Eficiência a longo prazo da colocação de cortinas para mitigar as deformações induzidas por túneis

Abstract

A maior demanda dos sistemas de trânsito devido ao crescimento populacional nas grandes cidades levou à busca por soluções de transporte em massa. O uso de túneis provou ser uma solução ideal para este problema, porém a sua construção pode induzir movimentos consideráveis à superfície podendo estes provocar danos nas estruturas localizadas na proximidade. Em virtude deste problema, este estudo tem como objetivo analisar o potencial da utilização de cortinas como medida mitigadora dos deslocamentos induzidos pela construção de um túnel superficial num maciço argiloso sujeito a consolidação. Para tal, realizaram-se análises numéricas 2D, utilizando o software RS2 v2021 e considerando um cálculo acoplado em condições de deformação plana, tendo como base a geometria do caso da Secção 63 da Linha Verde do Metro de Lisboa. Foi realizado um estudo para avaliar a evolução da eficiência de uma cortina impermeável ao longo de todo o processo de consolidação de um maciço argiloso, admitindo-se que o túnel tinha um suporte permeável. Foi igualmente efetuada uma análise paramétrica, na qual se variou a altura e o afastamento da cortina, procurando avaliar como estes parâmetros afetavam a eficiência local e global. Além disso analisou-se o impacto da cortina nos esforços na cortina e no suporte do túnel. O estudo efetuado permitiu avaliar a eficiência da cortina ao longo do processo de consolidação, bem como a influência da sua posição em relação ao túnel na geração e posterior dissipação das pressões intersticiais e também na posição do nível freático atrás e à frente da cortina. Neste estudo, para além de se confirmar a capacidade da cortina em mitigar as deformações do solo, foi observado que a sua eficiência era variável ao longo do tempo, atingindo o pico aproximadamente aos 25 anos após o final da construção do túnel. Também se verificou que a cortina não tem grande impacto na evolução dos esforços no suporte ao longo do processo de consolidação, independente da sua posição.

The increased demand on transit systems due to population growth in large cities has led to the search for mass transportation solutions. The use of tunnels has proven to be an ideal solution to this problem, but their construction can induce considerable movements at the surface, which can cause damage in the structures located in the vicinity. Based on this problem, this study aims to analyse the potential of using embedded walls as a measure to mitigate the displacements induced by the construction of a shallow tunnel in a clayey layer subject to consolidation. To this end, 2D coupled-consolidation numerical analyses using RS2 v2021, under plane strain conditions, and based on the geometry of Section 63 of the Lisbon Metro’s Green Line were performed. A study was carried out to evaluate the performance of an impermeable embedded wall throughout the consolidation process caused by the excavation of a permeable tunnel on a clayey layer. A parametric analysis was also performed, in which the depth and offset of the embedded wall was varied, in an attempt to investigate how these parameters affected the local and global efficiency. In addition, the impact of the embedded wall on the forces mobilized in the tunnel lining was analysed. The study allowed the evaluation of the efficiency of the embedded wall throughout the entire consolidation process, as well as the influence of its position in relation to the tunnel on the generation and subsequent dissipation of the excess pore water pressures and also on the position of the water table behind and in front of the embedded wall. In this study, in addition to confirming the embedded wall's merit to mitigate the soil deformations, it was observed that its efficiency was variable with the consolidation time, with a peak being reached approximately 25 years after the end of the tunnel construction. Furthermore, it was also observed that the presence of the embedded wall, regardless of its position, has a minor impact on the tunnel forces during the entire consolidation process.