Banner OpenAccess

The response of framed structures to tunnelling: experimental results, numerical assessment, and monitoring evidence

Boldini Daniela
Articolo Immagine
ISSN:
0557-1405
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2024
Numero:
2
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 2/2024
DOI:
10.19199/2024.2.0557-1405.003

La risposta delle strutture a telaio allo scavo di gallerie: risultati sperimentali, modellazione numerica ed evidenze del monitoraggio

L’articolo riassume una serie di ricerche mirate a indagare la risposta delle strutture intelaiate allo scavo di gallerie in terreni a grana grossa. Le attività sono state sviluppate con un duplice obiettivo: da un lato, è stata progettata e condotta una vasta campagna sperimentale di prove in centrifuga al fine di ottenere un insieme coerente di dati, sebbene per configurazioni geometriche semplici della struttura e della sua posizione relativa rispetto alla galleria; dall’altro, è stata prestata attenzione agli elementi essenziali da includere nelle simulazioni numeriche, principalmente in termini di procedure di simulazione dello scavo della galleria, di dettagli adottati nella schematizzazione dei componenti strutturali e di leggi costitutive per descrivere la risposta non lineare del terreno e della struttura. La validazione dei modelli numerici, basata sui risultati sperimentali, ha consentito di utilizzare gli stessi per estendere l’analisi a ulteriori configurazioni e per definire i fattori di modifica della massima distorsione angolare della campata in funzione della rigidezza al taglio relativa terreno-struttura. Oltre al confronto diretto con i dati della centrifuga, la strategia numerica è stata validata anche rispetto alle osservazioni in situ effettuate lungo un tratto della linea 5 della metropolitana di Milano. Questo caso di studio è stato anche utilizzato per svolgere un esercizio numerico, mediante analisi inversa e procedure di meta-modellazione, per ottimizzare la posizione dei sensori di monitoraggio per una possibile calibrazione in tempo reale dei parametri costitutivi del terreno e della macchina TBM-EPB utilizzati nella modellazione numerica.

The paper summarises a series of research studies aimed at investigating the response of framed structures to tunnelling in coarse-grained soils. The activities were developed with a twofold objective: on the one hand, an extensive experimental campaign of centrifuge tests was designed and carried out in order to obtain a consistent set of data, although for simple geometric configurations of the structure and of the tunnel-to-structure relative position; on the other, attention was paid to the essential elements to be included in the numerical simulations, essentially in terms of tunnel excavation simulation procedures, adopted detail in the schematisation of the structural components and constitutive laws to describe the non-linear soil and structural response. Validation of numerical models, based on experimental results, allowed them to be used to extend the analysis to further configurations and to fully define the modification factors of the maximum angular distortion of the span as a function of the relative soil-structure shear stiffness. In addition to the direct comparison with the centrifuge data, the numerical strategy was also validated against in situ observations carried out over a stretch of the Milan metro line 5. This case study was also used to perform a numerical exercise, through inverse analysis and meta-modelling procedures, to optimize the position of the monitoring sensors for a possible real-time calibration of the soil constitutive and TBM-EPB machine parameters used in the numerical modelling.

Keywords: Tunnelling, Soil-structure interaction, Framed structures, coarse-grained soils, centrifuge data, numerical modelling, monitoring data.