автореферат диссертации по строительству, 05.23.15, диссертация на тему:Основы проектирования и строительства метрополитена методом сквозной проходки на линиях мелкого заложения

р г Б ОД

'Г.Г'Ч На правах рукописи

ФРОЛОВ

Юрий Степанович

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА МЕТРОПОЛИТЕНА

МЕТОДОМ СКВОЗНОЙ ПРОХОДКИ НА ЛИНИЯХ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Специальность 05.23.15 — Мосты и транспортные

тоннели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1995

Работа выполнена в Петербургском государственном университете путей сообщения.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, академик Российской академии транспорта В. Е. МЕРКИН;

доктор технических наук, профессор, член-корреспондент Российской академии естественных наук

И. Я. ДОРМАН;

доктор технических наук, профессор А. К. ЧЕРНИКОВ

Ведущая организация — АО «Научно-исследовательский проектно-изыскательский институт Ленметрогипротранс».

Защита состоится . . ^^^^ . . . 1995 г.

в . ./3. . ч . .-30 . м на заседании диссертационного совета Д 114.03.04 в Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский проспект, 9, аудитория 3-237.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПГУПС.

Автореферат разослан «.^4"» . . . 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доцент

И. М. ЧЕРНЕВА

ОКЗАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Развитие современного города, наряду о репениеа архитектурло -планировочных задач и проблем ¡икэнерного обустройства осваиваемых территорий, предполагает тага® совершенствование внутригородской транспортной систеш, и в первую очередь той ее части, которая относится к пассажирским перевозкам. Сгмш эффективны« средством решения проблеш* скоростных массовых паесакгрсгеа перевозок является метрополитен. На территории Россга насчитывается 12 городов, где ввиду особой сложности транспортных проблем строится иди проектируется метрополитен. В йэскве.Саикт-Петербурге,йояеы Нэв-городеЛЬвоскбирске,Самаре.Екатеринбурге тетропогатепы действует и продолэаот развиваться. Суммарная згаплуатаниокная длина линий в этих городах приближается к 350 кн. Ведется строительство кет-рополнтена в Омске. Челябинске и Красноярске. Обоснована необходимость строительства метрополитена в комплексных пеанах развития городского пассажгрского транспорта Ростова-на-Дону,Уфы и Казани.

В сСпей протяженности подзешшх транспортных ¡магистралей неуклонно увеличивается доля линия келкого еалогвгаи,которая к кас-тоавему времени. составляет около 60Х. Росту протяязиности лкнка ыеятаго звлоигния способствуют не только технкяо-зганоютескне преимущества строительства и эксплуатации таких линий. Это объясняется таю® тенденцией увеличения обг^ш работ по сооругзнкэ перегонных тоннелей закрытым способом прохоячэскимл еггак!.

Однако.принятая в настоящее врена организация работ па пусковом участке линии мелкого залоямш. когда все станционные комплексы ссоруаахяг одновременно с привлечением значительного числа строительных подразделения, имеет ряд существенных недостатков, связанных с непроизводительными затратами врепени на периодический монтаж и демонтаж китовых проходческих комплексов,значитель-

шл! едкковреманнши потребностями а материальных $5 адских ресурсах, сложностью организации непрерывного к равномерного строительного процесса, проблемами крапления глубоких котлованов, а такке е негативным воздействием стройтедьньи работ на сложившиеся условия »они города.

Тешить эту проблему без принцип иа-аного изменения сувестзую-сих на лхнглх кгжогс аалогалия конструкций станционных копалок-сов и методов их возведения, основываясь на традиционных подходах к организации строительства на пусковом участке лиши, ке пред-ст&блдьтся вовыохнш. В этой связи особую актуальность приобретает задача строительства штрополетена келгаго галожзния такими 1»то-даж, 1»торш дают вобшжессть при сокраэ?кии людских и материальных рэсурсов обеспечить высокие темпы работ с минимальным каруве-ншш аемной поверхности. Автором 'предложен, научно обоснован и внедрен новый прогрессивный способ строительства методом скеоопой крогояза перегонных тошдай, отвечаший поставленным требованиям.

Актуальность проблема определяется Комплексной целевой иауч-Ео-техннчэекой програшой на 1СЭ8 - 1820 годы и до £000 года по 80стш©нк» шгваго Кй^оеого технического уровня в транспортном стро>г;а£ьег£Э, раздел "Строжелъство тоннелей и кетрополотеков", еадажэ Ш 05 "Рагра&меяь а пршзэшкь при строительстве прогрес-скгнь» кэзетрумш и тешхшгш! сооруягнвд тоннелей к стшшкй ыгт-рэволетеза шгетго г»агза®юа."

Цель рвбо?н - разрезика, научное обосноваике и вкедренне в практику проекгкроваш! в героатехьства метрополитена мзлкого валенка зф&екгювныг техвдгсэскнх в технологических ревенкй.обеспе-чкааювдг непрерывность строительного процесса на перегонах н станционных комплексам с ютшш>ным наруЕйниеи аекной поверхности.

Идея раЗотье строительство кускового участка лзши кеторопо-лмтена 1юлкого галоянш организовать по поточной схема, свягаг работы на перегонах и етглтекэнных коммзксаа в единый технологический процесс на основе сксэзяоа ( беспрерывной ) проходки п-зре-гокиых тоннелей и посхедовэтеаьяого соорукгкки казиой станции по-лузшсрьггым способом на базе пройяепнья тонзехей.

йздача исследований:

- анализ судаствугазос способов строэтэхьства кэтроиожттсиа на йгакяг мелкого аолстиия, ерганизадооино-твтыюгичаских схем строчтельства и конструктивных рвсэняй колэекиых сооружений;

- обоснования эозыоягости и цмтгсооЗразнс-стн прдоевения шатала сквозной проходки при стреетеластв? етя мелкого вааоздш;

- разработка коаетрукккя стгшщз к твояогкн вх сооруганкя. соотсетстгугхгяс ь»толу скяодной ярогэдха;

- зтсперпяентаЕьяо-теорзтгчйскга исследования калрягенио-деформированного состояния оЗдегак сташкй.есзружядлс при с.тозксл проходке. овтимишзя га одипрукгодшх пврг^тров в разработка рекомендаций по щюекгирозагкю;

- еыбор и обоснование зФ5э№гасго топ кр?плеп:гя котлованов при сооружении стаяцнЯ по йозой *ехкой5ГЯИ и резрайотха >*>тсда расчета парамзтров крэпи;

- разраготка я вкэярениз г производство реио«еалак»й» по про-сгстярошп® я стрс5ггя.1ьстз/ мэтояоа сквозной протолки пускового участка хяяни штрэполите::а а

¡¿т-тодч исследований.

В работе гтричек&н комплекс кзтогоз яоедэдовтя. Бклэтагой;

научный анализ и обобщение ыатериалов проектных и строительных организаций, а тате лаянья, опуоликованншс в технической литературе отечественными и зарубежным учеными и специалистами,по конструктивно-технологически рвениям подземных линий метрополитена, технико-эконоиическкм показателя» строительства, катодам расчета станционных конструкций и анализа устойчивости откосов котлованов; лабораторные исследования напряженно-деформированного состояния новых конструкций станций и устойчивости вертикальных откосов котлованов,закрепленных стеряневой крепью,на моделях кз оквивалеитньн материалов и комбинированным методом, сочетающем метод эквивалентных материалов с ызтодоы фотоупругости; математическое моделирование) напряженно-деформированного состояния конструкций с использованием веролткостко-статнстичесюэго к опттшационого кзтодав системного анализа: сопоставление результатов расчетов по разработанным методологиям с данными, получении?.':,! при физическом кэделмровг-нии. с результатами ьюперкйнтов. выполненных другим; авторами; иьиолко:!».о пршяических расчетов конструкций к их оптимизация при проектировании конкретнш объектов подземного строительства на линиях «зтрололатона ыойюго &алс*зиия. Такой комплексный подход позволил научно обосновать продлоязнпыо автором технические и тех-нологичзегак режшил.

Автор еаьмает;

- новуэ концепцк» строительства ияроаодкгена на линиях шл-кого еалогаша на основе сквозной проходки порегоинь-* тоннелей с поточной сдоыэй органжак-ш раЭо? на всей пусковом участке етрса-сэйся шки:

- научнда к кну»е«рнш результаты и их практическое осусост-вхзкке ко соадзяка ганструкций колонках к одкоссодчатых станция

_ Л ~

метрополитена. разработаннш в соответствга с выдвинутой концепцией;

- технологии сооружения станций полузакрытым способом, сни-яеэтде негативное воздействие строительного процесса на условия жзни города;

- выявленную по результатам физического и катеыатического моделирования совокупность <|актороз. определяющих напряженно-деформированное состояние конструкций колонных и односводчатых станций;

- необходимость проведения расчетов конструкций колонных станций с монсояьны» перекрыткец из монолитного железобетона в трехмерной (объемной) постановке задачи,?, к. при этом достигается эко-иоюмяое тонстругспзноэ редкие;

- рекомендации по мзтодкк» и. технике ¡моделирования подземных сооруг»икй коабишфогаяк!®! игтодом га крутюмзсвтгабных моделях (1:40).учктываи!яе взакшсвязь основных параметров, характеризуйся С2СЙСТВО материала, эквивалентного грунтовоыу ыассиву.и оптя-чеая-чувствительного штернала конструкция;

- арздлоюекня по прогноз !*рогаяню осадок зеыной поверхности с учетоа поэтапного вовзэдоеня станционных конструкций полузакрыт ку способом; .

- целесообразность пркшюккя стержневой крепи котлованов, в основании которых ■раеполоягпч тоннели, пройденные до качала вем-дякых работ на станции;

- результаты исследования и методику расчета параметров стеря-яевсй крепи и устойчивости армированного откоса котлована

Достоверность научных положений .вызолов и рекомендаций под-■гвержвгется комплексным подходом к решению проблемы,сочетающим надежные и опробированные методы физического моделирования с боль-

ш количеством экспериментов на математических моделях;высокой технической оснащенностью лабораторных исследований и корректностью постановки теоретических еадач; решением тестовых примеров ка математических моделях и сопоставлением результатов с данными, полученными для тех г® условий ©пробированными и признанными программными средствами; сходимостью результатов численного моделирования с данными исследования на физических моделях (10-152:); положительными результатами внедрения методики, программных средств, рекомендаций и выводов в практику проектирования и строительства.

Научная новизна и практическая значимость работы .

Совокупность приведенных в диссертации научных результатов ьзожно классифицировать как новое прогрессивное направление в области проектирования и строительства метрополитена на линиях колкого залокзния. Основополагающий приншш выдвинутой автором концепции: перегонные тоннели и станции ка строящемся участке линии метрополитена мелкого еаложепия рассматривается как единый комплексный объект проектирования и строительства, включагой взаию-связныо конструктивные элементы и организационно-технологические схеш .

Основкыэ результаты работы, представлены в виде детально проработанных технических в технологкчес!аа ре пений станционных комплексов, соответствующие штоду сквозноЛ проходки, и признаны в 1*а-честве изобретений.

Разработанные авторов научные основы проектирована.расчета и конструирования станционных комплексов па линиях ыелкого гало-жэния и новые пргрессивньв методы юс сооружения способствует повышению эффективности строительства и снижению негативного влияния строительных работ ва сложившиеся условия лизни города.

-Б-

Личный вклад автора состоит в. разработке новой концепции строительства метрополитена на линиях мелкого залоденкя на основе поточной схемы организации работ; разработке новых конструктивных репений станционных комплексов, включавших в состав конструкции элементы обделки тоннелей, пройденных перегонными актами, разработке новых прогрессивных методов возведения станционных конструкций полузакрытым способом с минимальным нарушением земной поверхности; создании комплекса теоретических, методических и алгоритмических разработок и программных средств, обеспечиваших проектирование стеряневой крепи котлованов;постановке теоретических и лабораторных исследований по теме диссертации: анализе результатов выполненных исследований, теоретическом обобгагним й обосновании всех запмпземых положений: внедрении результатов исследований в практику проектирования и строительства, что подтверждается авторский? свидетельства!,« и актсхл внедрения. .'.

Реализация результатов работы осуществлялась при проектировании пускового участка 1-сй очереди строительства метрополитена в центре г. Самары. Автор принимал участие в разработке технического проекта в качестве главного специалиста,а при разработке рабочей документации - в качестве консультанта. С учэтои рекомендаций, разработанных автором,и при его участи: выполнены расчеты обделок новых станционных конструкциЛ. Колонная станция полузакрытого способа работ пршята к строительству первой очереди иетрополэтена Челябинска Аналогичная конструкция предложена в качестве альтернативного решения в проекте метрополитена Уфа йшскштропроектом в развитие »«тола сквозной проходки разработан вариант колонной станции полузакрытого способа работ из сборного железобетона.

Стергаювая крепь котлованов успешно пр:аккена. на оСтегаах строительства метрополитенов Санкт-Петербурга.Самары и Новосибирска. Програшно-истодичесгай комплекс "Аркогрунт". предназначенный для расчета стержневой крепи котлованов, передан проектным организациям.

Результаты работы испольвуются в курсе лекций по дисциплине "Тоннели и »¿строполитеньГ, читавши автором на кафедре "Тоннели и метрополитены" ПГУШа.на курса;: погашения квалификация ИР.

Апробация работа

Основные научные результаты исследований долоюны и обсуждены на научно-практической конференции ЛИШа (Ленинград.1С89г).на конференциях "Прогрессивные технологий строительства транспортных соорукгниЛ" (Лгнинград. 1080г.),"Проблемы язлевкодорояного транспорта решит ученью" (ПГУ1Ю. С. Петербург, Ш1г.) к& нзучлом Совете НШ "Тоннели и метрополитены" ПНШЗа (&Ьсква.18Э5 г.). а ташз на заседаниях технических соггтоз Ггаьютропожтена ШЗ. Главиетро-строя и Глазного управляя проскггровашп и каяитшаного строительства Ил С, Ьуйащавдатростро!?, КуЛа^?1.етропроокта и Siргкцаи строяцэгося ызтрошштека г.КуМьвггвз (Самары) в период с 1086 по 1883г. .ка нвучних cstsmapax ка5едргГ*Тош;5Лкигйтрополитеш"ПГУЛ0&.

Публикация. Основное солс-ркшгэ диссертации опубликовано в 25 работах, в том числе - учебник.гибкое пособие,юпогр&фня к S авторских свидетельств.

Структура работы. Диссертация состоит из введения,пяти глав, заключения, перечня литературных источников и приложений обким объемом 267 страниц, из них 180 страниц основного текста.64 рисун-

ка.15 таблиц, 17 страниц списка литературы из 202 наименований и 14 страниц прилокений.

СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ

Анализ опыта строительства »метрополитенов и перспективных проектных репзниЯ показывает, что доля линий мелкого залокения в обЕ^й протяженности подзекяшх транспортных магистралей подавляющего больпинства городов судеетвенно увеличивается. В последние годы отмеченная тенденция заметно усилилась, поскольку из центра крупнеШшх городов метрополитен, развиваясь, переедается в периферийные района Так. к настоявэму времени больше половины суммарной длины линий Московского метрополитена расположена на мелком с&лоягиии. Вз многих городах России и стран СНГ,где строительство ¡¿етро началось сравнительно недавно, ж км расположены только на мелком еалояенк! (Новосибирск. Никшй Новгород.Самара.Омск. Ташкент МинскЬ Такоз rs ситуация складывается на метрополитенах большинства городоз мира.

Тенденция роста протятанности линкй-мэлкого залоязкия на сети отечественных и зарубегзшх метрополитенов обусловлена их определенными преимуществами по сравнению с линиями глубокого залоке-ния. Так, основываясь на показателях Мзтрогипротранса конио пола-гать.что стоимость линий 1кш:ого заяолвния в относительно благоприятных гидрогеологических условиях в среднем в два,два с половиной раза деньке.чей линий глубокого залокения. В условиях Санкт-Пэтсрбурга строительная стоютсть толь га эскалаторного кош леке а с чугунной обделкой тоннеля,пройденного с предварительным заюра-киванием грунта на глубину 40-50 и.одного порядка со строительной стоимостью целого станционного комплекса на линии мелкого заложе-

нкя. Существонно отличается и трудовые затраты иа соорумэние 1п. и перегонного тоннеля. Например, в московских условиях при проходке шктовьа! способов трудозатраты на мелком эалохении линии на 40-45% ь:еныге. чем на глубоком. На 18-20% ниже.чем на глубоком заложниц и оксплутацконние расхода.отнесеиньч к одному километру линии иэлко-го заложения .

Многолетний опыт эксплуатации линий метрополитена мелкого еа-ложэнкя показывает, что они болао удойны для пассажиров,чей липки глубокого валоженкя.

Разнообразна климатических и гаонзрно-гемогичаских условий, градостроительные и рельефпыз особенности,неравномерность пассалм-роперэвозок на линиях определили икогообразке конструктивных и планировочных решений иодеэиных сосрукзнкй к&тропояктв^а и методов га воэведсюм. Б поашккэ годы ко ¡наработкам щюокт>-копо?рук-торских.научно-кссдедоаателкюас к про:п5воде?гош'.ьк организаций внедрен целил ряд яозих конструкций и тозвшогкчаских процзесог. позволивших снизить |©7ерштс«>сть к стоимость зткх сооруазвкй. повысить уровень индустриализации и ьюхвяттт работ.

Технический прогресс в отечзствеияои кетростроспиз: сзшзаа с имени,« таких видных учет и опешшииоа.кек ЕЕ Гйлдов.Ц. Л Езя-дуров, А. И Даушвили.я. к Дэрмая.А. С. Луговцсю.Е & ^'.овсюй.И. Е Шлеек. а Г. Храпов, П. А. Часоваткя к ар.

Большой вклад в разработку |шструктяо-тет>дотр8>ских ра-шений подземных сооружений метрополитена, оргачигадзз сгрокголь-ства и механизация рг.5ог внесли 0. Ю. Дето-»2. Я. К. ЛЯемср.Е С. Бух:«'-чев.С. Н. Власов,Е А. Гарбер.ЕЕ Голиаднскка.Е А. Дс-шш>.Е Я й>ршя, а а Котов,XX А. Ко®лев.й Е. Крук.К. Е Кулагин, Е А. Лиманов.0.Е Макаров. И. Е Маковский,Я И. 12аренный, Е Е-Кфкик. & Е ЫУромцев.Г. И. Огааз-сов, С. А. Орлов, П. Д. Пайков, А. К. Пэпр&вко, А. ЕСалан, ЕЕ Самойлов,

А. И. Семенов,С. И. Сеславинский, а А. Хздоп, Е ÍL Фотиева. П. Е ¡Сркевкч и ДР-

Сооружение перегонных тоннелей на линиях метрополитена мелют го залояэкия преимуиггствешга закрытым ситовым способом, а станционных комплексов - з открытых котлованах достаточно полно отвечает, совреюнным требованиям строительного производства При развитой производственно-технической безе, использовании ситовых механизированных комплексов отдельных учас'.тах трассы достигнута высокая производительность труда и Сольииэ скорости проходки пэ-регояЕых тоннелей. Так, миссикаяышэ тешы готовой проходки дал» в слабых неустойчивых грунтах превшаюг 100 метроз в дасяц, рекордные на Шстютрострое - 2Б0-400 а в шсяц.

Сс-срузая столдаи а открытых котлованах, строители практически неограниченно использует высокопроизводительные калины и оборудование, сироко внедряет крупноблочные гвлэаобетонние конструкции а обделку из моно,С5Тиаго гэлгеобетонз, применяя современное бвтоиоукгалотасе сборудазаггл, самого дим* опалубки. арискаркасы и аршблока саводского изготовления.

Г^зсто о тем. Ейсогая проаводзггзльпость труда на строительство линии достигается только'по отдзльнш видам работ и. главным образом, пра проходко перзгошпл тоннелей. В целой я® средние темпы прохоягсг находятся из весьма яизксм уровне и па превосходят 60 ют роз э ¡«сяц яа*э при использовании ситовых механизированных комплексов (по лгшяй! на lGSSr. - пер:•од относительной стабильности соцагдапо-оконамчесвой аттувтт в стране).

Как показал анализ, одной та основных причин низ гая темпов проходки.( производительности труда и увеличения обсей стоимости строительства является калый фронт работ.приходящийся на один китовой комплекс. Традиционная технол-згич^-кая схема организации ра-

Сот на пусковом участке линии предполагает монтаж валового комплекса, вывод его на трассу из котлована одной станции и демонтаж в котловане другой. Сравнительно небольшое расстояние между котлованами станций (особенно в центральной части города) обусловливает непроизводительные потери времени при периодических монтажных и демонтажных работах.которые составляют 2-2,5 месяца Велики финансовые затраты за простой дорогостоящего проходческого оборудования. Кроме того.нави исследования показали,что на участке выхода готового комплекса из котлована станции темпы проходки нарастают медленно и, как правило,достигают проектных вначений по истечении 2,5-3 -х месяцев. Соответственно скорости проходки на этих участках возрастает и стоимость 1п. м тоннеля.

Технически сложными и трудоемкими объектами строительства линии остаются станционные комплексы. К недостаткам традиционной схемы организации строительного процесса,при котором все станционные комплексы возводятся одновременно,следует отнести характерную для экстенсивной технологии потребность в значительных единовременных материальных и людских ресурсах,большом количестве иаамн,механизмов и оборудования. Трудоемкими,дорогостоящими и в большинстве случаев малопроизводительными являются работы,связанные с креплением котлованов. К сказанному следует добавить,что котлованы на трассе строящегося участка линии занимают тысячи кв. метров дефицитной городской плошали. Одновременное сооружение всех станций в котлованах больших размеров существенно осложняет работу наземного транспорта, так как в этом случае узлы важнейших магистралей города перекрываются одновременно и, как правило, на длительный срок.

Исключительно разнообразные и, как правило, слокние инженерно-геологические и градостроительные условия сооружения метрополитена затрудняет выработку единого подхода к конструктивным и

организационно-технологически« решениям. Тем не ыенее,проведенный анализ современного уровня проектирования и строительства показал, что эффективность строителных работ на линиях мелкого залолзэния может быть повышена,если работы на перегонах и станционных комплексах строящегося участка линии связать в единый технологический процесс.организовав их по поточному методу.

Суть новой концепции.предлоигнной автором.заключается в сквозной (бесперерывной) проходке перегонных тоннелей на гсеы протяжения стропе» гося участка линии /3 - 4км/ н последовательном сооружении каждого станционного кониекса по мере продвижения проходческих езгтов па слеяукзй* перегон.

Представление об организация рейот на пусковой учасию линии мзтропогиева поточпш методой дает графа?, приведенный на рте. 1. Пусковой участок являатся продолжением строительства линии и включает два пор?гона с трзкя станшии. Прохода перегогаих тоннелей на этом участка ведут,не дозяеаясь заверяет«! работ на предыдущем, которцй и это врзш подготавливав? к сдаче в зкеплуатацихх

Рпботы по сооругзшда всех станций на новой пусковом участке вкполпяз? одет спецлазмзярсвгнвдв подразделение. К строительству очзредкой стглшп: приступает только поело того, как перегонка ци-тог!» комплексы пройдут часть трассы в пределах зтой станции.

Еэобходкшэ теынн проходки делили обеспечить равномерный и шгпрзрнишЯ строительная процосс и будут определяться на каждом парегоп-э в заэдекмооти от ого длины Цдлины станционного комплекса 1 И РрЗ!'2ЙЯ сооругэпгл СТ8НШШ Т.

Счзекдяо.здо последовательная схегл возведен:« станций на пусковом участкэ увеличивает обгаэ сроки строительства этого участка в сравнении с традиционной параллельной и иояет дать эффект только при значительном ускорении строительных работ на каж-

Cr А С' Б Cr В

дом станционном сооружении. С этой целью в развитие предложенной автором концепции разработаны, принципиально нокн« конструктивные решения колонных и односводчатых станций и соответствующие способы их сооружения. Наличие перегонных тоннелей,пройденных закрытым способом до начала строительства станции,однозначно определяет в проектном решении использование этих тоннелей в качестве основных или вспомогательных элементов будущей станции.

Конструктивные особенности разработанных вариантов обделок станционных сооружений определили и нетрадиционную технологию их возведения с использованием приемов »«к закрытого, так и открытого способов работ.

Для научного обоснования новых технических и технологических решений при строительстве метрополитена на линиях мелкого заложения методом сквозной проходки в дальнейшем рассмотрены варианты конструкций , утвержденные к внедрению Главным управлением метрополитенов МПС,- колонная станция с буронабивными сваями-колоннами (Рис.2) и односводчатая с опорами кругового очертания,возведенными из монолитного бетона в тоннелях, пройденных перегонными щитовыми комплексами (Рис.3).

В колонной станции разомкнутая обделка путевых тоннелей опирается на консольные плиты перекрытия. Размеры,определятоие поперечное сечение станции,назначены исходя из габаритов приближения строений и требований яействутазнх норм проектирования метрополитенов.с учетом сушствутаих типовых ревений колонных станций открытого. способа-работ и сборных обделок перегонных тоннелей метрополитена, сооружаемых закрытым способом.

Сооруазние станции ведут в слеяукякм порядке (Рис. 4а>. Проходят путевые тоннели станции,в кольца обделки которых по одной линии вмонтированы займовые элементы. Затем приступает к разработке

- -

Рис.2. Конструктивная схема колонной станции полузакрытого способа работ

Рлг.з. конструктивная схема однэсводчатол стскцни полузскрлтого способа работ

котлована между этими тоннелями до отметки.соответствует^ низу перекрытия станции. С этой отметки бурят скважины,устраивая сваи-колонны, и сооружают монолитное железобетонное перекрытие,сопрягая консоли с замковыми элементами обделки. После того,как бетон перекрытия достигнет проектной прочности,устраивают гидроизоляцию, производят обратную засыпку конструкции грунтом,восстанавливают дородное покрытие над строящейся станцией и открывают движение городского транспорта Дальнейшую разработку грунта в объем? платформенного зала станции, депонта» элементов временного заполнения обделки путевых тоннелей,устройство лотковой плиты и платформы производят под задэтой перекрытия.

Предложенное репение существенно, сокращает трудоемкость работ я сроки сооружения стигцга! за счет укеньЕЭша объемов работ прекзе всего по разработка грунта и крепления незначительных по высоте стен котлована, 8 тшсгэ по устройству в этом котловане лкпь "недостасзк" чсстей стенпвокнис сооруг&яий.

Укеньсеипе вирпны «отловна до ргзюроз посадочной платформы станции открывает гсзиогаость сооругзть станция в условиях плотной городской гг2трсй!с!.а таггяз реадзвоглть строительство станции йа действупзга лппппт метрополитена ггелкэго залегания. В последнем случгэ э обдос» па учзеткз пэрзгопяш; тоннелей,где в перспективе намечено с?рсга?ол>стео стакики.кесбходнмо предусмотреть элементы, позволяют» ра?с5"<путь кольца при сооружении среднего галз по указанной 31ГГ-3

Конструкция станций гало;;:юго типа с консольными плитами пе-Р91Ф*яия рззЕвУЯвт пространствен®» объены платформенного зала и путевых тоннелей, прядает стачки индивидуальную выразительность, допускзя определенное новаторство в организации архитектурною пространства .

в

. I I 1 . 1 . 1 • . •

Рис.4. Лсаггалсвательпость работ Пр:г ссорутаяни коленной (а) г. одяоеведчатой (б,л) стаяцг2.

Новые возможности для выбора оптигшьгшх койструктзшьсс и технологических решения, в развитие швдзакр1Ягого способа сооружения станции. открываются пря кспользоваюш конструктивной схемы односводчатоя станции, обделка которой представляет собой пологи? верхний и обратный своды, опираться па массивные опоры кругового очертания (см.рис. 3).В определенных условиях сбратньй свод ио-ггт быть заменен лотковой плитой. Полыэ опоры свода выполнены вэ монолитного бетона в тоннелях, пройзенкых парегоиньш щитовыма комплексами. На рис. 3 представлены вгриаяты такой иоаструкини о монолитным (а) и сборным (б) испокйнйзм s9px:;-.:o свода.

Технология сооружения такой станции достаточно проста. После проходки опорных тоннелей я бетонирования опор разрабатывают котлован. устраивают обратный свод и платформу. Па следугагм.этапе с помощья передвижкой самоходной опалубк: бетонируют свод стоящ® или монтируют его из двух «влэзобвтоякык полуарок я производят обратную засыпку.

В отличие от традиционных конструкция окноеводчатых станций, сооружаемых из монолитного лелэзобетсиа.з р^сжтр^ккнх вариантах значительно уменызэн расход армятуряой стали с а счэт замены густо-армированных стен опорами из монолитного бэтока. Криа того.кассив-нш споры сущгственно оттают степень воздействия вибрации и пуна на распоаояэаные вблизи стшпш здания и сооружая. Наличие полостей з опорах позволяет использовать для аффективной вентиляции. Раза».« являются технологически? пргямусзотва конструкции, обеспэ-чзшаюаиэ з схатые сроки выполнение кеслояикх и одзотигопд работ на всем протякгкгл станционного штлбкса (при разизсэш! поз едияым сводом всех сооругаэюй комплекса.вкгячая оборотные тупики), открывается возмокгость организация работ по гкбгазй технологии с учетоа конкретных условий строительства

Так при необходимости быстро восстановить проезжую часть над станцией в условиях интенсивного транспортного потока, целесообразна организация работ по схеме, показанной на рис. АО. После бетонирования опор котлованы разрабатывают только до уровня опорных тоннелей, демонтируют верхнюю часть их обделки, сооружают свод и производят обратную засыпку, восстанавливая движение городского транспорта над строяввйся станцией. Затем под прикрытием свода ведут разработку грунта в сечении станции,устраивает обратный свод и монтируют платформу. В указанной последовательности могут быть выполнены работы и на отдельных участках строительства односвод-чатой станции в местах пересечения ее городскими транспортными магистралями,где черев котлован в сжатыэ сроки будут возведены своеобразные арочные мосты,представляювдае собой сводц перекрытия станции.

В определенных условиях котат оказаться технически целесообразным и экономически эффокпанш соорудить участок односзодчатой станции без вскрытия згидой поверхности. Кэ прибегая к специальным методам работ.указанной дала ыоню достичь,если ка этом участке одкосводчатой станция с поверхности' саши устроить систему тякгй, вдавливая их в слабые грунты вля опуская а предварительно пробуренные скважины в прочных грунтах.тек,чтобы из вихяке концы входй-ли в проектный контур свода (рве. о). Взрхнкз копны ткхай закрепляют в бетонном покрытии лроезхззй част::. Лал-зе начинает проходку калоттной части сечения,разрабатывая грунт небольшими заходка&и от центра к опорные тоннелям. К обиаязкеимей по »юре разработки грунта и выступающим вовнутрь выработки концам тяагй появевиваят элементы временной крепи, йаилучвим вариантом временной крепи в этом случае является кабрыэг-бетонная крепь в сочетании с рев?т-чатыми арматурными арками,которые до омоноличиваши будут крепить-

ся к концам тягай. После того,как калоттная прорезь будет пройдена на sen длину участка.приступают к монтажу сборного или бетонированию монолитного свода станции. На заключительном этапе разрабатывают грунт ядра станции, разбирает временные элементы обделки опорных тоннелей и возводят обратный сеод.

Для реаення широкого круга вопросов,связанных с практическим воплощением выдвинутой концепции, проведан комплекс научных исследований с использованием «этолов физического и математического моделирования.

Исследования ка физических моделях выполнены методом эквивалентных латеркалоз и комбгапзровоннкм методом,сочетающим метод эквивалентных материалов с методом фотоупругости. Обгое требования по технике и методике моделирования с использованием указанных методов рассмотрены з работах Е Г. Кузнецова, а А. Дшанова. И. Д. Насонова, Е А. валатова. В. ¡1 Еарксвского, 3. Д. Белякова, Ф. А. Глутпихина, Г. А. Иевлага и др.

Цря иодеяирезашт ¡«лонных статшй.распологанных а слабых !-2Лос£яэнья грунтах и■ вкясчвезя згзмелты разнообразна по фор;®, рззкзран и характеру свяезп иатзу musí, юдоль обделки била изготовлена га сггг;г:ес»п *яг5ст2:отел>вого нгтериалп. что позволило по-ззг&яъ «нфоруацаз о сз гапря^гшем состоянии непосредственно в ?.олз зш»рж®нтп, а »дота грунтового иасеява - кз эквивалентного !s?3p:tasa, что npsatóraaso к натуре процесс Сорет-розаша кагрусек api псзт:~:™! ссзгзгенкн кспструктп?.

С снешгйяея мгтолнчгекого подхода и техники построа-

згя крушгоазсягебгаа (1:40) коиЗшфеганкьсс моделей автором пред-гз)т?л згеиякоеть ягя определения коэФ&яшекта оптической чувствительности кзтеркага оЗЕелки.пра юторсм число полос будет достаточна длч рзсяяЗровкн Еапряганиа при эаяанных параметрах кате-

риала модели грунтового массива. см/кг:

.г 1 1 СЬ 1100-10 — — -- .

Y* \

.7

где 1100-10 - округленное значение разности хода, соответствующее границе второго и третьего порядков, с« ;

"У к и Уи - удельный вес эквивалентного материала модели и натуры;

1/L - лзшейный иасетаб моделирования; б к - шкскшлькьгэ огадаемьз напрягзэнкя в конструкции в натуре;

d - толщина модели по линии просвечивания .ш.

Рекомендованы Tats® савискиостн для определения цэдуля упругости оптически чувствительного штвриага с учэтои разных тодеин модели обделки и грунтового «ессюза.даа рзкс^тавдо! по технологии изготовления модели. Предложэгл 82вюш>егь,ноз£оллл£кя кэррек-тировать даннш о начальной подо шщр-шйкЯ с 5кв:®&гз1ШЮУ ыате-риале о учетом трзнкл засыпки о стошсй вгоского стенда .

Построета ¡¿одели колонкой сгшика осуезсгалягось сээт&тзо s соответствий с технологией ер сооружзигл. П?а stcy Былагзно вви-ние поэтапности работ на напря«?нно-д;фора»рогсп;ш сос?©ш;з обделки путевых тоннелей. Ток. после раэрвЗоткл котдзвака до уровня этих тоннелей резко изменяется характер иад>я?гнай в сечеккяз обделки и ее деформации, однако кх сбаслзотк^з значок® к» превыгавт 8-1 OS величин.зафиксированных в обделке непосредственно после проходки тоннеля. Следовательно,можно отказаться от врэьякного подкреп ляния обделки путевых тоннелей на этой этапе работ. После заверше-

иия возведения конструкции и-ее обратной засыпки кагаимальные напряжения в разомкнутой обделке резко возрастают и в 2,5-2.8 раза превьгааэт величины.зафиксированные до разработки котлована. С учетом выявления особенностей статической работы обделку путевых тоннелей станции рекомендуется выполнять из усиленных келеэобе-тонных элементов со связями растяявния в продольных стыках.

Сравнение результатов двух серий модельных исследований колонной станции с различными конструктивными формами перекрытия свидетельствует о более благоприятном распределении напряжений в сводчатом перекрытии по сравнений с плоским. Установлено, что при равной высоте засыпки над конструкцией величина напряжений в се-

I

Ч'э:пп5 лая колонкой в сводчатом перекрытии на 16-20% нияэ соответствуем значений,эефптекроканных в тах та сечениях плоского перекрытая. В консоли сводчатого перекрыл» доминируют изгибащке и>-иеиты.действие продольииг сил не окззетгет заметного влияния на ее язпряяэшмо ссстсяш'о. В вертикальном элементе консоли плоского пэрскрстил преобладает растягивавшие про долью« силы,что приводит работу этого эгеизято к условиям блетким к осевоыу растеканию. Как при свэдчатсы.так--я при пгссяс« перекрытии станции вертккадь-пкз верекевяшя Узгсю сопрягэшя ковсолей с обделгой путевых тоннелей сставтбя практически рашмш.в то вроет,как горизонтальные ворвкзагная этих уэлоэ пря сводчатом•перекрытии в среднем на 20% иэпыгэ, чзм пр:: плоское. .'-■•''

Гаяпгепо.что поэтапное ссерутгэтта» колонной станции, обусловленное мэтодон сквозной проходки перегоним тоннелей, отзывает сугретввнкоэ вятке на характер и ведичяяу нагрузок, действующих на обделку такой станция. В стякч:п? от традиционной (кулоновой) схемы распределения бегавой нагрузки, которая принята для расчета станций, сооружаема: открыта? способом, ботовое давление грунта на

обделку станции.возведенную поэтапно полузакрытым способом.возрастает пропорционально глубине только до отметки свода путевых тоннелей. Далее до уровня горизонтального диаметра этих тоннелей боковое давление распространяется практически равномерно с интенсивностью, не превысагазй 70Х от расчетного по Кулону.а затеи на уровне лотковой плиты станции снижается до £0-Е5Х этой величины. В результате значения изгибающих моментов в обделке путевых тоннелей в 1.3-1.5 раза превосходят величины,рассчитанные по общепринятой методике,но при этом на 16-201 снижается переккклг.и; консоли плиты перекрытия. Выявленная закономерность формирования нагрузок на колонную станцию.соорукаемую полузакрытым способом па базе пройденных путевых тоннелей позволила внести соответствушке коррективы в расчетную схему нагрузок ка конструкции такого рода

Экспериментальными исследованиями на моделях из эквивалентных материалов односводчатых станций установлено.что опори ¡фугового очертания.возведенные из монолитного бетона в тоннелях,проеденных перегониыг.31 проходческими кошлекеекй.обзепечиваэт достаточную устойчивость конструкции в строкой диапазоне нагрузок и грунтовых условий (пески, супеси, суглинки). В пределах реально возможной подъемистостн свода и действувзк на обделку нагрузок горизонтальные перенесения пят свободно опертого свода пе прекю-ходят 16 мм.. при этом перемещения шзлыгк свода остается в пределах 1/400 пролета. Таким образом, в условиях строительства односводчатоя станции, близких к тем. которые воспроизводились при моделировании, нет необходимости усложнять конструкцию опорного узла жестким соединением свода с опорами.

С целью упорядочения полученного методом физического моделирования представления о статической работе исследуемых конструкций и выявления параметров, которые в наибольшей степени опреде-

ляют кх напряженно-деформированное состояние, проведен системный анализ этих конструкций. Конечная цель анализа заключалась в установлений оптимальных параметров конструкции по заданно^ критерия.

В основу исследований полотна методика построения матензти-ческих юде лей. разработанная к. т. и. Свитиным В. Б. с использованием версятнсстно-статнстического и оптимизационного методов системного анализа. Автором ьетодига построены математические тлели, которые позволили с участием диссертанта использовать их для параметрической оптимизации конструкций колонной и односводчатой станций, сооругаемых методом сквозной проходки.,

В качестве входных параметров задачи при иоделкровании колонной станции были приняты: расстояние ы«.гу ccmt колонн (L): высота прохода в путевой тоннель (R);высота колонны от пола платформ ; стрела, подъем спсдчггого перо!срития( И: tixiora сечения перекрытия над ¡солонкой (f\> к з середине пролета (Ь^висота сечения консольной части перекрытия (to); высота сечзнкя обделки путевого тоннеля (hT):ьюяулэ упругости ютеркака перекрытия (Ел) и обделки путевого тоннеля (Ет); высота 8&сьсна пал перекрмтием(Нз); коэффициент упругого отпора грунта (к).Эта параметры вводились в задачу в виде относительных величин: Xl-L/!l,X2-HK/K3.X3-hx/h|, X4-h/hT, Х5-Еп/£т.Х5-к, W-f.

В качестве выходных пар&чгатров бши приняты усилия, возикка-Ш5е s элемента* констряаш и перэшсгнхя консоли перекрытия: моменты в перекржки над колонной (У1) и в середине пролета (У2): нормальные силы в консольной части перекрытия (УЗ) ив середине пролета (У4); скепзгния консоли перекрытия горизонталь ню (У5) н вертикально (Уб);

Влодные параметры были получены путем преобразования вход-

пых. Число преобразований, необходимых для построения достоверной математической модели, определялось методом планирования экспериментов. Сведения об усилиях и перемещениях в различных вариантах конструкций.отличаювдея изменением одного входного параметра при неизменных остальных.были получены в результате статических расчетов, выполненных с использованием стандартных программ.разработанных в институте ■¡¿енмгрогипротране.

Статистическая модель построена в б;те степенного полинома методам! нелинейной регрессии:

г г

УЯХ1) - АС«-£"А1Х) +Х"ЛЛпХ1Хт +^А1Х1 тХ1Хш +

с ¿.т / ¿,т

где УК XI) - выходной параметр задачи;

XI.п - входной параметр задачи;

А0.А1. т - числовые коэффициенты при входных параметрах.

Количество уравнений.описывающих модель,соответствовало числу выходных пар&мотров задачи.

Численная реализация математических моделей в процессе системного анализа позволила установить ряд закономерностей, яаргк-теркзукегкх напркяеиио-ясфоркированное состояние исследуемых конструкций. ешеки как теоретическое, так и прикладное значение.

Так. установленная взаимосвязь входных и выходных параметров рассматриваемой аадачи,определила положение входных (конструктивных) вараиэтроз на раэагашх уровнях иерархической структуры ¡;с-слодуемзй сиаташ. что позволило оцепить степень влияния кагаого входного п&ргштра ка напряженно-деформированное состоят?® конструкции

Шйвлзео, что напряжения и деформаций в перекрытии коловноЛ станции в больесй степени определяются его конфигурацией (Рис.5). Высота среднего в&яа станции в значительной степени определяет

^ /л'.' ^ (Ж

¿ев ¿¿у

но

• •

1 — 1 •а«*111"-1*" «>

' ' • 1 • " г

у2

Лг

а /.з К7 /,?

Ряо. 5. Зависимость азгабаяздх'моментов в озчваиях перекрытия от высота колонна: 1 -з плоохоа о вертикальными яоасолдак; 2 - тэ ав с наклонными; 3 - з сводчатой аврекратна.

Рас.6.Взаимосвязь входных а ваходных параметров задача оптимизация колонной стандаи по инициальному смещеатэ хоисоли первкрктая

величину вертикальных смешений консоли,горизонтальный хо.ь первую очередь,зависят от высоты прохода в путевые тоннели. Практически не оказывают влияния на характер статической работы конструкции (при изменении в установленных границах) такие параметры, как соотношение размеров сечений перерытия над колонной и в консольной части, модули упругости штериалов перекрытия и обделки путевых тоннелей.а такие упругие характеристики грунта.

Наиболее ответственным участком обделки станции с точки зрения статической работы является консольная часть перекрытия. Здесь под действием нагрузок от разомкнутых колец обделки путевого тоннеля в вертикальных элементах возникает значительные растягиваю-ииэ продольные силы. При изменении наклона консоли величина этих сил колеблется в широком -диапазоне значений вплоть до изменения направления действия от растялзкия к скатка. При наклоне консоль-

о

кой части перекрытия под углом Солзе 50 к вертикали работа железобетона в этом злементе лриблигзется к условиям близким к частому югибу. Величину кзгибаших ююнтоз. действующи в середине пролета перекрытия,ыокно регулировать,изменяя расстояние ыедду колониа-121 (ширину посадочной платфорьы станции). При фиксированных остальных пара^трах конструкции ьшенты в наиболее капрлязннцх сечениях перекрытия к обделки путевых'тонкемй остаются практически нэвомеп-к^-к. В пределах огршвпешй.пршштьос в условиях ьатеизтического юделироваккя, ширина плотфорыы.при которой величина коментоз а сереете прогето перекрытия будет-сведена к кшинуму составляет от 11,0 до 11,6 игтров, .

С целью установления сгшаааького сочетания конструктивных параметров коаойиой стааш» сфорцяшроваки п реаена оптиикзевйон-вш задача В качество пркшра ввжз 'приведено ревакие задачи,даль которой бала в кшаайзацяа ьвртккаяьваго снзклш консоли перекры-

тия (Уб). Штематическое описание задачи в рассмотренных выше условиях имеет вид:

2 г t

Уб - 33,15-9б*ХЗ+0,б*Х4-О,21*Х1+0,54 *Х1*Х2-0.54*Х1 *Х4-0,68*Х2+

0.5*Х2*ХЗ+0, 40*Х2*Х4Ч . 28*Х2*Х7+бб. 97*ХЗ+0.6*ХЗ*Х4+

2

1, 05*ХЗ*Х7-0.084*Х4*Х5-0,51 *Х4*ХБ+0, бб*Х4*Х7- 0.91*ХЗ-

г

0.54*Х7 -=Ф0 - целевая функция

Результаты решения задачи представлены в виде номограммы на рисунке 6. Кривые характеризуют взаимосвязь параметров конструкции при изменении стрелы подъема сводчатого перекрытия Х7. Аналогичные график;! могут быть построены при заданных значешшх любого из входных параметров задачи.

расчетно-теоретический анализ статической работы безригельной плиты перекрытия колонной станции.проведенный а постановке пространственной задачи позволил установить: включение в работу в продольном направлении вертикальных элементов консольной части корытообразной плиты перекрытия еншает ка порядок величины к8гкбаюяих моментов,действующих в угловом сечении консоли; значения изгибахаих моментов, действующа в направлении продольной оси станции по линии колонн,в монолитном безрйгельном перекрытии вдпоэ ыоньет величин, определенных при расчете условно выделенного ригеля по схеме неразрезной балки при ресении плоской задачи; в монолитном перекрытии, как в плоскости продольной оси станции,так и в плоскости перпендикулярной этой оси доминируют моменты, вызьтахзшие растяжение внешних волокон в сечениях перекрытия; шментн противоположного знака действуют л;ппь в плоскости продольной оси тоннеля в середине пролета продольного ряда колонн; данные о налрял»нно-деформированном состоянии обделки путевых тоннелей остаются практически неиз-

ЫЗНКШ11 по длине станции и соответствуют значениям, полученным при ревении плоской задачи.

Системный анализ односводчатой станции показал, что в условиях ограничений, продиктованных реально возможными вариациями конструктивной схемы и грунтовых условий, смещения опорного узла при свободном опираиии свода вдвое превышают значения, подученные при исследовании конструкции с жестким исполнением этого узла Однако величина этих смешений даже в слабых малосвязных грунтах не превышает 20 км. Математическим моделированием выявлено также, что з пределах ограничений 0,16 < Г/Ь < 0,30 изменение подъемис-тости свода несуоественно сказывается на смешениях опор как в случае жесткого,так и свободного его опирания. Напряженное состояние полой опоры свидетельствует о том,что в диапазоне реальных глубин велоланкя станции (при установленных границах подъецистости свода) в Сетоне опор преобладают сзошасияе направония, величина которые значительно низе расчетных характеристик бетона класса Е20. Это позволяет рз командовать в проашш решениях односгодчатых станций предусматривать в опорах полостк для использования их в качество квбеяыш коллектороз !ав ваатвляшюикш каналов.

Удовлетворительно® соответствие н&язш агззперкшнтгы&Еых ие-следсваний на ыоаоляг частью нозутаж^ »ятодои тте^д-

тичйс1сого шдедироваиия.погггв-эркаа&т достеазркость а сбосковгя-ность научных выводов к практических ракс^кдакй.

№вая технология возведения е?ш?ш?онньк какс?руш?3 на баз® предварительно пройденных перегонных 'Гокк&лйй ксг-шчае? пр»;шке-иие традиционных юлопрокэвоактелъных и дорогсстоиЕЯ ьйуодов крепления глубоких котлованов. Кгбсльззя высота попетого кропления откоса, в основании которого находится.тоннель, пройденный до начала земляных работ на станции, позволяет рекомендовать для

этой цели стержневое (нагельное) крепление. В этом случае круты? или вертикальные откосы котлованов: в слабых грунтах четвертичных отложений (песчаные, супесчаные или суглинистые грунты естественной влажности) целесообразно армировать, вдавливая стерши из арматурной стали непосредственно в процессе разработки котлована. Таким образом часть массива образует армогрунтовый блок-стенку, которая способна выдеретвать нагрузки не только от собственного веса, но и от внекних нагрузок на борту котлована

Опыт эффективного применения стержневой (нагельной) крепи и рекошндации по расчету ее параметров изложены з работах Д. II Ко-лина. Б. II Корякина, Vi & Малого, 3. А- Миояна, А. К, Ifopooa, а Н. Савельева. Г. А. С;юриина 'А др. .а теки» а трудах Ейрубеяяых исследователей £ D.Bruce, R. Javsll, а Gassler, üGudehus и др.).

Г&рокоч виедрзн:» етергдатса крепи сдер.едг.ается отсутствием научно обоссосанкого иэтода расчета сё параматроз. которьч» в достаточной степвнч отрагад бы Сяэяху явтзнкя, проксходятго при внедрении в мзяоетйзтш грунт ермяругшх crepsiefl. Сухжствувдяе регоо-изядаика з богггянствэ езозм ссйовйяы на методах теории упругости, пра этом пголпозвгаатез «шэстксстъ пврвмгвжЯ гасткого стержня и прклвгазезэго к веиг tacestm грунта, который рассматривается как сплошная однородная лпшено-двфэрафуешя среда Такой подход могит Сыть оарздош в уелезяя* scjspsnusea»! плотных оакаяю грунтов.

В случго ершфОВй'пп сльЗкх излоссязша грунтов наиболее пон-вьгака «тола pctCvsTa, разработайте с использованием теории предельного разногеся?.. Однако при рассмотрела« условна предельного резясвеиз нэссиза do гсех ¡яюеетвкх еду««* не утягивается упроч-rnmcä эф«э!С1 от внедрения в груат арюфушкх стержней (F. Schlosser. Н. vi dal.)

Работы по о'гнке ;озмояяостя я целесообразности применения

стержневой крепи при сооружении станции полузакрытым способом включали исследование на моделях устойчивости закрепленных откосов котлована,расчетно-теоретический анализ напряженно-деформированого состояния армогрунтовоЯ стенки и практическое внедрение на объектах строящихся метрополитенов.

На первом этапе моделирования выявляли степень влияния стержней на устойчивость откоса котлована. При этом изменяли параметры крепи (шаг установки и длину стержней),высоту откоса и грунтовые условия. В процессе эксперимента фиксировали деформации массива, критическую высоту закрепленного и незакрепленного вертикального откоса (при которой происходило обрувение) с дополнительным при-грувом и без него,а тага» характер разрушения закрепленного борта котлована.

Экспериментальными исследованиями на моделях выявлено, что внедрение жестких стержней в откос котлована по мере разработки грунта приводит к Формирование самонесудай армогрунтовой конструкции. Такая конструкция удерживает вертикальный откос котлована высотой 6-8 метров дажз в слабых малосБЯзпых грунтах таких,как супеси и суглинки естественной влажности. Образованная в таких грунтах кваэшшолиткая подпорная стенка способна воспринимать без разрушения кагруекз! на борту котлована до 0.1 МШ.

На втором этапе иодедированиа изучали устойчивость откоса котлована, в основании которого находстся путевой тоннель столики. Е результате установлено, что при еадекной гэсткости галезобетоп-поП тюбинговой обделю! путевых тоннелей станции армогрунтовал стенка высотой до 8м. обладает достаточной устойчивостью. Устройством заоЗдзлочной стерякевоЯ крепи ьосмокю вдвое сократить деформации обделки и отказаться от сложной и трудоемкой системы подкрепления.

Экспериментами третьей серии обоснована возможность пришне-еия стерляевой крепи для крепления лба забоя и кровли большепролетных выработок, сооружаемых на мелком еалояеюш в слабых малосвязных грунтах закрытым способом.

Ц?и ре се нии задачи об условии формирования саионесусей подпорной стенки и ее напряяенво-дефорыированном состоянии использовано и обосновано автором положение об изменении прочностных свойств массива грунта,пронизанного системой жестких стершей, ва счет прираиепия величины сцепления Со.сутаствовавЕзго в естественном тссиве. до значения Са - в армированном.

За основу расчетной схемы стеряязвого (фспления котлована (рис. 7а) принято известное решение, стлошшое в трудах ЕЕ Соколовского. Г. X Фисенко.Е А. Картозия и др. .о максимальной высоте вертикального откоса котлована в грунтах, обладающих сцеплением.

В соответствии с этим решением высоту максимального вертикального откоса Ьа, закрепленного арыирущкми стерзшями.с учетом нагрузки ч ^ на его борту можно определить по формуле: 2 Са

Ьа -- Ъ» (45 +«Р/2) - •

"Уа

где удельный вес армогрунта:

ср - угол внутреннего трения.

Лалее задача решается в предполоиеши. что: степень прирааэ-ния сцепления в армогрунтовом массиве зависит от размера зоны влияния стертая на напряженное состояние прилегатаэго к нему грунта в момент предельного равновесия; размер этой эояы регулируется вагом установки, длиной и диаметром стеряней (рис.76).

Длина армирующих стеряней Ш. при которой формируется само-несутая грунтовая стенка, мояет быть определена как сумма двух

Рис.7. Схшга к расчету стержневой крепи котлована: а - распределение усилий в стержне; б - зоны влияний стержне!.

слагаемых: часть стержня длиной 1.равной расстоянию от поверхности откоса до потенциальной плоскости обрувения в моьйкт предельного равновесия, и часть стержня минимальной длиной 1а,при которой исключается его проскальзование в устойчивой части массива:

( Н - Ьа) -<?/ 2) I. - (Н - Иа^и (45°- Ф/2) + -----1 .

п (1 + Ч^/.У *

где Н - высота откоса котлована;

р - коэффициент трения 1«хду грунтом и стержнем: ш - коэффициент условий работы, учитывающий степень контак:а о грунтом по периметру стерхня.

Величина сцепления в массива армированного грунта принимается равной мзкеииальныи касательным нслряяениям по линии скольлзе-кия.возникашим в момент предельного равновесия на границе зон злиянкя с»:а«£Х стершей. Используя в качестве критерия предельного состояния соотносенке Кулопа-?&ра, получше

Са - 1/2\/( ) * 4Т«/ссз<Р- (СГХ) /¿а« с? .

где , компоненты напряиэшй на границе зон влияния

сеяных стеряией.

Таким образом, вопрос об эффективности закрепления малосвязных грунтов арьирукшни стеряняма мо;.:ет быть решен в результате анализа поля напряжений вокруг стержней определенного диаметра, установленных с определенным сагой. Учитывая,что армированный массив имеет дискретное строение.а его основу составляет малосвязный грунт, компоненты напряжений на граивш вон влияния стержней рекомендуется определять с использованием основных положений механики зернистых сред,изложенных в трудах профессора И. Я Кандвурсва.

Значения этих компонентов определены в сбкем виде совместно

с к. т. н. Т. В. Иванес в результате решения пространственной задачи о распределении напряюзкий вокруг горизонтального стержня длиной 1, заглубленного в грунт:

.«о

-ЕЦ-у)- ^ охр(-ОйЪ - интегральная показательно фикция; •\> - глзФ&зшэег распределительной способности грунта; Рхуз - усиаа. приходящзся на единшу длины стерхня: аиЬ - пр;шоденякЛ равкер езчэшш стертая по оси X и У.

Лля вычисления компонентов напряжений в армированном массиве на границе зон влияния смежных стержней в приведенных зависиюстях следует принять Х- ДНх/2, У- ДНу/2. где ДНх и ДНу - шаг стержнеП по осям X и У соответственно.

Обшая устойчивость армогрунтовой стенки с учетом нагрузок и воздействий на Сорту котлована оценивается по результатам анализа напряженно-деформированного состояния грунтового массива, слагаю-сего борт котлована. Расчет рекомендуется выполнять методом конечных элементов( МКЭ). В этом случае модель массива представляется двумя взаимосвязными средами: средой,наделенной композитными свойствами (армированный массив в откосе котлована.параметры которого" были установлены на первом этапе расчета) и средой,свойства которой соответствуют естественному состоянию грунта 8а пределами армогрунтовой стенки.

Сопоставление результатов расчета по разработанному алгоритму с результатами экспериментальных исследований,сравнительные расчеты по МКЭ, а такйе положительный опыт использования методологии расчета при проектировании реальных объектов на метрополитенах Санкт-Петербурга и Самары подтверждают правомерность основных расчетных положений и свидетельствует: о практической значимости разработанных автором рекомендаций.

Новые конструктивно-технологические ресекмя метода сквозной проходки реализованы в проекте 4-го пускового участка протяженность» 2350 м. первой очереди строительства метрополитена в центре Самары. Проект выполнен институтом"Лен)«етрогипротра;с"с участием автора С учетом рекомендаций, изложенных в диссертационной работе, запроектированы конструкции коленной и односводчатой станций, оборотных тупиков,определены технологические схемы и методы производства работ.

Сравнительный анализ эффективности прэдлогкнкых реазяиа и традиционного штода строительства в конкретных инженерно-геоло-гяческих и градостроительных условиях г. Самары показал, что. несмотря на некоторое удорожание строительно-монтшад работ при сооружают станционных комплексов полузакрыла способом, в целом на строящемся учьетке линии технико-экономический эФФзкт достигнут ьа счет следует« преимуществ метода сквозной проходки:

- исключение периодического монтажа и демонтажа ситовых кост-дексов н связанных с этим простоев дорогостоящего оборудования зкояошгг до 10% средств от общей сгокмости сооружения перегонных тоннелей;

- при замене свайно-распорного крепления котлованов с предварительным бурением лидерных скважин на стершиевое экономический зйфэкт составляет 50-55Х;

- последовательная схема сооружения станций на ляшш дает сусэс*ванную зиономи» ресурсов, повидает эффективность использования мзгин л механизмов,обеспечивает рост производительности труда в 1,Б - 2 раза; .

- полузакрытый способ сооружения станций а оборотных тупиков в Б - 0 риз сокращает время. от р&скрыгкя котлована до обратной засыпки конструкций, что сувзстБенао сшкйэт иогы;;в!:оо влияние строительства ызгро на слоэдаиеса условия «¡»на с центральном плотно застроенном районе города

Еш перспектшгиого.тскусгго к. оперативного плакирования пред-локгны рссэнка по оптимшшн графкка строительства, определены оптимальна* скорости китовой прогодкп на разумных участках трассу, овеспечиваода непрерывность строительного процесса.

Даны рекомендации по прогксзг!роваж9 осадок гездой зоверхлос-ти вблизи строякейея станции с учетом поэтапного возведения' кояст-

рукшй. Величину осадок предлодвмо определять по принципу очарования деформаций в торсах мульды сдзигзния. возникая©« йод влиянием калдого этапа работ.

Направленность дальнейших научных исследований определяется необходимостью проведения Ефскомасотабш« натурных экспериментов с целью определения напряженно-дефэрмироганного состояния конструкций и окруввдэго грунтового массива в процессе строительства участка линии метрополитена по агоыоягнкому автором методу. Полученное материалы дадут возможность дополнить проведенные исследования, уточнить н конкретизировать вжода и рекошидасая, будут способствовать яаяькейсвму развития метода скгоэксй проходки.включенного з перспективное сгрситольстго метрополитенов з Челябинске и Уфе.

Шдзкггя нозу» ксешпючэ строительства кэтрояодатеяа на ха-•нзах rascoro вадожвния.аптср не прэткгспостазляет гз традасданнкм штодач.а предлагает рагс«гр:пать icnn аяьторп&ткзшое регэнке.кото' рзе в определенных услсэиях даот »«сомня техтгл-з1»во?Ш9ский of-С;кт.

3 к X Л ЮЧЕН И В.

Диссертзцзи является закоячепЕОй исследовательской работой.в «отсрой кэлолэны новхе иаучио обосновали« техгаявсю» я технологические реоенкя в области проскнфсзаяия в строительства метрополитена на хиниях мелкого зало*®гая, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса.

Основные научкыз и практические результаты диссертационной работы сводятся к следукиек-/:

Í. Разработан,научно обоснован и внедрен в практику проектирования нозый прогрессивный способ строительства метрополитена на линиях мелкого залоулкия на осноге сквозной проходки перегонных

тоннелей (без демонтажа и последующего монтажа китовых комплексов в котлованах станций) на всем протяжении строящегося участка линии и последовательном сооружении каждой станции на этом участке по море продвижения проходческих иитов на следуюотй перегон.

2. Основополагающий принцип,выдвинутой автором новой концепции: перегонные тоннели и станции на сооружаемом участке линии мелкого заложения следует рассматривать как единый комплексный объект проектирования и строительства, включающий взаимосвязные конструктивные элементы и организационно технологические схемы.

3. Разработаны новые конструктивные репения станционных комплексов, соответствующие методу сквозной проходки и отличающиеся от традиционных тем,что в состав конструкции станции в качестве основных или вспомогательных элементов включена обделка тоннелей, пройденых до начала строительства станции.

4. Разработана технология сооружения станционных комплексов, сочетающая методы закрытого и открытого способов работ,что позволяет вести строительство с минимальным нарушением земной поверхности, сократить сроки сооружения объекта в открытом котловане.значительно снизить трудоемкость,материалоемкость и стоимость работ по креплению котлованов.

5. ПроЕздешшз методом физического и математического моделирования исследования позволили выявить.совокупность факторов, определяющих характер напряженно-деформированного состояния станционных обделок с учетом специфики конструктивных схем и полузакрытого способа работ,и установить некоторые закономерности в их статической работе,кмессих как теоретическое,так и практическое зна чение.

Для колонных станций установлено:

- максимальные напряжения в сечениях разомкнутой обделки в

2,5-2.8 раза превюаю? величхви. оафиксароваяш» непосредственно после прохода путевых тоннелей; •

- при прочих равных конструктивных параметрах и фиксированной глубине заложен/я ^'.е'/.'альньо напрадения з сечег.илх сводчатого перекрытия станции на 16-2С2 инке соответствую®« величин в сечениях плоского перекрытия;

- величину из'гибажж мементоа, действушк в середине пролета перекрытия,можно регулировать, сводя ее, к ми ¡шуму, а а счет изменения расстояния между колоннами в поперечном сечения станции, при неизменных остальных параметрах конструкции;

- с увеличением угла наклона консоли перекрытия к вертикали работа х?."-?зсбетона в этом элементе приближается к условиям чистого изгиба; .

- обосновывав:« расчеты констругаса станшй с перекрытием га монолитного железобетона долят проводиться з трехмерной (объемной) постановка задачи,- лоатлгеотся более экономичное росгяи«.

$хя однсеводчатсЗ станции уогековл?но;

- при сзободясм опиролии сэода на опоры яостаточная их устойчивость оСеспечкгается в слгДых трупа* чзтверт;тда «типа » широкой диапазоне реально возможная вариаций конструктивных схе»;

- изменение пздъеккстости свода в иргдеямс ограничений 0,15< с Г/1 < 0,30 несущественно сказывается кгя в елучзс яэсткого, гак и свободного его опирания;

- в диапазоне реальньи глубкп залоязаия станин» и установленных ограничений подъеькетсстй егеда размеры сечения полости, при которых в бетоне отсутствуют растягивающие напряжения.не должна превышать 252 обшей плязали сечения опоры;

б. Обоснована целесообразность применения стергневой крэгг.! откосов котлованов, в основании которых распэлсяены тоннели, л;>о~

пленные до начала земляных работ на станции; создан комплекс теоретических. методических и алгоритмических разработок и программных средств, обеспечиваивих проектирование стержневой крепи.

7. В развитие комбинированного метода моделирования разработаны рекомендации по методике и технике моделирования подземных сооружений на крупномасштабных моделях в малосвязных грунтах.

8. Разработанные автором научные основы проектирования и строительства метрополитена методом сквозной проходки реализованы в проекте строительства пускового участка метрополитена Самары. Колонная станция полузакрытого способа работ принята к строительству первой очереди метрополитена Челябинска. Аналогичная конструкция предложена в качестве альтернативного решения в проекте метрополитена Уфы.

Основное содеряание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. О комбинированном методе исследования на моделях работы подземных сооружений. Сб.: Швая технология и оборудование для строительства подземных сооружений. Л.1974.С. 10-11. (соавторы £:л-манов Ю. А., Будаева А. X.)

2. О влиянии огравдаяззсс стенок плсаж стендов па величину измеряемого давления. Сб.: Тоннели и метрополитены. Л.: ЛИйКТ. 1975. С. 16-22. (соавторы Бугаева 0. Е.,Ларионов В. II)

3. Совершенствование конструкций станций Лгнинградсетго метрополитена. Сб.: Вопросы повышения кздеяпости н эффективности работы ¿г д. транспорта Новосибирск.: НЮШ. 1982. С. 64-65.

4. Совершенствование конструкций и технологии сооружения опорных узлов односводчатой станции закрытого способа работ. Сб.: Новые конструкции и методы сооружения тоннелей. М.: ЫШТ. 1983. С. 51-59.

(соавтор Коньков А.Н)

5. Конструкции и сооруяение станций метрополитена Л. :ЛИИЛГ. 1984.78о.

6. Стержневое крепление котлованов.// Метрострой, 1984. N3. С. 11-12. (соавтор Савельев а Е)

7. Ре пения опорных узлов односводчатых станций.//йетрострой.1984. N2. С. 16-17. (соавторы Коньков А. Е , Филиппов А. А.)

8. Определение оптимальных параметров стержневого крепления котлованов. /Л4этрострой, 1985. N5,С. 16-17. {соавторы Лиманов Ю. А. .Савельев R Е)

9. Интенсификация строительства линий метрополитена мелкого аало-лэния. // Нэтрострой, 1987. N4. С. 4-6.

10. Технология сооружения станций метрополитена - В кн.: Строительство тоннелей и метрополитенов. М.; Транспорт. 1989. С. 168-205.

11. Расчет стеряневой крепи котлованов. Сб.: Конструкции и технологии работ по сеоруяэннэ тоннелей в условиях интенсификации подземного строительства. Л.: ШШ. 1989. С. 31-35. (соавтор Иванес Т. R)

12. Комбинированный «зтод иодзлирошта работы тоннельных конструкций в шлосвя8ных грунтах.Сб..-Конструкции п технологии работ по сооружений тоннелей в условиях иитенсифакашш подземного строитель -ства. Л JEQ5ST. 1989. С. 69-73.

la Швые конструкция станция, возводимые по интенсивной технологии. //йэтрострой. 1089. К4. С. 4-6( соавторы Крук Ю. S.. Даниэльян Е А.. Вазернев И.Е)

14. О распределении напряжений вокруг стертая, армирующего грунт. -В кн.: Проблемы прочности материалов я конструкций на транспорте. Ы.;Траяспорт,1990. С. 287-291. (соавтор Иванес Т.В.)

15, Расчет стержневой крепи котлованов с применением методов механики зернистых сред. Сб.: Механика подземных сооружения. Тула: ТулПИ. 1990. С.119-124. (соавтор Иванес Т. Е)

16. Научные основы применения стергаэвэй крепи при, строительстве метрополитена мелкого заюгжния. - В кн.: Применение даханики зернистых сред в практически задачах геошханики. Л1991. С. 67-79. .

17. Шлая концепция строительства метрополитена на линиях мелкого заложгния. // Подземное пространство мира 1993,N2. С. 12-20. (соавтор Крук й. Ё.)

18. Справочник ин*ввера-тоннедьяика.М.: Транспорт. 1993.389 с. (коллектив авторов).

19. Системный анализ (инструкций станций метрополитена полузакрытого способа работ.// UiTpo.1994.K2. С. ЗЭ-34.

20. Метрополитены на линиях мелкого залодаяня. Вовая концептя строительства. Ы.: ТИМР.1994. 200 с. (соавтор Крук Е Е)

21. А. С. Н 744033 (СССР).Стеад для исследования подземных сооружений /ЛИИЗЗТ/ Голнданский Д. К..&авшоэ II А. .«ролов 0 с. Заявлено 08.12.78 N2696577/22-03. ,

22. А. С. N 1073335 (СССР).Станция метрополитена АШКГ/ «ролов а С Лиманов 1йА.,Кулагин Е Е Заявлено С5.07.82 N3462324/29-33.

23. А. С. Н 1374832 (СССР).Односводчатая станция •метрополитена /ДИЛах/ГолинапскЕй & И. .Сролез £Х С. .Филиппов А. А. Заявлэно04.02.83 «4019326/29-33.

24. А. С. И 1355671 (СССР). Окзэсьодчатсд станция метрополитена /ЖИдТ/ Голишшсюй £ У.. Сролов Ю. С И др. Заявлено 04,02.85 Н4016856/31-33.

26. А.С. N 1413195 (СССР).Сшщ>:я метрополитена и способ ее возведения /ликаI/ Фролов по.,Дздюлаяя в. д.,крук ае,лямкнее. Собирай Е й., Еавернев I* В, Заявлено CS.01.S7 N4176485/31-33. 26. А.С. К 1595037 (.ССОР).Способ возведет« станцтш метрополитена /лжйгг/ «рслов ПС..Крук ее .Язпяэль.та ей, Заявлено 28.11.88

N4609063/23-За . -е*=========="~ :__

"То^ог—:-

ГГэдгЯсакЗ F ïïenlîîî Шт.9Уг7~ШЛачД.Т.В---------

Печать ofi-сетцая. Бумага для ниояит.асп. Фора? 60Х81» I/I6

Taris ICO экз.;__3 ______________

РГП ПГ7ПС 1Рс5зТ,С-Пствр(5уэг, "оско.-скя* пр. 9