岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (11): 3241-3251.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1961

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基坑开挖及降水引起下卧隧道变形的解析解

管凌霄1, 2, 3,徐长节1, 2, 3,王雪鹏1, 2, 3,夏雪勤1, 2, 3,可文海1, 2, 3   

  1. 1. 华东交通大学 轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室,江西 南昌,330013; 2. 华东交通大学 江西省地下空间技术开发工程研究中心,江西 南昌,330013; 3. 华东交通大学 江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室,江西 南昌,330013
  • 收稿日期:2022-12-16 接受日期:2023-04-11 出版日期:2023-11-28 发布日期:2023-11-29
  • 通讯作者: 徐长节,男,1972年生,博士,教授,博士生导师,从事土动力学、基坑工程及隧道工程等研究。E-mail: xucj@zju.edu.cn E-mail:glx1392@163.com
  • 作者简介:管凌霄,男,1996年生,博士研究生,主要从事土与结构相互作用研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No. 52238009);江西省自然科学基金(No. 20224BAB214068);江西省研究生创新资金(No. YC2021-S433)。

Analytical solution of deformation of underlying shield tunnel caused by foundation pit excavation and dewatering

GUAN Ling-xiao1, 2, 3, XU Chang-jie1, 2, 3, WANG Xue-peng1, 2, 3, XIA Xue-qin1, 2, 3, KE Wen-hai1, 2, 3   

  1. 1. State Key Laboratory of Performance Monitoring Protecting of Rail Transit Infrastructure, East China Jiaotong University, Nanchang, Jiangxi 330013, China; 2. Engineering Research & Development Centre for Underground Technology of Jiangxi Province, East China Jiaotong University, Nanchang, Jiangxi 330013, China;3. Jiangxi Key Laboratory of Infrastructure Safety Control in Geotechnical Engineering, East China Jiaotong University, Nanchang, Jiangxi 330013, China
  • Received:2022-12-16 Accepted:2023-04-11 Online:2023-11-28 Published:2023-11-29
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52238009), the Natural Science Foundation of Jiangxi Province (20224BAB214068) and the Innovation Fund for Postgraduate of Jiangxi Province (YC2021-S433).

摘要: 基坑开挖及降水打破周围土层的平衡应力场,对下卧盾构隧道造成不良影响。采用两阶段分析法提出了基坑开挖及降水共同作用引起的下卧隧道纵向变形解析解。在第1阶段采用Mindlin弹性解与有效应力原理分别计算出基坑开挖与降水对下卧隧道造成的附加应力;第2阶段将盾构隧道视为Timoshenko梁搁置在Pasternak地基模拟隧道与土的相互作用,通过叠加法推导出隧道纵向变形解析解。通过与工程实例监测数据的对比,验证了方法的正确性,并进一步分析了基坑开挖长度、宽度、深度、隧道埋深、水位降深及与基坑相对位置等因素对隧道纵向位移的影响。结果表明:随着基坑开挖长度、宽度和深度的增加,隧道最大隆起值均明显增大;隧道变形随着隧道埋深的增加而减小;坑内水位降深的增加将导致隧道隆起值减小而沉降值增大;随着隧道轴线与基坑中心距离的增加,可依次为隆起值减小区、沉降值增大区及沉降值减小区。

关键词: 基坑开挖, 基坑降水, 下卧隧道, 剪切变形, Timoshenko梁, Pasternak地基

Abstract: The foundation pit excavation and dewatering break the equilibrium stress field of the surrounding soil layer and negatively affect the underlying shield tunnel. The analytical solution of the longitudinal deformation of the underlying tunnel caused by foundation pit excavation and dewatering is proposed using a two-stage analysis method. In the first stage, Mindlin elastic solution and effective stress principle are used to calculate the additional stress caused by excavation and dewatering. In the second stage, the shield tunnel is treated as a Timoshenko beam resting on the Pasternak foundation to simulate the interaction between the tunnel and soil. The analytical solution of the longitudinal tunnel deformation is derived from the superposition method. By comparing with the monitoring data of engineering examples, the correctness of the proposed method is verified, and the influence of the excavation length, width, depth, tunnel burial depth, dropdown, and relative position of the foundation pit on the longitudinal displacement of the tunnel is further analyzed. The results show that with the increase of excavation length, width, and depth, the maximum uplift of the tunnel increases. The tunnel deformation decreases with the increase in tunnel burial depth. With the increase of the dropdown, the uplift decreases, and the settlement value increases. With the increased distance between the tunnel axis and the foundation pit center, there are a decreasing area of the uplift, an increasing area of the settlement, and a decreasing area of settlement.

Key words: foundation pit excavation, foundation pit dewatering, underlying shield tunnel, shear deformation, Timoshenko beam, Pasternak foundation

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