The stability of a tunnel face with a free span and a non‐uniform support

Abstract

Abstract We investigate the effects of the support pressure distribution and of the free unsupported span on the stability of the tunnel face by means of limit equilibrium computations, which are based upon the so‐called method of slices. Design equations and diagrams are introduced for the estimation of the necessary support pressure taking into account these effects assuming a linear pressure distribution. Furthermore, the errors introduced by the common assumption of support pressure uniformity are discussed for the typical distributions of face support pressure in tunnelling by slurry shields, EPB shields and compressed air shields. The error is less than 10% in the case of closed‐shield tunnelling but may be significant in the case of face reinforcement. Der Einfluss der Stützdruckverteilung und der freien Spannweite auf die Stabilität der Tunnelortsbrust. Im vorliegenden Beitrag wird untersucht, in welchem Maß sich der erforderliche Stützdruck im Vorhandensein einer freien Spannweite zwischen Ausbruchsicherung und Ortsbrust erhöht. Ferner wird der Effekt der Verteilung des Stützdrucks unter der Annahme eines linearen Verlaufs quantifiziert. Das zugrunde liegende Berechnungsmodell untersucht das Grenzgleichgewicht eines Bruchmechanismus nach der sogenannten Lamellenmethode. Die Berechnungsergebnisse werden in Form von Bemessungsformeln und Diagrammen dargestellt. Ferner wird der Fehler der gängigen vereinfachenden Annahme eines gleichmäßig verteilten Stützdrucks für typische Problemstellungen diskutiert. Der Fehler beträgt weniger als 10% im Fall von geschlossenen Schildvortrieben (Erddruck‐, Flüssigkeits‐ oder Druckluftstützung), kann aber im Fall einer Ortsbrustbewehrung sehr groß und auf der unsicheren Seite sein.