Three-dimensional centrifuge modeling of influence of nearby excavations on existing tunnels and effects of cut-off walls
-
摘要: 开展了干砂地层中基坑开挖对旁侧隧道影响及隔断墙保护作用的三维离心模型试验和数值分析,获得了隧道上浮、隧道内力、隧道周围土压力、地表沉降等变化规律以及隧道空间位置和基坑开挖深度的影响。试验结果表明,基坑回弹量与采用Boussinesq解计算的回弹量比较接近;地表沉降量与文献报道的试验结果相近,而明显小于现场实测沉降;靠近基坑一侧的隧道周围土压力有所减小,而远离基坑一侧的隧道周围土压力则有所增加。隔断墙的设置可以一定程度上减小地表沉降、隧道外土压力变化、围护墙水平位移以及隧道上浮和弯矩。数值计算结果表明,隧道上浮量和水平位移随着隧道埋深及其与围护墙距离的增大而减小,而随着基坑开挖深度的增大而增大。Abstract: Centrifuge modeling and numerical simulation are conducted in dry sand to investigate the influence of nearby excavations on the existing tunnels as well as the effectiveness of cut-off walls. The tunnel heaves, internal forces, earth pressures and ground settlements are analyzed as well as the influences of the relative position and excavation depth. As indicated by the tests, the soil heaves at the excavation base are close to the results from the Boussinesq equation. The measured ground settlements are similar to those of the centrifuge modeling by other researchers, while obviously lower than the field measurements. The earth pressures at the excavation side are reduced due to the excavation, while those at the other side increase. The cut-off walls can reduce the ground settlements, change of earth pressures, lateral displacements of diaphragm wall, and uplifts and bending moments of tunnels. The numerical simulation indicates that the tunnel heaves and horizontal displacements decrease as the burial depth of the tunnel and its distance from the diaphragm wall increase, while increases with the increasing excavation depth.
-
Keywords:
- centrifuge modeling /
- numerical simulation /
- excavation /
- tunnel /
- cut-off wall /
- unloading effect
-
[1] CHEN R P, MENG F Y, LI Z C, et al.Investigation of response of metro tunnels due to adjacent large excavation and protective measures in soft soils[J]. Tunneling and Underground Space Technology, 2016, 58: 224-235. [2] HUANG X, SCHWEIGER H F, HUANG H W.Influence of deep excavations on nearby existing tunnels[J]. International Journal of Geomechanics, 2011, 13(2): 170-180. [3] 魏少伟, 张玉芳, 郑刚. 基坑开挖对坑底已建隧道影响的三维数值分析[J]. 土木建筑与环境工程, 2013(增刊1): 112-116.
(WEI Shao-wei, ZHANG Yu-fang, ZHENG Gang.Three-dimensional numerical investigation of the influence of basement excavation on underlying tunnels[J]. Journal of Civil Architectural & Environmental Engineering, 2013(S1): 112-116. (in Chinese))[4] HUANG X, HUANG H W, ZHANG D M.Centrifuge modelling of deep excavation over existing tunnels[J]. Geotechnical Engineering, 2014, 167(1): 3-18. [5] NG C W, SHI J W, HONG Y.Three-dimensional centrifuge modelling of basement excavation effects on an existing tunnel in dry sand[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2013, 50(8): 874-888. [6] ZHENG G, WEI S W.Numerical analyses of influence of overlying pit excavation on existing tunnels[J]. Journal of Central South University of Technology, 2008, 15: 69-75. [7] BAI Y, YANG Z H, JIANG Z W.Key protection techniques adopted and analysis of influence on adjacent buildings due to the Bund Tunnel construction[J]. Tunneling and Underground Space Technology, 2014, 41: 24-34. [8] 包承纲, 饶锡保. 土工离心模型的试验原理[J]. 长江科学院院报, 1998, 15(2): 1-3.
(BAO Cheng-gang, RAO Xi-bao.Principle of the geotechnical centrifuge model test[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 1998, 15(2): 1-3. (in Chinese))[9] 黄德中, 马险峰, 王俊淞, 等. 软土地区盾构上穿越既有隧道的离心模拟研究[J]. 岩土工程学报, 2012, 34(3): 520-527.
(HUANG De-Zhong, MA Xian-Feng, WANG Jun-Song, et al.Centrifuge modelling of effects of shield tunnels on existing tunnels in soft clay[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2012, 34(3): 520-527. (in Chinese))[10] 朱斌, 熊根, 刘晋超, 等. 砂土中大直径单桩水平受荷离心模型试验[J]. 岩土工程学报, 2013, 35(10): 1807-1815.
(ZHU Bin, XIONG Gen, LIU Jin-Chao, et al.Centrifuge modelling of a large-diameter single pile under lateral loads in sand[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2013, 35(10): 1807-1815. (in Chinese))[11] LI A Z, LEHANE B M.Embedded cantilever retaining walls in sand[J]. Géotechnique, 2010, 60(11): 813-823. [12] 田振, 顾倩燕. 大直径圆形深基坑基底回弹问题研究[J]. 岩土工程学报, 2006, 28(11): 1360-1364.
(TIAN Zhen, GU Qian-yan.Researches on heave of circular deep foundation pits with super diameters[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2006, 28(11): 1360-1364. (in Chinese))[13] CHEN S L, LEE S C, WEI Y S.Numerical analysis of ground surface settlement induced by Double-O tube shield tunneling[J]. Journal of Performance of Constructed Facilities, 2016, 30(5): 04016012. -
期刊类型引用(40)
1. 黄明华,钟煜轩,陆锦斌,王克平. 基于非连续地基梁模型的基坑开挖诱发下卧盾构隧道变形分析. 岩土力学. 2025(02): 492-504 . 百度学术
2. 宋博文,秦会来,王蓉,翟雷,王龙,吕玺琳. 南京地区基于地铁隧道保护要求的基坑变形控制指标. 同济大学学报(自然科学版). 2025(04): 548-556 . 百度学术
3. 周鼎文,韩磊,应宏伟,朱成伟,李慧慧. 分隔型基坑施工对邻近地层及隧道位移的影响. 浙江大学学报(工学版). 2025(05): 1072-1082 . 百度学术
4. 韩晓. 上海紧邻地铁超大深基坑工程设计与实践. 岩土工程技术. 2024(01): 70-74 . 百度学术
5. 魏纲,木志远,齐永洁,郭丙来,项鹏飞. 考虑地层损失的隔离桩对基坑旁侧盾构隧道变形保护研究. 岩土工程学报. 2024(03): 480-489 . 本站查看
6. 李宇翔,张杰,严松宏,刘念武,沈晓伟. 富水软土区紧邻基坑工程的地铁隧道保护措施分析. 高校地质学报. 2024(05): 613-621 . 百度学术
7. 毛家骅,刘明高,陈仁东,张园,陆平,张晨阳. 基坑开挖及降水作用下盾构隧道结构响应离心模型试验设计研究. 土木工程学报. 2024(S1): 184-189 . 百度学术
8. 王如路,袁强,梁发云,王鲁杰. 道路填土引发软土地铁盾构隧道变形案例及整治技术. 岩土工程学报. 2023(01): 112-121 . 本站查看
9. 陈仁朋,刘慕淳,孟凡衍,李忠超,吴怀娜,程红战. 基坑开挖旁侧盾构隧道结构横向受力与变形研究. 岩土工程学报. 2023(01): 24-32 . 本站查看
10. 范磊,魏越. 十字换乘车站基坑开挖影响分析及变形控制研究. 建筑科学. 2023(03): 146-153 . 百度学术
11. 马伟亮,李顺群,叶茂松,黄雄飞. 基坑开挖对邻近隧道变形影响的解析方法研究. 地下空间与工程学报. 2023(02): 446-455 . 百度学术
12. 吴红斌. 软土地层中基坑开挖对邻近地铁隧道变形及周边地表沉降影响的数值模拟分析. 建筑结构. 2023(S1): 2823-2827 . 百度学术
13. 马勤,张玉山. 深基坑开挖诱发邻近运营地铁隧道变形响应特征研究. 地基处理. 2023(05): 434-443 . 百度学术
14. 吴梦琴,丁智,王震. 盾构隧道管片承载性能研究综述. 低温建筑技术. 2023(09): 58-62 . 百度学术
15. 李奕彤,魏纲,木志远. 隔离桩对基坑外侧盾构隧道防护研究综述. 低温建筑技术. 2023(12): 110-115 . 百度学术
16. 张莎莎,苏焰花,樊林,戴志仁. 基坑开挖对邻近既有盾构隧道的影响分析. 建筑科学与工程学报. 2022(01): 134-142 . 百度学术
17. 曹利强,陈湘生,张顶立,苏栋. 隔离桩对隧道开挖诱发土体竖向位移牵制效应的理论分析. 岩土工程学报. 2022(05): 916-925 . 本站查看
18. 张航飞. 基坑开挖与紧邻地铁隧道相互影响研究. 科技通报. 2022(06): 66-72 . 百度学术
19. 张超,刘拯安,郎志雄,陈仁朋. 近接工程建设荷载的数字孪生试验方法. 土木工程学报. 2022(07): 121-128 . 百度学术
20. 刘鑫菊,郑刚,周海祚,何晓佩,王恩钰,郭知一. 临近基坑开挖引起的隧道变形预测分析. 重庆大学学报. 2022(07): 37-44 . 百度学术
21. 刘波,章定文,李建春. 基于多案例统计的基坑开挖引起侧方既有隧道变形预测公式及其工程应用. 岩土力学. 2022(S1): 501-512 . 百度学术
22. 尹骥. 软土深基坑开挖对隧道影响分析及设计参数讨论. 地下空间与工程学报. 2022(S1): 173-178+186 . 百度学术
23. 魏新江,马靖昊,汪海林,鲁梁梁. 基坑开挖对邻近盾构隧道竖井的影响研究现状. 低温建筑技术. 2022(06): 127-131 . 百度学术
24. 傅志斌,涂序超,徐有娜. 非对称基坑开挖对邻近地铁隧道变形性分析. 洛阳理工学院学报(自然科学版). 2022(03): 11-16 . 百度学术
25. 杨磊,黄钟晖,谢雄耀. 基于离心试验与数值模拟的圆砾地层深基坑弹性地基模式研究. 工程地质学报. 2022(04): 1203-1210 . 百度学术
26. 曾力,杨景辉,李明宇,马朋辉,朱翔. 土岩组合地层基坑开挖对下卧隧道变形影响模拟分析. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2022(05): 879-887 . 百度学术
27. 夏曾银,潘军,盛鲁腾,程雪松,郑刚,冀叶涛,孟灵波. 注浆和隔离墙对基坑引发隧道变形的联合控制作用研究. 水利水电技术(中英文). 2022(09): 175-185 . 百度学术
28. 郑镇跡,曹利强,苏栋,陈湘生. 隔离桩对隧道开挖引起沉降的控制效能分析. 深圳大学学报(理工版). 2022(06): 615-621 . 百度学术
29. 赵平. 深基坑开挖影响的有限元模拟与监测. 安庆师范大学学报(自然科学版). 2022(04): 24-28+36 . 百度学术
30. 黄盛锋,陈志波,谢永宁,郑金伙,邓煜晨. 紧邻隧道条件下基坑开挖变形破坏模式分析. 自然灾害学报. 2022(06): 181-190 . 百度学术
31. 董艳彪. 管道顶进防护套管施工对既有高铁桥梁的影响. 山西建筑. 2021(17): 138-141+146 . 百度学术
32. 文仁学. 抗拔桩+抗浮板加固体系在上跨盾构隧道基坑开挖中的应用分析. 路基工程. 2021(04): 188-193 . 百度学术
33. 沈银斌,陈龙,周侃东,黄河. 基坑施工对临近既有地铁隧道变形的影响分析. 安徽建筑. 2021(10): 159-162 . 百度学术
34. 陈仁朋,刘书伦,孟凡衍,叶俊能,朱斌. 软黏土地层基坑开挖对旁侧隧道影响离心模型试验研究. 岩土工程学报. 2020(06): 1132-1138 . 本站查看
35. 张治国,蒋康明,王志伟,邢李,魏纲,丁智. 考虑Pasternak地基模型的基坑开挖诱发既有隧道纵向变形理论分析. 隧道建设(中英文). 2020(S1): 57-67 . 百度学术
36. 徐晓兵,胡琦,曾理彬,王金昌,王哲. 隔离桩对干砂地基中基坑侧方隧道影响的模型试验研究. 岩石力学与工程学报. 2020(S1): 3015-3022 . 百度学术
37. 张鑫海,魏纲,林心蓓. 考虑纵向变形影响的基坑下方盾构隧道横向受力变化研究. 岩石力学与工程学报. 2020(11): 2351-2364 . 百度学术
38. 吴才德,赵豫鄂,成怡冲,郑翔,龚迪快,沈俊杰. 不同形式隔离桩对基坑外既有隧道的保护效果对比研究. 四川建筑科学研究. 2020(S1): 75-82 . 百度学术
39. 魏焕卫,杨帆,罗威,奎耀,卢卓. 基坑开挖对旁侧既有隧道影响的模型试验研究. 山东建筑大学学报. 2020(06): 15-22 . 百度学术
40. 刘庭金,林少群. 盾构隧道病害分析及上方架空轻质回填研究. 铁道工程学报. 2019(07): 64-69 . 百度学术
其他类型引用(53)
计量
- 文章访问数: 427
- HTML全文浏览量: 15
- PDF下载量: 216
- 被引次数: 93