Tunelación con Máquinas Escudo de Cara Completa: Un Análisis Numérico 3D de una Secuencia de Excavación de Balance de Presión de Tierra (EPB) Usando el Método de Elementos Finitos (FEM)
Autores: Tyrer, Jonathan; Paraskevopoulou, Chrysothemis; Shah, Ravi; Miller, Richard; Kavvadas, Michael
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Tunelación con Máquinas Escudo de Cara Completa: Un Análisis Numérico 3D de una Secuencia de Excavación de Balance de Presión de Tierra (EPB) Usando el Método de Elementos Finitos (FEM)
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Ciencias de la Tierra y Geología
Palabras clave
Túneles urbanos
Túneles mecanizados
EPBM
Propiedades del suelo
Comportamiento del túnel
Diseño
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 24
Citaciones: Sin citaciones
La excavación urbana puede ser muy desafiante, especialmente en áreas donde se requiere un asentamiento del terreno limitado y una perturbación ambiental mínima. La excavación mecanizada suele ser preferida en tales entornos, específicamente el método de lodo o EPBM (Máquina de Equilibrio de Presión de Tierra), dependiendo de las propiedades del terreno. Poder predecir el comportamiento anticipado del túnel en las etapas preliminares del proyecto puede ser muy beneficioso para optimizar no solo el diseño, sino también controlar las actividades de construcción y los tiempos de finalización. En la práctica, la respuesta de excavación a corto plazo y el rendimiento del soporte se centran principalmente en el diseño, ya que la mayoría de los insumos de caracterización del sitio se enfocan en las propiedades del material obtenidas de pruebas a corto plazo. Aunque el análisis de la excavación es un problema tridimensional (3D), los enfoques convencionales y los métodos de diseño empleados durante el diseño y la construcción de aberturas subterráneas a menudo se basan en la respuesta estática del terreno en dos dimensiones (2D). En este documento, se genera un modelo inicial 2D en PLAXIS2D y RS2 (Rocscience) para probar modelos constitutivos avanzados y comparar perfiles de asentamiento transversal; posteriormente, se utilizó un modelo numérico FEM 3D completo en RS3 (Rocscience) para simular una secuencia de excavación de Equilibrio de Presión de Tierra (EPB). El modelo numérico 3D simula los componentes relevantes del EPB, como la presión en la cara, el escudo de la TBM, el relleno del vacío de la cola (endurecimiento dependiente del tiempo del lechada) y la erección gradual de revestimientos segmentales en la dirección longitudinal. El enfoque numérico presentado puede ser utilizado por diseñadores de túneles e ingenieros para predecir la respuesta del suelo en la excavación EPBM.
Descripción
La excavación urbana puede ser muy desafiante, especialmente en áreas donde se requiere un asentamiento del terreno limitado y una perturbación ambiental mínima. La excavación mecanizada suele ser preferida en tales entornos, específicamente el método de lodo o EPBM (Máquina de Equilibrio de Presión de Tierra), dependiendo de las propiedades del terreno. Poder predecir el comportamiento anticipado del túnel en las etapas preliminares del proyecto puede ser muy beneficioso para optimizar no solo el diseño, sino también controlar las actividades de construcción y los tiempos de finalización. En la práctica, la respuesta de excavación a corto plazo y el rendimiento del soporte se centran principalmente en el diseño, ya que la mayoría de los insumos de caracterización del sitio se enfocan en las propiedades del material obtenidas de pruebas a corto plazo. Aunque el análisis de la excavación es un problema tridimensional (3D), los enfoques convencionales y los métodos de diseño empleados durante el diseño y la construcción de aberturas subterráneas a menudo se basan en la respuesta estática del terreno en dos dimensiones (2D). En este documento, se genera un modelo inicial 2D en PLAXIS2D y RS2 (Rocscience) para probar modelos constitutivos avanzados y comparar perfiles de asentamiento transversal; posteriormente, se utilizó un modelo numérico FEM 3D completo en RS3 (Rocscience) para simular una secuencia de excavación de Equilibrio de Presión de Tierra (EPB). El modelo numérico 3D simula los componentes relevantes del EPB, como la presión en la cara, el escudo de la TBM, el relleno del vacío de la cola (endurecimiento dependiente del tiempo del lechada) y la erección gradual de revestimientos segmentales en la dirección longitudinal. El enfoque numérico presentado puede ser utilizado por diseñadores de túneles e ingenieros para predecir la respuesta del suelo en la excavación EPBM.