#### 期刊菜单

Study on the Seepage Effect of Dewatering for Deep Excavation with Cantilever Curtain in Soft Soil
DOI: 10.12677/HJCE.2023.125066, PDF , HTML, XML, 下载: 65  浏览: 112

Abstract: In this paper, ABAQUS finite element simulation software was used to study the seepage effect of dewatering for deep excavation, based on the deep excavation project for the Wu Songkou Yangtze River Tunnel on the Shanghai-Nantong Railway from Taicang to Situan in the Shanghai area. The excavation adopts the cantilever curtain method for dewatering. Under the pressure water boundary, four types of dewatering conditions were calculated. The results showed that the numerical simulation of dewatering in the well matched well with the on-site test, and the error was within an acceptable range, which could provide a reference for optimizing the design of the on-site pumping scheme. However, there was a large deviation between the simulated values and actual values of the observed wells outside the well. In future research, it is suggested to set the boundary conditions as the hydrostatic pressure boundary to simulate the dewatering of the observation wells outside the well so as to explore the effect of seepage on the surrounding environment.

1. 引言

2. 工程简介

2.1. 工程概况

2.2. 工程地质条件

Figure 1. Geologic profile of the project

2.3. 降压井布置方案

1) 坑内抽水井2口，井深69 m；

2) 坑内备用井1口，井深69 m；

3) 基坑内外观测井共计5口，井深75 m。

Figure 2. Layout of pressure relief wells

3. 三维降水有限元数值模拟

3.1. 土层模型

Table 1. Soil parameters

Figure 3. Numerical model of the soil

3.2. 地连墙模型

Figure 4. Numerical model of the diaphragm wall

3.3. 相互作用

Table 2. Contact relationships

3.4. 边界条件

${P}_{w0}=\gamma H$ (1)

$P=\gamma H+{P}_{we}$ (2)

3.5. 工况说明

Table 3. Numerical simulation working conditions

4. 结果分析

4.1. 降水工况1

12小时后的降水结果如图5所示，在5 (1)粘土层以下土层降水较为明显，孔隙水压力等值线围绕降水井点Y7-2下移明显。

(a) 初始状态 (b) 最终状态

Figure 5. Simulation result for dewatering condition 1

Table 4. Comparison of dewatering condition 1

4.2. 降水工况2

12小时后的降水结果如图6所示，在5 (1)粘土层以下土层降水较为明显，孔隙水压力等值线围绕降水井点Y7-1下移明显。

(a) 初始状态 (b) 最终状态

Figure 6. Simulation result for dewatering condition 2

Table 5. Comparison of dewatering condition 2

4.3. 降水工况3

12小时后的降水结果如图7所示，降深数值较工况2相比进一步增加，降水点位处出现明显负孔隙水压力，未出现负孔隙水压力土层。

(a) 初始状态 (b) 最终状态

Figure 7. Simulation result for dewatering condition 3

Table 6. Comparison of dewatering condition 3

4.4. 降水工况4

24小时后的降水结果如图8所示，由于上部土层属淤泥质黏土层，渗透系数较小，而下部土体属粉质黏土层，其渗透系数明显大于上部土体，因此在渗流速度上存在明显差异，结果表明，该深度土层中出现显著的负孔隙水压。

(a) 初始状态 (b) 最终状态

Figure 8. Simulation result for dewatering condition 4

Table 7. Comparison of dewatering condition 4

5. 结论

1) 承压水边界条件下井内降水数值模拟和现场试验匹配较好，误差在1 m水头左右，考虑到地层状况的不均匀性和受潮汐的影响，该误差在可接受范围内，且误差值均较为保守，数值模拟的结果可以为现场试验提供一定的参考价值，从而辅助降水方案的设计。

2) 井外的观测井位由于数值模拟承压水边界的边界效应，与实际值偏差较大，不具备参考价值。在后续的研究中，可以考虑将边界条件设置为静水压力边界对井外观测点降水进行模拟，以探究降水渗流效应对周边环境的影响。

NOTES

*通讯作者。

 [1] 贺少辉. 地下工程[M]. 北京: 清华大学出版社, 北京交通大学出版社, 2008. [2] 李博. 水下开挖地铁深基坑变形特性及支护结构工作性状研究[D]: [博士学位论文]. 北京: 中国地质大学, 2021. [3] Clough, G.W. and O’Rourke, T.D. (1990) Construction Induced Movements of in Situ Walls. In: ASCE Conference on Design and Performance of Earth Retaining Structures, Geotechnical Special Publication No. 25, ASCE, New York, 439-470. [4] Bergado, D.T., Teerawattanasuk, C., Youwai, S., et al. (2000) Finite Element Modeling of Hexagonal Wire Reinforced Embankment on Soft Clay. Canadian Geotechnical Journal, 37, 1209-1226. https://doi.org/10.1139/t00-065 [5] 陈育民, 徐鼎平. FLAC/FLAC3D基础与工程实例[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2013. [6] 庄茁. ABAQUS/Explicit有限元软件入门指南[M]. 北京: 清华大学出版社, 1999. [7] 游洋, 阎长虹, 刘实, 许宝田, 车灿辉, 刘静. 复杂地质条件下某深大基坑降水方案优化设计[J]. 工程地质学报, 2017, 25(3): 715-722. [8] 沈露, 张俊, 吴蓉, 罗梦. 杭州地铁承压含水层基坑降水数值模拟分析[J]. 佳木斯大学学报(自然科学版), 2018, 36(1): 27-29. [9] 欧孝夺, 全守岳, 李胜, 江杰, 黄颂扬. 基于GMS软件的基坑降水数值模拟[J]. 城市轨道交通研究, 2019, 22(5): 22-27. [10] 汪鹏程, 王景, 周守强. 上跨既有隧道的深基坑降水开挖施工数值模拟分析[J]. 合肥工业大学学报(自然科学版), 2020, 43(4): 499-506. [11] 王晋华. 基于数值模拟的深厚卵石地层超深基坑降水预测分析[J]. 中华建设, 2021(5): 112-113. [12] 李曙光, 任少强, 王洪坤, 黄明利, 雷可, 冀国栋. 地铁车站深基坑施工变形规律及安全风险评估[J]. 公路, 2022, 67(1): 355-362. [13] 陈松, 王巧文, 刘春峰. 深基坑降水方案优化研究与数值模拟[J]. 公路, 2021, 66(12): 304-308. [14] 郑宇. 某地铁基坑降水的数值模拟分析[J]. 福建建设科技, 2022(4): 43-46. [15] 李鹏举, 钱林根, 吴强, 黄山, 陈甦. 悬挂式止水帷幕基坑降水开挖对临近高铁桥墩影响[J]. 山东科学, 2022, 35(6): 116-122. [16] 邵朝阳, 肖智巧, 赵子仪, 吴磊, 李天义. 止水帷幕对开挖后降水引发深基坑渗流场变化的控制效果[J]. 南华大学学报(自然科学版), 2022, 36(5): 29-39. [17] 曾凡福. 长线型地下综合管廊基坑降水数值分析[J]. 土工基础, 2021, 35(4): 463-467.