‌عنوان یک سامانه پیش‌حمایت برای دهانه‌های بزرگ، عمدتاً با حفاری دستی و مرحله‌ای اجرا می‌شود و بنا به سناریوهای اجرایی، در چهار روش طبقه‌بندی شده است. از منظر ترتیب اجرای لاینینگ، PCAPS به دو رده «لاینینگ رو‌به‌پایین» و «لاینینگ رو‌به‌بالا» تقسیم می‌شود.

برای ارزیابی عملکرد، ایستگاه مولوی (I7) در خط ۷ متروی تهران به‌عنوان مطالعه موردی انتخاب و یک مدل سه‌بعدی FDM برای تحلیل نشست‌های القایی و مقایسه سناریوهای مختلف PCAPS به‌کار گرفته شد. نتایج عددی با داده‌های پایش میدانی انطباق مطلوبی نشان داد و مشخص کرد که سختی سازه‌ای شمع‌ها و قاب‌های قوسی سقف، همراه با توالی مناسب حفاری و اجرای مرحله‌ای، نقش تعیین‌کننده‌ای در کنترل تغییرشکل‌ها دارد. در میان سناریوها، «PCAPS 3» با چند جبهه حفاری هم‌زمان در تراز سکو کمترین میزان نشست و انبساط سطحی را به همراه داشت.

جمع‌بندی نتایج نشان می‌دهد: (1) استفاده از عناصر سازه‌ای پیش از حفاری فضای ایستگاه، موجب بهبود و تثبیت زمین می‌شود؛ (2) پیوستگی و سختی اتصالی میان شمع‌ها و رِب‌های متناظر برای کاهش نشست و جلوگیری از خسارت به ساختمان‌های مجاور حیاتی است؛ (3) در روش‌های «لاینینگ رو‌به‌پایین» (PCAPS 2 و PCAPS 3) که در آن لوله بالایی پیش از لوله پایینی ساخته می‌شود، نشست‌ها کمتر است؛ و (4) در سناریوی حفاری هم‌زمان سالن بلیط و سکو، تغییر فاصله بین جبهه‌های حفاری اثر معناداری بر نشست نهایی سطح زمین نداشت. این یافته‌ها راهنمایی عملی برای گزینش سناریوی بهینه ساخت ایستگاه‌های بزرگ‌مقیاس زیرزمینی در محیط‌های سست فراهم می‌کند.