Deep tunnel excavations using tunnel boring machines

An analysis related to the experience of the authors regarding tunnels with limited overburden and on the basis of an examination of case-histories from literature on deep and long tunnels has been carried out in this paper. At present, as is known, there are only a few of these tunnels, the most important being the Loetscberg tunnel, which has just been opened. The question that can be asked is whether the experience gained in the excavation of tunnels with limited overburden could be extended to deep and long tunnels. Some studies that have recently appeared in literature seem to confirm the influence of tunnel-face stress confinement, due to the depth of the tunnel, on TBM performance. After the description of the performances of TBMs in some short tunnels with low or medium overburden, this paper takes into consideration the experience gained in the past and more recently in long and deep tunnels excavated by TBMs. The concluding remarks point out the necessity to take into account particular phenomena, such as rock burst and squeezing, to correctly forecast the TBMs performances in deep and long tunnels. In particular, the Utilization Coefficient of the machine should be estimated considering the tunnel depth and the thrust force applied to disc cutters, in order to make a correct choice of the excavation method (D&B or TBM) for long and deep tunnels, especially when hard rocks and diffi cult ground conditions are expected.

---

W pracy przedstawiono analizę doświadczeń autorów w zakresie drążenia tuneli w przypadku ograniczonej grubości skał nadkładowych oraz badania przypadków relacjonowanych w literaturze na temat drążenia długich i głębokich tuneli. Jak wiadomo, w chwili obecnej istnieje zaledwie kilka tego typu tuneli, najważniejszy z nich to niedawno otwarty tunel w Loetseberg. Nasuwa się pytanie, czy doświadczenia zdobyte w trakcie drążenia tuneli w warunkach ograniczonej grubości nadkładu można zastosować również przy drążeniu głębokich i długich tuneli. Niedawno opublikowane wyniki badań wydają się potwierdzać wpływ rozkładów naprężeń spowodowanych głębokością na pracę urządzeń do drążenia tuneli. W pracy opisano pracę urządzeń do drążenia tuneli wykorzystanych w tunelach o niskich lub średnich grubościach nadkładu, a także przeanalizowano zdobyte uprzednio oraz stosunkowo nowe doświadczenia w zakresie drążenia długich i głębokich tuneli przy użyciu odpowiednich urządzeń. W wnioskach wykazano konieczność szczegółowego zbadania zjawisk takich jak: tąpnięcia skał czy ściskania dla dokładnego zbadania pracy urządzeń do drążenia długich i głębokich tuneli. W szczególności współczynnik wykorzystania maszyny określać należy z uwzględnieniem głębokości tunelu oraz wielkości siły naporu przyłożonej do narzędzi tnących, w celu prawidłowego wyboru odpowiedniej metody drążenia tuneli głębokich i długich zwłaszcza w rejonach gdzie oczekiwać należy trudnych warunków terenowych i twardych skał.