Прогноз напряженно-деформированного состояния обделки и грунтового массива при строительстве перегонных тоннелей проходческими комплексами с пригрузом забоя

• Автор: Супрун, Игорь Константинович
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Инженерно - геологические и гидрогеологические особенности Санкт-Петербурга
1.2 Анализ методов определения напряженно-деформированного состояния массива вокруг тоннелей и их обделок
1.3 Применение тоннелепроходческих механизированных комплексов с пригрузом забоя при строительстве перегонных тоннелей
1.4 Инженерная методика расчета пригруза забоя
1.5 Определение оседания земной поверхности
1.6 Задачи и методика исследования напряженно-деформированного состояния обделки и грунтового массива при строительстве
перегонных тоннелей с пригрузом забоя
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОГНОЗА СМЕЩЕНИЙ ГРУНТОВОГО МАССИВА И НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОБДЕЛКИ ПЕРЕГОННЫХ ТОННЕЛЕЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТОННЕЛЕПРОХОДЧЕСКИМИ КОМПЛЕКСАМИ С ПРИГРУЗОМ ЗАБОЯ
2.1 Общие положения
2.2 Постановка задачи моделирования
2.3 Методика расчета необходимой величины пригруза забоя при строительстве перегонных тоннелей тоннелепроходческими механизированными комплексами с пригрузом забоя
2.4 Определение оседания земной поверхности и смещений в обделке
2.5 Сопоставление расчетов оседания земной поверхности с результатами натурных наблюдений
2.6 Метод прогноза напряжений в обделках тоннелей, сооружаемых в грунтах плывунного типа
Выводы по главе
ГЛАВА 3 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕХА-НИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ДВУХПУТНОГО ПЕРЕГОННОГО ТОННЕЛЯ МЕТРОПОЛИТЕНА
3.1 Обоснование постановки задачи
3.2 Геологические особенности трассы Фрунзенского радиуса Санкт-Петербургского метрополитена
3.3 Постановка задачи моделирования

3.4 Анализ результатов расчета оседания земной поверхности в зависимости от прочностных характеристик массива
3.5 Анализ результатов расчета оседания земной поверхности в зависимости от величины давления пригруза забоя
3.6 Методика расчета напряженно - деформированного состояния обделки двухпутного перегонного тоннеля мелкого заложения
3.7 Оценка напряженного состояния обделки двухпутного перегонного тоннеля на период его эксплуатации
Выводы по главе
ГЛАВА 4 СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ С РЕЗУЛЬТАТАМИ НАТУРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
4.1 Разработка экспериментально-аналитического метода прогноза оседания земной поверхности при строительстве перегонных тоннелей ТПМК с пригрузом забоя
4.2 Метод прогноза величины пригруза забоя при строительстве тоннелей с использованием ТПМК
4.3 Сопоставление результатов расчетных значений оседания земной поверхности с данными натурных наблюдений
4.4 Рекомендации по изменению толщины обделки двухпутного перегонного тоннеля Фрунзенского радиуса Санкт-Петербургского метрополитена
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы.
Строительство метрополитенов является одним из основных способов решения транспортных проблем в мегаполисах. Использование метрополитенов позволяет разгрузить наземные транспортные потоки и часто является единственным способом повышения пропускной способности районов, где строительство дополнительных поверхностных и приповерхностных транспортных коммуникаций невозможно или нецелесообразно.
Строительство перегонных тоннелей в условиях плотной городской застройки может приводить к недопустимым оседаниям земной поверхности и даже к разрушению зданий над подземными объектами. В современных рыночных условиях восстановление поврежденных зданий требует значительных финансовых затрат. Проблема обостряется, когда в зону влияния строительства тоннелей, особенно в центральных районах городов, попадают здания, являющиеся памятниками архитектуры.
Разработке методик расчета параметров конструкций подземных сооружений посвящены научные работы И.В. Баклашова, Н.С. Булычёва, И.С. Бубмана, Б.А. Картозии, Е.И. Кашина, Е.Г. Козина, A.A. Козырева, М.В. Корнилова, В.Е. Меркина, А.Г. Протосени, H.H. Фотиевой, Ю.С. Фролова и других исследователей.
Исследованием геомеханических процессов при строительстве тоннелей с пригрузом забоя занимались отечественные ученые К.П. Безродный, H.A. Беляков, С.Н. Власов, В.А. Гарбер, Е.А. Демешко, М.А. Карасёв, A.A. Кашко, М.О. Лебедев, Д.В. Панфилов, В.П. Самойлов, В.В. Чеботаев и зарубежные ученые, такие как Р. Attewell, W. Broere, L. Langmaak и др.
Перспективным направлением освоения подземного пространства мегаполисов является создание и использование малоосадочных технологий строительства подземных сооружений, базирующихся на комплексном учете

достаточной для практических расчетов точностью характеристики грунтов можно принять неизменными. Для каждого из этих слоев, задав вертикальное давление на верхней поверхности ()верт, находят вертикальное давление Рверт на нижней поверхности по формуле:
Рверт А (А фверт) (— (1.14)
где А - характеристическое значение вертикального давления грунта для данного «слоя», А = г0у0Э (у0 - расчетное значение объемного веса грунта £> - диаметр щита); г0 = г0 /)..р - безразмерный параметр высоты слоя (1 - коэффициент бокового давления грунта, р - коэффициент внутреннего трения грунта).
Переходя от слоя к слою (сверху вниз - в направлении от земной поверхности вглубь массива до шелыги свода щита), вычисляют эпюру изменения давления Рверт с глубиной.
Обобщенная модель «опускающегося столба грунта» позволяет в общем случае задавать глубину «уровня сохранения бытового состояния массива». Это дает возможность учитывать при строительстве тоннеля наличие над трассой проходки ответственных подземных объектов, требующих обеспечения их нормального бесперебойного функционирования.
В пределах высоты забоя (диаметра щита) вертикальное давление в каждом из слоев массива вычисляют от полного веса грунтов в этих слоях, то есть без учета эффекта «зависания». Этим учитывается возможность возникновения на поверхности забоя локальных вывалок.
При вычислении вертикального давления грунта в слоях, проницаемость которых обуславливает свободный водный приток, объемный вес грунта следует учитывать во взвешенном состоянии по формуле:
Угр=(Уск- 1)/(б+1), (1.15)
где уск - удельный вес материала скелета, е - коэффициент пористости грунта.