Numerical analysis of the impact of construction of an underground metro line on the urban environment : a case study from the Vistula Valley in Warsaw

• Autorzy: Kaczmarek Ł. , Popielski P.

Warianty tytułu

PL

Numeryczna analiza wpływu budowy metra na środowisko zurbanizowane : przykład z Doliny Wisły w Warszawie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Underground construction in urban areas is a complex investment, impacting existing buildings. The paper presents a case study of the 2^nd metro line, in close proximity to the Warsaw Slope. To analyze the aforementioned issue, the finite element method (FEM) was used. First, the initial state was generated. Next, the southern tunnel of the metro construction was simulated. Then, the northern tunnel of the metro construction numerical model was prepared. Based on this simulations and cumulative settlements of a particular building above the metro were calculated. The results were confirmed by land surveys. The calculations show the maximum vertical displacement of 8 mm below the building’s foundations. This value does not affect the stability of the building or the slope nearby. Nevertheless, it can impact serviceability. Such settlements can generate cracks in buildings. Furthermore, the value of the calculated safety factor of the Warsaw Slope in this section is 1.1. Hence, slope changes require continuous observations. The numerical procedures presented show the usefulness of FEM and its suitability for the purposes of building an extension of the 2^nd metro line.

PL

Budowa tunelu metra w środowisku zurbanizowanym jest złożonym procesem inwestycyjnym, który ma wpływ na istniejącą zabudowę oraz dalszy kierunek zagospodarowania przestrzennego. Artykuł przedstawia analizę wpływu budowy II linii metra na obszar terenu w rejonie Skarpy Warszawskiej. Dla rozwiązania określonego w tytule zadania wykorzystano metodę elementów skończonych (MES). Pierwszym etapem symulacji numerycznych bylo odtworzenie stanu początkowego, a następnie realizacja południowego tunelu II linii metra. W kolejnym etapie odtworzono wykonanie północnego tunelu metra. Obliczono rozkład naprężń w podłożu oraz skumulowane osiadania w strefie oddziaływania tuneli metra. W celu weryfikacji poprawności modelu numerycznego, otrzymane wyniki porównano z wynikami geodezyjnego monitoringu. Dzięki przeprowadzonym obliczeniom określono pionowe przemieszczenia budynku, którego fundamenty znajdują się 4,80 m nad tunelem metra. Przemieszczenia te są równe 8 mm w miejscu analizowanego punktu na ścianie budynku. Taka wielkość osiadań nie wpływa ujemnie na stateczność budynku, nie jest naruszony stan nośności. Niemniej jednak może nastąpić obniżenie funkcjonalności budynku, przekroczenie stanu granicznego użytkowalności. W trakcie obliczeń wyznaczono, metodą redukcji parametrów wytrzymałościowych, współczynnik stateczności skarpy (SF = 1,1). Otrzymany wynik świadczy o zagro żeniu procesami geodynamicznymi (tzn. powierzchniowymi ruchami masowymi) i potrzebie prowadzenia stałego monitoringu. Zaprezentowana analiza pokazuje skutecznoość MES w analizie wpływu budowy tunelu metra oraz prognozowaniu jego konsekwencji na środowisko zurbanizowane.

Słowa kluczowe

EN

settlements; slope stability; numerical calculations; metro tunnel; Warsaw Slope

PL

osiadania; stateczności skarp; obliczenia numeryczne; tunel metra; Skarpa Warszawska

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Przegląd Geologiczny
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 64, nr 4
• Strony: 219--229
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kaczmarek Ł.

• University of Warsaw, Faculty of Geology, Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warsaw, Poland

autor

Popielski P.

• Warsaw University of Technology, Department of Hydraulic Engineering and Hydraulics, Nowowiejska 20, 00-653 Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. BARAŃSKI M., SZCZEPAŃSKI T., POPIELSKI P. & DĄBSKAA. 2008 - Numerical model verification on the basis of the measurements and investigation carried out during the structure realization. Proc. Inter. Geotech. Confere. Develop. Urban Areas and Geotech. Eng., Saint Petersburg 16-19 June 2o08: 173-179.
• 2. BITETTI B., MANDOLINI A., FRITS VAN TOL A., BROERE W. & BRINKGREVE R.B.J. 2012-Onthe effects of Line 6 tunnel excavation in Naples. [W:] Viggiani G. (red.), Geotechnical aspects of underground construction in soft ground. Taylor & Francis Group, London: 1019-1026.
• 3. CUDNY M. & BINDER K. 2005 - Kryteria wytrzymałości na ścinanie gruntów w zagadnieniach geotechnicznych. Inż. Mor., 6: 456-465.
• 4. DŁUŻEWSKI J.M. 1997 - Hydro-Geo: Program elementów skończonych dla geotechniki, hydrotechniki i inżynierii środowiska. Of. Wyd. PW, Warszawa: 1-117.
• 5. ILF Consulting Engineers Polska Sp. z o.o. 2010 - Projekt monitoringu opis systemu monitoringu obiektowego i środowiskowego dla centralnego odcinka ii linii metra w Warszawie, realizowanego technikami geodezyjnymi, geotechnicznymi i obserwacjami bezpośrednimi. Astaldi S.p.A., Gulermak, PBDiM Sp. z o.o., Warszawa: 1-50.
• 6. KACZMARCZYK R., OLEK B., STANISZ J., WOŹNIAK H. & PILECKI Z. 2014 - Influence of dump soil on the initiating and development of landslide. Prz. Geol., 62 (10/2): 594-600 [in Polish with English summary].
• 7. KACZMAREK Ł. & DOBAK P.2015- Stability conditions of the Vistula Valley attained by a multivariate approach - a case study from the Warsaw Southern Ring Road. Geologos, 21 (4): 249-260.
• 8. KACZMAREK Ł. & POPIELSKI P.2015- The use of Duncan and Wright method to assess the Warsaw Slope stability. Acta Sci. Pol., Architectura, 14(2): 19-30 [in Polish with English summary].
• 9. KACZMAREK Ł., WOŹNIAK M., MIESZKOWSKI R. & DYBCIAK T. 2016 - Electrical Resistivity Imaging and land surveying of underground construction impact on the Warsaw Slope (manuscript in preparation).
• 10. KACZYŃSKI R., BĄKOWSKAA. & KIEŁBASIŃSKI K. 2008 - Slope stability analysis of St. Katarzyna church area in Warsaw, including dynamics loading. Acta Sci. Pol., Administratio Locorum, 7 (1): 27-37 [in Polish with English summary].
• 11. KUSZYK R. & SIEMIŃSKA-LEWANDOWSKA A. 2009 - Ocena rozwoju niecki osiadań nad tunelem drążonym tarczą zmechanizowaną [Evaluation of the subsidence progress above the metro tunnel created by Tunnel Boring Machine]. Gór. Geoinżyn., 33 (3/1): 229-237 [in Polish].
• 12. PLAXIS 2010 - Documentation of Plaxis 2D software, Tutorial Manual. Plaxis Co.: 1-142.
• 13. PN-B-03020. 1981 Polish Standards - Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne i projektowanie [in Polish].
• 14. POPIELSKI P. 2012 - Oddziaływanie głębokich posadowień na otoczenie w środowisku zurbanizowanym [The influence of deep foundations on urban environment]. Pr. Nauk. PW: 1-168 [in Polish with English summary].
• 15. POTTS D.M. & ZDRAVKOVIC L. 2001 - Finite element analysis in geotechnical engineering. Thomas Telford, London: 1-427.
• 16. WYSOKIŃSKI L. 1999 - Warszawska skarpa śródmiejska [Vistula Valley Slope in Warsaw down town]. Druk. P. Włodarskiego, Warszawa: 1-145 [in Polish].
• 17. WYSOKIŃSKI L. (ed.) 2013 - Ekspertyza dotycząca określenia uwarunkowań realizacyjnych przy budowie tuneli szlakowych D13 tarczami zmechanizowanymi TBM pod Skarpą Warszawską podczas budowy odcinka centralnego II linii metra w Warszawie. Warszawa: 1-34 [in Polish].
• 18. ZTM Warszawa 2015 - Website of DDC monitoring data dissemination system: www.ddsmonitoring.com.
• 19. ZIMMERMANN T., RODRIGUEZ C. & DENDROU B. 1987 - Z_SOIL.PC: A program for solving soil mechanics problems on a personal computer using plasticity theory. Int. Conf. on Geomechanics, Innsbruck, Balkema.

Uwagi

Blok artykułów związanych z II Ogólnopolskim Sympozjum Geointerdyscyplinarnych Metod Badawczych, 7–8 kwietnia 2016, Warszawa.

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.