Геомеханическое обоснование параметров конструкций пилонной станции метрополитена с малоосадочной технологией строительства

• Автор: Маслак, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 133 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Осадки поверхности над станционными
комплексами
1.1.1. Станция «Невский проспект» и «Гостиный Двор»
1.1.2. Станция «Василеосгровская»
1.1.3. Станция «Маяковская»
1.1.4. Станция «Московская»
1.1.5. Станция «Елизаровская»
1.1.6. Станция «Ломоносовская»
1.1.7.Станция «Площадь Мира-11»
1.1.8. Станция «Чкаловская»
1.1.9. Станция «Достоевская»
1.1.10. Станция «Площадь Мужества»
1.2. Итог анализа осадок поверхности под станционными комплексами
1.3. Краткий анализ методов расчета напряженно-деформированного состояния массива вокруг капитальных выработок и станций метрополитена
1.4. Цель и задачи исследований
ГЛАВА 2. КОНЦЕНПЦИЯ МЕТОДОВ СТРОИТЕЛЬСТВА
ПИЛОННЫХ СТАНЦИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ЗНАЧИТЕЛЬНОЕ СНИЖЕНИЕ ОСАДОК ДНЕВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
2.1 Основные положения концепции
2.2 Идея и основные элементы малоосадочной технологии строительства подземных выработок
ГЛАВА 3. ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА С ИЗМЕРЕНИЕМ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ МЕТРОПОЛИТЕНА С МАЛООСАДОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ ИХ
СТРОИТЕЛЬСТВА
3.1 . Основные горнопроходческие работы при строительстве подземных сооружений шахты 620 Петербургского метрополитена с использованием малоосадочной технологии
3.2. Геотехнический мониторинг
3.2.1. Определение напряженно-деформированного
состояния элементов крепи и окружающего грунтового
массива в натурных условиях

3.2.1.1. Измерение нормальных тангенциальных напряжений в стальных арках
3.2.1.2. Измерение усилий в инъекционных анкерах опережающего крепления лба забоя
3.2.1.3. Определение устойчивости массива в призабойной

3.2.2. Определение деформаций дневной поверхности
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МАЛООСАДОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА ТРЕХСВОДЧАТЫХ СТАНЦИЙ МЕТРОПОЛИТЕНА. В ВЕРХНЕКОТЛИНСКИХ
ГЛИНАХ
4.1 Постановка задачи
4.2, Обоснование основных этапов моделирования
ГЛАВА 5. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ СТАНЦИИ НА РАЗНЫХ ЭТАПАХ СТРОИТЕЛЬСТВА
5.1. Анализ напряженного состояния арок временной крепи..
5.2. Оценка влияния опережающей временной крепи на величину смещений контура выработки
5.3. Сравнение напряженного состояния стальных арок временной крепи, полученного в результате натурных и теоретических исследований
5.4. Анализ напряженного состояния несущих конструкций станций метрополитена на разных этапах строительства
5.4.1. Анализ формирования сжимающих напряжений в конструкциях станции (толщина обделки 0,5 м)
5.4.2. Анализ формирования растягивающих напряжений в конструкциях станции (толщина обделки 0,5 м)
5.4.3. Анализ формирования сжимающих напряжений в конструкциях станции со скругленным обратным сводом (толщина обделки 0,5 м)
5.4.4. Анализ формирования растягивающих напряжений в
конструкциях станции (толщина обделки 0,5 м)
5.5. Предложения по реализации результатов диссертационной работы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования:
Рост территории городов, создание новых жилых районов приводит к росту пассажиропотоков на городских магистралях и эти потоки превышают возможности наземного транспорта. Решение проблемы возможно развитием сети внеуличного транспорта, наиболее распространенным видом которого является метрополитен.
При строительстве станций метрополитенов, составляющих около 10% длины линий, расходуется до 40% всех вкладываемых средств. Это обусловливает значимость конструктивных, технологических и планировочных решений, направленных на снижение стоимости и трудоемкости работ, ускорение сроков ввода станционных сооружений в эксплуатацию.
Большой вклад в разработку методов расчета обделок тоннелей и исследования процессов взаимодействия подземных сооружений с массивом внесли Айвазов Ю.Н., Баклашов И.В., Булычев Н.С., Ваучский Н.И., Голицинский Д.М., Картозия Б.А., Кулагин Н.И., Меркин В.Е., Протосеня А.Г., Скобенников Г.А., Степанов П.В., Фотиева H.H., Фролов Ю.С. и др.
Исследованию работы конструкций станций метрополитенов посвящены работы Антонова А.Ю., Безродного К.П., Гарбера В.А. ДорманаИ.Я., Демен-кова П.А., Лиманова Ю.А., Ногина В.А., Сильвестрова С.Н. и др.
В практике метростроения в нашей стране большое распространение получили трёхсводчатые колонные и пилонные станции. Сооружение этих станций производится по частям, большие объемы работ выполняются вручную, что значительно увеличивает сроки строительства. Разновременность возведения элементов конструкции приводит к усложнению работы узлов сопряжения обделки, особенно в строительный период. Сооружение таких станций приводит к значительным осадкам дневной поверхности, что вызывает деформации зданий и сооружений, расположенных над ними.

В настоящее время обделки подземных сооружений Санкт-Петербургского метрополитена рассчитываются на вертикальное горное давление, составляющее 38%, 62%, 77% и 100% от величины уН. Однако, зачастую, принятые (расчетные) значения величины горного давления при расчете обделок оказываются значительно выше фактических.
Схемы заданных нагрузок, отличаясь наглядностью и доступностью, вместе с тем, не в полной мере отвечают требованиям, которые сегодня предъявляются к расчету подземных сооружений. Принципиальный недостаток состоит в том, что не в полной мере учитывается технология сооружения выработки, которая существенно влияет на величину нагрузок на крепь.
Следует также отметить, что при расчете крепи методами строительной механики необходимо вводить ряд гипотез, содержащих неопределенности, а условия правомерности использования кривых брусьев и стержней для моделирования работы элементов крепи в ряде случаев не выполняются.
Второе направление, которое начало развиваться несколько позже первого, трактует обделку или механическую связь, накладываемую на контур выработки в массиве пород. Никакие заранее известные нагрузки со стороны породы к обделке не прикладываются, а задается гравитационное или другое силовое поле, под воздействием которого и рассматривается система «массив - обделка». Напряженно-деформированное состояние элементов той системы (обделки и массива) определяется путем решения контактной задачи механики сплошной среды.
Впервые условие совместности перемещений для расчета нагрузок на крепь было предложено Ф.А. Белаенко в виде
ин-и0=ик{Р), ' (1.1)
где 1/^л - радиальное перемещение контура выработки по истечении достаточно большого промежутка времени от момента обнажения; С10 - радиальное