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M CHANTIERS/WORKSITES 331 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°226 - Juillet/Août 2011 Le tracé, la géologie et- le tunnelier- Tracé En fonction des limitations imposées par les constructions existantes en sur- face, il a été prévu deux types d’ou- vrages : en souterrain (tunnels) et en aérien (viaducs). Concernant les ouvrages souterrains, il s’agit soit de véritables tunnels réalisés avec un tun- nelier à pression de terre (EPB-Shield) soit de « faux » tunnels exécutés en tranchée couverte à l’abri de parois moulées. La solution « à ciel ouvert » a été appli- quée aux zones de banlieue où l’urba- nisation plus légère et l’existence de grandes artères permettent de construire des viaducs. La méthode de construction en « tun- nel profond » correspond à la traversée du centre historique de Brescia et au passage sous certaines infrastructures existantes pour lesquelles toute autre solution était impossible. Au total il est prévu 18 stations dont certaines, situées dans le centre historique, très profondes. parts of the line underground in tun- nels and parts overhead on a viaduct, in consideration of the limitations imposed by the pre-existing surface elements. Le métro de Brescia (Italie) Etudes de projet et analyse rétroactive The Brescia underground (Italy) Project studies and back-analysis La future ligne de métro de Brescia s’étend sur environ 13 km et traverse toute la zone urbaine de l’agglomération, dans la direction Nord-Sud sur les 8 premiers kilomètres puis Est-Ouest sur la longueur restante. The future Brescia underground line extends along a route of about 13 km, crossing the metropolitan area of the city completely. It has a N-S direction for the first 8 km and then runs E-W for the remaining part. Paolo MERCANTI Stone Spa Andrea BELLOCHIO Stone Spa Rosanna SICILIA Stone Spa Route, geology and- the machine- Route Two types of work were planned - Figure 1 - Extrait de la carte montrant le tracé du métro de Brescia / Map extract of the route of the Brescia underground. © Astaldi S.p.A. N

Etude de métro

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Tracé, géologie, hydrologie , tunnelier, technique de protection des ouverages en surface

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  • MCHANTIERS/WORKSITES

    331

    M

    TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n226 - Juillet/Aot 2011

    Le trac, la gologie et-le tunnelier-

    Trac

    En fonction des limitations imposes

    par les constructions existantes en sur-

    face, il a t prvu deux types dou-

    vrages : en souterrain (tunnels) et en

    arien (viaducs). Concernant les

    ouvrages souterrains, il sagit soit de

    vritables tunnels raliss avec un tun-

    nelier pression de terre (EPB-Shield)

    soit de faux tunnels excuts en

    tranche couverte labri de parois

    moules.

    La solution ciel ouvert a t appli-

    que aux zones de banlieue o lurba-

    nisation plus lgre et lexistence de

    grandes artres permettent de

    construire des viaducs.

    La mthode de construction en tun-

    nel profond correspond la traverse

    du centre historique de Brescia et au

    passage sous certaines infrastructures

    existantes pour lesquelles toute autre

    solution tait impossible. Au total il est

    prvu 18 stations dont certaines,

    situes dans le centre historique, trs

    profondes.

    parts of the line underground in tun-

    nels and parts overhead on a viaduct,

    in consideration of the limitations

    imposed by the pre-existing surface

    elements.

    Le mtro de Brescia (Italie)Etudes de projet et analyse rtroactive

    The Brescia underground (Italy) Project studies and back-analysis

    La future ligne de mtro de Brescia stend sur environ 13 km et traverse toute la zone urbaine de lagglomration, dans la direction Nord-Sud sur les 8 premiers kilomtres puis Est-Ouestsur la longueur restante.

    The future Brescia underground line extends along a route of about 13 km, crossing the metropolitan area of the city completely. It has a N-S direction for the first 8 km and then runsE-W for the remaining part.

    Paolo MERCANTIStone Spa

    Andrea BELLOCHIOStone Spa

    Rosanna SICILIAStone Spa

    Route, geology and-the machine-

    Route

    Two types of work were planned -

    Figure 1 - Extrait de la carte montrant le trac du mtro de Brescia / Map extract of the route of the Brescia underground.

    A

    stald

    i S.p

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  • 332 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n226 - Juillet/Aot 2011

    Gologie

    La zone urbaine de Brescia se situe au

    pied de la partie terminale du Val

    Trompia et concide avec le cne allu-

    vial de la rivire Mella son dbouch

    sur la plaine de Lombardie ; morpho-

    logiquement, elle se prsente en gros

    comme une plaine. Les collines qui

    entourent la plaine de Brescia sont des

    formations sdimentaires du Mso-

    zoque, essentiellement de nature

    marno-calcaire. Ces formations rsul-

    tent de dplacements dus des che-

    vauchements caractre rgional et,

    localement, des failles transversales.

    La zone concerne correspond une

    formation msozoque fortement mar-

    que par un processus drosion du

    Cnozoque et remplie de dpts allu-

    vionnaires disposition variable de

    subhorizontale localement incline.

    Les processus morphogntiques qui

    ont profondment modifi cette zone

    peuvent dans lensemble tre schma-

    tiss comme une expansion de glaciers

    qui, dans les formations msozoques,

    provoque des phnomnes intenses

    et gigantesques de broyage et de

    transports solides ; le travail des cours

    deau, en contribuant la destruction

    des formations msozoques et

    miocniques, a remodel les dpts

    glaciaires, leur donnant ainsi des carac-

    tristiques granulomtriques complexes.

    Au plan lithologique, ces dpts sont

    composs de sables, graviers et galets

    dans une matrice argilo-limoneuse

    plus ou moins importante, parfois plus

    abondante. Cest sur ce type de terrain

    quest situ le cur de la ville de Brescia.

    Lanalyse dtaille des dpts situs

    au-dessus de la base carbonifre qui

    forment le cne alluvial de la Mella

    conduit distinguer trois horizons sdi-

    mentaires, avec des dpts subhorizon-

    taux et de frquentes htrognits

    parmi les lithotypes en prsence dues

    des variations lors des processus

    rosion-dpt. Ces trois horizons, du

    plus superficiel sur lequel reposent

    les structures urbaines au plus pro-

    fond, prsentent les caractristiques

    granulomtriques suivantes :

    sables et graviers (Groupe R Plis-

    tocne suprieur Olocne) ;

    conglomrats avec intercalations

    limono-argileuse (Groupe 1 Plis-

    tocne) ;

    zone argilo-limoneuse avec des len-

    tilles sablo-graveleuses (Groupe 2

    Villefranchien).

    En gnral, 85 % des sols se situent

    dans les classes G et S du Systme

    Unifi USCS ; suivant la classification

    AASHO M 145-49, les classes les plus

    reprsentes sont les classes A1 et

    A2-4, avec quelques zones spora-

    diques en A2-6 toutefois peu reprsen-

    tatives et localises.

    Le long du trac, il nexiste pas de

    variations granulomtriques significa-

    tives sauf du Nord au Sud o les sols

    sont de plus en plus grossiers jusqu

    la zone de dpt o la composante

    argile-silt est totalement absente et o

    les matriaux, bien rpartis sur le plan

    granulomtrique, prsentent une

    matrice compose de sable fin et dun

    squelette grossier trs rigide. La frac-

    tion limono-argileuse, quand elle existe

    (c'est--dire surtout dans les couches

    superficielles remanies successive-

    ment), varie de peu plastique pas du

    tout plastique.

    Les natures de terrain rencontres sur

    le trac sont rsumes ci-aprs :

    Groupe R : alluvions de nature erra-

    The first case includes the creation

    of natural tunnels produced by mecha-

    nical full section excavation with a TBM

    machine able to apply back pressure

    to the digging face, so an Earth Pres-

    sure Balance Shield (EPB-S).

    The second production type provides

    for artificial tunnels excavated bet-

    ween bulkhead apertures. An open

    solution was adopted for the part of

    the route outside the city centre, in

    areas of lesser impact, in which the

    lower degree of urbanisation and the

    existence of main roads allow the

    creation of viaducts.

    The deep tunnel solution is closely

    linked to crossing the historic centre

    of the city and the interference of

    some pre-existing infrastructures,

    which would be impossible to sur-

    pass otherwise. In total, 18 stations

    are planned with those in the city

    centre underground.

    Geology

    The urban area of Brescia is in the

    foothills at the end of Val Trompia

    coinciding with the alluvial fan of the

    River Mella, at its outlet onto the

    Lombard plain and, overall, has the

    morphology of a plain. The hills

    around the Brescia plain consist of

    Mesozoic sedimentary formations

    mainly of a limestone-marl nature.

    These formations are distributed with

    thrust of a regional nature and locally

    with transverse faults. The area

    concerned features a Mesozoic

    strongly marked by Cenozoic erosion

    processes and filled with alluvial

    deposits which have a sub-horizontal

    to locally inclined attitudes. The mor-

    phogenetic processes that have

    profoundly changed the sector in

    question can be schematised as

    expansion of the glaciers which, in

    Mesozoic formations, caused intense

    and enormous processes of demoli-

    tion and transport of solids; the work

    of water-courses, contributing to the

    dismantling of the Mesozoic-Mioce-

    nic formations, remodelled the glacial

    depositional layers, giving them a

    complex granulometric relationships.

    Lithologically, these deposits are

    formed by sand with gravel and peb-

    bles of a more or less scarce and, at

    times, more abundant silt-clay matrix.

    The urban nucleus of Brescia is on

    this ground.

    Detailed analysis of the alluvial depo-

    sit forming the fan of the River Mella,

    resting on the carbonate base, three

    sedimentary horizons can be reco-

    gnised with sub-horizontal deposits

    and frequent heteropy among the

    lithotypes present due to variations

    in the erosion-depositional processes.

    These three horizons, from the most

    superficial on which the urban struc-

    ture is resting to the deepest, granu-

    lometrically feature:

    a gravelly-sandy unit (Unit R, Late

    Pleistocene-Holocene);

    a conglomeratic unit with silt-clay

    intercalations (Unit 1 - Pleistocene);

    a clay-loam unit containing sandy-

    gravel lenses (Unit 2 - Villafran-

    chian).

    In general, 85% of the land falls into

    classes G and S, according to the

    USCS Unified System classification;

    following the AASHO M 145-49 clas-

    sification, the classes most represen-

    ted fall into A1 and A2-4 with sporadic

    episodes of A2-6, however localised

    and not very representative.

    CHANTIERS/WORKSITES M

    Figure 2 - Rpartition en pourcentage des sous-groupes du groupe 2 / Distribution by percentage of the sub-groups of unit 2.

    2G 2GS 2GSL

    331a344BRESCIA_Mise en page 1 02/09/11 09:05 Page332

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    M

    TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n226 - Juillet/Aot 2011

    tique et htrogne avec prvalence

    de graviers polygniques et de galets

    dans une matrice abondante de

    sables limoneux bruns. La puissance

    de cette couche excde rarement 5

    mtres ;

    Groupe 1 : silts sableux et argile

    limoneuse enrobant des graviers

    moyens fins et quelques rares

    galets ; ce sont des lentilles isoles

    ne dpassant presque jamais 5

    mtres ;

    Groupe 2 : certainement la plus

    caractrise, elle-mme divise en

    sous-couches selon la nature et la

    quantit de matrice sablo-limoneuse :

    graviers htromtriques, polyg-

    niques, avec galets, entours dune

    matrice sablo-limoneuse (Tab. 1) ;

    Groupe 3 : sables limoneux, de

    moyens fins, avec graviers polyg-

    niques arrondis :

    - densit relative moyenne DR : 55

    60 %

    - Caractristiques physico-mca-

    niques : valeurs de projet

    Groupe 4 : calcaires dolomitiques :

    - RQD (Rock Quality Designation)

    entre 20 et 50 %

    Le Groupe 2 est celui qui est le plus

    souvent rencontr sur le trac : il repr-

    sente environ 70 75 % en termes de

    composition granulomtrique.

    Le sous-groupe 2G reprsente 64 %

    des graviers, tandis que les 36 % res-

    tants sont galement rpartis entre les

    groupe 2GS et 2GSL (Fig. 1).

    Hydrologie

    Lhydrologie de surface de la zone est

    rgule par plusieurs cours deau dont

    les plus importants sont la rivire Mella

    et le torrent Garza, ce dernier recou-

    pant en plusieurs points le trac du

    Metrobus. Des canaux artificiels et des

    fosss connects aux principaux cours

    deau compltent le rseau hydrolo-

    gique de surface.

    Le sous-sol de Brescia est le sige de

    circulations hydrauliques importantes

    alimentes par le bassin hydrogolo-

    gique du Val Trompia qui pntre dans

    les dpts alluvionnaires avec un

    champ de variation pizomtrique

    limit aux couches suprieures. Les

    horizons de faible permabilit (limons

    argiles) prsents dans les alluvions

    sont souvent le sige de nappes per-

    ches, ce qui explique certaines ano-

    malies des niveaux pizomtriques. La

    pluviomtrie de la zone, relativement

    constante depuis 200 ans, est denvi-

    ron 1000 mm/an, avec quelques rares

    pics 1250 mm/an. Considrant le

    ruissellement et lvapotranspiration,

    ainsi que la collecte anthropique des

    eaux de pluie, on peut considrer avec

    une assez bonne approximation que le

    taux dinfiltration de la zone est de lor-

    dre de 15 % de la pluviosit annuelle.

    Le tunnelier (Fig. 3 & 4)

    Le tunnelier EPB-S utilis pour lexca-

    vation du mtro de Brescia a un dia-

    mtre de coupe de 9,15m ;

    longitudinalement, le tunnelier pr-

    sente une lgre conicit afin de per-

    mettre son avancement sans gnrer

    de rtrcissement ; ainsi le diamtre

    au milieu du tunnelier est de 9,13 m

    tandis quil est de 9,12 m en queue,

    ce qui donne un vide annulaire radial

    There are no significant granulome-

    tric variations along the route unless

    proceeding from north to south, in

    increasingly coarse features up to the

    depot area where the silt-clay com-

    ponent is completely absent and the

    well-graded materials granulometri-

    cally, have a matrix consisting of fine

    sand and a very mature coarse ske-

    leton. The silt-clay fraction, where

    present, i.e. mainly in the surface strata

    and altered by the succession, are

    from not very plastic to not plastic.

    The units interfering with route are

    summarised briefly below:

    Unit R: alluvium of a chaotic and

    heterometric nature with a preva-

    lence of evolved polygenic gravel

    with pebbles in the presence of

    abundant brown sandy-loam matrix. It

    is unlikely that this layer exceeds 5 m;

    Unit 1: sandy silt and silty clay

    embedding medium-fine gravel

    and occasional pebbles. Isolated

    lenses almost never more than 5 m

    thick;

    Unit 2: certainly the most charac-

    teristic, in turn this was sub-divi-

    ded into sub-units based on the

    nature and amount of the sandy-

    loam matrix: heterometric, polyge-

    nic gravel with pebbles immersed

    in a sandy-loam matrix (Tab. 1);

    Unit 3: medium to fine silty sand

    with sub-radiused polygenic gravel;

    - average relative density RD = 55-

    60%

    - physical-mechanical features:

    project values

    Unit 4: dolomitic limestone:

    - Rock Quality Designation (RQD)

    between 20 and 50%.

    Unit 2 is the one mostly found along

    the route and is about 70-75% of the

    granulometric composition. The sub-

    unit 2G is 64% of the gravel, while

    the remaining 34% is equally distri-

    buted between 2GS and 2GSL (Fig. 2).

    Hydrology

    Surface hydrology in the area is regu-

    lated by the development of many

    water-courses, of which the most

    important are the Rivers Mella and

    Garza, the latter being intersected in

    several points by the Metrobus route.

    Artificial canals and ditches connec-

    ting to the main water-courses com-

    plete the surface water network.

    The subsoil of Brescia is the site of

    considerable water circulation, fed by

    the catchment and hydrogeological

    basin of Val Trompia, which per-

    meates the alluvial deposits with a

    piezometric oscillation field confined

    to the upper deposits. Low permea-

    bility horizons (silt-clay) in the alluvial

    succession are often the site of local

    suspended water-tables which justify

    irregular depth to water table values.

    The rainfall in the area has been quite

    constant in the last 200 years and is

    about 1,000 mm/year with rare

    peaks of more than 1,250 mm/year.

    Considering the run-off and evapo-

    transpiration component, as well as

    human channelling of rainwater, an

    infiltration rate of 15% of the annual

    rainfall can, very approximately, be

    considered in the area.

    The machine (Fig. 3 & 4)

    The EPB-S machine used for the

    excavation of the Brescia under-

    ground has an excavation diameter,

    coinciding with the profile of the

    shield at the front, of 9.15 m; the

    geometry of the shield provide for a

    longitudinal conical shape to allow

    forward progress of the machine

    without generating creeping. The dia-

    meter at the centre of the shield is

    CHANTIERS/WORKSITES

    Tableau 1 - Proprits physico-mcaniques : valeurs de projet du groupe 2 / Physical-mechanical features: the project values of unit 2.

    Sous-groupe Sub unit

    Poids spcifiqueWeight / unit of volume (kN/m3) ()

    C(kN/m2) Cu (kN/m2)

    2G 22,00 38-42 0 0

    2GS 21,00 37-40 0 0

    2GSL 20,00 36-38 0 0

    Angle de frottementFriction angle

    Coefficient de cohsion/Coefficient of cohesion

    draine/drained non draine/undrained

    331a344BRESCIA_Mise en page 1 02/09/11 09:05 Page333

  • 334 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n226 - Juillet/Aot 2011

    moyen, entre le front de taille et la

    queue, de lordre de 15 mm. Le dia-

    mtre de lextrados de lanneau de

    revtement en voussoirs prfabriqus

    est de 8,850 m (pour un diamtre din-

    trados de 8,150 m et une paisseur de

    revtement de 0,35 m) ; ainsi, lpais-

    seur du vide annulaire injecter au

    ciment est denviron 150 mm.

    La pression maximale dans la chambre

    dexcavation est de 3 bars ; la pousse

    est fournie par 38 vrins rpartis en 19

    paires qui exercent, sous la pression

    maximale de 350 bars, une pousse

    totale de 81 895 kN ; la pression de

    travail de 300 bars correspond une

    pousse de 70 196 kN.

    2 - Procdure dtablissement-du projet pour lvaluation-de linteraction sol-structure-

    Nous dcrivons ci-aprs une synthse

    de la procdure adopte par le Mtro

    de Brescia pour lvaluation du risque

    potentiel de dommages aux structures

    existantes, ainsi que la procdure pra-

    tique au plan international laquelle

    ont t apportes quelques prcisions

    sur la dfinition des catgories de

    dommages.

    Phase A - Evaluation prliminaire

    Il sagit de lvaluation au niveau de

    projet du champ de dformations induit

    par le creusement du tunnel. Cette

    valuation conduit la dfinition dune

    cuvette de tassement probable (en ter-

    rain non construit) avec une hypothse

    de perte de volume Vp = 0,50 %.

    Phase B - Deuxime stade

    dvaluation

    Cette phase prvoit deux sous-phases

    dtudes :

    Lanalyse greenfield * (*cest--

    dire en supposant le terrain non

    construit), qui permet de quantifier les

    dommages potentiels aux construc-

    tions de surface en classifiant ces

    dommages (linteraction sol-structure

    nest pas prise en compte ce stade) ;

    il est noter que, selon la bibliogra-

    phie sur le classement des risques de

    dommages (Burland 1977, Boscardin

    & Cording 1989), les constructions

    appartenant aux classes 3 et inf-

    9.130 m while its 9.12 m at the end,

    therefore an annular gap on the

    radius of 15 mm is provided for bet-

    ween the front and end of the shield.

    The extrados of the lining ring in pre-

    fabricated segments is 8.850 m (for

    an intrados of 8.150 m and a lining

    thickness of 0.35 m) so the annular

    space to fill with cement mixtures is

    about 150 mm.

    The maximum pressure in the exca-

    vation chamber is about 3 bar; the

    thrust is applied by 38 jacks distribu-

    ted in 19 groups of two with a maxi-

    mum pressure of 350 bar generating

    an overall maximum thrust of 81.895

    kN; the working pressure is thought

    to be 300 bar corresponding to a

    thrust of 70.196 kN.

    2 - The project procedure-for the assessment of the-soil-structure interaction-

    A summary of the project procedure

    adopted for Brescia underground in

    the sphere of the assessment of the

    potential risk of damage to buildings

    is shown below.

    The project procedure used at inter-

    national level, to which refinements

    were applied in the definition of the

    class of damage, is also shown

    below.

    Step A - Preliminary Assessment

    This is the project assessment of the

    deformation situation induced by the

    excavation of the tunnel. This leads

    CHANTIERS/WORKSITES M

    Figure 3 - Tte de coupe du tunnelierEPB-S / Bore head of the EPB-S.

    Figure 4 - Section longitudinale dutunnelier / Longitudinal section of the EPB-S.

    A

    stald

    i SpA

    331a344BRESCIA_Mise en page 1 02/09/11 09:05 Page334

  • 335

    M

    TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n226 - Juillet/Aot 2011

    rieures 3 ne sont pas considres

    comme sujettes des dommages

    importants.

    La mthode simplifie de Potts &

    Addenbrooke (1966), qui est un niveau

    danalyse dans lequel on estime les

    dommages potentiels aux construc-

    tions en dfinissant des catgories de

    dsordres et en prenant en compte

    linteraction sol-structure selon les

    abaques et les tableaux de rfrence.

    Phase C - Evaluation dtaille

    Aprs les analyses selon les phases A

    et B, sont dfinis dans cette phase les

    diffrents types de constructions et

    leurs diffrents niveaux de sensibilit

    par rapport aux catgories de dom-

    mages identifis dans les phases pr-

    cdentes qui peuvent ainsi conduire

    des critres plus limitatifs daccepta-

    bilit. Considrant des tudes plus

    rcentes sur le creusement de tunnels

    en zone urbaine, cette phase aborde

    aussi lanalyse de paramtres suppl-

    mentaires prenant en compte la

    sensibilit de diffrents types de

    constructions, leur usage, leur finition,

    leur amnagement et ltat de rigidit

    de ces constructions. Ainsi, pour la

    classification du dommage potentiel

    induit, il y a lieu de prendre en compte

    ces diffrentes sensibilits. Le tableau

    2 donne une synthse qui, sur la base

    de critres semblables ceux dcrits

    dans la bibliographie et de rsultats

    fournis par lexprience de projets

    similaires, dfinit de manire plus pr-

    cise et plus cible les catgories de

    dommages admissibles en fonction de

    la typologie des ouvrages. Pour les

    constructions sensibles , il est

    prvu une valuation dtaille en utili-

    sant le modle numrique FDM/FEM

    2D2D/3D (Fig. 5).

    3 - Traverse du complexe- Punto e Virgola :-estimations relatives-au projet-

    La traverse du complexe immobilier

    Punto e Virgola mrite une attention

    to the definition of the probable sub-

    sidence basin (greenfield condition)

    with the hypothesis of lost volume

    Vp = 0.50%.

    Step B - Second Stage Assessment

    This stage set out two sub-stages

    of work:

    greenfield analysis in which the

    assessment of the potential damage

    to surface buildings was made, esta-

    blishing the classes of damage (the

    soil-structure interaction was not

    considered at this stage);

    it should be noted how buildings in

    the class up to 3 and lower classes

    are considered not subject to signifi-

    cant damage in the classification of

    the risk of damage shown in the

    Bibliography (Burland 1997, and Bos-

    cardin and Cording 1989);

    the simplified Potts and Adden-

    brooke method (1996), a stage of

    analysis in which assessment of the

    potential damage to buildings is rea-

    ched, defining the classes of damage

    and taking account of the soil-struc-

    ture interaction according to refe-

    rence schedules and tables.

    Step C - Detailed Evaluation

    After the analyses carried out in

    Steps A and B, the different types of

    building with different types of sen-

    sitivity with respect to the classes of

    damage identified in the previous

    steps and which may lead to more

    limited acceptability criteria, are

    assessed in this step. In the sphere

    of more recent studies relating to the

    tunnel excavation in an urban envi-

    ronment, reference is made to the

    analysis of additional parameters

    also taking account of the different

    sensitivity of different types of

    construction, use, fine finishings/fur-

    nishings and the condition of the buil-

    ding (status of consistency). As a

    result, in the sphere of the classifica-

    tion of potential induced damage,

    account should be taken of different

    types of sensitivity. Table 2 gives a

    summary defining the classes of

    admissible damage according to the

    type in a more detailed and accurate

    manner, on the basis of criteria simi-

    lar to those shown in the Bibliography

    and project experience gained from

    similar problems. Detailed assess-

    ments through numerical modelling

    FDM/FEM 2D2D/3D is planned for

    sensitive buildings (Fig. 5).

    3 - Crossing the Punto e-Virgola complex - project-forecasts-

    The passage of the Punto e Virgola

    complex merits special attention.

    Passing under the Punto e Virgola

    building was within the scope of the

    excavation of the long stretch from

    Lamarmora station (pk 8+686.80) to

    Brescia 2 station (pk 7+867.78) and

    saw the excavation by EPB-S of

    about 530 m of tunnel. Consider the

    difference in progress between the

    start of the south stretch, pk

    8+148.73, and the end of the north

    part, pk 7+918.50.

    Under the project procedure of ana-

    lysis of the soil-structure interaction

    described above, the deformation

    behaviour of the soil, i.e. the extent

    of the subsidence and the distortions

    induced by excavation and also the

    effects in terms of risk for the buil-

    dings, was examined. The project

    analyses made took into account the

    CHANTIERS/WORKSITES

    Figure 5 - Maillage du modle FDM/FEM 3D des immeubles sensibles / Mesh modelling of sensitive buildings, FDM/FEM 3D.

    Tableau 2 - Corrlation entre la sensibilit de limmeuble et les dommages admissibles / Correlation between building sensitivity and admissible damage.

    Type de btiment Type of building

    Niveau de dommage admissible Class of admissible damage

    Btiments BABuildings in reinforced concrete 3

    Btiments sur murs porteursBuildings on load bearing walls 1/2

    Btiments historiques sur murs porteursFine and historic buildings on load bearing walls 1

    Eglises, btiments avec fresques, etc.Churches, buildings with frescoes, etc. 0/1

    331a344BRESCIA_Mise en page 1 02/09/11 09:05 Page335

  • 336 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n226 - Juillet/Aot 2011

    particulire. Ce passage sous limmeu-

    ble Punto e Virgola tait prvu dans

    le cadre de lexcavation dun long tron-

    on entre les stations Lamarmora (pk

    8 + 686,80) et Brescia 2 (pk 7 + 867,78),

    avec forage au tunnelier EPD-S sur envi-

    ron 530 mtres. A remarquer la diff-

    rence de vitesse davancement entre

    le dbut du tronon Sud (pk 8 +

    148,73) et la fin du tronon Nord (pk

    7 + 918,50).

    Selon la procdure prvue au projet et

    dcrite plus haut pour lanalyse de lin-

    teraction sol-structure, on a tudi le

    comportement du sol en dformation,

    c'est--dire lamplitude des tasse-

    ments et dformations induits par le

    creusement ainsi que les effets en

    termes de risques sur les immeubles.

    Ces tudes prennent en compte les

    rsultats fournis par le plot dessai

    effectu sur le trac du creusement

    entre les stations Volta (pk 9 + 757,75)

    et Lamarmora (pk 8 + 686,80). Ce plot

    dessai a permis dtablir la relation

    dinteraction sol-machine et, ainsi, de

    passer une calibration effective des

    modles de prvision et des param-

    tres gotechniques pour la phase

    dtablissement du projet dfinitif.

    Les donnes recueillies et analyses

    mirent en vidence un comportement

    de terrain qui correspond en ligne

    gnrale aux hypothses de calcul

    adoptes dans la phase de projet dfi-

    nive ; en particulier, la valeur de perte

    de volume fixe Vp = 0,50% pour

    tout le parcours (sauf pour les zones

    dexprimentation spcifique). Toute-

    fois, la variabilit locale des caractris-

    tiques granulomtriques du sol excav

    a impos une analyse soigne des

    zones dfinies comme dlicates .

    Dans un tel contexte, il a t jug

    appropri de dfinir les cas dans les-

    quels la valeur de Vp apparat sup-

    rieure celle prvue au projet. Des

    analyses furent galement ralises

    avec des mthodes de calcul plus

    sophistiques, mieux aptes appr-

    hender le comportement des struc-

    tures soumises aux dformations de

    sol dues au creusement. La couverture

    de sol c'est--dire la distance entre

    le sol et lextrados du toit du tunnel

    results which emerged in the test

    area carried forward within the long

    stretch of excavation between the

    Volta (pk 9+757.75) and Lamarmora

    (pk 8+686.80) stations. This test area

    enabled the machine-soil interaction

    relationship to be assessed and so

    move onto an effective calibration of

    the forecasting models and the geo-

    technical parameters of the soil cros-

    sed arranged during the final design

    stage.

    The data collected and analysed

    highlighted soil behaviour which

    generally responded to the project

    hypotheses adopted in the final des-

    ign stage; in particular, the value of

    lost volume settled at Vp = 0.50% for

    the whole stretch (except for the

    areas subject to specific experi-

    ments). Nevertheless, the local varia-

    bility of the granulometric features of

    the excavated soil imposed careful

    analysis of the contexts defined as

    delicate.

    In the sphere of these, it was thought

    appropriate to assess cases in which

    the Vp value was greater than that

    forecast in the project. The analyses

    were also carried out with more refi-

    ned methods of calculation, better

    able to grasp the behavioural aspects

    of the structures which are subject to

    deformation of the soil following the

    passage of the excavation. The cover

    - meaning the distance between the

    country level and the extrados of the

    tunnel roof - for the length of exca-

    vation concerned, stayed constant

    between Lamarmora (pk 8+686.80)

    station and the progressive 8+417,

    around 17 m. Subsequently, the cover

    increases to Brescia 2 station (pk

    7+867.78) around 20 m. The defini-

    tion of the deformation situation

    induced by the excavation of the tun-

    nel, determined according to the

    empirical methods in the literature

    (Peck 1969, Attwell and Fermer

    1974, Attwell 1977, Attwell and

    Woodman 1982, OReilly and New

    1982, Rankin 1987, and Shirlaw and

    Doran 1988) show how a progressive

    increase in the extent of the trans-

    verse basin corresponds to this trend

    in the cover (from 44 m to 52 m) and

    a progressive reduction of the maxi-

    mum subsidence forecast at soil

    level, adopting an average value of k

    = 0.35, a value also confirmed by the

    experience of the test area and a

    value of lost excavation volume of

    0.50% (Tab. 3). It should be noted that

    the maximum subsidence in the pro-

    ject forecast was in the range Smax

    = 1.50-1.78 cm. On the basis of the

    subsidence induced by the excava-

    tion and in the light of the geometric,

    structural and building preservation

    features, the damage category was

    CHANTIERS/WORKSITES M

    Tableau 3 - Cuvettes de tassement sur la section comprise entre les stations Lamarmora et Brescia / Subsidence basins on the Lamarmora-Brescia stations section.

    Figure 6 - Classification des dommages sur la section entre les stations St.Lamarmora et Brescia 2 / Classes of damage on the section from Lamarmora station to Brescia 2 station.

    n immeuble / n Building

    Cuvettes de tassementSubsidence basins

    Niveau rgionalCountry level

    Progr. [km]Couverture [m]Level cover [m]

    i [m] 3i [m]

    Largeur decuvette [m]

    Basin width [m]

    Smax [cm]

    8+600 17,02 7,56 22,67 45,35 -1,74

    8+540 16,70 7,45 22,34 44,68 -1,76

    8+518 16,78 7,47 22,42 44,85 -1,75

    8+490 16,51 7,38 22,14 44,28 -1,78

    8+479 16,92 7,52 22,57 45,14 -1,74

    8+417 16,63 7,42 22,27 44,53 -1,77

    8+394 18,40 8,04 24,12 48,25 -1,63

    8+370 18,17 7,96 23,88 47,76 -1,65

    8+302 20,12 8,64 25,93 51,86 -1,52

    8+237 19,65 8,48 25,44 50,87 -1,55

    8+200 20,35 8,72 26,17 52,34 -1,50

    331a344BRESCIA_Mise en page 1 02/09/11 09:05 Page336

  • 337

    M

    TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n226 - Juillet/Aot 2011

    est reste constante 17 m environ

    sur la longueur dexcavation concer-

    ne, entre la station Lamarmora (pk 8

    + 686,80) et le pk 8 + 417. Ensuite,

    la couverture augmente jusqu 20 m

    environ la station Brescia 2 (pk 7 +

    867,78).

    Lexamen de ltat de dformation

    induit par lexcavation, dtermin selon

    les mthodes empiriques de la littra-

    ture technique (Peck 1969, Attwell et

    Fermer 1974, Attwell et Woodman

    1982, OReilly et New 1982, Rankine

    1987 et Shirlaw & Doran 1988), mon-

    tre une augmentation progressive de

    lemprise de la cuvette transversale de

    tassement en fonction de la variation

    de couverture (de 44 52 m) et une

    diminution progressive du tassement

    prvu au niveau du sol, en adoptant une

    valeur moyenne de k=0,35, valeur confir-

    me par le plot dessai, et une valeur de

    0,50 % de perte de volume (Tab. 3).

    Il est noter que le tassement maxi-

    mum prvu au stade du projet tait

    de Smax = 1,50 - 1,78 cm. Sur la base

    de ce tassement induit par le creuse-

    ment et au vu des caractristiques

    gomtriques et structurelles des

    immeubles et de leur tat de conser-

    vation, la catgorie de dommages fut

    dtermine suivant les recommanda-

    tions de la littrature (Mair, Taylor et

    Burland 1996 et Boscardin & Cording

    1989).

    identified in accordance with the

    suggestions of the literature (Mair,

    Taylor and Burland 1996, and Bos-

    cardin and Cording 1989).

    A summary diagram which recapitu-

    lates the assessments of the risk

    classes deduced for the buildings

    interfering with the excavation is

    shown. The assessments of the risk

    classes of the buildings are, on ave-

    rage, usually on values that fall bet-

    ween damage categories 0 and 1

    except for building 573 for which the

    e value reaches 0.125, in damage

    class 2. This building, known as the

    Punto e Virgola complex, should be

    considered sensitive for a series of

    reasons illustrated below. As a result,

    additional in-depth analyses were

    carried out.

    The building, constructed in 1983-

    85, is developed with two under-

    ground floors, a basement, mezzanine

    and first floor with an almost square

    shaped elevation. Two towers - the

    CHANTIERS/WORKSITES

    Figure 7 - Le complexe immobilier Punto e Virgola / The Punto e Virgola complex.

    Cuvette de tassement pk 8 + 200 / Subsidence basin

    Figure 8A et 8B - Extrait de la coupe gologique au niveau du complexe Punto e Virgola / Extract of the geological section of the Punto e Virgola complex.

    Coupe gologique / Geological section

    Remblais htrognes et terre vgtaleHeterometric alluvium

    Sables et graviers avec nodules dargile limoneuseBrown silty clay with sand and gravel

    Graviers htrognes et galets dans une matricesablo-limoneuse / Heterometric polygenic gravel withpebbles in sandy-silty matrix

    Sables limoneux moyens fins avec graviers polygniques / Medium to fine silty sands with polygenic gravel

    Calcaire gris-blanc avec passages dolomitiss etfracturs / Grey to white limestone with dolomitised and fractured places

    331a344BRESCIA_Mise en page 1 02/09/11 09:05 Page337

  • 338 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n226 - Juillet/Aot 2011

    Le tableau ci-dessus rcapitule les

    estimations des classes de risques

    pour les immeubles soumis laction

    du creusement. En moyenne, ces esti-

    mations de classes de risques corres-

    pondent gnralement des valeurs

    situes entre les catgories 0 et 1 sauf

    pour lensemble immobilier 573 pour

    lequel la valeur de atteint 0,125 cequi le place en classe de risque 2. Cet

    ensemble, connu sous le nom de com-

    plexe Punto e Virgola , a t consi-

    dr comme sensible pour plusieurs

    raisons illustres ci-aprs, ce qui a

    conduit raliser des analyses appro-

    fondies.

    Lensemble, construit en 1983-1985,

    est construit avec deux niveaux en

    sous-sol, un niveau semi-enterr, une

    terrasse et un premier tage en lva-

    tion de forme presque carre. Sur ce

    vaste plateau, mergent les deux tours,

    la Virgola et le Punto , de 8

    tages surmontant un tage technique

    de connexion entre la terrasse et les

    tours. Dans la zone dinteraction avec

    le trac du mtro, le tunnel circulaire

    de 9,15 de diamtre prsente une cou-

    verture denviron 7,60 m par rapport

    au niveau de fondation de ldifice. La

    prsence dune couverture aussi rduite

    de moins dun diamtre dexcavation

    et jamais rencontre sur les tracs pr-

    cdents a conduit raliser une ana-

    lyse approfondie au moyen dune srie

    de mesures multidisciplinaires. Les

    inspections effectues ont mis en vi-

    dence la prsence dune srie de ph-

    nomnes de fissuration, concentrs

    surtout sur les cloisons et les revte-

    ments. Concernant la terrasse de ldi-

    fice, il sagit en gnral - de fines

    fissures visibles qui, dans certains cas

    dans les niveaux enterrs, atteignent

    une dimension plus importante. Les

    manifestations les plus importantes de

    ces fissures en termes de nombre et

    de grosseur ont t rencontres sur les

    revtements le long des joints et/ou

    proximit de ceux-ci, avec un niveau de

    gravit dcroissant du 3me niveau enterr

    au premier tage au-dessus du sol.

    Pour la tour circulaire Punto , seules

    quelques fissures ont t observes

    sur quelques cloisons et le long des

    joints verticaux du revtement intrieur

    en faade.

    Sur la tour Virgola , on a rencontr

    une fissuration plus vidente (bien que

    peu dveloppe), la fois en nombre

    et en tendue, toutefois limite aux

    quipements architecturaux, en parti-

    Punto and the Virgola - with ano-

    ther eight floors and a technical

    connection floor between the plate

    and the towers, emerge above this

    vast plate. The circular tunnel 9.15 m

    in diameter has a cover of about

    7.60 m with respect to the foundation

    level of the building in the area of

    interaction with the line of the under-

    ground. The existence of such little

    cover, less than the diameter of exca-

    vation and not found in the previously

    excavated parts, induced in-depth

    analysis through a series of inter-dis-

    ciplinary activities. The on-site ins-

    pections made highlighted a series of

    cracks, concentrated mainly on par-

    titions and cladding. As far as the

    plate of the building was concerned,

    these were generally obvious threads

    that, in some cases, had the size of

    lesions in the underground floors. The

    most important phenomena for

    extent and distribution were found on

    the cladding along the joints and/or

    near to these with a scale of impor-

    tance that decreases from the third

    underground level to the first floor

    above ground.

    There were only threads on some of

    the partitions and along the vertical

    joints of the internal faade panel-

    ling of the Punto tower, with a cir-

    cular plan.

    A more obvious situation of cracks,

    both by amount and spread, was

    found on the Virgola tower (although

    not by much), limited, however, to the

    architectural apparatus, particularly

    in the area of the elbow on the plan

    corresponding to the projection of the

    joint. From the geological point of

    view, the soil under the foundation

    level of the plinths of the building

    consists of a formation with alterna-

    ting gravel, sand and silt; the tunnel

    was concerned with a stratification

    of medium to fine silty sand, with

    polygenic gravel, for most of the

    excavation. An extract of the section

    with the geology of the part under

    consideration is shown herein.

    The maximum subsidence (Fig. 9B, 9C,

    9D), referring to the cover between the

    foundation level and the keystone of

    the roof, is calculated for that building

    with the project hypothesis of k = 0.35

    and Vp = 0.50% and is then equal to

    Smax = 3.16 cm. The complex in

    consideration therefore had a series of

    critical elements such as:

    the low cover value between the

    CHANTIERS/WORKSITES M

    Tableau 4 : Dfinition des classes de dommages au complexe Punto e Virgola pour Vp = 0,50%, 0,70% et 1% / The definition of the classes of damage by Vp = 0.50%,0.70% and 1% in the Punto e Virgola complex

    Synthse des valeurs maximum de et des classes de dommages / Max values and damage classes

    Variations de pertes de volume / Variations in volume losses

    Section

    pm

    Progres-sive

    Building

    Position of building[m] Couver-

    ture

    Cover [m]

    Tasse-mentmax.

    Max subsi-

    dence...

    Dplace-ment

    horizontalmax.

    Max hori-zontalmove-ment

    Dplacement vertical

    Vertical movement

    Dom-mage/Typedim-

    meuble

    Damage/buildingcategory

    max

    Tasse-mentmax.

    Max subsi-

    dence...

    Dplace-ment

    horizontalmax.

    Max hori-zontalmove-ment

    Dplacement vertical

    Vertical movement

    Dom-mage/Type

    dimmeu-ble

    Damage/buildingcategory

    max

    Tasse-mentmax.

    Max subsi-

    dence...

    Dplace-ment

    horizontalmax.

    Max hori-zontalmove-ment

    Dplacement vertical

    Vertical movement

    Dom-mage/Type

    dimmeu-ble

    Damage/buildingcategory

    max

    L R L R L R L R

    8+237 573 l -45 5 -7,6 -3,08 0,65 0,00 -1,55 2 0,119 -4,31 0,91 0,00 -2,16 3 0,167 -6,16 1,31 0,00 -3,09 3 0,238

    8+237 573 ll -5 43,5 -7,6 -3,08 0,65 -1,55 0,00 0 0,033 -4,31 0,91 -2,16 0,00 0 0,047 -6,16 1,31 -3,09 0,00 1 0,066

    8+200 573 l -38 12,5 -7,3 -3,16 0,67 0,00 -0,03 2 0,125 -4,42 0,94 0,00 -0,05 3 0,175 -6,31 1,34 0,00 -0,07 3 0,251

    8+200 573 ll 12,5 51 -7,3 -3,16 0,67 -0,03 0,00 0 0,001 -4,42 0,94 -0,05 0,00 0 0,002 -6,31 1,34 -0,07 0,00 0 0,002

    Vp = 0,5 % Vp = 0,7 % Vp = 1 %

    Figure 9A

    331a344BRESCIA_Mise en page 1 02/09/11 09:05 Page338

  • 339

    M

    TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n226 - Juillet/Aot 2011

    culier dans la zone du coude du

    plan correspondant la projection du

    joint.

    Du point de vue gologique, sous le

    plan de fondation de la base de ldi-

    fice, le terrain est constitu dune alter-

    nance de graviers, sables et silts ; sur

    une grande partie de lexcavation, le

    tunnel a travers des couches de

    sable silteux moyen fin, avec gra-

    viers de natures diverses (voir ci-avant

    un extrait de la coupe gologique de la

    partie concerne).

    Le tassement maximum Smax (Fig. 9B,

    9C, 9D), correspondant la hauteur de

    couverture entre le niveau de fondation

    et le toit du tunnel, calcul pour cet

    immeuble avec les hypothses de pro-

    jet k=0,35 et Vp=0,50 %, est gal

    3,16 cm. Une srie dlments cri-

    tiques se prsentait dans cette zone :

    La faible paisseur de couverture

    entre la cl du tunnel et le niveau de

    fondation de lensemble Punto e

    Virgola

    La prsence dun ensemble de fis-

    sures mis en vidence dans la zone

    du coude de la tour Virgola

    Les rsultats de lanalyse de linter-

    action sol-structure dans la zone de

    ce complexe immobilier

    En associant aux lments ci-dessus

    la possibilit dune variation locale de

    granulomtrie qui pourrait entraner un

    accroissement de la perte de volume

    et une augmentation relative des effets

    sur les immeubles, comme cela a t

    observ sur le plot dessai du tunnelier,

    il a paru opportun, pour ce complexe

    immobilier, de prvoir un traitement par

    injection de coulis ciment-silicate afin

    de raliser une vote de terrain conso-

    lid sur le pourtour du tunnel et de

    rduire ainsi les effets de dformation

    sur les immeubles. Le tableau 4 mon-

    tre les rsultats des analyses sur les

    variations de pertes de volume pour

    Vp=0,50 %, Vp=O,70 % et Vp=1 %.

    Afin dvaluer linfluence de cette

    consolidation sur la cuvette transver-

    sale de tassement, une analyse aux

    lments finis a t ralise avec le

    programme FLAC 4.0. Sur la section

    pk 8+200, on a procd aux analyses

    suivantes :

    Analyse 1 - sans consolidation : lob-

    jet de cette analyse est de recrer

    avec le modle numrique la cuvette

    thorique avec les hypothses de

    calcul Vp=0,70 % et k=0,35.

    Analyse 2 - avec consolidation : lob-

    jet de cette phase danalyse est

    dvaluer linfluence du traitement de

    consolidation autour de lexcavation.

    Un exemple du modle de calcul utilis

    level of foundation set out and the

    keystone of the roof in correspon-

    dence with the Punto e Virgola

    building;

    the situation of the cracks highligh-

    ted in the elbow area of the Vir-

    gola tower;

    the results of the analysis of the

    soil-structure interaction of the

    above-mentioned complex.

    By associating the possibility of a

    local granulation variation and pos-

    sible resulting alteration in the value

    of the lost volume with the relative

    increase in terms of effects on the

    building, as found during the excava-

    tion of the part of the TBM test field,

    it was considered appropriate to

    arrange for treatment of the soil

    through the injection cement and sili-

    cate mixtures for the complex in

    question so that an arc of consolida-

    ted earth at the edge of the tunnel

    was formed, thus reducing the defor-

    mation effects on the building.

    Table 4 shows the analyses conduc-

    ted on the variation in the volume lost

    fir VP = 0.50%, Vp = 0.70% and Vp

    = 1%.

    For the purposes of assessing the

    influence of consolidation on the

    transverse subsidence basin, an ana-

    lysis of the final difference was made

    with the FLAC 4.0 calculation code.

    Referring to section pk 8+200, the

    following analyses were made:

    Analysis 1 - without consolidation:

    the purpose of this analysis was to

    recreate the theoretical basin cal-

    culated hypothesising Vp = 0.70%

    and k = 0.35%;

    Analysis 2 - with consolidation: the

    purpose of this stage of analysis

    was to assess the influence of the

    consolidation operation on the sur-

    rounding area of the excavation.

    An extract of the calculation model

    used and the results of the simulation

    are given below (Fig. 10 & 11). In par-

    ticular, there are the transverse sub-

    sidence basins obtained with the FLAC

    calculation model with and without

    consolidation compared with the

    theoretical basin obtained by hypothe-

    sising Vp = 0.70% and k = 0.35%.

    The results obtained with the nume-

    ric model show a substantial reduc-

    tion of the extent of the deformation

    phenomenon (maximum subsidence

    is reduced from 4.75 cm to 0.7 cm).

    Following these good numerical

    results, in terms of response of the

    subsidence basin, it was decided to

    intervene through a consolidation

    CHANTIERS/WORKSITES

    Figure 9B, 9C et 9D.

    Section

    Tass

    emen

    t / S

    ettle

    men

    t

    Tassements max. / Max settlements / Vp=0,5%

    Gauche / Left Droit / Right Building

    Section

    Tass

    emen

    t / S

    ettle

    men

    t

    Tassements max. / Max settlements / Vp=0,7%

    Section

    Tass

    emen

    t / S

    ettle

    men

    t

    Tassements max. / Max settlements / Vp=1%

    331a344BRESCIA_Mise en page 1 02/09/11 09:06 Page339

  • 340 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n226 - Juillet/Aot 2011

    et les rsultats de la simulation sont

    donns ci-contre (Fig. 10 & 11).

    En particulier, sont prsents les

    cuvettes transversales de tassement

    obtenues avec le modle de calcul

    FLAC en prsence et en labsence de

    traitement de consolidation, compars

    la cuvette de tassement thorique

    obtenue en supposant Vp=0,70 % et

    k=0,35. Les rsultats obtenus avec le

    modle numrique montre une rduc-

    tion significative du phnomne de

    dformation (le tassement maximum

    passe de 4,75 cm 0,70 cm). Suite

    ces bons rsultats numriques en

    termes de diminution de la cuvette de

    tassement, la dcision fut prise de pro-

    cder la consolidation de la calotte

    du tunnel. Une attention particulire fut

    porte sur la gomtrie du traitement,

    les types de coulis dinjection et le

    souci constant dviter tout dommage

    aux constructions avant de leur passer

    en dessous.

    de 45 mtres, est trs proche et

    mme, en un point, touche presque le

    pidroit droit du tunnel (dans le sens

    4 - Technique de protection-des ouvrages de surface-Travaux de consolidation-

    Nous dcrivons ci-aprs le traitement

    de consolidation ralis autour du trac

    de lexcavation du tunnel au niveau des

    immeubles. Le but de ce traitement

    tait de rduire les tassements des

    immeubles des valeurs acceptables

    afin que ne se produise aucun dsor-

    dre d la dcompression du sol lors

    du passage du tunnelier pression de

    terre. Il a t dcid de procder des

    injections de coulis ciment-silicate afin

    de constituer une vote de terrain

    consolid qui absorberait les efforts

    exercs la base des fondations et les

    rpartirait sur les cts de lexcavation.

    Le projet prvoyait cette consolidation

    sur une longueur limite environ 45

    mtres o limmeuble Virgola , haut

    roof. Special attention was paid to

    the treatment geometries, types of

    mixture and avoiding damage to the

    structure before passing under-

    neath it.

    4 - The technique of-protectingthe works --the consolidation operation-

    The consolidation treatment perfor-

    med around the future bore-hole of

    the tunnel in correspondence with

    the complex is illustrated below. The

    purpose of the treatment was to

    reduce subsidence to within accep-

    table limits for the structures concer-

    ned so that no disturbance arising

    from the decompression of the soil

    caused by the transit of the shield

    (TBM/EPB) occurred. It was decided

    to intervene via cement and silicate

    injections to form an arc of consoli-

    dated soil, which would absorb the

    stress under the foundation plinths

    and distribute it at the sides of the

    bore-hole. The project provided for

    the consolidation of a limited area of

    about 45 m, where the Virgola buil-

    ding, 45 m high, is very close and, at

    one point, almost touches the right

    pier of the tunnel (in the direction the

    CHANTIERS/WORKSITES M

    Figure 10 - Analyse numrique FLAC du maillage de calcul du complexe Punto e Virgola / Numerical analysis of FLAC calculation mesh of the Punto e Virgola complex.

    Figure 11 - Cuvettes de tassementtransversal et comparaison des rsultats avec et sans traitement / Transverse basins of subsidence and the comparison of results withand without treatment.

    Sans traitement /Without treatment

    Thorique /Theoretical

    Avec traitement /With treatment

    Zone traite / Treated area

    Trac du tunnel / tunnel layout

    Figure 12 A

    331a344BRESCIA_Mise en page 1 05/09/11 15:45 Page340

  • 341

    M

    TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n226 - Juillet/Aot 2011

    de lexcavation). Concernant le type de

    traitement et sa gomtrie, aprs un

    examen minutieux des diverses solu-

    tions, il a t dcid deffectuer les

    forages dinjection partir du troisime

    niveau infrieur de garages et caves de

    limmeuble.

    Le sol autour du tunnel etson injectabilit

    Dans la zone concerne, la cl du tun-

    nel circulaire de 9,15 m de diamtre

    devrait se situer 7,60 m environ sous

    la dalle de fondation de limmeuble. En

    dessous de ce niveau, sur une hauteur

    denviron 7 mtres, le sol est constitu

    de 45-50 % de graviers, 30-35 % de

    sable et 15-25 % de silts. Plus bas,

    cest--dire sur la majeure partie de la

    section du tunnel, on rencontre une

    couche de sable fin silteux avec gra-

    viers polygniques. Le niveau de rf-

    rence de la nappe phratique tait

    situ au niveau de la dalle de fondation

    des immeubles alors que le niveau

    de projet atteignait presque la cl du

    tunnel. Pendant la phase de projet, en

    collaboration avec Mr Pettinaroli du

    Bureau Malossi de Milan, les chan-

    tillons de sol prlevs partir de son-

    dages carotts sur la zone en question,

    furent examins avec soin. En principe

    le sol tait trs serr, suite la pr-

    sence dun pourcentage de silts rela-

    tivement lev. En comparaison avec

    les alluvions de la ville voisine de Milan

    o le pourcentage est denviron 12-

    14 %, celui rencontr ici tait denviron

    20-22 %. A cause des nombreux

    travaux souterrains raliss, le sol de

    Milan a fait lobjet de nombreuses

    tudes approfondies. Ainsi, sur la base

    de ces expriences antrieures dans

    des sols similaires, a-t-il t dcid

    dutiliser des coulis base de silicate

    capables de pntrer les sols grce

    leur faible viscosit ainsi que des coulis

    base de ciment pour les consolider.

    Une attention particulire fut porte

    durant les travaux afin dviter les ph-

    nomnes dangereux de claquage et les

    soulvements quils auraient provoqu

    aux structures.

    Aprs examen des donnes dinjec-

    tion, il fut dcid dutiliser un coulis

    CF (ciment fin) comme coulis de

    base du traitement de consolidation.

    Ces injections furent ralises partir

    du 3 me niveau de sous-sol de lim-

    meuble la cote 124,25 m NGI. La fai-

    ble hauteur libre de 3,90 m permettait

    juste de raliser les forages et linjec-

    tion. Le rayon daction des coulis a t

    fix 0,90 m. En dfinitive, dans la par-

    tie la plus profonde du traitement, un

    maillage rectangulaire de 1,80 x 1,50 m

    fut adopt. Pour tenir compte de la

    coupe en ventail des auroles de

    forages, les volumes injects taient

    rpartis en groupes de deux ou trois

    manchettes selon le volume rel Vt de

    sol traiter.

    Technique dinjection

    Les injections furent ralises au

    moyen de tubes plastiques de diamtre

    excavation progressed). As far as the

    type of treatment and its geometry is

    concerned, the one requiring rays of

    injection holes starting from the third

    underground floor (garages and

    cellars) of the building was chosen

    after careful analysis of additional

    alternative solutions.

    The soil around the tunneland whether it can be injected

    The circular tunnel 9.15 m in diame-

    ter would have passed about 7.60 m,

    with the keystone, under the founda-

    tion level of the plinths of the building

    in the area in question. The soil below

    this floor proved to consist of 45-50%

    gravel, 30-35% sand and 15-25%

    silts for about 7 m. Under this, i.e., for

    most of the excavation of the tunnel,

    there is a bed of medium to fine silty

    sand with polygenic gravel. The level

    of the reference water-table was just

    above the floor of the centres while

    that of the project almost reached the

    tunnel keystone.

    During planning, in collaboration with

    Mr Pettinaroli of Studio Balossi, Milan,

    the samples extracted from the core

    drills available for the area in question

    were carefully examined. In principle,

    the soil was quite closed because of a

    relatively large silt fraction. Compared

    to the alluvia of neighbouring Milan,

    this fraction was greater because it

    registered a percentage of around 20-

    22% against the Milanese percen-

    tage of around 12-14%. Milanese

    soil has been carefully studied for

    years as it is involved in a considerable

    number of underground lines. There-

    fore, as a result of previous experience

    in similar soil, it was decided to use

    silicate-based mixtures, given their

    low viscosity, able to penetrate by

    permeation, and cement mixtures

    necessary for supplying the basic

    consolidating structure.

    Special attention was paid during

    work to avoiding the formation of

    dangerous phenomena of claquage

    (stress) and the relative up-lift

    below the plinths. After examining

    the data, it was decided to use the

    fine cement mixture as the base

    structure of integrated consolidation.

    The treatment was carried out star-

    ting from the third underground level

    with a working level at 124.25 m

    above mean sea level (A.M.S.L.).

    There was very little room for

    manoeuvre (3.90 m) but sufficient to

    allow the perforations and injections

    to be carried out. The radius of diffu-

    sion of the mixtures was considered

    as 0.90 m. Ultimately, in the deepest

    part of the treatment, the mesh of

    holes was rectangular with sides of

    1.80 x 1.50. As a result of the conical

    shape between the perforations, the

    number of injections was differentia-

    ted for groups of two or three valves

    according to the actual volume of soil

    they were concerned with (Vt).

    Injection technology

    Injections were performed using

    11/8 plastic tubes fitted with rubber

    CHANTIERS/WORKSITESFigure 12A, 12 B et 12 C - Vue en plan et coupes-types du traitement

    de consolidation du complexe / Diagram and typical sections of the consolidationoperation of the complex.

    Figure 12 B Figure 12 C

    331a344BRESCIA_Mise en page 1 05/09/11 15:45 Page341

  • 342 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n226 - Juillet/Aot 2011

    11/8 quips de manchettes tous les

    33 cm (3 manchettes / mtre). Les

    injections sous pression ont toujours

    t commences au moins 2 3 jours

    aprs ralisation de la gaine de ciment

    et selon la technique de volume

    contrl. Les quantits de coulis de

    ciment taient injectes en deux

    phases successives. Parmi les autres

    spcifications imposes, notons :

    La pression dinjection entre 12 et

    18 bars

    Le dbit de la pompe dinjection