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

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.

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.