Несущая способность тоннельных обделок при случайном расположении заобделочных пустот

• Автор: Потапова, Оксана Анатольевна
• Шифр специальности: 05.23.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 210 с. : ил.

Оглавление
Введение .

1.Состояние и анализ проблемы прочностного расчета

несущей конструкции тоннельных сооружений. . .

1.1. Анализ негативного влияния заобделочных пустот на несущую способность тоннельной обделки .

1.1.1. Причины возникновения пустот за обделкой с примерами аварийных ситуаций

1.1.2. Существующие способы ликвидации пустот .

1.1.3. Методы и приборы контроля качества заобделочного пространства.

1.1.4. Классификация заобделочных пустот и их основные параметры.

1.2. Основные этапы развития теории расчета тоннельных обделок

1.2.1. Методы расчета тоннельных обделок на заданную нагрузку.

1.2.2. Расчет тоннельных обделок, работающих в условиях контактного взаимодействия с грунтовым массивом
1.3.Статистические и вероятностные методы в задачах прочностного расчета тоннельных обделок. Метод статистических испытаний МонтеКарло
1.3.1. Математическая статистика в инженерных методах расчета строительных конструкций.
1.3.2. Ограниченность применения прямых вероятностных расчетов в тоннелестроении.
1.3.3. МонтеКарло как способ решения вероятностных задач4
1.4. Выводы
1.4.1. Уточнение области исследований и обоснование выбора объекта исследований.
1.4.2. Цели и зздачи исследований.
2. Разработка методики исследований влияния пустот
на внутренние усилия в обделке .
2.1. Математическое моделирование и обоснование математической модели
2.2. Выбор метода статического расчета конструкции обделки и расчетной схемы
2.3. Описание программного комплекса Ш6 и его использование для массовых статических расчетов
2.4. Анализ материалов обследований заобделочного пространства тоннелей.
2.5. Характер случайного распределения заобделочных пустот и его математическая модель
2.6. Обоснование статистической методики расчета несущей способности обделки
3. Исследование зависимости усилий в обделке от параметров расчетной модели и выбор шага ее дискретизации
3.1. Описание объекта исследований и количественная оценка размера расчетной схемы .
3.2. Определение минимального значимого размера пустоты. .
3.3. Обоснование выбора неблагоприятных сочетаний пустот
3.4. Влияние расположения и размера одиночных пустот на внутренние усилия в обделке .
3.5. Влияние пустот на внутренние усилия в обделке при их несимметричном расположении относительно оси поперечного сечения тоннеля .
3.6. Сравнительный анализ изменения изгибающего момента , нормальной и поперечной сил от воздействия заобделочных пустот .
3.7. Исследование зависимости изгибающего момента от жесткости тоннельной обделки с заобделочными пустотами .
3.8. Исследование зависимости изгибающего момента от коэффициента упругого отпора горных пород при наличии пустот за обделкой .
4.Исследование влияния двумерного случайного расположения пустот на несущую способность тоннельной обделки
4.1. Исходные положения по выбору расчетной схемы с учетом двумерных случайных пустот .
4.2. Методика определения обобщенных коэффициентов упру
гого отпора горных пород на основе метода МонтеКарло
4.3. Методика приближенного пространственного расчета обделки с учетом двумерных пустот .
4 .4. Обоснование закона распределения изгибающих моментов в опасных сечениях обделки .
4.5. Определение достаточного объема выборки расчетных схем.
4.6. Приближенньй пространственный расчет обделки при различных вероятностях проявлений заобделочных пустот
5.Рекомендации по расчету несущей способности тоннельных обделок с учетом двумерных случайных
5.1. Несущая способность тоннельной обделки и коэффициенты надежности.
5.2. Основные расчетные случаи
5.3. Вероятностный расчет несущей способности тоннельной обделки с учетом двумерных пустот .
5.4. Экспрессметод определения несущей способности обделки с учетом двумерных пустот инженерный метод.
5.5. Детерминированный расчет несущей способности тоннельной обделки с учетом двумерных пустот . . .
Заключение
Литература


Различают механическую суффозию вынос частиц, химическую вынос растворимой части горных пород и химикомеханическую. Особенно интенсивно проистекают суффозионные процессы при наличии течей в тоннельной обделке, в легкорастворимых горных породах см. Опасность суффозионных процессов, способствующих образованию пустот и местных зон разуплотнения окружающего обделку грунта, состоит в том, что они проявляются непосредственно при эксплуатации готовых тоннелей. В конечном счете, первоначально крепкие породы в результате растрескивания и измельчения превращаются в рыхлую, разуплотненную грунтовую массу, ослабляющую контакт с обделкой. Процесс коррозии, начинающийся с поверхности обделки, происходит весьма длительное время и с постоянной скоростью при неизменных условиях. Он состоит в разрушении материала, и, соответственно, уменьшении толщины обделки. Это приводит с одной стороны к снижению прочности обделки, недопустимым общим ее деформациям, а с другой к появлению разуплотненного контакта с грунтом. Проблема коррозии актуальна для обделок с большим возрастом их эксплуатации, при агрессивных подземных водах, при химической атмосферной агрессии, неблагоприятном биологическом воздействии со стороны особых бактерий тионового типа. Согласно расчетам по методике В. А. Гарбера при заданных условиях коррозии несущая способность железобенной блочной обделки перегонного тоннеля снижается следующим образом табл. Таблица 1. Несущая способность допустимая вертикальная нагрузка, тсм2 . Эти данные получены при полном контакте обделки с грунтом. Если же учесть пустоты за обделкой, то падение ее несущей способности проявилось бы еще интенсивней. Рассмотрим примеры аварий при строительстве и эксплуатации тоннелей и, главным образом, связанные с нарушением контакта грунта с обделкой. Анализ известных аварийных ситуаций, имевших место на строительстве метрополитенов, тоннелей и других подземных сооружений в СССР за гг. И как свидетельствует тот же источник, причины случаев обрушения породы за тот период времени распределились следующим образом качество изысканий и проектирования . Примером нарушения технологии работ может служить железнодорожный тоннель Фолкирк в Великобритании, в процессе эксплуатации которого бьши зарегистрированы серьезные повреждения и деформации 4. На ряде участков наблюдался подъем шелыги свода обделки до 0 мм и смещения в пятах свода внутрь тоннеля до 0, а в стенах до 0 мм. Проведенными обследованиями были выявлены также значительные пустоты за обделкой, особенно в ее сводовой части. Это связано с тем, что при строительстве тоннеля не был обеспечен плотный контакт обделки с грунтовым массивом, в результате чего неравномерное давление грунта вызвало деформации и разрушения обделки. В г. Брамхоп г. Последующие наблюдения показали, что сравнительно быстро нарастают деформации, и это может привести к смещению и разрушению рельсовых путей в тоннеле. По мнению специалистов, развитие деформаций связано с разуплотнением грунтового массива и нарушением взаимодействия обделки с грунтом. При щитовой проходке тоннелей динамические воздействия рабочего органа на грунтовый массив вызывают образование перед щитом отдельных пустот, приводящих к потере устойчивости забоя. Это явление изучалось в Японии, где были проведены экспериментальные исследования на моделях щита диаметром 1,3 м и менее на специальных стендах. Было установлено, что с увеличением диаметра щита вероятность образования пустот в грунте повышается . При строительстве щитовым способом ирригационных тоннелей канала ДонСал, выполненных с чугунной тюбинговой обделкой перегонного тоннеля метрополитена в гг. Проходка велась в песчаных достаточно сухих грунтах естественной влажности. По выводам комиссии проектноизыскательского института Метрогипротранс причиной серьезного повреждения обделки явилось отсутствие должного нагнетания цементнопесчаного раствора за обделку архивы Метрогипротранса. Аналогичная картина дефектов выявлена в чугунной обделке Дар6. Братиславская и Марьино Московского метрополитена по данным обследования, выполненного объединением ИНГЕОКОМ и НИЦ ТМ ЦНИИС.