2 SHALLOW TUNNELS IN WEAK GROUND2.1

2 SHALLOW TUNNELS IN WEAK GROUND

2.1 Introduction
The most serious risks in tunnelling through weak ground are associated with a collapse of the tunnel face. In shallow tunnels the instability may propagate towards the surface creating thereby a chimney and a crater on the ground surface (Fig. 1a). The face failure results then in excessive subsidence and damage to overlying structures. Depending on the construction method, i.e. on the sequence of the excavation and temporary support works, various other collapse mechanisms need also to be consid- ered in conventional tunnelling. For example, when tunnelling by the “top-heading and bench” method, a collapse up to the surface may occur also as a consequence of an unsufficient bearing capacity of the ground beneath the footings of the temporary support arch (Fig. 1b). In general, the tunnel portion close to the heading is particularly demanding, as the application of support in this area interferes with the excavation works. Besides the stability of the opening, the control of surface settlement is essential in urban tunneling (Fig. 1c).
The stability and deformations of tunnels in watebearing ground depend greatly on the perme- ability of the ground. Tunnel excavation in a low permeability ground does not alter the water content around the opening on the shortterm. Instead, excess pore water pressures develop. These dissipate over the course of time leading thus to consolidation and additional deformations of the ground. From the standpoint of stability two stages can be distinguished: the shortterm stage, corresponding to undrained shear, and the longterm stage, corresponding to drained shear. In a high permeability ground the water content adjusts

itself immediately to the stresses prevailing after excavation.

2.2 Stability
Stability issues are usually investigated by limit equilibrium analyses. As deformations are not taken into account in such analyses, the ground may be idealised as a plastic material obeying the Mohr-Coulomb failure condition either with the ef- fective shear strength parameters (c', ') or with the undrained shear strength Cu. As in other prob- lems involving the unloading of the ground (i.e., a reduction in the first invariant of the total stress), undrained conditions are more favourable for the stability of underground openings. For common advance rates (up to 20 m/d), drained conditions are to be expected when the permeability is higher than 10-7-10-6 m/s (Anagnostou 1995b).
When analysing the stability of the tunnel face, a simple collapse mechanism can be considered (Fig. 2a) consisting of a wedge and a prism which extends from the tunnel crown to the surface (Davis et al. 1980, Anagnostou & Kovári 1996). With the exception of closed-shield tunnelling, the piezometric head at the tunnel face is lower than that prevailing in the undisturbed ground. Consequently, water seeps towards the face, thereby generating seepage forces which have a destabilising effect and must be taken into account in a drained analysis. The seepage forces are equal to the gradi- ent of the hydraulic head field. The computation of the seepage forces therefore calls for a three- dimensional steady-state seepage-flow analysis (Fig. 2b). Thus, a drained face stability analysis proceeds in three steps: (i) determination of the three-dimensional hydraulic head-field by means of a finite element computation; (ii) integration of the seepage forces acting upon the components of the specific collapse mechanism (S, Fig. 2c); (iii) solu- tion of the limit equilibrium equations.


Fig. 2d shows the support pressure required in order to stabilise the face as a function of the safety factor (defined in terms of the shear strength constants). The upper line applies to the long-term conditions prevailing when tunneling under a con- stant water table (steady state piezometric head field as in Fig. 2c). The face support requirement decreases considerably if groundwater drainage is carried-out prior to tunneling (lower line). In low- permeability ground, the face would remain stable even without support (lowest line). The diagram shows the influence of groundwater conditions and of time on face stability.
As another example, consider a partial excava- tion with an invert closure in a distance L from the face (Fig. 3a). The overall stability of the top heading depends on the loads acting upon the tem- porary support shell and its bearing capacity, as

Kết quả (Việt) 1:

2 NÔNG ĐƯỜNG HẦM TRONG NỀN ĐẤT YẾU2.1 giới thiệuRủi ro nghiêm trọng nhất trong việc đào hầm qua nền đất yếu có liên quan đến một sự sụp đổ của mặt đường hầm. Trong "đường hầm" cạn sự bất ổn có thể tuyên truyền hướng tới bề mặt tạo ra do đó một ống khói và một miệng núi lửa trên mặt đất (hình 1a). Những kết quả thất bại mặt sau đó trong quá nhiều lún và thiệt hại cho nằm phía trên cấu trúc. Tùy thuộc vào phương pháp xây dựng, tức là trên dãy khai quật và tạm thời hỗ trợ các công trình khác nhau khác sụp đổ cơ chế cần cũng phải là consid-ered trong đường hầm thông thường. Ví dụ, khi đường hầm bằng các "tiêu đề đầu trang và cuốn" phương pháp, một sự sụp đổ lên bề mặt có thể xảy ra cũng do hậu quả của một unsufficient mang năng lực của mặt đất bên dưới footings arch hỗ trợ tạm thời (hình 1b). Nói chung, phần đường hầm gần tiêu đề là đặc biệt là yêu cầu, như các ứng dụng hỗ trợ trong khu vực này gây trở ngại với các công trình khai quật. Bên cạnh sự ổn định của việc mở, kiểm soát của bề mặt giải quyết là rất cần thiết trong khu đô thị đường hầm (hình 1 c).Sự ổn định và biến dạng của các đường hầm ở watebearing đất phụ thuộc rất nhiều vào khả năng perme của mặt đất. Cuộc khai quật hầm đất thấp tính thấm không làm thay đổi hàm lượng nước quanh khai mạc vào shortterm. Thay vào đó, dư thừa lỗ nước áp lực phát triển. Những tiêu tan trong suốt thời gian hàng đầu thế giới như vậy để củng cố và bổ sung các biến dạng của mặt đất. Theo quan điểm của sự ổn định hai giai đoạn có thể phân biệt: giai đoạn shortterm, tương ứng với undrained cắt, và giai đoạn dài hạn, tương ứng với cắt cạnh để ráo nước. Ở mặt đất cao thấm nước nội dung điều chỉnh bản thân ngay lập tức để áp lực thaéng sau khi khai quật.2.2 sự ổn địnhVấn đề ổn định thường được điều tra do giới hạn cân bằng phân tích. Như biến dạng không được đưa vào tài khoản trong các phân tích như vậy, mặt đất có thể được idealised là một vật liệu nhựa, tuân theo tình trạng thất bại Mohr-Coulomb hoặc với các thông số sức mạnh cắt ef-fective (c', ') hoặc với các undrained shear sức mạnh Cu. Như trong khác prob lems liên quan đến xếp dỡ của mặt đất (tức là, một giảm bất biến đầu tiên của sự căng thẳng tất cả), undrained điều kiện thuận lợi hơn cho sự ổn định của underground lỗ. Phổ biến nâng cao tỷ lệ (lên đến 20 m/d), để ráo nước điều kiện đang được dự kiến khi tính thấm cao hơn 10-7-10-6 m/s (Anagnostou 1995b).Khi phân tích sự ổn định của mặt đường hầm, một cơ chế đơn giản sụp đổ có thể được xem xét (hình 2a) bao gồm một wedge và một lăng kính mà kéo dài từ Vương miện đường hầm để bề mặt (Davis và ctv 1980, Anagnostou và Kovári 1996). Ngoại trừ lá chắn đóng cửa đường hầm, người đứng đầu piezometric tại mặt đường hầm là thấp hơn là thịnh hành trên mặt đất không bị ảnh hưởng. Do đó, nước seeps hướng tới mặt, do đó tạo ra các lực lượng thấm có tác dụng destabilising và phải được đưa vào tài khoản trong một phân tích để ráo nước. Các lực lượng thấm là tương đương với gradi ent các lĩnh vực đầu thủy lực. Tính toán thấm lực lượng do đó các cuộc gọi cho một ba - chiều trạng thái ổn định thấm-phân tích dòng (hình 2b). Vì vậy, phân tích sự ổn định để ráo nước mặt tiền trong ba bước: (i) các quyết định của ba chiều thủy lực đầu-trường bằng phương tiện của một tính toán phần tử hữu hạn; (ii) tích hợp thấm lực lượng hành động trên các thành phần của cơ chế cụ thể sụp đổ (S, hình 2 c); (iii) solu-tion của phương trình cân bằng giới hạn.Fig. 2d shows the support pressure required in order to stabilise the face as a function of the safety factor (defined in terms of the shear strength constants). The upper line applies to the long-term conditions prevailing when tunneling under a con- stant water table (steady state piezometric head field as in Fig. 2c). The face support requirement decreases considerably if groundwater drainage is carried-out prior to tunneling (lower line). In low- permeability ground, the face would remain stable even without support (lowest line). The diagram shows the influence of groundwater conditions and of time on face stability.As another example, consider a partial excava- tion with an invert closure in a distance L from the face (Fig. 3a). The overall stability of the top heading depends on the loads acting upon the tem- porary support shell and its bearing capacity, as

Kết quả (Việt) 2:

2 đường hầm nông TRÊN YẾU GROUND

2.1 Giới thiệu
Các rủi ro nghiêm trọng nhất trong đường hầm thông qua nền đất yếu có liên quan đến một sự sụp đổ của khuôn mặt hầm. Trong đường hầm nông sự bất ổn có thể lan truyền theo hướng tạo bề mặt do đó một ống khói và một miệng núi lửa trên mặt đất (Hình. 1a). Các kết quả thất bại sau đó khuôn mặt lún quá mức và thiệt hại cho phủ lên cấu trúc. Tùy thuộc vào phương pháp xây dựng, tức là về trình tự của các khai quật và các công trình hỗ trợ tạm thời, nhiều cơ chế sụp đổ khác cũng cần phải xem xét việc này trong đường hầm thông thường. Ví dụ, khi đường hầm do "từ trên tiêu đề và băng ghế dự bị" phương pháp, một sự sụp đổ lên bề mặt cũng có thể xảy ra như là kết quả của một khả năng chịu lực unsufficient của mặt đất bên dưới các móng của các hỗ trợ kiến trúc tạm thời (Hình. 1b). Nhìn chung, phần đường hầm gần tiêu đề là đặc biệt đòi hỏi, như các ứng dụng hỗ trợ trong lĩnh vực này gây trở ngại cho các công trình khai quật. Bên cạnh sự ổn định của việc mở cửa, việc kiểm soát giải quyết bề mặt là điều cần thiết trong đường hầm đô thị (Hình. 1c).
Sự ổn định và biến dạng của đường hầm trong watebearing mặt đất phụ thuộc rất lớn vào khả năng perme- mặt đất. Đường hầm khai quật ở một đất thấm thấp không làm thay đổi hàm lượng nước xung quanh việc mở về ngắn hạn. Thay vào đó, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư phát triển. Những tiêu tan trong quá trình của thời gian dẫn như vậy, để củng cố và biến dạng thêm mặt đất. Từ góc độ của sự ổn định hai giai đoạn có thể được phân biệt: giai đoạn dưỡng ngắn hạn, tương ứng với cắt không thoát nước, và giai đoạn lâu dài, tương ứng để ráo nước cắt. Trong một tính thấm cao mặt đất, lượng nước điều chỉnh bản thân ngay lập tức trước những căng thẳng hiện hành sau khi khai quật. 2.2 Tính ổn định các vấn đề ổn định thường được điều tra bởi cân bằng giới hạn phân tích. Khi biến dạng không được đưa vào tài khoản trong phân tích như vậy, mặt đất có thể được lý tưởng hóa như một vật liệu nhựa tuân theo các điều kiện suy Mohr-Coulomb, hoặc với các thông số cách hiệu trị hiệu cắt mạnh (c ', ') hoặc với sức kháng cắt không thoát nước Cu . Như trong mắc các khác liên quan đến việc dỡ mặt đất (tức là, việc giảm bất biến đầu tiên của tổng stress), điều kiện không thoát nước thuận lợi hơn cho sự ổn định của khe hở dưới lòng đất. Đối với giá trước thông thường (lên đến 20 m / d), để ráo nước điều kiện đang được mong đợi khi tính thấm cao hơn 10-7-10-6 m / s (Anagnostou 1995b). Khi phân tích sự ổn định của mặt đường hầm, một cơ chế sụp đổ đơn giản có thể được xem xét (Hình. 2a) bao gồm một nêm và một lăng kính trải dài từ vương miện đường hầm lên mặt đất (Davis et al. 1980, Anagnostou & Kovári 1996). Ngoại trừ kín lá chắn đường hầm, các đầu đo áp vào khuôn mặt hầm là thấp hơn so với hiện hành trong đất bị xáo trộn. Do vậy, nước thấm đối mặt, do đó tạo ra lực lượng thấm mà có tác dụng gây mất ổn định và phải được đưa vào tài khoản trong một phân tích để ráo nước. Các lực lượng thấm bằng với ent gradi- của lĩnh vực đầu thủy lực. Các tính toán của các lực lượng nước rò rỉ do đó kêu gọi một chiều ổn định phân tích thấm chảy ba (2b hình.). Do đó, một ráo nước ổn định mặt tiền phân tích trong ba bước sau: (i) xác định thủy lực đầu trường ba chiều bằng phương tiện của một tính toán phần tử hữu hạn; (ii) tích hợp của các lực lượng nước rò rỉ hành động dựa trên các thành phần của cơ chế cụ thể sụp đổ (S, Hình 2c.); (iii) sự solu- của các phương trình cân bằng giới hạn. Hình. 2d cho thấy áp lực hỗ trợ cần thiết để ổn định khuôn mặt như một chức năng của các hệ số an toàn (quy định tại các điều khoản của các hằng số sức kháng cắt). Các dòng trên áp dụng đối với các điều kiện dài hạn hiện hành khi đường hầm dưới một con- bảng nước STANT (lĩnh vực đầu đo áp trạng thái ổn định như trong hình. 2c). Yêu cầu hỗ trợ mặt giảm đáng kể nếu thoát nước ngầm được thực-hiện trước khi đường hầm (dòng thấp hơn). Trong mặt đất thấm thấp, khuôn mặt sẽ ổn định ngay cả khi không hỗ trợ (dòng thấp nhất). Biểu đồ cho thấy sự ảnh hưởng của điều kiện nước ngầm và thời gian về sự ổn định mặt. Một ví dụ khác, hãy xem xét một sự excava- một phần với một đóng nghịch trong một khoảng cách L từ mặt (Hình. 3a). Sự ổn định tổng thể của tiêu đề đầu phụ thuộc vào tải trọng tác dụng trên vỏ hỗ trợ porary tem- và khả năng chịu lực của nó, như