本书以城市地铁盾构隧道施工对邻近桩基和地埋管线的影响为研究重点，阐述了三种用于分析该问题的主流研究方法，即三维离心模型试验、数值模拟分析及解析方法，揭示了隧道-土-桩及隧道-土-管线的相互作用机理和荷载传递机理，介绍了预测及评价隧道开挖对邻近地埋管线影响的方法等相关内容。
本书可供高等院校岩土工程、地下结构工程及相关专业研究生选用，也可供从事地铁隧道设计、施工及环境评价的工程技术人员参考使用。

前言
第1章 绪论
1.1 引言
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外相关研究现状
1.2.1 隧道施工所致地层位移分布研究现状
1.2.2 隧道施工对邻近桩基影响的研究现状
1.2.3 隧道施工对邻近管线影响的研究现状
1.3 本书的主要内容及研究方法
第2章 三维离心模型试验基本原理及试验设备
2.1 引言
2.2 离心模型试验原理
2.2.1 离心模型试验的运动学原理
2.2.2 离心模型试验基本原理
2.3 离心模型试验相似比
2.3.1 静力模型试验的相似比
2.3.2 固结问题的相似比
2.4 离心模型试验设备
第3章 地铁盾构隧道施工对邻近桩基影响的三维离心模型试验
3.1 引言
3.2 离心模型试验方案
3.2.1 单隧道施工对桩基影响的试验方案
3.2.2 双隧道施工对桩基影响的试验方案
3.2.3 地下水位循环变化时双隧道对桩基长期影响的试验方案
3.3 离心模型试验尺寸及试验土样
3.3.1 离心模型试验尺寸
3.3.2 离心模型试验用土
3.4 模型制作及地层损失的模拟
3.4.1 模型桩
3.4.2 模型隧道
3.4.3 模型安装制备
3.5 测量仪器的选择与布置
3.6 试验准备及试验步骤
第4章 地铁盾构隧道施工对邻近地埋管线影响的离心模型试验
4.1 引言
4.2 离心模型试验方案
4.2.1 不同埋深双隧道施工对既有管线影响的试验方案
4.2.2 双隧道不同施工顺序及不同相对位置对既有管线影响的试验方案
4.3 离心模型试验尺寸及试验用土
4.4 模型制作及地层损失的模拟
4.4.1 模型管
4.4.2 模型隧道
4.4.3 模型安装制备
4.5 测量仪器的选择与布置
4.6 离心模型试验过程
第5章 地铁盾构隧道施工对邻近桩基和地埋管线影响的三维数值模拟
5.1 引言
5.2 土体特性分类
5.3 盾构隧道施工模拟方法
5.4 盾构隧道施工对邻近既有桩基影响的三维数值模拟分析
5.4.1 有限元模型尺寸、网格及边界条件
5.4.2 土体本构模型相关参数
5.4.3 有限元模拟步骤
5.5 盾构隧道施工对邻近既有管线影响的三维数值模拟
5.5.1 有限元模型尺寸、网格及边界条件
5.5.2 土体本构模型相关参数
5.5.3 有限元模拟步骤
第6章 地铁单隧道施工对邻近既有桩基的影响分析
6.1 引言
6.2 数值模拟方案
6.3 单隧道施工对邻近既有桩基影响的三维离心模型试验结果
6.3.1 对地表沉降的影响
6.3.2 对桩基附加变形的影响
6.3.3 对桩基附加轴力的影响
6.3.4 对桩基附加弯矩的影响
6.4 单隧道施工数值模拟与离心模型试验结果对比分析
6.5 不同埋深单隧道施工对邻近桩基的影响分析
6.5.1 对地表沉降的影响
6.5.2 对桩基附加变形的影响
6.5.3 对桩基附加轴力的影响
6.5.4 对桩基附加弯矩的影响
第7章 地铁双隧道施工对邻近既有桩基的影响分析
7.1 引言
7.2 数值模拟方案
7.3 双隧道施工对邻近既有桩基影响的三维离心模型试验结果
7.3.1 对地表沉降的影响
7.3.2 对桩基附加变形的影响
7.3.3 对桩基附加轴力的影响
7.3.4 对桩基附加弯矩的影响
7.4 双隧道施工数值模拟与离心模型试验结果对比分析
7.5 不同埋深双隧道施工对邻近桩基的影响分析
7.5.1 对地表沉降的影响
7.5.2 对桩基附加变形的影响
7.5.3 对桩基附加轴力的影响
7.5.4 对桩基附加弯矩的影响
7.6 考虑地下水位循环变化双隧道对桩基的长期影响分析
7.6.1 对地表长期沉降的影响
7.6.2 对桩顶长期附加沉降的影响
7.6.3 对桩基附加轴力的影响
7.6.4 对桩基附加弯矩的影响
第8章 地铁不同埋深盾构双隧道施工对既有管线的影响分析
8.1 引言
8.2 数值模拟方案
8.2.1 不同埋深双隧道施工对既有连续管线影响的数值模拟方案
8.2.2 双隧道不同施工顺序及不同布置位置对既有连续管线影响的数值模拟方案
8.3 不同埋深双隧道施工对既有管线的影响分析
8.3.1 管线正上方地表沉降
8.3.2 管线沉降
8.3.3 管线纵向弯曲应变
8.4 不同施工顺序及布置形式盾构双隧道施工对既有管线的影响分析
8.4.1 管线正上方地表沉降
8.4.2 管线沉降
8.4.3 管线纵向弯曲应变
8.5 试验结果与叠加原理所得结果对比
第9章 地铁盾构双隧道施工对管线影响的预测分析
9.1 引言
9.2 双隧道施工所致地层沉降经验公式对比分析
9.3 管-土相互作用机理
9.4 盾构双隧道施工对连续管线影响的预测分析
9.4.1 基于连续管-土相互作用机理的分析方法及其验证
9.4.2 基于无量纲化分析的双隧道开挖所致连续管线影响的预测公式
9.4.3 预测公式的可靠性及连续管线评价准则
9.5 盾构双隧道施工对节点管线影响的预测分析
9.

随着城市现代化的快速
发展，城市交通拥挤及人们
出行难已成为亟待解决的问
题，地铁以其快捷、准时、
运量大及节能环保等巨大优
势，作为缓解城市交通压力
的重要手段受到人们的广泛
青睐。地铁隧道大都穿越地
下建（构）筑物密布区域，
如建（构）筑物桩基、地埋
管线、地下综合管廊、既有
地铁隧道等，其建设过程将
不可避免地会引起周围土体
位移及应力松弛，使得邻近
地下建（构）筑物产生过大
的附加位移和附加应力，甚
至可能会引发路面塌陷、建
筑物开裂受损、管线破坏等
严重事故。因此，受隧道开
挖影响的邻近桩基、地埋管
线、地下综合管廊、既有地
铁隧道能否正常安全地服役
已成为目前城市地铁隧道建
设中各方关注的重点，尤其
一些大型公共建筑物桩基已
严重老化甚至已超过服役年
限的地埋管线，其在地铁隧
道施工扰动情况下的工作性
能，更是成为地铁隧道设计
、施工、运维、管养中关注
的焦点。
本书第一作者马少坤在
博士导师同济大学黄茂松教
授和博士后合作导师香港科
技大学吴宏伟教授的指导下
，一直从事隧道-土-结构相
互作用等问题的科研工作，
并将先进的土工离心模型试
验技术应用至地基与基础工
程、隧道工程的原创性研究
中。经过近10年的研究总结
，将以下几部分特色内容整
理于本书中。
1）精细化三维离心试验
用隧道模型。在地铁隧道施
工对邻近既有桩基影响的研
究中，采用了一种通过排水
法精确控制地层损失率的三
维离心模型试验用隧道模型
，该模型能较好地模拟隧道
分段开挖的三维空间效应；
在地铁隧道施工对邻近地埋
管线的影响研究中，克服了
常规离心模型试验中只能模
拟隧道开挖所致土体地层损
失效应的不足，该隧道模型
可以同时模拟盾构隧道施工
引起的地层损失效应和质量
损失效应。
2）精细化三维数值模拟
模型。采用了一种高级本构
模型——Hypoplastic Model
（HP模型）来描述土体的
力学行为，该模型能较好地
反映土体强度的应力路径相
关性以及土体在小应变范围
内土体刚度的状态相关性、
应变相关性及应力路径相关
性；采用了基于地层损失率
的隧道开挖模拟方法，该方
法能准确地模拟隧道开挖所
致地层损失效应和质量损失
效应。
3）利用离心模型试验和
有限单元法，系统研究了隧
道施工对邻近既有桩基的影
响，对不同桩-隧相对位置
工况下地铁隧道开挖对邻近
群桩的影响、地下水位循环
变化时隧道开挖对群桩的长
期影响开展了研究工作，并
提出了不同相对埋置深度隧
道施工对群桩影响的力学模
型。
4）利用离心模型试验和
有限单元法，系统研究了隧
道施工对既有地埋管线的影
响，对不同埋深、不同开挖
顺序及不同布置形式的双隧
道开挖对地表沉降、管线沉
降、管线弯曲应变的影响开
展了系统的研究工作，提出
了一种双隧道开挖所致管线
沉降及弯曲应变的预测方法
，该方法合理考虑了后续隧
道开挖所致累积塑性应变及
上覆隧道遮拦效应对管-土
相对刚度的影响；提出了一
种能合理反映土体应变变化
的管-土相对刚度的计算式
，并给出了管-土相对刚度
与管线相对曲率和管-土相
对刚度与管线相对沉降的关
系式，同时验证了所提出关
系式的适用性及可靠性；提
出了一种新的适用于描述节
点管线管-土相对刚度的表
达式，并给出了管-土相对
刚度与管线相对转角的关系
式，同时对此关系式的适用
性和可靠性进行了验证。
本书由马少坤和邵羽统
稿，马少坤编写第1、2、7
章，邵羽编写第3、4、8章
，刘莹编写第5章，陈欣编
写第6章，段智博编写第9章
。
本书的研究工作是在第
一作者马少坤主持的国家自
然科学基金“圆砾地基中双
隧道施工和运营期致灾机理
及防治研究”（51678166）
、“考虑膨胀土地基应力历
史及地下水位季节性变化隧
道开挖对桩作用机理研究”
（51068002）和“互层组合
膨胀岩土地基中隧道对邻近
管线作用及致灾机理研究”
（41362016）的支持下完
成的，所有大型离心模型试
验工作均在香港科技大学土
工离心实验中心完成，特此
致谢！
由于作者水平有限，本
书中肯定存在许多不足之处
，敬请读者批评指正。
马少坤
2020年1月