Movimentos associados à construção de dois túneis gémeos

Abstract

Por razões várias, nas últimas décadas o subsolo tem sido cada vez mais a solução encontrada para a instalação de redes de infraestruturas e (ou) de sistemas de transportes. Nestes sistemas é frequente a necessidade de construir dois túneis ao lado um do outro. Prevendo-se que a tendência para a instalação de sistemas de transportes em subterrâneo se mantenha no futuro e sendo ainda relativamente poucos os estudos realizados e publicados na bibliografia da especialidade sobre a resposta do maciço face à escavação de dois túneis próximos, parece importante que esta questão seja analisada e devidamente discutida. É no contexto acima esboçado que se insere o trabalho desenvolvido nesta tese. Ela dedica-se à análise do comportamento de dois túneis gémeos superficiais escavados em maciços terrosos, recorrendo à aplicação de modelos de cálculo numéricos baseados no método dos elementos finitos, modelos estes que permitem aprofundar a compreensão dos mecanismos de funcionamento das obras em apreço e efetuar previsões do seu comportamento. Depois de um capítulo introdutório, recorrendo à bibliografia da especialidade aborda-se no Capítulo 2 os mais relevantes aspetos relacionados com a análise numérica destas estruturas geotécnicas e com o seu comportamento, dando particular relevo aos movimentos induzidos no maciço circundante. O Capítulo 3 é dedicado à apresentação de um caso de estudo, propositadamente simples. Recorrendo a modelos planos de deformação, capazes de levar em conta o carácter tridimensional do problema, o efeito da presença do primeiro túnel quando da abertura do segundo é analisado, comparando os movimentos induzidos à superfície e no interior do maciço e os esforços mobilizados no suporte obtidos no final com os que resultariam considerando negligenciável esse efeito. No quarto capítulo são apresentados e discutidos os resultados de estudo paramétrico, efetuado com o objetivo de precisar e quantificar a influência sobre o comportamento de túneis gémeos de diversos fatores que o condicionam e o determinam, nomeadamente os que definem a geometria do problema (distancia entre túneis e sua profundidade), os que caracterizam o estado de tensão inicial, a rigidez e a resistência do maciço e, ainda, os referentes ao método construtivo empregue. No último capítulo apresenta-se algumas das conclusões resultantes do trabalho efetuado e sugerem-se algumas vias para o desenvolvimento de trabalhos futuros na temática abordada

During the last decades, the underground space has been increasingly chosen as the solution for installing network infrastructures and (or) transportation systems. Their implementation often requires the construction of two twin tunnels. Predicting that the need to build underground transportation systems will be maintained, and as there are only a few available studies in the specific literature regarding the impact of digging twin tunnels on the soil stability, it seems important to deeply analyze and discuss this issue. The work presented hereby was created under this context. It concerns the analyses of the behavior of two superficial twin tunnels digged in the soil, using numerical models based on the Finite Element Method. These computational models allow a better understanding of the operating mechanisms during the works and the prediction of their behavior. After the introduction chapter and using the specific literature, the chapter 2 focuses on the main subjects concerning the numerical analysis and behavior of these geotechnical structures, giving special attention to the soil displacements. Chapter 3 presents a simple case study. Applying plane strain models, capable of taking into account the three dimensional characteristics of the problem, the influence of the presence of the first tunnel on the opening of the second tunnel is analyzed. This is done by comparing the soil internal and surface displacements and the loads over the support considering or neglecting that effect. Chapter 4 presents and discusses the parametric study results aiming to accurately quantify the influence of several factors over the behavior of twin tunnels, such as: geometry parameters (distance between tunnels and their depth); pre-tension stress, stiffness and soil strength; and those concerning the applied method. Finally, the last chapter presents the conclusions of this study and some suggestions regarding further developments on this subject.