Разработка метода прогноза напряженно-деформированного состояния обделок транспортных тоннелей в нарушенном массиве

• Автор: Беляков, Никита Андреевич
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 221 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Особенности массивов горных пород и технологии строительства транспортных тоннелей в тектонически нарушенном массиве
1.2. Анализ существующих методов расчета обделок транспортных тоннелей
1.3 Анализ существующих моделей для оценки устойчивости лба забоя
1.4. Задачи и методика исследования напряженно-деформированного состояния временных крепей и постоянных обделок транспортных тоннелей в
тектонически нарушенном массиве
ГЛАВА 2. ЛАБОРАТОРНЫЕ И НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРНЫХ ПОРОД
2.1. Лабораторные исследования образцов горных пород
2.2. Определение деформационно-прочностных свойств горных пород в натурных условиях методом сейсмоакустики
2.3. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ВРЕМЕННОЙ КРЕПИ ТОННЕЛЕЙ
3.1. Постановка задачи моделирования
3.2. Анализ формирования напряженно-деформированного состояния элементов конструкции временной крепи
3.3. Оценка влияния арок на распределение напряжений в бетоне временной крепи
3.4. Сопоставление результатов численного моделирования с результатами натурных измерений напряженно-деформированного состояния бетона временной крепи

3.5. Оптимизация конструкции временной крепи с учетом особенностей формирования напряженно-деформированного состояния её элементов
3.6. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ПРОГНОЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОСТОЯННОЙ ОБДЕЛКИ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
4.1. Особенности статической работы постоянных обделок тоннелей, сооружаемых уступным способом
4.2. Обоснование корректности постановки задачи численного моделирования для прогноза напряженно-деформированного состояния постоянной обделки
4.3. Численное моделирование сейсмическоего воздействия на обделку транспортных тоннелей некругового очертания
4.4. Выводы по главе
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ОПЕРЕЖАЮЩЕЙ АНКЕРНОЙ КРЕПИ ЗАБОЯ ТОННЕЛЯ
5.1. Основные требования к методу расчета опережающей крепи забоя тоннеля
5.2. Метод расчета параметров опережающей анкерной крепи забоя тоннеля
5.3. Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы.
В последние годы в Российской Федерации произошла активизация процессов освоения подземного пространства. В наибольшей степени это характерно для городов-мегаполисов Москвы и Санкт-Петербурга, а также, в связи со строительством значительного количества транспортных тоннелей Олимпийской трассы, для района Северного Кавказа.
Условия плотной городской застройки или складчатый рельеф земной поверхности вызывают необходимость строительства транспортных подземных сооружений, а в первую очередь - автодорожных и железнодорожных тоннелей.
Проведение таких тоннелей, как правило, выполняется в сложных горногеологических условиях, а в случае выполнения реконструкции уже существующих, но в настоящее время уже морально и физически устаревших, тоннельных комплексов еще и при наличии взаимного влияния выработок. Кроме того, районы строительства горных транспортных тоннелей (в том числе и Северный Кавказ) зачастую являются сейсмически опасными в виду значительной тектонической активности; их расчетная сейсмичность обычно составляет не менее 9 баллов.
Значительные по своей протяженности участки транспортных тоннелей (до 30% от общей длины) строятся в тектонически нарушенном массиве. В этих зонах породы, слагающие массив, характеризуются высокой степенью нарушенности, зачастую являются перетертыми в результате тектонических процессов и характеризуются низкими деформационно-прочностными показателями.
Существующие методы прогноза геомеханических процессов в таких зонах не учитывают всего многообразия факторов, влияющих на их развитие. Непосредственно сами процессы, протекающие при строительстве подземных сооружений в подобных условиях, на сегодняшний день являются недостаточно изученными.

возводится постоянная обделка), а также весьма косвенный учет сдерживающего влияния забоя на смещения породного контура в призабойной зоне. Помимо этого, в рамках плоской постановки задачи невозможно учесть сложный пространственный характер работы элементов крепи с непостоянной по длине тоннеля конструкцией (например, комбинированные крепи из набрызг-бетона и анкеров или арко-бетонные крепи). Все эти параметры можно учесть только с помощью пространственной модели на основе схемы взаимодействия.
Решение задачи на основе пространственной модели предложено Ларионовым Р.И. в работе [52]. Автор выполнял её решение с применением метода конечных элементов. В результате ему удалось добиться прямого учета способа и технологии строительства тоннеля на нагрузки, возникающие во временной крепи. Однако автор ограничился рассмотрением только одного из этапов проходки и крепления и не изучал процессы формирования напряженно-деформированного состояния во временной крепи тоннеля при продвижении лба забоя.
Помимо этого, значимым недостатком этой работы является то, что в качестве временной крепи автором рассматривалось набрызг-бетонное покрытие. Это вполне правомерно для участков тоннелей, расположенных в скальных и полускальных породах, которые собственно и изучались автором. Однако, на участках тоннелей, расположенных в тектонически нарушенных породах в качестве временной крепи применяются, как правило, арко-бетонные крепи, характер работы которых имеет более сложный характер.
Касательно исследования работы постоянной обделки Ларионовым Р.И. предложена расчетная методика, косвенно учитывающая влияние отставания введения постоянной обделки в работу, а также фактор набора прочности и жесткости бетоном монолитной обделки во времени. Однако авт ор в своем расчете не учитывал влияние временной крепи, под защитой которой происходит сооружение постоянной обделки. Вместе с тем, выполненные