Análisis de la influencia de distintos diseños de paraguas de micropilotes, pantalla de micropilotes, paraguas de jet grouting y pantallas de jet grouting en los asientos en superficie durante la ejecución de túneles perforados superficialmente

摘要

Ya en el informe acerca del estado de la tecnología en la excavación profunda y en laudconstrucción de túneles en terreno duro presentado en la 7ª Conferencia en Mecánica deudSuelos e Ingeniería de la Cimentación, Peck (1969) introdujo los tres temas a ser tenidos enudcuenta para el diseño de túneles en terrenos blandos:udo Estabilidad de la cavidad durante la construcción, con particular atención a laudestabilidad del frente del túnel;udo Evaluación de los movimientos del terreno inducidos por la construcción deludtúnel y de la incidencia de los trabajos subterráneos a poca profundidad sobreudlos asentamientos en superficie;udo Diseño del sistema de sostenimiento del túnel a instalar para asegurar laudestabilidad de la estructura a corto y largo plazo.udEsta Tesis se centra en los problemas señalados en el segundo de los puntos,udanalizando distintas soluciones habitualmente proyectadas para reducir los movimientosudinducidos por la excavación de los túneles.udEl objeto de la Tesis es el análisis de la influencia de distintos diseños de paraguas deudmicropilotes, pantalla de micropilotes, paraguas de jet grouting y pantallas de jet grouting enudlos asientos en superficie durante la ejecución de túneles ejecutados a poca profundidad, conudobjeto de buscar el diseño que optimice los medios empleados para una determinadaudreducción de asientos.udPara ello se establecen unas premisas para los proyectistas con objeto de conocer audpriori cuales son los tratamientos más eficientes (de los propuestos en la Tesis) para laudreducción de asientos en superficie cuando se ha de proyectar un túnel, de tal manera queudpueda tener datos cualitativos y algunos cuantitativos sobre los diseños más óptimos,udutilizando para ello un programa de elementos finitos de última generación que permiteudrealizara la simulación tensodeformación del terreno mediante el modelo de suelo conudendurecimiento (Hardening Soil Small model), que es una variante elastoplástica del modeloudhiperbólico, similar al Hardening Soil Model. Además, este modelo incorpora una relaciónudentre deformación y el modulo de rigidez, simulando el diferente comportamiento del sueloudpara pequeñas deformaciones (por ejemplo vibraciones con deformaciones por debajo de 10-5udy grandes deformaciones (deformaciones > 10-3). Para la realización de la Tesis se han elegido cinco secciones de túnel, dosudcorrespondiente a secciones tipo de túnel ejecutado con tuneladora y tres secciones ejecutadosudmediante convencionales (dos correspondientes a secciones que han utilizado el método Belgaudy una que ha utilizado el NATM).udPara conseguir los objetivos marcados, primeramente se ha analizado mediante unaudcorrelación entre modelos tridimensionales y bidimensionales el valor de relajación usado enudestos últimos, y ver su variación al cambio de parámetros como la sección del túnel, laudcobertera, el procedimiento constructivo, longitud de pase (métodos convencionales) oudpresión del frente (tuneladora) y las características geotécnicas de los materiales donde seudejecuta el túnel.udPosteriormente se ha analizado que diseño de pantalla de protección tiene mejorudeficacia respecto a la reducción de asientos, variando distintos parámetros de lasudcaracterísticas de la misma, como son el empotramiento, el tipo de micropilotes o pilote, laudinfluencia del arriostramiento de las pantallas de protección en cabeza, la inclinación de laudpantalla, la separación de la pantalla al eje del túnel y la disposición en doble fila de laudpantalla de pantalla proyectada.udPara finalizar el estudio de la efectividad de pantalla de protección para la reducciónudde asiento, se estudiará la influencia de la sobrecarga cercanas (simulación de edificios) tieneuden la efectividad de la pantalla proyectada (desde el punto de vista de reducción deudmovimientos en superficie).udCon objeto de poder comparar la efectividad de la pantalla de micropilotes respecto audla ejecución de un paraguas de micropilotes se ha analizado distintos diseños de paraguas,udcomparando el movimiento obtenido con el obtenido para el caso de pantalla de micropilotes,udcomparando ambos resultados con los medidos en obras ya ejecutadas.udEn otro apartado se ha realizado una comparación entre tratamientos similar,udcomparándolos en este caso con un paraguas de jet grouting y pantallas de jet grouting.udLos resultados obtenidos se han con valores de asientos medidos en distintas obras yaudejecutadas y cuyas secciones se corresponden a los empleados en los modelos numéricos. Since the report on the state of technology in deep excavation and tunnelling in hardudground presented at the 7th Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Peckud(1969) introduced the three issues to be taken into account for the design of tunnels in softudground:udo Cavity Stability during construction, with particular attention to the stability ofudthe tunnel face;udo Evaluation of ground movements induced by tunnelling and the effect ofudshallow underground workings on surface settlement;udo Design of the tunnel support system to be installed to ensure short and longudterm stability of the structure.udThis thesis focuses on the issues identified in the second point, usually analysinguddifferent solutions designed to reduce the movements induced by tunnelling.udThe aim of the thesis is to analyse the influence of different micropile forepoleudumbrellas, micropile walls, jet grouting umbrellas and jet grouting wall designs on surfaceudsettlements during near surface tunnelling in order to use the most optimal technique toudachieve a determined reduction in settlement.udThis will establish some criteria for designers to know a priori which methods areudmost effective (of those proposed in the thesis) to reduce surface settlements in tunnel design,udso that it is possible to have qualitative and some quantitative data on the optimal designs,udusing the latest finite element modelling software that allows simulation of the ground’sudinfinitesimal strain behaviour using the Hardening Soil Small Model, which is a variation onudthe elasto-plastic hyperbolic model, similar to Hardening Soil model. In addition, this modeludincorporates a relationship between strain and the rigidity modulus, simulating different soiludbehaviour for small deformations (eg deformation vibrations below 10-5 and largeuddeformations (deformations > 10-3).udFor the purpose of this thesis five tunnel sections have been chosen, two sectionsudcorresponding to TBM tunnels and three sections undertaken by conventional means (twoudsections corresponding to the Belgian method and one corresponding to the NATM).udTo achieve the objectives outlined, a correlation analysis of the relaxation values usedudin the 2D and 3D models was undertaken to verify them against parameters such as the tunneludcross-section, the depth of the tunnel, the construction method, the length of step (conventional method) or face pressure (TBM) and the geotechnical characteristics of theudground where the tunnel is constructed.udFollowing this, the diaphragm wall design with the greatest efficiency regardingudsettlement reduction was analysed, varying parameters such as the toe depth, type ofudmicropiles or piles, the influence of bracing of the head protection diaphragm walls, theudinclination of the diaphragm wall, the separation between the diaphragm wall and the tunneludaxis and the double diaphragm wall design arrangement.udIn order to complete the study into the effectiveness of protective diaphragm walls ofnudthe reduction of settlements, the influence of nearby imposed loads (simulating buildings) onudthe effectiveness of the designed diaphragm walls (from the point of view of reducing surfaceudmovements) will be studied.udIn order to compare the effectiveness of micropile diaphragm walls regarding theudinstallation of micropile forepole umbrellas, different designs of these forepole umbrellasudhave been analysed comparing the movement obtained with that obtained for micropileduddiaphragm walls, comparing both results with those measured from similar completedudprojects.udIn another section, a comparison between similar treatments has been completed,udcomparing the treatments with a forepole umbrella by jet grouting and jet grouting walls.udThe results obtained compared with settlement values measured in various projectsudalready completed and whose sections correspond to those used in the numerical models.