A Contribution to the Analysis of Stress in a Circular Tunnel

Synopsis

In recent years progress has been made in the evolution of methods of tunnel lining which represent a marked departure from the traditional cast-iron lining. In designing such tunnel linings, it is necessary to relate the effects of stiffness of the lining to the characteristics of the ground since the strength of the lining is related to both factors.

In making a theoretical study of this problem it is necessary first to consider the effects on the state of stress in the ground around the tunnel due to its construction and the manner in which subsequent deformation of the tunnel lining may occur. Equations are then presented relating the stress set up in a tunnel lining directly to the stiffness of the lining and the elastic properties of the surrounding ground. Since the newer forms of tunnel lining are, on the whole, less stiff than the traditional lining, it is also necessary to consider the question of the stability of the lining. Known methods of analysis for critical external pressure on a thin tube have been developed to relate to a thin tube in an elastic medium.

Where a tunnel is driven in clay, long-term effects of consolidation settlement have also to be considered and relationships are established between the ultimate stress in a tunnel and the consolidation characteristics of the ground.

Field tests are being carried out which are expected to provide information on the application and limitations of the theoretical treatment.

Au cours de ces derniéres années l'évolution des méthodes de revêtement des tunnels a fait des progrès qui représentent une déviation nette de revêtements traditionnels en fonte. Dans la conception des tels revêtements de tunnels, il faut établir un rapport des effets de rigidité du revêtement aux caractéristiques du sol car la solidité du revétement est en rapport avec ces deux facteurs.

Pour faire une étude théorique de ce problême, il faut considérer d'abord les effets sur la condition de tension dans le sol autour du tunnel à cause de sa construction et de la maniére dont peuvent se produire les déformations consécutives du revêtement du tunnel.

Comme dans l'ensemble les nouvelles sortes de revêtements de tunnel sont moins rigides que les revêtements traditionnels, il faut considérer aussi la question de la stabilité du revêtement. Desméthodes d'analyse connues pour la pression extérieure critique sur un tube mince ont été développée pour établir un rapport avec un tube mince dans un milieu élastique.

Où on perce un tunnel dans l'argile, les effets à long terme de tassement d` à la consolidation doivent aussi être considérés et on établit des relations entre la tension limite de rupture dans un tunnel et des caractéristiques de consolidation du sol.

On est en train de faire des essais de chantier dont on attend des renseignements sur l'application et les limitations du traitement théorique.