Stability analysis of a shallow depth metro tunnel: a numerical approach

• Autorzy: Monjezi M. , Rahmani B. N. , Torabi S. R. , Singh T. N.

Warianty tytułu

PL

Analiza stabilności płytkiego tunelu metra z wykorzystaniem metod numerycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, an attempt has been made to use numerical modelling for simulating a long halt in construction process at a shallow depth metro tunnel and investigate the effects of soil nailing to increase the tunnel face strength. Finite difference software FLAC with high applicability in a continuum environment was adopted for this study. The tunnel is being excavated for Tehran metro project. Shield tunnelling with roadheader and back hoe cutting tools is applied in the excavation process. Mohr-Coulomb elasto-plastic constitutive law is considered to model the ground. After two months halting in excavation process, tunnel instability and ground subsidence were recorded in thirteen different monitoring points. Numerical simulation results showed a close approximation (11-16%) between measured and FLAC computed displacements of the tunnel crown in case of unsupported face, which is in close proximity and a proof indicates the reliability of simulation. Also, simulation results exhibit a significant reduction in the ground subsidence and tunnel instability in case of supported face by means of the soil nailing.

PL

W artykule podjęto próbę wykorzystanie metod modelowania numerycznego dla potrzeb symulacji dłuższego przestoju prac związanych z budową płytkiego tunelu metra w celu zbadania skutków wzmacniania gruntu dla zwiększenia wytrzymałości tunelu w części czołowej. W badaniach zastosowano oprogramowanie wykorzystujące metodę różnic skończonych FLAC, do zastosowań w środowisku ciągłym. Wykop tunelu wykonywany jest w ramach budowy metra w Teheranie. Kopanie tunelu odbywa się przy pomocy urządzeń tarczowych do drążenia tuneli oraz urządzeń podsiębiernych do urabiania. Do modelowania gruntu zastosowano model sprężysto-plastyczny Mohra-Coulomba z wykorzystaniem równania konstytutywnego. Po dwumiesięcznym przestoju w pracach budowlanych, zarejestrowano wielkości niestabilności tunelu oraz osiadania gruntu w trzynastu równych punktach pomiarowych. Wyniki symulacji numerycznych wykazały wysoką zbieżność (11-16%) pomiędzy wartościami zmierzonymi a przemieszczeniami obliczonymi przy wykorzystaniu oprogramowania FLAC dla stropu tunelu w niepodpartej części czołowej, co potwierdza wiarygodność wyników symulacji. Ponadto, wyniki symulacji wykazują znaczne zmniejszenie osiadania gruntu i niestabilności tunelu w części czołowej tunelu wzmocnionej przez podbijanie gruntu.

Słowa kluczowe

EN

numerical modelling; soil nailing; shield tunnelling; subsidence

PL

modelowanie numeryczne; gwoździowanie gruntu; drążenie tuneli przy pomocy tarcz; szkody górnicze; osiadanie gruntu

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 57, no. 3
• Strony: 535--545
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Monjezi M.

• Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

autor

Rahmani B. N.

• Islamic Azad University, Tehran South Branch, Tehran, Iran

autor

Torabi S. R.

• Shahroud University of Technology, Shahroud, Iran

autor

Singh T. N.

• Indian Institute of Technology Bombay, Mumbai, India

Bibliografia

• Calvello M., Taylor, R.N., 1999. Centrifuge modelling of a pile-reinforced tunnel heading. In: Proc. of Geotechnical Aspect of Underground Construction in Soft Ground, Balkema (pp. 313-8).
• Dias D., Kastner R., 2000. Three dimensional simulation of slurry shield tunnelling. In: Kusakabe O., Fujita K., Miyazaki Y., editors. Geotechnical aspects of underground construction in soft ground, Rotterdam, Balkema (pp. 351-6).
• FLAC, 2005. Fast lagrangian Analysis of Constinua (FLAC). Itasca Consulting Group, Mineapolis, MN, USA.
• Galli G., Grimaldi A., Leonardi A., 2004. Three-dimensional modelling of tunnel excavation and lining. Computers and Geotechnics, 31, 171-183.
• Geisler H., Wagner H., Zieger O., Mertz W., Swoboda G., 1985. Practical and theoretical aspects of the three dimensionalanalysis of finally lined intersections. In: Proceedings of the 5th International Conference on Numerical Methods in Geomechanics, Nagoya (pp. 1175-83).
• Gioda G., Swoboda G., 1999. Developments and applications of the numerical analysis of tunnel in continuous media. Int. J. Numer Anal. Methods Geomech., 1393-405.
• Grasso P., Mahtab A., Pelizza S., 1989. Reinforcing a rock zone for stabilizing a tunnel in complex formations. In: Int. Congr. on Progress and Innovation in Tunnelling, Toronto, 2, 663-70.
• Hallak R.A., Garnier J., Leca E., 1999. Experimental study of the stability of a tunnel face reinforced by bolts. In: Proc. of Geotechnical Aspect of Underground Construction in Soft Ground, Balkema (pp. 1-5).
• Karakus M., 2007. Appraising the methods accounting for 3D tunnelling effects in 2D plane strain FE analysis. Tunnelling and Underground Space Technology, 22, 47-56.
• Lunardi P., 2008. Design and Construction of Tunnel. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
• Lundardi P., Focaracci A., Giorgi P., Papacella A., 1992. Tunnel face reinforcement in soft ground design and controlsduring excavation. Towards New World in Tunnelling, Balkema (pp. 897-08).
• Mair R.J., Taylor R.N., 1997. Theme lecture: Bored tunnelling in the urban environment. In: Proc. of 14th Inter. Conf. Soil Mechanics and Foundation Engineering, Balkema, 4, 2353-85.
• Negro A., de Queiroz P.I.B., 2000. Prediction and performance: a review of numerical analyses for tunnels. In: Kusakabe O., Fujita K., Miyazaki Y., editors, Geotechnical aspects of underground construction in soft ground, Rotterdam, Balkema (pp. 409-18).
• Ng C.W.W., Lee G.T.K., 2002. A three-dimensional parametric study of the use of soil nails for stabilising tunnel faces. Computers and Geotechnics, 29, 673-697.
• Oettl G., Stark R.F., Hofstetter G., 1998. A comparison of elastic-plastic soil models for 2D FE analyses of tunnelling. Computers and Geotechnics, 23, 19-38.
• Pelia D., 1994. A theoretical study of reinforcement influence on the stability of a tunnel face. Geotechnical and Geological Engineering, 12, 145-68.
• Pelli F., Kaiser P.K., Morgernstern N.R., 1986. Three dimensional simulation of rock liner interaction near tunnel face. In: Proceedings of the 2nd International Symposium on Numerical Models in Geomechanics, Ghent (pp. 359-68).
• Pottler R., 1992. Three-dimensional modelling of junction at the channel tunnel project. Int. J. Numer Anal. Methods Geomech., 16, 683-95.
• Prusek S., Bock S., 2008. Assessment of rock mass stresses and deformations around mine workings based on threedimensionalnumerical modeling. Archives of Mining Sciences, 53, 349-360.