Model testing of closely spaced tunnels in clay

Abstract

This paper describes the use of reduced-scale model testing to study the effect of shield tunnel construction on the structural liners of existing nearby tunnels. The research considered the influence of tunnel proximity and alignment, liner stiffness and soil overconsolidation ratio on the nature of short-term interactions between closely spaced tunnels in clay. Seven sets of carefully controlled tests were performed in two main series: (a) parallel tunnels; and (b) perpendicular tunnels. Two different test tanks were developed and used to produce clay samples of Speswhite kaolin: a plane strain tank for the parallel tunnels; and a cylindrical tank for the perpendicular tunnels. Three model tunnels were installed in each clay sample in order to conduct two separate interaction experiments. The tunnel liners were installed using a model tunnelling machine that was designed to simulate the construction of a full scale shield tunnel. The first tunnel liner to be installed in any test was instrumented. Measurements of interaction effects were then made during and after the installation of new adjacent tunnels. The interaction mechanisms observed in the physical model tests are discussed and interpreted. Cet article décrit l’utilisation d’essais de maquette à déchelle rdéduite pour détudier l’effet de la construction d’un tunnel de protection sur les doublures structurales des tunnels avoisinants. Cette recherche a pris en compte l’influence de la proximitdé et de l’alignement des tunnels, de la rigiditdé' de la doublure et du taux de surconsolidation du sol sur la nature des interactions à court terme entre les tunnels rapprochdés dans l’argile. Sept lots d’essais soigneusement controldés ont détdé re'alisdés sur deux groupes principaux: (a) tunnels paralldéles; (b)tunnels perpendiculaires. Deux bassins d’essai diffdérents one détdé développdés et utilisdés pour produire des déchantillons d’argile de kaolin Speswhite; un bassin d’efforts plan pour les tunnels parallèles et un bassin cylindrique pour les tunnels perpendiculaires. Trois maquettes de tunnels ont détdé installdées dans chaque déchantillon d’argile afin de permettre deux expdériences d’interaction sdépardées. Les doublures ont détdé installdées en utilisant une maquette de tunnelier concue pour simuler la construction d’un tunnel de protection grandeur nature. La premidére doublure installdée dans chaque essai a détdé munie d’instruments. Des mesures des effets d’interaction ont alors détdé prises pendant et aprdés l’installation de nouveaux tunnels adjacents. Nous ddécrivons et interprdétons ici les mdécanismes d’interaction observdés dans les essais de maquette physique.