18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical
Engineering, Paris, 2013.
NAME OF ARTICLE:
DIAMETRIC DEFORMATIONS IN THE CONCRETE SEGMENT LINING OF A TUNNEL EXCAVATED IN
SOFT SOILS. CRITERIA FOR EVALUATION AND MITIGATION ACTIONS FOR THEIR CONTROL
AUTHORS:
Aguilar T. Mario A.
Valencia G. Juan D.
Schmitter M. Juan J.
Auvinet G. Gabriel I.
Manager of Engineering, at ICA CE
Geotechnical Engineer, at ICA CE
Technical Adviser, at ICA Ingeniería
Senior Researcher, at Institute of Engineering, UNAM
ABSTRACT:
There it is presented a criteria for the evaluation of the diametric deformation occurred on the
initial support of a tunnel, formed by precast concrete segment rings, placed in a very soft and
high compressibility clay, media. This criteria is presented over a working graph, where there is
involved the time factor with respect to the deformation rate, for several percentages of the
diametric deformation, with respect to the initial diameter of the concrete segment lining. With
the available information it is possible to draw a line in the working graph and depending on its
particular location it is possible to define the recommended mitigation action, to be followed: just
continuous topographic monitoring if the diametric deformations are minimum, additional
grouting stages around the concrete segment rings if those are more important, or additional
internal reinforcement structural systems, if the deformations seems to be dangerous for the
stability of the lining.
The already mentioned mitigation actions are supported by the monitoring, study and analysis of
the behavior of two tunnel projects, excavated with EPB shields, in the Valley of Mexico, under
difficult geotechnical conditions of the subsoil that induced a very complicated excavation process.
It is considered that the stability of the concrete segment rings that form the initial support of a
tunnel depends basically on the received confinement from the nearby soil, where those are
installed and especially from the difference between the values of the horizontal and the vertical
confinement pressures.
If the difference between the horizontal and vertical pressures, reaches extremes values, when for
causes inherent to the subsoil itself, the horizontal confinement component tends to zero, then it
may be induced an important increment in the divergence value and in its deformation rate.
When there are present sudden increments on the diametric deformations, with an exponential
tendency in the registered deformation rate, it is necessary to adopt controlled mitigation actions,
to avoid instability structural problems, on the initial support of the tunnel.
Se presenta un criterio para la evaluación de las deformaciones diametrales ocurridas en el
soporte inicial de un túnel, resuelto mediante anillos de dovelas prefabricadas alojadas en
arcillas de consistencia muy blanda y alta compresibilidad. Este criterio se presenta de manera
gráfica en un nomograma de trabajo donde se involucra el factor tiempo vs velocidad de
deformación, para diferentes porcentajes de la deformación. De acuerdo a la información
disponible, ésta se puede graficar en el nomograma de trabajo y de acuerdo a la zona donde se
encuentre el punto de control, es posible definir la acción de mitigación correspondiente a
adoptar: según sea seguimiento topográfico continuo, etapas de reinyección de dovela o bien
colocación de un sistema adicional de apuntalamiento.
Las acciones de mitigación mencionadas se fundamentan en el seguimiento, estudio y análisis
del comportamiento observado en dos túneles construidos con Escudos EPB en el Valle de
México, bajo difíciles condiciones geotécnicas del subsuelo que hicieron muy complejo su
proceso de excavación.
Se considera que la estabilidad de los anillos de dovelas que forman el soporte inicial de un
túnel, depende fundamentalmente del confinamiento que recibe del suelo vecino donde se
instala y en especial de las diferencias en el valor de las componentes de confinamiento,
horizontal y vertical.
Si la diferencia entre las presiones, horizontal y vertical, llega a casos extremos cuando por
causas inherentes al propio subsuelo, la componente horizontal tiende a cero, se puede inducir
un incremento notable en el valor de las convergencias y en su velocidad de deformación.
Cuando se presentan incrementos súbitos en las deformaciones diametrales, con un incremento
exponencial en los registros de la velocidad de deformación, es necesario adoptar medidas de
control y mitigación, para así evitar problemas en la estabilidad estructural del túnel.