Responses of single piles to tunneling-induced soil movements in sandy ground


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Abstract

The responses of single piles under various working loads to nearby tunneling were investigated using centrifuge model tests. First, the tunneling-induced soil movements and the tunnel stability in saturated sandy ground were examined. Two instrumented piles with penetration depths of 27 m were located either side of, and at various distances from, tunnels embedded at depths with various cover-to-diameter ratios, and used to measure the bending moments and axial forces at various depths for various ground loss ratios during tunneling simulations. The test results show that in the case of shallow tunneling near a long pile the unit skin frictions on the pile from the tunnel axis to an elevation of 1.5 tunnel diameters above the tunnel axis rapidly decrease with increases in the ground loss ratio. A significant degradation of the end bearing capacity results in a large settlement of the pile if the pile tip is near the tunnel. The depth ratio was found to be a significant influence on the bending moment profiles along the piles, but both the depth ratio and the working loads on the pile head determine the axial load profile and the pile settlement. A mechanism for pile load transfer during new tunneling is proposed to enable construction engineers to prevent structure failure in piles and excessive pile settlement.RésuméAu moyen d'essais sur modèles centrifuges, on a étudié les réactions sur des tunnels à proximité de pieux simples soumis à diverses charges de travail. On a d'abord examiné les mouvements du sol induits par le creusage du tunnel et la stabilité du tunnel dans un terrain sablonneux saturé. Deux pieux instrumentés avec des profondeurs de pénétration de 27 m étaient localisés de chaque côté et à différentes distances des tunnels enfouis à des profondeurs de divers rapports de couverture sur diamètre, et ont été utilisés pour mesurer les moments fléchissants et les forces axiales à différentes profondeurs pour divers rapports de perte de sol durant les simulations de creusage de tunnels. Les résultats montrent que dans les cas de tunnels peu profonds situés près d'un long pieu, les frottements superficiels unitaires sur le pieu en partant de l'axe du tunnel jusqu'à une élévation de 1,5 diamètres de tunnel au dessus de l'axe du tunnel diminuent rapidement avec les accroissements du rapport de perte de sol. Une dégradation significative de la capacité de résistance à la pointe résulte en un fort tassement du pieu si la pointe du pieu est localisée près du tunnel. On a trouvé que le rapport de profondeur avait une influence significative sur les profils des moments fléchissants le long des pieux, mais le rapport de profondeur de même que les charges de travail sur la tête du pieu déterminent le profil de charge axiale et le tassement du pieu. On propose un mécanisme de transfert de la charge du pieu durant le creusage du tunnel pour permettre aux ingénieurs en construction d'éviter la rupture des pieux et un tassement excessif du pieu.

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