Impact of Shield Tunnel Construction on Differential Settlement and Twist Deformation of Adjacent Buildings

SUN Shuai; CHANG Liancui; ZHANG Huang; DING Jianwen; LIU Jinyu

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20221112004

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Impact of Shield Tunnel Construction on Differential Settlement and Twist Deformation of Adjacent Buildings

更新时间：2025-09-25

- Impact of Shield Tunnel Construction on Differential Settlement and Twist Deformation of Adjacent Buildings
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 44, Issue 2, Pages: 459-466(2024)
- 作者机构：
  
  1.东南大学交通学院，江苏南京 210096
  2.山东省嘉祥县住房和城乡建设局，山东济宁 272400
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20221112004
  CLC： TU375.4
- Received：12 November 2022，
  
  Revised：2023-01-05，
  
  Published：25 April 2024
- 稿件说明：
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孙帅,常连翠,张煌等.盾构隧道施工对邻近建筑物差异沉降与扭曲变形影响分析[J].防灾减灾工程学报,2024,44(02):459-466.

SUN Shuai,CHANG Liancui,ZHANG Huang,et al.Impact of Shield Tunnel Construction on Differential Settlement and Twist Deformation of Adjacent Buildings[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(02):459-466.
孙帅,常连翠,张煌等.盾构隧道施工对邻近建筑物差异沉降与扭曲变形影响分析[J].防灾减灾工程学报,2024,44(02):459-466. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20221112004.

SUN Shuai,CHANG Liancui,ZHANG Huang,et al.Impact of Shield Tunnel Construction on Differential Settlement and Twist Deformation of Adjacent Buildings[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(02):459-466. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20221112004.

摘要

针对盾构隧道施工侧穿既有建筑物问题，结合南京地铁一号线北延段工程，以盾构隧道侧穿某浅基础建筑物为研究对象，通过对建筑物沉降实测数据进行分析，并利用Plaxis 3D软件建立数值模型，研究了隧道距建筑物不同水平距离和盾构以不同角度穿越对建筑物差异沉降与扭曲变形特征的影响。结果表明：随着盾构开挖面逐渐接近建筑物，建筑物差异沉降及扭曲变形逐渐增大；差异沉降量在盾构机通过时达到最大值，之后趋于稳定，而扭曲变形峰值出现在盾构开挖面到达建筑物中点截面位置时，随后逐渐减小；当建筑物中心至隧道轴线的水平距离与隧道外径之比

=0.5～2时，建筑物差异沉降量较大，在

=1.5时达到峰值；当盾构穿越夹角从

=0°增大至

=90°时，建筑物最大差异沉降量不断增加，而最终扭曲变形值则先增大后减小，在

=45°时扭曲变形达到峰值。研究结果可为盾构隧道侧穿浅基础建筑物时相关类似工程提供参考。

Abstract

This study investigated the response of existing buildings to the side-crossing of shield tunnel construction. It focused on shallow foundation buildings intersected by the shield tunnel along the northern extension of Nanjing Metro Line 1. Field data on building settlements were analyzed

and a numerical model was established using PLAXIS 3D software. The study examined how different horizontal distances between the tunnel and the building

as well as various crossing angles

affected the characteristics of differential settlement and twist deformation. The results showed that as the shield's excavation surface approached the building

the differential settlement and twist deformation of the building gradually increased. The differential settlement reached its maximum when the shield machine directly passed underneath

after which it stabilized. The peak twist deformation occurred when the excavation surface reached the midpoint section of the building

and gradually decreased thereafter. When the ratio of the horizontal distance between the building's center and the tunnel's axis to the tunnel's outer diameter ranged from 0.5 to 2 (

=0.5~2)

the differential settlement of the building was larger

and reached its peak when

ratio was 1.5. As the shield crossing angle increased from 0° to 90°

the maximum differential settlement of the building increased accordingly. In contrast

the final twist deformation increased first and then decreased

reaching its peak at 45° crossing angle. The research results provide references for similar projects involving shield tunneling passing through shallow foundation buildings.

关键词

Keywords

references

Fang Y ， Yang Z H ， et al . Prediction of surface settlement process based on model shield tunnel driving test ［J］. Arabian Journal of Geosciences ， 2015 ， 8 （ 10 ）： 7787 - 7796 .

戴旭，赵少飞，孙嵩，等 . 隧道穿越距离变化对地表框架结构变形的影响［J］. 防灾减灾工程学报， 2018 ， 38 （ 3 ）： 480 - 486，497 .

Dai X ， Zhao S F ， Sun S ， et al . Influence on deformations of a ground frame structure by a tunnel crossing at different distances ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2018 ， 38 （ 3 ）： 480 - 486，497 . （in Chinese）

Yang Y Y ， Li H A . Failure mechanism of large-diameter shield tunnels and its effects on ground surface settlements ［J］. Journal of Central South University ， 2012 ， 19 （ 10 ）： 2958 - 2965 .

石波，李科 . 隧道邻近建筑物影响分区研究及工程对策分析［J］. 隧道建设， 2021 ， 41 （增2 ）： 230 - 235 .

Shi B ， Li K . Influence zoning of buildings adjacent to tunnel and engineering countermeasures ［J］. Tunnel Construction ， 2021 ， 41 （ Sup2 ）： 230 - 235 . （in Chinese）

孙杰，武科，郑扬，等 . 城市地铁TBM隧道掘进诱发既有建筑物变形的空间属性效应［J］. 山东大学学报（工学版）， 2021 ， 51 （ 1 ）： 32 - 38 .

Sun J ， Wu K ， Zheng Y ， et al . Influence of TBM tunnel excavation at different positions on buildings ［J］. Journal of Shandong University （Engineering Science）， 2021 ， 51 （ 1 ）： 32 - 38 . （in Chinese）

张学民，董宗磊，冯涵，等 . 隧道超前注浆对既有建筑物影响现场测试分析［J］. 地下空间与工程学报， 2021 ， 17 （ 1 ）： 204 - 213，289 .

Zhang X M ， Dong Z L ， Feng H ， et al . Field test and analysis of the Influence on the existing building by advanced grouting in tunnel ［J］. Chinese Journal of Underground Space and Engineering ， 2021 ， 17 （ 1 ）： 204 - 213，289 . （in Chinese）

戴轩，郭旺，程雪松，等 . 盾构隧道平行侧穿诱发的建筑纵向沉降实测与模拟分析［J］. 岩土力学， 2021 ， 42 （ 1 ）： 233 - 244 .

Dai X ， Guo W ， Cheng X S ， et al . Field measurement and numerical analysis for evaluating longitudinal settlement induced by shield tunnelling parallel to building ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2021 ， 42 （ 1 ）： 233 - 244 . （in Chinese）

李涛，崔远，刘波，等 . 岩-土复合地层隧道施工引起建筑物沉降计算［J］. 华中科技大学学报（自然科学版）， 2020 ， 48 （ 3 ）： 86 - 91 .

Li T ， Cui Y ， Liu B ， et al . Analytical solution of building settlement caused by underground tunnel construction in soil-stone composite stratum ［J］. Journal of Huazhong University of Science and Technology （Natural Science Edition）， 2020 ， 48 （ 3 ）： 86 - 91 . （in Chinese）

谢雄耀，张永来，周彪，等 . 盾构隧道下穿老旧建筑物群微沉降控制技术研究［J］. 岩土工程学报， 2019 ， 41 （ 10 ）： 1781 - 1789 .

Xie X Y ， Zhang Y L ， Zhou B ， et al . Micro-settling control technology for shield tunnels crossing old buildings ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2019 ， 41 （ 10 ）： 1781 - 1789 . （in Chinese）

欧阳文彪，丁文其，谢东武 . 考虑建筑刚度的盾构施工引致沉降计算方法［J］. 地下空间与工程学报， 2013 ， 9 （ 1 ）： 155 - 160 .

Ouyang W B ， Ding W Q ， Xie D W . Calculationmethod for settlement due to shield tunnelling considering structure stiffness ［J］. Chinese Journal of Underground Space and Engineering ， 2013 ， 9 （ 1 ）： 155 - 160 . （in Chinese）

丁智 . 盾构隧道掘进对邻近建筑物影响及变形预测研究［D］. 杭州：浙江大学， 2014 ．

Ding Z . Prediction of deformation and study on the influence of shield tunnel on adjacent buildings ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2014 . （in Chinese）

Schuster M ， Kung T C ， Juang C H ， et al . Simplified model for evaluating damage potential of buildings adjacent to a bracedexcavation ［J］. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering ， 2009 ， 135 （ 12 ）： 1823 ‑ 1835 .

Frischmann W W . Protection of the mansion houseagainst damage caused by ground movements due to the docklands light railway extension ［J］. Geotechnical Engineering ， 1994 ， 107 （ 2 ）： 65 - 76 .

Lin C G ， Zhang Z M ， Wu S M ， et al . Key techniquesand important issues for slurry shield under-passingembankments： A case study of Hangzhou Qiantang River Tunnel ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2013 ， 38 ： 306 - 325 .

丁祖德，彭立敏，施成华 . 地铁隧道穿越角度对地表建筑物的影响分析［J］. 岩土力学， 2011 ， 32 （ 11 ）： 3387 - 3392 .

Ding Z D ， Peng L M ， Shi C H . Analysis of Influence of metro tunnel crossing angles on ground buildings ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2011 ， 32 （ 11 ）： 3387 - 3392 . （in Chinese）

魏新江，魏纲，丁智 . 盾构施工与邻近不同位置建筑物相互影响分析［J］. 岩土力学， 2007 ， 28 （增1 ）： 505 - 510 .

Wei X J ， Wei G ， Ding Z . Analysis of interaction between shield tunnel construction and adjacent structure in different distance ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2007 ， 28 （ Sup1 ）： 505 - 510 . （in Chinese）

Ding Z D ， Ji X F ， Li X Q ， et al . Numerical investigation of 3D deformations of existing buildings induced by tunnelling ［J］. Geotechnical and Geological Engineering ， 2018 ， 37 （ 4 ）： 2611 - 2623 .

Addenbrooke T I ， Potts D M . A structure's Influence on tunnelling-induced ground movements ［J］. Geotechnical Engineering ， 1997 ， 125 （ 2 ）： 109 - 125 .

城市轨道交通工程监测技术规范： GB 50911—2013 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2014 .

建筑地基基础设计规范： GB 50007—2011 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2011 .

漆泰岳 . 地铁施工引起地层和建筑物沉降特征研究［J］. 岩土工程学报， 2012 ， 34 （ 7 ）： 1283 - 1290 .

Qi T Y . Settlement characteristics of strata and buildings caused by metro tunnelling ［J］. Chinese Journal of Engineering Geotechnical ， 2012 ， 34 （ 7 ）： 1283 - 1290 . （in Chinese）

刘建槟 . 软土地层盾构掘进不同空间位置建筑物沉降研究［D］. 北京：北京交通大学， 2013 .

Liu J B . Study on influence of the settlement of buildings with different positions by shield tunnelling in soft soil layer ［D］. Beijing ： Beijing Jiaotong University ， 2013 . （in Chinese）

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