Design and construction of a deep excavation in soft soils adjacent to the Shanghai Metro tunnels


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Abstract

This paper presents the design and construction of a deep excavation for building foundations in saturated soil. This deep excavation was of particular interest because it was located above and beside the Shanghai Metro tunnels. The twin Shanghai Metro tunnels had to be in full operation during the deep excavation. Potential large deformation of the twin tunnels was one of the main concerns during the design and construction for the deep excavation. The paper discusses in detail the criteria and measures for controlling the soil and tunnel deformation. The measures included cast-in-place concrete diaphragm walls with bracing structural members, pumping consolidation, cement–soil mix pile systems, and rational excavation procedures. A simplified theoretical method was proposed to estimate the increment in undrained shear strength in a soft clay layer due to pumping consolidation. Furthermore, conventional finite element methods were used to predict the soil vertical and horizontal displacements induced by the excavation. Using the design and construction methods discussed in the paper, the settlement and horizontal displacement of the tunnels were successfully controlled within 5.0 mm and 9.0 mm, respectively. The curvature of longitudinal deformation curve of the tunnels was less than 1/15 000. The horizontal displacement of the braced diaphragm walls was less than 0.12% of the total excavation depth.RésuméCet article présente la conception et la construction d'une excavation profonde pour la construction de fondations dans des sols saturés mous. Cette fondation profonde était particulière en ce qu'elle était située au-dessus et à côté des tunnels du métro de Shanghai. Les tunnels du métro sont jumelés et devaient rester en opération continuelle durant les travaux pour l'excavation profonde. Une déformation potentiellement importante des tunnels jumelés constituait une des principales préoccupations lors de la conception et de la construction de l'excavation profonde. Cet article discute en détail les critères et des mesures prises pour contrôler le sol et la déformation des tunnels. Les mesures comportaient des parois moulées en béton avec des membrures de contreventement, de la consolidation par pompage, des systèmes de pieux mixes de sol–ciment et des procédures rationnelles d'excavation. On a proposé une méthode théorique simplifiée pour estimer l'accroissement de la résistance au cisaillement dans la couche d'argile molle dû à la consolidation par pompage. De plus, on a utilisé des méthodes d'éléments finis conventionnelles pour prédire les déplacements horizontaux et verticaux du sol induits par l'excavation. En utilisant les méthodes de conception et de construction discutées dans cet article, le tassement et le déplacement horizontal des tunnels ont été contrôlés avec succès à moins de 5,0 mm et 9,0 mm respectivement. La courbure de la courbe de déformation longitudinale des tunnels était inférieure à 1/15 000. La déformation horizontale de la paroi moulée étayée était inférieure à 0.12% de la profondeur totale de l'excavation.

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