Modellazione numerica dell’interazione tra terreno e scudo di una macchina TBM in condizioni spingenti

A novel numerical procedure is proposed for the design of tunnels excavated in squeezing ground conditions using TBMs. The method, which integrates newly introduced features of the Plaxis2D FEM code, is compatible with future releases of the software, enabling a reliable estimation of the jamming force on the shield and the pressure on the segmental lining. These factors are crucial for the dimensioning of the thrust jack system and the determination of the required lining thickness, respectively. Unlike existing methods, the proposed approach utilises interface elements to apply static boundary conditions directly to the tunnel wall, simulating the elastic support provided by the shield. Although the current formulation is limited to a constant diameter shield and assumes perfect contact between the lining and surrounding soil, the method can be extended to accommodate cases involving tapered shields and the hardening of grout injected behind the lining.

Nell’ambito dello scavo in meccanizzato di gallerie in condizioni spingenti, il rischio di intrappolamento della TBM è uno degli aspetti tecnici più delicati da analizzare in fase di progettazione. Una valutazione realistica di questo fenomeno di interazione richiede la messa a punto di strategie numeriche avanzate per la modellazione dell’evoluzione del gap tra terreno e scudo, dal valore iniziale in corrispondenza della testa della TBM ad un valore potenzialmente nullo ad una certa distanza dal fronte a seguito della convergenza del cavo. In questo articolo viene descritta una soluzione originale implementata nel codice agli Elementi Finiti Plaxis che prevede l’uso di elementi di interfaccia mobili per rappresentare le varie porzioni dello scudo, attivate durante la simulazione delle fasi di avanzamento dello scavo nell’ambito di analisi assialsimmetriche passo-passo.