Обеспечение безопасности зданий при скоростной проходке тоннелей щитовым способом

• Автор: Елгаев, Всеволод Сергеевич
• Шифр специальности: 05.23.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ОСАДОК ДНЕВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ЩИТОВОЙ ПРОХОДКЕ ТОННЕЛЕЙ И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ИХ ОЦЕНОК И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ

1.1 Осадки поверхности грунта при проходке тоннелей шитовым способом.

1.2 Методы оценки осадки дневной поверхности грунта при щитопой проходке тоннелей.

1.3 Нагнетание растворов за тоннельную обделку, как основной способ предотвращения осадок
1.4 Анализ эффективности существующих способов предотвращения осадок и обоснование необходимости их совершенствования.

1.5 Нарастание остроты проблемы осадок при скоростной проходке.

1.6 Выводы по главе

ГЛАВА 2 ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ФУНДАМЕНТЫ ЗДАНИЙ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСАДОК ПОВЕРХНОСТИ ГРУНТА ПРИ СООРУЖЕНИИ ТОННЕЛЕЙ ЩИТОВЫМ СПОСОБОМ
2.1 Экспериментально эмпирические методы определения деформации дневной поверхности, возникающей при проходке тоннеля
2.1.1 Определение вертикальных перемещений дневной поверхности, возникающих при проходке тоипеля.
2.1.2 Определение горизонтальных перемещений грунта
2.1.3 Форма поверхности осадок грунта вдоль оси топнет.
2.1.4 Потеря объема грунта.
2.1.5 Ширина кривой мульды осадки
2.1.6 Перемещения слоев грунта под дневной поверхностью
2.2 Методика определения перемещений дневной поверхности грунта с использованием Теоремы взаимности
2.2.1 Определение деформаций дневной поверхности грунта при щитовой проходке
2.2.2 Сравнение кривых мульд осадок
2.3 Критерии оценки повреждений зданий изза осадок поверхности грунта при проходке тоннелей.
2.3.1 Категории повреждений зданий при осадках поверхности грунта.
2.3.2 Методика оценки риска разрушений зданий при проходке тоннелей.
2.3.2.1 Предварительная опенка риска повреждений зданий.
2.3.2.2 Уточненная оценка риска разрушения зданий.
2.3.2.3 Детальная оценка воздействия процесса проходки тоннеля на здания
2.5 Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫБОРА СОСТАВОВ И ТЕХНОЛОГИИ ИНЪЕКТИРОВАНИЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА В ЗАОБДЕЛОЧНОЕ ПРОСТРАНСТВО
3.1 Основные положения
3.2 Разработка и обоснование состава тампонажного раствора для нагнетания в заобделочное пространство.
3.3 Совершенствование технологии инъектированияя
3.4 Натурные испытания рекомендованных параметров по нагнетанию тампонажных растворов в заобделочное пространство.
3.5 Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПА ФУНДАМЕТЫ ЗДАНИЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТОННЕЛЕЙ НЕГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ ЩИТОВЫМ СПОСОБОМ
4.1 Вводные замечения.
4.2 Классификация динамических воздействий
4.3 Регламентируемые параметры и нормативные требования.
4.4 Методика определения уровней колебаний поверхности грунта с использованием теоремы взаимности.
4.5 Выводы по главе 4.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ПРИЛОЖЕНИЕ.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
Реферат
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, рисунков, таблиц и списка литературы наименования.
Работа посвящена исследованию обеспечения сохранности существующих зданий при строительстве тоннелей щитовым способом, вопросы влияния которых на перемещения поверхности и здания мало изучены и требуют дополнительных исследований, а также необходимостью снижения этого влияния. Был произведен анализ эффективности существующих способов предотвращения осадок и обосновал необходимость их совершенствования.
Для оценки риска повреждения зданий изза осадок поверхности грунта при щитовой проходке на предварительной стадии проектирования автором предложено применять упрощенные формулы, полученные с использованием теоремы взаимности. Для обеспечения безосадочной проходки автор обосновал необходимость разработки новых составов для ипъектировапия, обладающих повышенным экономическим и технологическим эффектом.
. По результатам проведения работ по аналогии с нормативными документами Европейских стран представлена таблица регламентируемых пиковых значений скоростей колебаний фунта на уровне фундаментов зданий при проходке тоннелей щитовым способом для конструкций из различных материалов сталь, бетон, каменная кладка и.т.дТакжс рассмотрены новые составы для инъекционной гидроизоляции и материалы, применяемые для изготовления инъекционных растворов, произведены их лабораторные исследования. По результатам полученных вышеперечисленных научных результатов с участием автора разработан Регламент по нагнетанию тампонажных растворов в заобделочное пространство.
Результаты работы внедрены при проектировании и строительстве перегонных тоннелей Московского метрополитена на участке ст. Новогиреево ст. Новокосино.
ВВЕДЕНИИ
Современная градостроительная ситуация мегаполисов характеризуется крайним обострением транспортной проблемы. Основным и наиболее эффективным способом решения этой проблемы является развитие сети метрополитена. Подземные транспортные линии в условиях плотной городской застройки являются наиболее эффективными средствами решения этой проблемы.
Начиная с г., когда в Лондоне была построена первая подземная железнодорожная линия, подземные транспортные системы были созданы более чем в 0 юродах земного шара.
В настоящее время большинство этих транспортных систем продолжает расширяться и модернизироваться. Осознавая важность решения этой проблемы, Московское Правительство приняло беспрецедентную по своим масштабам программу строительства метро на период гг. и далее до года. К году должно быть построено новых станций и км линий метро, к году 0 км, к году протяженность сети метрополитена в Москве должна увеличиться до 0 км. Грандиозность этих планов особенно ярко видна в сравнении с тем, что в настоящее время протяженность линий метрополитена составляет немногим более 0 км, построенных за лет.
Достижение таких скоростей строительства возможно только при условии внедрения новой высокопроизводительной техники и прогрессивных строительных технологий. В основе чего лежит применение современных тоннелепроходческих механизированных комплексов ТПМК.
В нашей стране производство таких комплексов, к сожалению, пока развито недостаточно, поэтому распространение получают ТПМК производства зарубежных фирм Херренкнехт Германия, Ловат Канада, Роббинс США и др. Эти щиты мало материало и энергоемкие, с увеличенной длиной заходкн для скоростной проходки тоннелей, могут работать в неустойчивых, обводненных грунтах без применения
специальных методов проходки замораживание, кессон, водопоиижсиие и др. за счет создания соответствующего давления в закрытой головной части путем создания груптопригруза или гидропригруза.
В смешанных грунтах, которые повсеместно встречаются на цснтралыюсвропсйском пространстве, необходимо применять ТПМК с иригрузом забоя. Щит с грунтопршрузом представляет преимущество тем, что работает в крепких массивах тем же техническим способом и без грунтопригруза забоя. Однако, как показал опыт проходки Лефортовского тоннеля г. Москва, щит с гидропригрузом может также работать с частичным наполнением камеры разработки бентонитом при достаточной устойчивости пород.
В целях удешевления стоимости строительства объектов приоритет отдастся линиям неглубокого заложения. Так в настоящее время в Москве начинается проектирование Кожуховской линии метрополитена с глубиной заложения тоннелей порядка метров.
При строительстве и эксплуатации таких объектов, возникает целый ряд проблем, которые необходимо решать еще на стадии проектирования. К ним относятся
возможные чрезмерные осадки поверхности грунта, возникающие при проходке тоннелей, которые могут повредить здания, попадающие в области проявления этих осадок
вибрации, создаваемые рабочими органами щита при разработке породы, которые также могут передаваться фундаментам зданий, привести к повреждениям элементов зданий в особенности старинных зданий, представляющих историческую ценность
вибрации могут привести к разжижению грунтов, что уменьшит несущую способность грунтов
вибрации от подвижного состава, возникающие при эксплуатации тоннелей метро мелкого заложения.
Прогнозирование этих явлений является очень важным. Традиционные методы проектирования, используемые в инженерной практике для оценки таких воздействий, основываются на результатах измерения деформаций и амплитуд колебаний свободной поверхности в полевых условиях. Однако при таком подходе остаются непонятными механизмы взаимодействия тоннельной обделки и окружающего массива грунта.
В последние годы получили распространение болсс точные теории, в которых учитывается относительная жесткость грунтов и зданий, что позволяет более точно оцепить деформации зданий и опасность их возможных повреждений.
Диссертация посвящена вопросам оценки статических и динамических воздействий па здания и другие наземные сооружения при щитовой проходке при проходке тоннелей метрополитенов и совершенствованию бсзосадочных технологий проходки на основе оптимизации тампопажиых процессов.
Актуальность


Так в настоящее время в Москве начинается проектирование Кожуховской линии метрополитена с глубиной заложения тоннелей порядка метров. При строительстве и эксплуатации таких объектов, возникает целый ряд проблем, которые необходимо решать еще на стадии проектирования. Прогнозирование этих явлений является очень важным. Традиционные методы проектирования, используемые в инженерной практике для оценки таких воздействий, основываются на результатах измерения деформаций и амплитуд колебаний свободной поверхности в полевых условиях. Однако при таком подходе остаются непонятными механизмы взаимодействия тоннельной обделки и окружающего массива грунта. В последние годы получили распространение болсс точные теории, в которых учитывается относительная жесткость грунтов и зданий, что позволяет более точно оцепить деформации зданий и опасность их возможных повреждений. Диссертация посвящена вопросам оценки статических и динамических воздействий па здания и другие наземные сооружения при щитовой проходке при проходке тоннелей метрополитенов и совершенствованию бсзосадочных технологий проходки на основе оптимизации тампопажиых процессов. Актуальность проблемы. Спектр применения современных ТПМК в последние годы расширяется. Выбор дорогих роторных щитовых комплексов для строительства тоннелей продиктован, прежде всего, возможностями формирования больших круговых сечений тоннелей и высокой скорости проходки, безопасной для персонала и наземных сооружений эксплуатацией проходческих механизмов, хорошим качеством выполненной тоннельной обделки, целостности ее и дневной поверхности над тоннелем. Одним из важнейших параметров, характеризующих деформацию дневной поверхности в зоне влияния проходки тоннеля, является достигаемое значение осадки в центре мульды оседания над тоннелем. Результаты применения роторных комплексов, различных но диаметрам и видам активного при груза, по данным независимых источников свидетельствуют о том, что конечная осадка поверхности является, как правило, незначительной для городских зданий и сооружений отсюда происходит термин безосадочные технологии. Ярким примером подобной катастрофической осадки является провал земной поверхности в районе ул. Минской г. Москва, г. Парк Победы ст. Славянский бульвар с помощью щита фирмы Херренкнехт с гру попри грузом. Причины этого происшествия до конца так и не установлены, в том числе изза отсутствия научно обоснованных инженерных методик и рекомендаций. Можно было бы привести и другие примеры. Известно, что основным путем предотвращения подобных случаев является применение тампонажа заобделочного пространства. Вместе с тем, тампонаж является трудоемким и дорогостоящим мероприятием, что обуславливает необходимость его оптимизации. Для этой оптимизации необходимо выполнение точных инженерных расчетов, в том числе с применением программноматематического обеспечения. Научная новизна работы и личный вклад автора. Автор выполнил анализ эффективности существующих способов предотвращения осадок и обосновал необходимость их совершенствования. Для оценки риска повреждения зданий изза осадок поверхности грунта при щитовой проходке на предварительной стадии проектирования необходимо применять упрощенные формулы, полученные с использованием теоремы взаимности. В виду того, что в РФ отсутствует нормативный документ, регламентирующий возможные допускаемые повреждения зданий при щитовой проходке тоннелей, автором предлагается проект классификации возможных повреждений зданий. Для оценки динамических воздействий на фундаменты зданий в качестве регламентируемых параметров используются предельные допускаемые значения скоростей колебаний частиц. Для определения параметров колебаний частиц грунта в разных полосах частот предложена формула, позволяющая оценить уровни вибраций поверхности грунта при щитовой проходке. По результатам проведения работ по аналогии с нормативными документами Европейских стран представлена таблица регламентируемых пиковых значений скоростей колебаний фунта на уровне фундаментов зданий для конструкций из различных материалов сталь, бетон, каменная кладка и.