Взаимодействие защитных экранов из труб с грунтовым массивом при строительстве тоннелей мелкого заложения

• Автор: Щекудов, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 05.23.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 204 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 КОНСТРУКТИВНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭКРАНОВ ИЗ ТРУБ

1.1 Общие положения

1.2 Конструкции и технология возведения труб экрана. Строительство тоннелей под защитой экранов из труб .

1.3 Методы расчета экранов из труб .

Выводы. Задачи исследований

Глава 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ

КРЕПЬЭКРАНМАССИВ ПО ПЛОСКОЙ СХЕМЕ

2.1 Общие положения

2.2 Метод конечных элементов МКЭ применительно к расчету подземных сооружений .
2.3 Методика исследования МКЭ напряженнодеформированного состояния НДС системы крепьэкранмассив с учетом упругопластических свойств грунтов .
2.4 Исследования НДС МКЭ системы крепьэкранмассив с учетом упругопластических свойств фунтов .
2.5 Исследование влияния жесткости опирания поддерживающих элементов в системе крепьэкранмассив по существующей
методике расчета экранов из труб .
Выводы .
Глава 3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ КРЕПЬЭКРАНМАССИВ ПО ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СХЕМЕ
3.1 Общие положения
3.2 Построение расчетных моделей в программном комплексе М .
3.3 Моделирование задач определения НДС обделок тоннелей .
3.4 Применение программного комплекса М для расчета напряженнодеформированного состояния системы крепьгрунтовый массив тестовые расчеты
3.5 Разработка пространственной конечноэлементной модели для расчета системы крепьэкранмассив .
3.6 Планирование численного эксперимента
3.7 Методы анализа результатов экспериментальных исследований
3.8 Исследования напряженнодеформированного состояния несущей системы крепьэкранмассив на пространственных моделях Выводы .
Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТОННЕЛЕЙ ПОД ЗАЩИТОЙ ЭКРАНОВ ИЗ ТРУБ .
4.1 Общие положения .
4.2 Методика мониторинга напряженнодеформированного состояния крепи при строительстве тоннеля под действующей магистралью с применением защитного экрана из труб .
4.3 Экспериментальные исследования НДС временной крепи тоннелей поддерживающих элементов .
4.4 Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований
4.5 Экспериментальные исследования НДС постоянных колонн тоннеля при введении их в работу .
4.6 Исследования НДС труб защитного экрана в процессе строительства тоннеля
4.7 Геодезический мониторинг деформаций конструкций тоннеля, насыпи и ж.д. путей .
4.8 Экспериментальные исследования нагруженности забойной
Выводы .
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ .
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ .
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А. Расчет крепи Пермского тоннеля ул. Локомотивная 1 Приложение Б. Измеренные усилия изгибающие моменты М и
нормальные силы в рамах временной крепи Пермского тоннеля ул. Локомотивная при проходке .
Приложение В. Результаты измерений нагруженности рам временной
крепи в процессе проходки Волоколамского тоннеля 4 Приложение Г. Справки о внедрении результатов диссертационной
работы
ВВЕДЕНИЕ
Наблюдающееся в последние десятилетия расширение масштабов тоннельного строительства обусловливает необходимость дальнейшего совершенствования технических средств и методов преодоления участков нарушенных и неустойчивых грунтов, встречающихся по трассе горных, подводных и городских тоннелей, сооружаемых закрытым способом , .
При строительстве городских подземных транспортных сооружений мелкого заложения под существующими объектами возникают существенные трудности, связанные с нарушением их нормального функционирования.
В практике тоннелестроения в настоящее время находят применение следующие виды контурной и опережающей крепей арочная, анкерная, набрызгбетонная, бетонные своды, опережающие экраны из грунтоцементных свай, армирующие фибергласовые элементы в призабойной зоне, опорные столбы из вертикальных и наклонных микросвай, экраны из труб и др. .
Экраны из труб устраивают по контуру будущего тоннеля. Экран из труб может служить не только в качестве временной крепи, но и входить в состав постоянной несущей конструкции ,,,,.
Такой способ применяют при строительстве перегонных тоннелей и станций метрополитена, автотранспортных и пешеходных тоннелей преимущественно мелкого заложения на застроенной городской территории, когда использование открытого способа затруднительно или невозможно.
Особенно эффективным этот способ оказывается при строительстве тоннелей под улицами и дорогами, под насыпями и фундаментами зданий в слабых неустойчивых грунтах при глубине заложения от 3 до I м от поверхности земли. Применение указанного способа работ не требует вскрытия дневной поверхности над подземным сооружением, не нарушает условий уличного движения, сводит до минимума сдвижения и деформации поверх
ности земли. При этом в ряде случаев отпадает необходимость в применении искусственного замораживания и химического закрепления грунтов.
Под защитой экранов из труб построены горным способом многие подземные сооружения мелкого заложения станция Венеция метрополитена г. Милана Италия перегонные тоннели в г. Атланте США при строительстве метрополитена под скоростной полосной автомагистралью два пешеходных тоннеля под автомагистралью Оршард в г. Сингапуре тоннель под железной дорогой в Калифорнии США двухъярусная подземная станция метрополитена в г. Сендай Япония под ж.д. путями два параллельных трехполосных тоннеля Мэйко Япония и др. , , .
В зарубежной практике строительства тоннелей способом продавливания известны следующие случаи использования экранов из труб в Японии по такой технологии соорудили два автотранспортных Куруме и Осака Нагойя под железнодорожными путями и один пешеходноколлекторный тоннель в г. Нагато под станционными ж.д. путями и др. .
В России под действующими железнодорожными и автодорожными магистралями сооружены с помощью защитного экрана из труб горным способом автодорожные тоннели на пересечении железнодорожных путей ст. ПермьИ ст. Свердловск ст. Бахаревка г. Пермь, на Волоколамской развязке, пешеходные тоннели в Лужниках, на Волоколамской развязке, под Бутиковским переулком г. Москва, коллекторные тоннели на ул. Вавилова, над станцией Московского метрополитена Ленинский проспект под магазином Ткани в районе Гагаринской развязки, трехсекционные инженерные коллекторные тоннели на км Московской окружной
ж.д. МК МЖД, в МоскваСИТИ у Экспоцентра на 1й Красногвардейской ул. г. Москва методом продавливания автодорожные тоннели под железнодорожными путями Павелецкого направления. Строятся автодорожные тоннели в Москве, СанктПетербурге пос. Мурино проектируются тоннели в Москве Iй Брестская ул., под Шмитовским проездом, на Смоленской ж.д.
под пл. Тестовская, на Варшавском шоссе под Курским направлением МЖД, через грузовую станцию Перерва Курского направления МЖД, в районе платформы Люблино под ж.д. путями Курского направления МЖД , , ,,,, ,,.
В России существует ряд специализированных строительных организаций, которые занимаются устройством защитных экранов из труб, такие как Тоннельный отряд , НПО Космос, ООО Трансстройтоннель, СМУ5 Мосметростроя.
При строительстве тоннелей под защитой экранов из труб возникают различные проблемы, связанные с взаимодействием конструкций экрана с окружающим грунтовым массивом и расположенными поблизости зданиями, сооружениями и инженерными коммуникациями. Для решения этих проблем и обоснованного проектирования и строительства тоннелей под защитой экранов из труб необходимо проведение научных исследований для обеспечения безопасности и надежности при строительстве и эксплуатации тоннелей.
АКТУАЛЬНОСТЬ


Таким образом, создается плоский или сводчатый экран по перекрытию, а иногда и вдоль стен, и в лотке подземного сооружения, под защитой которого разрабатывают грунтовое ядро и возводят несущую конструкцию 7, ,,,, рис. Под защитой экрана из труб можно строить тоннели практически любых форм и размеров поперечного сечения длиной до 5 Ю0 м. Увеличение длины экранов может быть достигнуто созданием промежуточных шахтных стволов или котлованов для задавливания труб, а также устройством опережающей крепи из забоя выработки. Существуют различные модификации этого способа, отличающиеся материалом труб стальные, ж. Устройство опережающего экрана целесообразно производить в условиях, когда в зоне строительства тоннеля располагаются здания, сооружения, подземные коммуникации, ж. Рис. Устройство защитного экрана из труб на примере строительства тоннеля в г. Перми на ул. Устройство опережающего экрана может производиться в разнородных переслаивающихся грунтах с включением крупных обломков, валунов, щебня, гравия. Для устройства экрана из труб применяются метод прокола, продавливания или проталкивания в заранее пробуренные скважины. Наиболее эффективно использование для устройства экранов из труб микротоннельной технологии, что позволяет возвести экран в сжатые сроки и без нарушения поверхностных условий ,, . Технология микротоннелирования позволяет при строительстве тоннелей закрытым способом на мелком заложении обеспечивать минимальные осадки земной поверхности, сохранность зданий, сооружений и подземных коммуникаций в зоне строительства, не нарушать движения транспорта. Технология наиболее эффективна в однородных песчаных, в том числе водонасыщенных и глинистых грунтах. Технически решения по устройству защитных экранов позволяют обеспечить максимальное сохранение окружающей природной и техногенной среды, уменьшение влияния строительного процесса на жизнь города, повышение экологической безопасности строительства, взрывопожарной безопасности, снижение уровня шума от строительного процесса, исключение загрязнения существующих городских проездов, попадания фунта, пульпы и нефтепродуктов в городскую канализацию и водосток. Минимальная глубина заложения верха труб опережающего экрана, устраиваемого с применением МТПК, относительно дневной поверхности, должна быть не менее 1. Расстояние между трубами экрана и подземными коммуникациями должно быть не менее 1 м. Минимизация деформаций поверхности земли в период строительства тоннелей принимается как основное условие при выборе всех конструктивных и технологических решений. В случае проходки под ж. К недостаткам технологии следует отнести значительную трудоемкость работ по устройству труб экрана, сложности обеспечения устойчивости лба забоя в процессе проходки и высокую стоимость работ. Конструкции и технология возведения труб экрана. Для устройства опережающих экранов из труб рекомендуется использовать преимущественно стальные электросварные прямошовные трубы 0 0 ч мм с толщинами стенки 6 М2 мм. Диаметр труб и толщина стенки определяются простом в зависимости от типа применяемого оборудования, длины продавливания, глубины заложения, инженерногеологических условий, типа поддерживающей крепи и способа разработки грунтового ядра. Длина секций труб должна назначаться в зависимости от типа домкратной станции и габарита стартового котлована и изменяется от 3 до 6 м. Для обеспечения сплошности защитного экрана трубы должны соединяться между собой при помощи замковых фиксирующих устройств, не препятствующих продольному перемещению рис. Варианты поперечного сечения тоннелей, сооруженных под защитой экранов из труб прямоугольное, сводчатое, овоидальное рис. Вопросы внедрения и совершенствования технологии строительства транспортных тоннелей под экранами из труб в нашей стране отражены в работах Алексашкина А. Н., Алихашкина В. А., Артюниной АЛ. Балухина Д. Д., Безродного К. П., Бессолова В. А, Бессолова П. П., Бочарова В. Микротоннелеироходческий щит для устройства экрана из труб
Планшайба. ЗДкмм га. Опсрск лхш кой. Петдоак рубсриУ . Рис.