Delist.ru

Напряженно-деформированное состояние системы "конструкция тоннеля - грунтовый массив" при строительстве тоннелей мелкого заложения полуоткрытым способом (13.05.2010)

Автор: Зиборов Максим Андреевич

впервые в РФ разработаны пространственные конечно-элементные модели применительно к рассматриваемым в работе модификациям полуоткрытого способа работ с учетом технологии строительства автотранспортных тоннелей мелкого заложения;

проведены исследования методом математического моделирования, по результатам которых выявлены закономерности в изменении параметров НДС системы «конструкция тоннеля – грунтовый массив»;

проведен сравнительный анализ деформаций поверхности земли и усилий в элементах конструкции тоннелей для различных технологий полуоткрытого способа работ;

определена рациональная область применения разновидностей полуоткрытого способа работ.

Практическая ценность работы:

методика и результаты математического моделирования системы «конструкция тоннеля – грунтовый массив» на разработанных конечно-элементных моделях;

прогнозирование деформаций поверхности земли и усилий в конструкциях тоннелей с учетом технологии их строительства;

рациональная область применения различных модификаций полуоткрытого способа строительства автотранспортных тоннелей мелкого заложения в соответствии с конкретными градостроительными и инженерно-геологическими условиями.

Достоверность полученных результатов обоснована:

строгостью исходных предпосылок применяемых методов исследований;

соблюдением требований действующих нормативных документов;

использованием методических разработок ведущих отечественных и иностранных компаний в рассматриваемой области;

результатами тестовых расчетов.

Реализация результатов.

Результаты работы нашли применение:

при разработке вариантов проектных решений по строительству подземных сооружений мелкого заложения в ООО «ЗЕГЕ С.О. «ЗЭСТ»;

в учебном процессе кафедры мостов и транспортных тоннелей Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ).

Апробация работы.

Результаты работы были доложены на ежегодных научно-технических конференциях Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) в 2008, 2009 и 2010 гг. и в филиале ОАО ЦНИИС НИЦ «Тоннели и метрополитены» в 2010г.

На защиту выносятся:

результаты анализа отечественного и зарубежного опыта применения полуоткрытого способа строительства тоннелей мелкого заложения;

пространственная конечно-элементная модель системы «конструкция тоннеля – грунтовый массив», реализованная с использованием программного комплекса «PLAXIS 3D TUNNEL»;

результаты численного эксперимента системы «конструкция тоннеля – грунтовый массив»;

рациональная область применения различных технологий полуоткрытого способа строительства тоннелей мелкого заложения, определенная на основе анализа результатов численного эксперимента.

Публикации.

По результатам исследования опубликованы четыре печатные работы в профильных изданиях, в том числе одна в журнале, находящемся в списке ВАК РФ, в которых отражены все основные положения диссертационной работы.

Структура и объем работы.

Диссертация содержит 117 стр., 57 иллюстраций, 11 таблиц и включает введение, 3 главы, заключение, список литературы из 97 наименований и приложение.

Диссертационная работа выполнена на кафедре мостов и транспортных тоннелей Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается выбранная тема диссертации, формулируются цель и задачи работы, ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе содержится анализ различных модификаций полуоткрытого способа строительства тоннелей мелкого заложения (траншейный, «кернтнерский», «зиллертальский», «рамной крепи»), которые отличаются как по технологии возведения стен и перекрытия, так и по условиям статической работы конструкции на различных этапах строительства. Приведена последовательность этапов производства работ для каждого из методов, отмечены их преимущества и недостатки, даны области применения и обзор методов расчета конструкций тоннелей.

Практика строительства тоннелей мелкого заложения свидетельствует о том, что полуоткрытый способ наиболее эффективен и экономичен в полускальных и мягких грунтах средней и слабой устойчивости при глубине заложения тоннеля 2…12 м. Данный вывод был сделан на основании сравнения относительной стоимости работ открытого, закрытого и полуоткрытого способов (рис. 1).

Рис 1. Технико-экономические показатели открытого, закрытого и полуоткрытого способов строительства: 1 – открытый способ; 2 – закрытый способ; 3 - полуоткрытый способ; 4 –

эффективная область применения полуоткрытого способа.

При увеличении глубины заложения с 2 до 9 м снижение относительной стоимости строительства тоннеля полуоткрытым способом по сравнению с открытым достигает 80%, а с 9 до 12 м - от 80 до 75%. При дальнейшем увеличении глубины заложения экономически целесообразным становится закрытый способ работ.

Сравнительный анализ стоимости строительства 1 п.м. тоннелей, сооружаемых по различным технологиям, показал, что наиболее экономичным является «зиллертальский» способ, стоимость которого на 10…15% ниже, чем для других модификаций полуоткрытого способа.

Для расчета подземных сооружений, возводимых с помощью полуоткрытого способа, используют методы строительной механики, аналитические методы механики сплошной среды и численные методы расчета.

В настоящее время при расчете конструкций тоннелей мелкого заложения, возводимых полуоткрытым способом с использованием технологии «стена в грунте», наибольшее распространение получили достаточно простые инженерные методы расчета на заданные нагрузки с использованием аппарата строительной механики и механики грунтов. При этом вначале определяют все действующие нагрузки, а затем рассчитывают конструкцию тоннеля на эти нагрузки как стержневую систему методом сил или перемещений. При этом в первом приближении применяется метод расчленения обделки на отдельные элементы - перекрытие, стены и лоток с учетом их упругого и силового взаимодействия.

Достоинством данного метода расчета является простота, недостатком - упрощенная плоская схема, не учитывающая реального пространственного взаимодействия между грунтом и конструкцией тоннеля, при котором прочность на контакте балочного и грунтового элемента снижается по сравнению с прочностью грунта, а также учет технологии строительства.

загрузка...