基坑开挖与临近既有隧道的相互影响_何连升
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［14 ］ Ye Lu［15］ 等人 等人， 行了分析． Liu Hong
研究了基坑开
和 D． V． Griffiths
［16 ］
等人采用有限元法对基
挖对临近地铁隧道影响的两阶段分析方法． 采用数值模拟的方法， 研究外
［3 ］
Phuoc Dang［17］等人 坑开挖进行了研究． Huu研究了 土 体 参 数 对 基 坑 开 挖 的 影 响． Alex Green［18］等人研究了冲式开挖与土体相对密
图1 Fig. 1 计算模型中隧道和基坑布置
模拟钢支撑、 衬砌和灌注桩． 土体和支护结构 参数见表 1． （ 4 ） 在支撑的两个节点处施加一对大小 相等方向相反的力来模拟预应力， 其大小为 其设计轴力 70% 的预应力， 并在钢支撑两节 点对节点进行梁端释放， 使钢支撑两端只受 轴力．
Arrangement of tunnel and foundation pit in the calculation model
利用数值模
拟的方法动态预测深基坑开挖对临近既有地 铁隧道的影响， 并对地铁保护方案进行模拟 对比分析． 吴加如
［5 ］
提出了基于 DCFEM 基
坑开挖对地铁隧道影响的预测方法， 能为工 程技术人员提供合理、 快速的预测方法． 王 路
［6 ］
结 采用理论计算及数值模拟计算方法，
合某实际基坑工程， 按平面应变问题考虑， 预 测由于基坑围护结构变形而引起的隧道结构 附加荷载和变形． 李东海等人
收稿日期： 2014 － 01 － 10 基金项目： 国家自然科学青年基金项目 （ 51008053 ） 作者简介： 何连昇（ 1980 —） ， 主要从事岩土工程方面的研究 ． 男， 博士研究生，
第5 期
何连昇等： 基坑开挖与临近既有隧道的相互影响
827
reduce mutual influences effectively． When the distance betw een the isolation piles and the tunnel increases from 4 m to 8 m ， the side w all's horizontal deformation of the tunnel increases by 47% ． How ever， w hen the distance betw een the isolation piles and the tunnel is taken by 4 m ， and 16 m long piles instead of 12 m long piles are used ， the side w all's horizontal deformation can decrease by 50% ． Conclusion is that there are obvious mutual influences betw een the existing tunnel and excavation of new foundation pits． Isolation piles betw een foundation pits and tunnel have good effects on reducing these mutual influences． Key words： excavation of foundation pit； adjacent tunnel； deformation of lining ； deformation of pile 基坑开挖过程中会产生地层变形效应， 对周边既有构筑物构成了不同程度的危害． 随着城市化进程不断推进， 地下空间的开挖 对周边环境影响的问题越来越严重． 基坑施 工中常遇到临近既有隧道的情况， 在基坑开 挖过程中会对隧道的变形产生一定的影响． 临近情况主要包括隧道下卧基坑和隧道侧穿 基坑两种情况． 隧道下卧情况下， 基坑开挖产 生一定的土体应力释放， 使隧道衬砌结构上 浮产生结构的应力集中现象， 对既有隧道的 使用带来危害． 张治国等人 黄宏伟等人
Abstract ： In order to find out mutual influences betw een the existing tunnel and new excavation of foundation pits as w ell as effects of isolation piles， this paper analyzed deformations of tunnel lining and foundation pit piles during the excavation process of foundation pits w ith the finite element numerical simulation method． The results show that the greater the distance betw een the foundation pit and the tunnel is， the smaller the influence of excavation of foundation pits on deformations of the tunnel lining is． Deformation change rules among the tunnel roof ， the floor and the side w all are basically identical． With increase of the distance betw een foundation pit and tunnel ， the deformation differences among the tunnel roof ， the floor and the side w all decrease． The maximum deformation of piles that are near to the tunnel is bigger than that of ones far from the tunnel． Isolation piles can
［19 ］ 度的相互影响． Chao Xu 等人 采用有限差
滩通道开挖对下卧延安东路隧道的影响， 评 价了不同隧道保护措施的效果． 戴宏伟 研 究了荷载位置、 隧道埋深、 隧道直径以及不同 土质对隧道沉降和内力的影响， 成果可以为 地铁隧道的保护提供一定的依据． 隧道侧穿 基坑情况下， 裴行凯和倪小东
［2 ］ ［1 ］
静雅
［8 ］
对邻近运营地铁隧道的深基坑的设
［9 ］
计施工进行了阐述分析． 王强
对敏感环境
［10 ］
下深基坑进行了监测分析． 郑刚等人 了实测及分析． 张治国等人
［11 ］
对基
坑开挖对下卧运营地铁既有箱体影响的进行 对邻近开挖对 既 有 软 土 隧 道 的 影 响 进 行 了 分 析 研 究． ChangYu Ou［12］等人对基坑开挖交叉围护墙 结构进行了工程实例分析． L． Sebastian Bryson［13］等人对深基坑开挖的刚性维护结构进
Mutual Influence between the Excavation of Foundation Pit and Adjacent Tunnel
HE Liansheng1 ， ZHANG Jun2
（ 1． Audit Department， Northeastern University ， Shenyang ， China， 110819 ； 2． School of Ｒesource and Civil Engineering ， Northeastern University ， Shenyang ， China， 110819 ）
置隔离桩的作用效果． 方法 采用有限元数值模拟方法， 分析基坑开发过程中隧道衬 砌结构和基坑支护桩变形的发展变化规律． 结果 基坑与隧道间距越大， 基坑开挖对 隧道衬砌结构变形的影响就越小 ； 隧道顶底板以及侧墙的变形发展变化规律基本一 致， 且随着基坑与隧道间距的增加， 隧道顶底板和侧墙的变形差异也逐渐减少； 临近 隧道一侧的基坑支护桩最大变形大于远离隧道一侧的桩体变形 ； 在基坑与隧道之间 设置隔离桩， 能有效减少两者之间的相互影响， 隔离桩与隧道间距从 4 m 增加到 8 m， 隧道侧墙水平变形增加约 47% ； 在隔离桩与隧道间距 4 m 条件下， 隔离桩桩长从 12 m 增加到 16 m， 侧墙水平变形降低约 50% ． 结论 基坑开挖与临近隧道之间的相互 影响较为明显， 在基坑与隧道之间采用隔离桩能起到明显的隔离效果 ． 关键词： 基坑开挖； 临近隧道； 衬砌变形； 桩体变形 中图分类号： TU431 文献标志码： A
6 m、 示， 两者水平间距为 L ， 分别取 L = 3 m 、 9 m、 12 m 、 15 m 、 18 m 、 24 m 和 36 m． 在其他 条件不变的情况下， 通过改变 L 值来研究基 坑与隧道间距对两者的相互影响． 隧道的衬 砌取 300 mm ， 直 径 取 6 m； 基 坑 开 挖 深 度 12 m ， 基 坑 钻 孔 灌 注 桩 桩 长 取 24 m ， 桩径 800 mm ， 布置三道壁厚 16 mm ， 直径 609 mm 的钢支撑．
doi： 10． 11717 / j． issn： 2095 － 1922． 2014． 05． 08
基坑开挖与临近既有隧道的相互影响
1 张 何连昇 ，
俊
2
（ 1． 东北大学审计处， 辽宁 沈阳 110819 ； 2． 东北大学资源与土木工程学院 ， 辽宁 沈阳 110819 ）
摘
要： 目的 明确基坑开挖与临近既有隧道之间的相互影响以及基坑与隧道之间设
［7 ］
研究了开挖
卸荷对下卧初支隧道的纵向变形的影响． 闫
828Baidu Nhomakorabea
沈阳建筑大学学报（ 自然科学版）
第 30 卷
1
1． 1
有限元数值模拟分析
基坑与隧道的相互位置关系 基坑与隧道的相互位置关系如图 1 所
挖分析为二维平面应变问题． 模型尺寸考虑 开挖影响范围， 模型水平方向 146 m ， 垂直方 向 54 m． 计算模型的边界条件确定， 表面边 界为自由边界， 底部边界约束竖向位移， 两侧 边界仅约束水平位移． 计算模型网格划分如 图 2 所示．
［4 ］
分法研究了土体开挖对管道变形的影响 ． 基坑与既有隧道的位置关系是两者相互 影响的重要因素， 笔者主要考虑基坑开挖纵 轴方向与隧道的走向相近或平行的情况． 采 用数值模拟的方法， 从变形的角度出发研究 基坑开挖过程与隧道结构的相互影响． 结果 表明， 在基坑三倍开挖深度范围内， 随着两者 间距的不断增加， 基坑开挖对隧道衬砌结构 的水平变形影响越来越小． 临近隧道侧的桩 体水平变形最大值要大于远离隧道测的桩体 变形． 隧道侧墙水平位移随着隔离桩与隧道 之间的距离增大而增大； 随着隔离桩桩长的 增加隔离效果越明显， 但是超过一定长度隔 离效果增加幅度减弱．
图2 Fig. 2
计算模型网格划分图 M esh used in the analysis
（ 2 ） 初始应力条件． 进行基坑开挖模拟 前， 对模型进行初始应力状态的模拟， 一次位 移场和速度场在模拟计算时应设置为零 ． （ 3 ） 隧道周围岩土层假设为单一土层． 对土体本构关系和结构本构关系， 计算中不 考虑降水的影响， 模型中土将选用理想弹塑 性本构模型， 土的破坏准则采用莫尔 － 库仑 （ M ohrCoulomb） 屈服准则描述． 采用梁单元
2014年9月 第 30 卷 第 5 期
沈阳建筑大学学报（ 自然科学版） Journal of Shenyang Jianzhu University （ Natural Science）
Sep． 2014 Vol ． 30 ， No ． 5
文章编号： 2095 － 1922 （ 2014 ） 05 － 0826 － 08
研究了基坑开
和 D． V． Griffiths
［16 ］
等人采用有限元法对基
挖对临近地铁隧道影响的两阶段分析方法． 采用数值模拟的方法， 研究外
［3 ］
Phuoc Dang［17］等人 坑开挖进行了研究． Huu研究了 土 体 参 数 对 基 坑 开 挖 的 影 响． Alex Green［18］等人研究了冲式开挖与土体相对密
图1 Fig. 1 计算模型中隧道和基坑布置
模拟钢支撑、 衬砌和灌注桩． 土体和支护结构 参数见表 1． （ 4 ） 在支撑的两个节点处施加一对大小 相等方向相反的力来模拟预应力， 其大小为 其设计轴力 70% 的预应力， 并在钢支撑两节 点对节点进行梁端释放， 使钢支撑两端只受 轴力．
Arrangement of tunnel and foundation pit in the calculation model
利用数值模
拟的方法动态预测深基坑开挖对临近既有地 铁隧道的影响， 并对地铁保护方案进行模拟 对比分析． 吴加如
［5 ］
提出了基于 DCFEM 基
坑开挖对地铁隧道影响的预测方法， 能为工 程技术人员提供合理、 快速的预测方法． 王 路
［6 ］
结 采用理论计算及数值模拟计算方法，
合某实际基坑工程， 按平面应变问题考虑， 预 测由于基坑围护结构变形而引起的隧道结构 附加荷载和变形． 李东海等人
收稿日期： 2014 － 01 － 10 基金项目： 国家自然科学青年基金项目 （ 51008053 ） 作者简介： 何连昇（ 1980 —） ， 主要从事岩土工程方面的研究 ． 男， 博士研究生，
第5 期
何连昇等： 基坑开挖与临近既有隧道的相互影响
827
reduce mutual influences effectively． When the distance betw een the isolation piles and the tunnel increases from 4 m to 8 m ， the side w all's horizontal deformation of the tunnel increases by 47% ． How ever， w hen the distance betw een the isolation piles and the tunnel is taken by 4 m ， and 16 m long piles instead of 12 m long piles are used ， the side w all's horizontal deformation can decrease by 50% ． Conclusion is that there are obvious mutual influences betw een the existing tunnel and excavation of new foundation pits． Isolation piles betw een foundation pits and tunnel have good effects on reducing these mutual influences． Key words： excavation of foundation pit； adjacent tunnel； deformation of lining ； deformation of pile 基坑开挖过程中会产生地层变形效应， 对周边既有构筑物构成了不同程度的危害． 随着城市化进程不断推进， 地下空间的开挖 对周边环境影响的问题越来越严重． 基坑施 工中常遇到临近既有隧道的情况， 在基坑开 挖过程中会对隧道的变形产生一定的影响． 临近情况主要包括隧道下卧基坑和隧道侧穿 基坑两种情况． 隧道下卧情况下， 基坑开挖产 生一定的土体应力释放， 使隧道衬砌结构上 浮产生结构的应力集中现象， 对既有隧道的 使用带来危害． 张治国等人 黄宏伟等人
Abstract ： In order to find out mutual influences betw een the existing tunnel and new excavation of foundation pits as w ell as effects of isolation piles， this paper analyzed deformations of tunnel lining and foundation pit piles during the excavation process of foundation pits w ith the finite element numerical simulation method． The results show that the greater the distance betw een the foundation pit and the tunnel is， the smaller the influence of excavation of foundation pits on deformations of the tunnel lining is． Deformation change rules among the tunnel roof ， the floor and the side w all are basically identical． With increase of the distance betw een foundation pit and tunnel ， the deformation differences among the tunnel roof ， the floor and the side w all decrease． The maximum deformation of piles that are near to the tunnel is bigger than that of ones far from the tunnel． Isolation piles can
［19 ］ 度的相互影响． Chao Xu 等人 采用有限差
滩通道开挖对下卧延安东路隧道的影响， 评 价了不同隧道保护措施的效果． 戴宏伟 研 究了荷载位置、 隧道埋深、 隧道直径以及不同 土质对隧道沉降和内力的影响， 成果可以为 地铁隧道的保护提供一定的依据． 隧道侧穿 基坑情况下， 裴行凯和倪小东
［2 ］ ［1 ］
静雅
［8 ］
对邻近运营地铁隧道的深基坑的设
［9 ］
计施工进行了阐述分析． 王强
对敏感环境
［10 ］
下深基坑进行了监测分析． 郑刚等人 了实测及分析． 张治国等人
［11 ］
对基
坑开挖对下卧运营地铁既有箱体影响的进行 对邻近开挖对 既 有 软 土 隧 道 的 影 响 进 行 了 分 析 研 究． ChangYu Ou［12］等人对基坑开挖交叉围护墙 结构进行了工程实例分析． L． Sebastian Bryson［13］等人对深基坑开挖的刚性维护结构进
Mutual Influence between the Excavation of Foundation Pit and Adjacent Tunnel
HE Liansheng1 ， ZHANG Jun2
（ 1． Audit Department， Northeastern University ， Shenyang ， China， 110819 ； 2． School of Ｒesource and Civil Engineering ， Northeastern University ， Shenyang ， China， 110819 ）
置隔离桩的作用效果． 方法 采用有限元数值模拟方法， 分析基坑开发过程中隧道衬 砌结构和基坑支护桩变形的发展变化规律． 结果 基坑与隧道间距越大， 基坑开挖对 隧道衬砌结构变形的影响就越小 ； 隧道顶底板以及侧墙的变形发展变化规律基本一 致， 且随着基坑与隧道间距的增加， 隧道顶底板和侧墙的变形差异也逐渐减少； 临近 隧道一侧的基坑支护桩最大变形大于远离隧道一侧的桩体变形 ； 在基坑与隧道之间 设置隔离桩， 能有效减少两者之间的相互影响， 隔离桩与隧道间距从 4 m 增加到 8 m， 隧道侧墙水平变形增加约 47% ； 在隔离桩与隧道间距 4 m 条件下， 隔离桩桩长从 12 m 增加到 16 m， 侧墙水平变形降低约 50% ． 结论 基坑开挖与临近隧道之间的相互 影响较为明显， 在基坑与隧道之间采用隔离桩能起到明显的隔离效果 ． 关键词： 基坑开挖； 临近隧道； 衬砌变形； 桩体变形 中图分类号： TU431 文献标志码： A
6 m、 示， 两者水平间距为 L ， 分别取 L = 3 m 、 9 m、 12 m 、 15 m 、 18 m 、 24 m 和 36 m． 在其他 条件不变的情况下， 通过改变 L 值来研究基 坑与隧道间距对两者的相互影响． 隧道的衬 砌取 300 mm ， 直 径 取 6 m； 基 坑 开 挖 深 度 12 m ， 基 坑 钻 孔 灌 注 桩 桩 长 取 24 m ， 桩径 800 mm ， 布置三道壁厚 16 mm ， 直径 609 mm 的钢支撑．
doi： 10． 11717 / j． issn： 2095 － 1922． 2014． 05． 08
基坑开挖与临近既有隧道的相互影响
1 张 何连昇 ，
俊
2
（ 1． 东北大学审计处， 辽宁 沈阳 110819 ； 2． 东北大学资源与土木工程学院 ， 辽宁 沈阳 110819 ）
摘
要： 目的 明确基坑开挖与临近既有隧道之间的相互影响以及基坑与隧道之间设
［7 ］
研究了开挖
卸荷对下卧初支隧道的纵向变形的影响． 闫
828Baidu Nhomakorabea
沈阳建筑大学学报（ 自然科学版）
第 30 卷
1
1． 1
有限元数值模拟分析
基坑与隧道的相互位置关系 基坑与隧道的相互位置关系如图 1 所
挖分析为二维平面应变问题． 模型尺寸考虑 开挖影响范围， 模型水平方向 146 m ， 垂直方 向 54 m． 计算模型的边界条件确定， 表面边 界为自由边界， 底部边界约束竖向位移， 两侧 边界仅约束水平位移． 计算模型网格划分如 图 2 所示．
［4 ］
分法研究了土体开挖对管道变形的影响 ． 基坑与既有隧道的位置关系是两者相互 影响的重要因素， 笔者主要考虑基坑开挖纵 轴方向与隧道的走向相近或平行的情况． 采 用数值模拟的方法， 从变形的角度出发研究 基坑开挖过程与隧道结构的相互影响． 结果 表明， 在基坑三倍开挖深度范围内， 随着两者 间距的不断增加， 基坑开挖对隧道衬砌结构 的水平变形影响越来越小． 临近隧道侧的桩 体水平变形最大值要大于远离隧道测的桩体 变形． 隧道侧墙水平位移随着隔离桩与隧道 之间的距离增大而增大； 随着隔离桩桩长的 增加隔离效果越明显， 但是超过一定长度隔 离效果增加幅度减弱．
图2 Fig. 2
计算模型网格划分图 M esh used in the analysis
（ 2 ） 初始应力条件． 进行基坑开挖模拟 前， 对模型进行初始应力状态的模拟， 一次位 移场和速度场在模拟计算时应设置为零 ． （ 3 ） 隧道周围岩土层假设为单一土层． 对土体本构关系和结构本构关系， 计算中不 考虑降水的影响， 模型中土将选用理想弹塑 性本构模型， 土的破坏准则采用莫尔 － 库仑 （ M ohrCoulomb） 屈服准则描述． 采用梁单元
2014年9月 第 30 卷 第 5 期
沈阳建筑大学学报（ 自然科学版） Journal of Shenyang Jianzhu University （ Natural Science）
Sep． 2014 Vol ． 30 ， No ． 5
文章编号： 2095 － 1922 （ 2014 ） 05 － 0826 － 08