مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

هر دو جزء به میزانی مقاومت دارند که پمپاژ نزدیک به سوراخ‌ها را ممکن می‌سازد. یکی از این اجزا مخلوط سیمان- بنتونیت و جزء دیگر آب-شیشه است (ژل شکل داده‌شده). زمان واکنش تزریق را می‌توان با کنترل حجم جریان این دو جزء کنترل کرد. زمان تنظیم اولیه تزریق تقریباً 10 دقیقه و زمان نهایی حدوداً 25 دقیقه است. همان‌طور که در شکل 6 نشان داده‌شده است، پمپ دو پیستونیبه‌منظورحمل‌ونقل مخلوط استفاده شد که حجم انتقالی توسط گام پیستون تنظیم می‌شود. ترکیب‌های مورداستفاده، در جدول 2 نشان داده‌شده‌اند.
در حین تزریق به داخل تونل موجود از طریق لوله‌های تزریق، اصولی که در ادامه اشاره‌ شده‌اند به‌طور کامل اعمال می‌شوند. (a) قبل از حفر تونل‌های جدید در زیر تونل موجود، عمل تزریق به‌منظور تقویت خاک اطراف انجام شد که به دلیل ارتعاشات ناشی از حرکت قطارها، پایداری کمی داشت.

(b) در حین ساخت تونل جدید در زیر تونل موجود، عملیات تزریق نیز به‌طور همزمان به‌منظور جبران اتلاف انجام شد. بدین منظور فشار تزریق موردنیاز کمتر از 2/0 مگاپاسکال بود که حد پایین فشار تزریق بر اساس قابلیت تزریق مواد کنترل شد. (c) این طرح بر تغییر شکل تونل موجود ناشی از حفرتونل‌ها در مراحل مختلف تأکید می‌کند.

4. مانیتورینگ و ساخت
4.1 سیستم مانیتورینگ خودکار
حفر تونل جدید تأثیر بسیار زیادی بر تونل موجود دارد که موجب تغییر شکل بیش‌ازحد و ترک در سازه می‌شود. مانیتورینگ تغییر شکل و تنش‌های اضافی در تونل موجود، به کمک روش جدیدی انجام می‌شود. داده‌ها نشان‌دهنده تأثیربرسازه تونل و ایمنی آن است. در حین ساخت تونل‌های دوقلوی جدید، تغییر شکل و تنش اضافی در تونل موجود شامل تنش حلقه و تنش طولی است که موردبررسی قرار گرفتند. چیدمان نقاط مانیتورینگ در شکل 7 نشان داده‌شده است. 24 سطح مقطع مانیتورینگ در امتداد طول 120 متری به‌منظور بررسی جابجایی‌ها در تونل موجود ایجاد شد. متون داخل پرانتز (MD) و (MS) در شکل 7 نشان‌دهنده مانیتورینگ سطح مقطع تغییرشکل تونل و تنش اضافی است. فاصله بین مقاطع مختلف در تونل‌های جدید برابر با 4/3 متر است. چیدمان نقاط اندازه‌گیری در شکل‌های 8 و 9 نشان داده‌شده است. نقاط مانیتورینگ توسط سیستم ایستگاهی خودکار که شامل منشورهای بازتابنده است نشان داده‌شده است. مطابق شکل 10، تنش اضافی در سطح داخلی تونل، توسط گیج‌های کرنش‌سنج نشان داده‌شده‌اند. تعداد 9 سطح مقطع در امتداد تونل موجود ایجاد شد تا تنش اضافی اعمالی به تونلرا مشخص کند.

4.2 پارامترهای کاری ماشین محافظ
پارامترهای کاری ماشین محافظ EBPتأثیر بسیاری برسازه‌های اطراف خواهند داشت و خاک اطراف باید در حین حفر تونل کنترل شود. آماده‌سازی و برنامه‌ریزی صحیح تضمین کرد که تحرک در زیر تونل موجود به‌آرامی انجام شود. در حین حفر اولین تونل، پارامترهای کلیدی بدین‌صورت بودند: فشار در محفظه حفاری تقریباً 2/0-3/0 مگاپاسکال، نفوذ کلی تقریباً 1000-1100، گشتاور سر ابزار برشی تقریباً 1900-2100 کیلونیوتون متر، سرعت دوران ابزار برشی تقریباً 4/1-6/1 دور بر دقیقه، سرعت حرکت محافظ تقریباً 40-50 میلی‌متر بر دقیقه، میزان تخلیه به ازای یک حلقه تقریباً 60-70 مترمکعب، جبران همزمان تقریباً 6-7 مترمکعب به ازای هر رینگ و فشار تزریق تقریباً 3 بار بود.

برای دومین حالت نیز نفوذ کلی تقریباً 1100-1200، گشتاور سر ابزار برشی تقریباً 1400-1700 کیلونیوتن متر، سرعت دورانی سر ابزار تقریباً 5/1-2 دور بر دقیقه، سرعت حرکت محافظ تقریباً 40-45 میلی‌متر بر دقیقه، تخلیه به ازای هر رینگ تقریباً 60 مترمکعب، جبران همزمان تقریبا 6 مترمکعب و فشار تزریق تقریبا 5/2 تا 7/2 بار بود. نسبت ترکیب تزریق در جدول 3 نشان داده‌شده است. نسبت تزریق Foam(FER) برابر با 12 بود. هر دو ماشین محافظ کار خود را به‌خوبیوبا کمترین اختلال انجام دادند.

5. مشخصات رفتاری تونل‌های موجود
5.1 پاسخ طولی تونل‌های موجود
5.1.1 توسعه مکان تونل‌های موجود
با توجه به داده‌های مانیتورینگ، توسعه مکانی نقاط در بالای تونل‌های موجود در شکل 11 نشان داده‌شده است. بستر سنگی و شنی این تونل‌ها شدیداً در فرایند حفاری تحت تأثیر قرار می‌گیرند. این بسترها ابتدا به سمت بالا حرکت کرده و سپس نشست می‌کنند. نشست تونل‌ها در 3 مرحله اتفاق افتاد. (a) اولین مرحله از خط aتا خط bاست که در این حالت سر ابزار با سطح تونل تماس پیدا نکرده است. در این حالت میزان نفوذ و اصطکاک بین ماشین و خاک منجر به جابجایی تونل موجود به میزان 1 میلی‌متر شد. (b) دومین مرحله از خط bتا خط cاست. در این مرحله فاصله بین دو حد دنباله محافظ منجر به تغییر شکل خاک در حین ساخت‌وساز می‌شود.درنتیجه میزان نشست تونل موجود سریع افزایش یافت و به میزان 5-6 میلی‌متر رسید. تزریق در این تونل موجب کاهش جابجایی شد تا نشست را کنترل کند. (c) سومین مرحله از خط cتا خط dاست. در این مرحله منحنی نشست ملایم‌تر خواهد بود زیرا که ماشین محافظ از تونل خارج می‌شود. تغییر شکل در این مرحله اساساً ناشی از تثبیت خاک است.

5.1.2 پروفیل نشست تونل موجود
اولین عبور در 14 نوامبر 2016 شروع و دومین عبور نیز نزدیک یک ماه بعد انجام شد. نشست در تونل‌ها بعد از اولین و دومین عبور در شکل 12 نشان داده‌شده است. نشست تونل در اولین عبور که در شکل 12 نشان داده‌شده است، نسبت به خط مرکزی تونل متقارن است. حداکثر میزان نشست در تونل‌های چپ و راست به ترتیب برابر با 6 و 5 متر است. شیب نشست طولی در تونل موجود بعد از اولین عبور تقریبا 50 متر است. پروفیل سازه تونل بعد از عبور اول به شکل Vو بعد از عبور دوم به شکلWاست.
نشست اولین تونل بعد از دومین عبور به شکل متقارن است. شیب نشست طولی در تونل موجود بزرگ‌تر از عبور اول است. میزان حداکثر نشست به مقدار 50 درصد افزایش یافت که از مقدار 6 میلی‌متر به 3/8 میلی‌متر رسید. این پدیده موجب تضمین بیشتر در ساخت تونل‌های دوقلو می‌شود.

5.1.3 تنش طولی در تونل‌های موجود
تنش اضافی در مقاطع LSMP3، MCS3، MCS4، MCS5 و MCS6 نشان‌دهنده پاسخ تونل موجود به حفر تونل محافظ است.به‌عنوان‌مثالMCS3 و LSMP4نشان‌دهنده مانیتورینگ نقطه 4 از تنش طولی در مقطع 3 است. تنش اضافی ناشی از حفر تونل محافظ در شکل 13 نشان داده‌شده است. تنش اضافی در نقاط مربوطه نشان می‌دهد که قسمت پایینی سازه تونل تحت کشش قرار دارد. تنش اضافی MCS5-LSMP3 وMCS6-LSMP3ناشی از عبورهای اول و دوم، همانند MCS4-LSMP3 و MCS3-LSMP3 در دومین عبور ثابت ماندند که ارتباطی با حفر تونل زیری نداشت. حداکثر تنش اضافی ثبت‌شده تقریبا 7/0 مگاپاسکال بود که در MCS5-LSMP3 رخ داد.ازآنجاکه میزان اختلاف نشست طولی قبل از عبور کمتر بود، تنش اضافی ثبت‌شده در تونل موجود نشان‌دهنده مقدار واقعی تنش است. در این حالت اگر تنش بیش‌ازحد مجاز باشد، ممکن است موجب آسیب‌دیدگی تونل شود.
5.2 پاسخ سطح مقطع تونل موجود
مشخصه‌های تأثیر حفر تونل جدید بر روی تونل موجود، در این بخش بررسی‌شده است. پروفیل‌های مقطعی تنش حلقه و تغییر شکل ناشی از حفر تونل در شکل 14 نشان داده‌شده است. تنش‌های کششی به‌صورت منفی و تنش‌های فشاری به‌صورت مثبت در نظر گرفته‌شده‌اند. مراحل مختلف متناظر با فازهای ساخت‌وساز، در زیر توضیح داده‌شده‌اند.

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

2. مقایسه بین محاسبه FEM و نتایج آزمایشی

مقایسه تاریخی فشار-زمان بین محاسبه FEM و نتایج آزمایشی در شکل 6-3 نشان داده شده است. نقاط آزمایشی در مرکز دینامیت بطور نسبی 2.25,m و 6.25,m هستند.

جدول 3 مقایسه بین حداکثر فشار بیش از حد و زمان رسیدن بین آزمایش و شبیه سازی عددی را نشان می دهد.

خطای نسبی بین محاسبه FEM و نتایج آزمایشی کمتر از %20 بوده که مدل محدود را اثبات نموده و پارامترهای مواد مناسب هستند.

تغییر فرآیند خط همفشار در شکل 7 نشان داده شده است. در زمان اولیه انفجار میدان جریان مواد منفجره با توجه به اینکه موج شوک انفجار در تونل منعکس شده پیچیده است. هنگامی که موج انفجار از فاصله مشخص شده تجاوز کند، موج ثابت تشکیل می شود.
قانون تضعیف حداکثر فشار بیش از حد موج انفجار در تونل
اولا، باید از تأثیر پارامترها اصلی بر حداکثر فشار بیش از حد موج انفجار قبل از تجزیه و تحلیل قانون تضعیف حداکثر فشار بیش از حد موج انفجار در تونل اطمینان حاصل نمود. بر اساس تجزیه و تحلیل ابعادی، پارامترهای ثابت باید تعیین گردند. نهایتا رابطه ریاضی حداکثر فشار بیش از حد با پارامترهای ثابت بوسیله تغییر پارامترهای بطور ثابت باقی مانده اند.

منحنی های متناسب نشان می دهند که رابطه بین حداکثر فشار بیش از حد هوا و فاصله انتقال در سیستم مختصات لگاریتم دوگانه بموجب توده TNT مختلف بصورت خطی می باشد. حداکثر فشار بیش از حد هوا بر اساس توده های دینامیت مختلف ارائه شده در شکل 12 در نقطه یکسان متغیر می باشد. در نقطه یکسان منحنی متناسب نشان داده که رابطه بین حداکثر فشار بیش از حد و توده دینامیت را در سیستم مختصات لگاریتم دوگانه بصورت خطی می باشد. بر اساس تابع منحنی متناسب، زمانی که فاصله مقیاس شده بزرگتر از 1 است،
بمنظور بررسی و تأیید فرمول، حداکثر فشار بیش از حد محاسبه شده بوسیله معادله (3) با نتایج آزمایشی نشان داده شده در اشکال 13 و 14 مقایسه شده است. نتایج آزمایشی اشکال 13 و 14 بوسیله مجموعه مهندسی پژوهشی (TRICE) و ایستگاه آزمایش آبراه های مهندس ارتش آمریکا (WES) بدست آمده است.
زمانیکه فاصله مقیاس شده از نقطه فشار بیش از حد تا نقطه انفجار بزرگتر از 1 باشد، بزرگترین خطای مربوطه بین نتایج معادله 3 و نتایج آزمایشی بدست آمده بوسیله TRICE %29 بوده و بزرگترین خطای مربوطه بین نتایج معادله 3 و نتایج آزمایشی بدست آمده بوسیله WES %28 می باشد. بزرگترین خطای مربوطه فرمول را می توان برای انفجار در تونل بکار برد. این امر برای پروژه محافظت از انفجار داخلی مورد مراجعه می باشد

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

هیدراسیون سیمان پورتلند واکنشی گرمازا است و همینطور نرخ واکنش نسبتا وابسته به دمای واکنش است. با استفاده شدن واکنش دهنده ها (آب و سیمان پورتلند) حرارت به همراه محصولات هیدراته شده آزاد می شود. این محصولات هیدراته شده که ژل نامیده می شود، سهمی از استحکام سیمان پورتلند سفت شده دارند. گرچه مقدار حرارت آزاد شده به درجه هیدراسیون بستگی دارد، اما ترکیب محصولات هیدراته به دمای پخت بستگی دارد. این به این موضوع اشاره دارد که استجکام سیمان پورتلند به مسیر دما-زمان مرحله هیدراسیون بستگی دارد.
هیدراسیون چسب سیمان حداقل دو و گاهی اوقات سه سیکل از تولید حرارت را نشان می دهد (شکل 2). سیکل اول دقیقا بعد از مخلوط کردن سیمان با آب به دلیل هیدراسیون تری کلسیم آلومینیت (C3A) رخ می دهد. نرخ تولید حرارت در حدود 5 دقیقه به ماکزیمم می رسد و بعد از آن به دلیل غنی شدن آب از سنگ گچ سریعا کاهش می یابد. بعد از این سیکل یک دوره 1 تا 6 ساعته داریم که نرخ تولید حرارت در آن بسیار پایین است. در حین این دوره، رئولوژی چسب تقریبا ثابت می ماند. سیکل دوم به دلیل هیدراسیون تری کلسیم سیلیکات (C3S) اتفاق می افتد. ماکزیمم انتقال حرارت در این سیکل بین 6 تا 10 ساعت رخ می دهد. کاهش در نرخ انتقال حرارت بعد از این ماکزیمم به دو دلیل است: 1) کاهش مقدار واکنش دهنده (C3S) و 2) اثر بازدارنده ژل هیدارت کلسیم سیلیکات (CSH) که واکنش دهنده باقی مانده (ذرات سیمان) را پوشش می دهد. دوره اولیه هنگامی شروع می شود که ژل CSH در قسمت افزاینده سیکل دوم بین ذرات سیمان قفل ایجاد می کند. از آنجایی که این اثرات دمایی می تواند سفت شدن و خواص ملات جت را تحت تاثیر قرار دهد، برنامه آزمایشگاهی توصیف شده در قسمت بعدی به طور مشخص برای شبیه سازی تولید حرارت درجا طراحی شده است.

3. تست آزمایشگاهی خواص ملات جت
به منظور تعیین خصوصیات ملات جت، 41 نمونه برای تعیین نمو استحکام و سفتی بر حسب تابعی از زمان مورد تست قرار گرفتند. تمرکز تست از زمان شروع آن تا 24 ساعت بعد بود. مدول یانگ، استحکام فشاری تک محوره و استحکام کششی برزیلی در ساعت های 6، 7، 8.5، 10.5، 13.75، 18.5 و 24 و همچنین روزهای 2،3 و 28 اندازه گیری شد.

3.1 رویه تست
نسبت آب به سیمان ملات جت تست شده 1 به 1 وزنی بود. ملات نیز همانند تزریق جت با 50 درصد برداشت ماسه بود. توده نیز شن و ماسه از ته نشین یخبندان در ادمونتون، منطقه کانادا و سیمان از انجمن استاندارد کانادایی (CSA) نوع 30 است که یک سیمان پورتلند با استحکام فوق سریع است.

نمونه های ملات در لوله هایی آکریلیک با قطر داخلی 76 میلی متر و طول 305 میلی متر قالب گیری شدند (شکل 3). لوله ها در روکش پولی استرن با قطر خارجی 200 میلی متر قرار گرفتند. جداکننده های پلاستیکی با ضخامت 19 میلی متر در فاصله 152 میلی متری لوله های آکلریک طوری قرار داده شدند که نسبت 2 به 1 ارتفاع به قطر نمونه به دست آید. جدا کننده ها طوری استفاده شدند که نمونه هایی با لبه های مربعی صاف تولید شود. این نیاز به پوشش دار کردن و یا برش نمونه ها را از بین می برد. جدا کننده ها دو سوراخ 12 میلی متری داشتند تا جایگیری ملات را ممکن سازد. عیوب در انتهای نمونه ها که از این سوراخها ناشی می شود، به راحتی با یک لیسه فلزی برداشته شدند.
عایق پلی استرن برای اینکه تست های آزمایشگاهی پیشینه ای مشابه با ستون ملات جت نصب شده در کار داشته باشند، تامین شد. این کار به دلیل وابستگی استحکام سیمان سفت شده بر روی پیشینه دما-زمان تجربه شده ضروری است. پخت ملات در اتاقی با دمای کنترل شده با دمای محیط ℃ 8 انجام شد و دمای ملات با مقاومت های گرمایی در حین هیدراسیون اندازه گیری شد. دمای ℃ 8 به این دلیل انتخاب شد که مشابه دمای زمین در تونل های عمیق در بسیاری از کشورهای معتدل است.
ضخامت مورد نیاز عایق با استفاده از روش تفاوت محدود برای شبیه سازی جریان حرارت از یک منبع استوانه ای (ستون ملات جت 600 میلی متری در میدان کار در مقابل نمونه ملات با قطر 76 میلی متری در آزمایشگاه) به داخل یک عایق (ماسه در میدان کار در مقابل عایق کاری پلی استرن در آزمایشگاه) تعیین شد. کولتر نشان داد که قطر خارجی 200 میلی متری عایق برای دارا بودن یک پیشینه دمایی مشابه با ستون ملات جت در میدان کار برای 24 ساعت اول برای ملات آزمایشگاهی لازم است. این مقدار عایق کاری یک پیشینه دمایی آزمایشگاهی با دمایی 3.5 درصد بیشتر از دمای شبیه سازی میدان کار در 24 ساعت در پی دارد. خواص حرارتی در مدل تفاوت محدود در جدول 2 آورده شده است. کولتر یک آنالیز حساسیت از تکنیک تطابق تفاوت محدود برای خواص حرارتی استفاده شده انجام داد و نتیجه گرفت که خطاهای ایجاد شده کمتر از 10 درصد است.

3.2 نتایج تست ها
نتایج تست ها نشان می دهد که دوغاب بعد از 6 ساعت از میکس اولیه، یک دوره اولیه را داراست. در این زمان دوغاب استحکام کافی را برای خارج کردن نمونه 76 میلی متری از قالب بدون آسیب قابل توجه داراست اما هنوز آنقدر نرم بودند که با جابه جایی بی دقت، آسیب می بینند. سفت شدن دوغاب بعد از این، با بیشترین نرخ سفت شدن در 24 ساعت اول رخ می دهد. علاوه بر این، در ساعت 11ام تغییری در طبیعت دوغاب رخ داد. در این زمان رفتار ماده از پلاستیک به ترد تغییر کرد و نرخ افزایش مقاومت فشاری محصور نشده و مدول یانگ به ماکزیمم رسید و نرخ افزایش دما ماکزیمم بود.
مقاومت فشاری محصور نشده (UCS) در ابتدا با رابطه ای توانی با گذشت زمان افزایش می یابد، به طوری که نرخ ایجاد استحکام با زمان افزایش می یابد. این مورد در شکل a.4 دیده می شود که در آن قسمت خط صاف تا حدود 10.5 ساعت ادامه دارد که در این زمان نرخ ایجاد استحکام بیشترین است. بعد از 10.5 ساعت، نرخ ایجاد استحکام با گذشت زمان کاهش می یابد. استحکام 28 روز میانگین MPa 14.2 با انحراف از معیار Mpa0.75 را دارد.
معادله 1 نماینده استحکام برای زمان های کمتر از 10.5 ساعت است و معادله دو نماینده استحکام برای زمان های بیشتر از 10.5 ساعت است. واحد زمان (t) ساعت و واحد مقاومت فشاری محصور نشده (UCS) kPa است.
تست های برشی وین نیز برای تعیین استحکام برشی بین 3.5 تا 5.5 ساعت انجام شد. این تست ها استحکام برشی در بازه تقریبا kPa 1 در 3.5 ساعت تا تقریبا kPa 20 در 5.5 ساعت را می دهند. استحکام ایجاد شده از معادله 3 تخمین زده می شود.
3 معادله Vane Shear Stress=1.1 ×10^(-4) t^7.1 که واحد زمان (t) ساعت است و واحد استحکام برشی وین kPa است.
نمو استحکام کششی با زمان (شکل b.4) شکلی مشابه نمو استحکام فشاری محصور نشده در شکل a.4 دارد اما داده ها کمی بیشتر پراکندگی دارند. نسبت میانگین استحکام کششی به استحکام فشاری 0.133 است.