Settlement associated with removal of compressed air pressure during tunnelling in alluvial clay

Abstract

Surface and subsurface ground movements and changes in piezometric level were measured around a 2·74m diameter shield driven tunnel at an axis depth of 5m in a soft organic silty clay with a high moisture content known locally as Belfast sleech. Observations were obtained in a plane normal to the tunnel centre line during tunnel construction, and following removal of the stabilizing air pressure 25 days after construction. Results show a two-stage settlement process. During construction deformation was rapid and typical of empirical patterns associated with constant volume undrained ‘ground loss’ at the face and shield. Following removal of the air pressure, deformation patterns and reduced piezometric levels suggested compression of the silty clay, caused by drainage of groundwater into the tunnel, and similar to primary consolidation. Des mouvements de sol de surface et de subsurface et des variations de niveau piézométrique furent mesurés autour d'une tôle protectrice d'un tunnel percé, de 2·74 m de diamètre, à un axe de profondeur de 5m dans une argile organique limoneuse tendre avec une haute teneur en eau connue localement comme le Belfast sleech. Des observations furent obtenues dans un plan normal à la ligne centrale du tunnel pendant la construction du tunnel, et après l'enlèvement de la pression de l'air stabilisateur 25 jours après la construction. Les résultats montrent un processus de tassement à deux phases. Pendant la construction la déformation était rapide et typique d'exemples empiriques associés avec ‘perte de sol’ non drainé à volume constant à la face et vers la tôle protectrice. Après l'enlèvement de la pression d'air, les exemples de déformation et les niveaux piézométriques réduits ont suggéré une compression de l'argile limoneuse, causée par le drainage d'eau souterraine dans le tunnel, et similaire à la consolidation primaire.