Analysis of the Settlement Trend based on ground conditions for the Line 3 Lima metro Shield TBM tunnel

Abstract

La Línea 3 tiene características que no se enfrentaban antes en túneles subterráneos en Lima ni en el país. Algunas de estas características son que es un túnel urbano poco profundo que atraviesa un terreno blando, excavación en suelo mixto compuesto de suelos granulares cohesivos y no cohesivos bajo el nivel freático, además debajo de edificios históricos, densas áreas comerciales y de negocios. Existen numerosos casos históricos de accidentes durante la construcción de túneles en suelo blando en todo el mundo. Estos accidentes amenazan la seguridad de las personas, ponen en peligro la propiedad pública y privada, además, provocan retrasos y sobrecostes en la construcción. Muchos autores coinciden en que el principal factor que se debe evaluar para evitar estos accidentes durante la construcción de túneles, es el comportamiento del terreno existente. Por lo tanto, en esta tesis se abordan cuestiones geotécnicas relacionadas con la construcción de túneles mecánicamente excavados mediante tuneladoras, centrándose en el asentamiento del terreno y su tendencia, ya que es el mayor riesgo en la construcción de túneles en terrenos blandos en entornos urbanos a poca profundidad.

The development of the Lima’s Metro network system will need the use of tunneling methods such as Conventional and Mechanized excavation using TBM. There are new challenges to face as the network grows, for instance in the line 3 the shallow tunnel will cross soft ground, mixed heading on cohesive and cohesionless soils under groundwater table. This thesis addresses the main challenges the Lima line 3 tunnel construction will face by reviewing practical experience in tunneling in several countries with similar ground conditions and academic validated research that allows to forecast the tunnel induced settlements and its range of influence, enabling to provide adequate measures that guarantees a successful tunnel excavation. The focus is on the use of numerical methods to forecast the trend of ground settlement according to the existing ground conditions induced by tunneling excavation and to recommend the construction methods and related measures that should be performed to avoid damage to people, overlying buildings, and services due to the tunnel construction.