The effect of pore-water pressure on NATM tunnel linings in decomposed granite soil

ISSN： 1208-6010

Source： Canadian Geotechnical Journal, Vol.42, Iss.6, 2005-12, pp. : 1585-1599

Disclaimer: Any content in publications that violate the sovereignty, the constitution or regulations of the PRC is not accepted or approved by CNPIEC.

Previous Menu Next

Abstract

Tunnelling in a water bearing soil often produces a long-term interaction between the tunnel lining and the surrounding soil. With respect to lining design, infiltration and external pore-water pressures are often one of the most important factors to be considered. Development of pore-water pressure may accelerate leakage and cause deterioration of the lining. This can be particularly troublesome to structural and functional components of the tunnel and can often lead to structural failure. However, as a result of the complicated hydraulic boundary conditions and the long times often required for pore pressure equilibration, research on this subject is scarce. Consequently, most design approaches deal with the effects of pore-water pressure on the tunnel lining in a qualitative manner. In this paper, the development of pore-water pressure and its potential effects on the tunnel lining are investigated using the finite element method. In particular, the deterioration of a drainage system caused by clogging is considered. It is shown that the development of pore-water pressure on the lining is dependent on the lining permeability and the deterioration of the drainage system, particularly for a tunnel with both a primary and a secondary lining. The magnitude of pore-water pressure on a new Austrian tunnelling method (NATM) tunnel constructed in decomposed granite soil and the effect of tunnel shape are investigated. Design curves for estimating pore-water pressure loads on a secondary lining are proposed.Key words: numerical analysis, tunnel lining, decomposed granite.Le creusage de tunnel dans un aquifère produit souvent une interaction à long terme entre le revêtement du tunnel et le sol environnant. En ce qui concerne la conception du revêtement, l'infiltration et les pressions interstitielles externes sont souvent un des facteurs les plus importants à considérer. Le développement de la pression interstitielle peut accélérer les fuites et causer la détérioration du revêtement. Ceci peut être particulièrement une source de problèmes pour les composantes structuralles et fonctionnelles du tunnel, et conduit souvent à une rupture structurale. Cependant, à cause des conditions hydrauliques compliquées à la frontière et des longues périodes de temps souvent requises pour l'équilibrage de la pression interstitielle, la recherche sur ce sujet est peu abondante. En conséquence, la plupart des approches de conceptions traitent des effets de pression interstitielle sur le revêtement du tunnel de façon qualitative. Dans cet article, on étudie le développement de la pression interstitielle et ses effets potentiels sur le revêtement du tunnel au moyen de la méthode des éléments finis. On considère en particulier la détérioration du système de drainage causée par le colmatage. On démontre que le développement de la pression interstitielle sur le revêtement dépend de la perméabilité du revêtement et de la détérioration du système de drainage, particulièrement pour un tunnel avec un revêtement primaire et secondaire. On étudie l'amplitude de la pression interstitielle sur un tunnel « new Austrian tunnelling method » (NATM) construit dans un sol granitique décomposé, et l'effet de la forme du tunnel. On propose des courbes de calcul pour estimer les charges de pression interstitielle sur un revêtement secondaire.Mots clés : analyse numérique, revêtement de tunnel, granite décomposé.[Traduit par la Rédaction]