Выбор и обоснование эффективных методов строительства автотранспортных тоннелей в крупнейших городах Вьетнама

Фам Ань Туан

Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Выбор и обоснование эффективных методов строительства автотранспортных тоннелей в крупнейших городах Вьетнама

кандидата технических наук: Фам Ань Туан
город: Москва
год: 2006
специальность ВАК РФ: 05.23.11
цена: 450 рублей

Диссертация по строительству на тему «Выбор и обоснование эффективных методов строительства автотранспортных тоннелей в крупнейших городах Вьетнама»

Автореферат диссертации по теме "Выбор и обоснование эффективных методов строительства автотранспортных тоннелей в крупнейших городах Вьетнама"

На правах рукописи

3=-

ФЛМ АНЬ ТУ АН

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ СТРОИТЕЛЬСТВА АВТОТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ В КРУПНЕЙШИХ ГОРОДАХ ВЬЕТНАМА

(05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена на кафедре «Мосты и транспортные тоннели» Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета).

Научный руководитель - кандидат технических наук,

профессор Маковский Лев Вениаминович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор Демешко Евгений Андреевич - кандидат технических наук, Щекудов Евгений Владимирович

Ведущая организация - ЗАО «Проектно-строительное объединение»

Система — ГАЛС».

Защита диссертации состоится «21» декабря 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.126.02 ВАК в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу:

125319, Москва, Ленинградский проспект, 64, МАДИ, ауд. 42.

Телефон для справок - (495) 155-93-24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ (ГТУ).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета. Копию отзыва просим прислать по E-mail: uchsovet@,madi.ru

Автореферат разослан «_» ноября 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного ¿^¿¿¿^[^

кандидат технических наук, профессор. / Борисюк Н. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Актуальность выбора наиболее эффективных методов строительства автотранспортных тоннелей в крупнейших городах Вьетнама обусловлена необходимостью строительства в ближайшем будущем тоннелей в гг. Ханое и Хошимине для решения городской транспортной проблемы при отсутствии достаточного опыта строительства городских подземных сооружений.

Решение транспортной проблемы обоих городов приобретает еще большую актуальность в связи с быстрым увеличением темпов роста населения и автомобилизации.

Вместе с тем, любые подземные работы в пределах городских территорий сопровождаются нарушениями грунтового массива и поверхности земли, оказывающими негативное воздействие на состояние близрасположенных зданий и сооружений. Поэтому для предотвращения повреждений зданий, сооружений и инженерных коммуникаций, попадающих в зону влияния строительства, весьма актуальным становится достаточно достоверное и оперативное прогнозирование возможных осадок поверхности земли.

В сложных инженерно-геологических и градостроительных условиях гг. Ханоя и Хошимина для проходки протяженных тоннелей наиболее целесообразно применение щитового метода проходки с использованием современных тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК).

Прогнозирование осадок поверхности земли, возникающих в связи с проходкой тоннелей ТПМК, являлось предметом исследований многих специалистов. Однако практически все существующие математические модели, имитирующие процесс щитовой проходки тоннелей на основе двухмерного или трехмерного моделирования, не учитывают совместно влияния на осадки ряда конструктивно-технологических факторов: давления нагнетания раствора за обделку, степени заполнения раствором строительного зазора, а также взаимодействия между корпусом щита и грунтовым массивом.

Недостаточно достоверные прогнозы возможных осадок поверхности земли могут привести к неоправданным экономическим затратам. Особенно это важно при строительстве тоннелей в гг. Ханое и Хошимине, где сдвижения и деформации грунтового массива и поверхности земли, вызванные проходкой тоннелей ТПМК, не исследовались.

Целью диссертационной работы является выбор наиболее эффективных технических решений, обеспечивающих минимизацию нарушений поверхностных условий, и методов расчета на основе теоретического прогнозирования параметров мульды осадок поверхности земли в зависимости от совокупности конструктивно-технологических факторов применительно к щитовой проходке протяженных автотранспортных тоннелей в гг. Ханое и Хошимине.

Для достижения данной цели решались следующие задачи:

• выбор и обоснование наиболее эффективных методов строительства протяженных автотранспортных тоннелей в соответствии с градостроительными, климатическими, топографическими и инженерно-геологическими условиями в гг. Ханое и Хошимине;

• выявление характера нарушений поверхности земли при проходке тоннелей ТПМК с активным пригрузом в забое щита и выбор метода прогнозирования осадок земной поверхности;

• разработка методики прогнозирования деформированного состояния системы «грунтовый массив - щит — тоннель» с использованием программного комплекса «PLAXIS 3D TUNNEL». Проведение тестовых расчетов на конкретных примерах строительства тоннелей;

• проведение численных экспериментов для инженерно-геологических условий гг. Ханоя и Хошимина с целью определения осадок поверхности земли в поперечном сечении;

• изучение формы кривых полученных осадок поверхности земли для определения параметров мульды осадок и определение соответствующих функций отклика с помощью современных методов статистической обработки данных;

• определение влияния отдельных конструктивно-технологических факторов и их совокупности на параметры мульды осадок поверхности земли и давление активного пригруза в забое щита;

• определение оптимальных с точки зрения минимизации осадок поверхности земли давлений пригруза и нагнетания раствора за обделку в зависимости от диаметра тоннеля и степени заполнения раствором строительного зазора;

• установление зависимости предельной величины поверхностной нагрузки от диаметра тоннеля и степени заполнения раствором строительного зазора с учетом предотвращения возможных повреждений близрасположенных

зданий и сооружений при проходке тоннелей;

• разработка практических рекомендаций по выбору наиболее рациональных конструктивно-технологических решений и технических мер по ограничению нарушений поверхностных условий при щитовой проходке тоннелей в гг. Ханое и Хошимине.

Методы исследований.

Методика выбора наиболее эффективных с точки зрения минимизации осадок земной поверхности конструктивно-технологических решений основана на изучении зависимости параметров мульды осадок поверхности земли от конструктивно-технологических факторов посредством численного эксперимента на пространственных моделях. В теоретических исследованиях применено математическое моделирование с использованием метода конечных элементов (МКЭ), реализованного с помощью программного комплекса «PLAX1S 3D TUNNEL». Поведение грунтового массива моделируется на основе упруго-пластической модели Мора-Кулона. Результаты численного эксперимента обработаны и обобщены статистическими методами тренд-анализа, нелинейного отклика и наименьших квадратов.

Научная новизна работы.

• обоснована целесообразность и эффективность применения механизированной щитовой проходки протяженных автотранспортных тоннелей в условиях гг. Ханоя и Хошимина;

• впервые для условий Вьетнама методом математического моделирования выполнены исследования осадок поверхности земли при щитовой проходке тоннелей;

• разработана эффективная пространственная модель системы «тоннель — щит — грунтовый массив», имитирующая поэтапную щитовую проходку тоннеля в рамках единой упруго-пластической математической модели с учетом ряда конструктивно-технологических факторов. Впервые в модели учитываются совместно давление нагнетания раствора за обделку, степень заполнения раствором строительного зазора и взаимодействие между грунтовым массивом и корпусом щита;

• выявлен характер распределения осадок поверхности земли, вызванных проходкой тоннелей в условиях гг. Ханоя и Хошимина; показано, что распределение осадок в поперечном сечении хорошо аппроксимируется экспоненциальной зависимостью Гаусса;

• установлены количественные зависимости параметров мульды осадок поверхности земли и давления активного пригруза в забое щита от отдельных конструктивно-технологических факторов и их совокупности;

• определены оптимальные с точки зрения минимизации осадок и кренов кривой осадок давления пригруза в забое и нагнетания раствора за обделку в зависимости от диаметра тоннеля и степени заполнения раствором строительного зазора. Установлена предельная величина поверхностной нагрузки от зданий в зависимости от диаметра тоннеля и степени заполнения раствором строительного зазора, при которых максимальная осадка и максимальный наклон кривой осадок поверхности земли не превышают допустимых значений;

• предложены рекомендации по минимизации нарушений поверхностных условий при проходке автотранспортных тоннелей щитовым способом в слабоустойчивых грунтах.

Практическая ценность.

Разработанная математическая модель позволяет определять пространственное деформированное состояние системы «тоннель — щит — грунтовый массив» при строительстве автотранспортных тоннелей щитовым способом в слабоустойчивых грунтах.

Полученные результаты дают возможность с достаточной для практических целей точностью прогнозировать величины и характер мульды осадок поверхности земли, а также величины давлений пригруза, и разработать рекомендации по ограничению нарушений поверхностных условий при сооружении автотранспортных тоннелей щитовым способом в условиях гг. Ханоя и Хошимина.

Достоверность полученных результатов обоснована:

• учетом требований действующих нормативных документов;

• строгостью исходных данных и предпосылок применяемых методов исследований;

• использованием опыта • и разработок ведущих фирм в исследуемой области;

• тестовыми расчетами осадок грунтового массива и поверхности земли при строительстве тоннеля подземной линии №7 метрополитена в Осаке (Япония), тоннеля Хейеноорд -2 в Нидерландах и Серебряноборского тоннеля глубокого заложения в Москве, подтвержденными фактическими данными.

На защиту выносятся.

1.. Разработанная пространственная модель системы «тоннель — щит -грунтовый массив» для прогнозирования осадок поверхности земли. •

2. Обоснование аппроксимации формы кривых, описывающих осадки поверхности земли экспоненциальной зависимостью Гаусса.

3. Расчетные зависимости параметров мульды осадок поверхности земли, а также величины «оптимального» и «достаточного» давлений пригруза в забое от отдельных конструктивно-технологических факторов.

4. Полученные зависимости для теоретического определения параметров мульды осадок поверхности земли, а также величины давлений пригруза в забое с учетом совокупности рассматриваемых факторов.

5. Рекомендации по выбору наиболее эффективных конструктивно-технологических решений, а также по ограничению нарушений поверхностных условий при щитовой проходке тоннелей в гг. Ханое и Хошимине.

6. Полученные зависимости оптимальных давлений пригруза в забое щита и нагнетания раствора за обделку и предельной величины поверхностной нагрузки от диаметра тоннелей и степени заполнения раствором строительного зазора.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы опубликованы в 3 статьях, доложены и одобрены на ежегодных научно-технических конференциях (2005 - 2006 гг.) Московского автомобильно-дорожного института (1 ТУ).

Объем н структура работы. Диссертация изложена на 206 страницах машинописного текста и включает введение, пять глав, общие выводы, два приложения, 102 рисунка, 21 таблицу и список литературы из 149 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении обосновывается выбранная тема диссертации, формулируются цель и задачи работы, а также ее научная новизна и практическая значимость. Отмечается важность й актуальность работы для условий крупнейших городов Вьетнама.

В первой главе содержится анализ условий строительства тоннелей в крупнейших городах Вьетнама и современного мирового опыта строительства автотранспортных тоннелей в слабоустойчивых грунтах.

На основании проведенного анализа транспортной проблемы и состояния подземного строительства в крупнейших городах Вьетнама - гт. Ханое и Хошимине — подчеркивается необходимость принятия решения в соответствии с генеральным планом развития городского транспорта до 2020 г., утвержденным правительством Вьетнама.

Предусматривается создание сетей городского транспорта с использованием, главным образом, автомобилей и метро, одновременно с ограничением количества мотоциклов и велосипедов. В связи с этим такие подземные сооружения, как автотранспортные тоннели, линии метрополитена, транспортные развязки, гаражи, автостоянки и другие сопровождающие подземные объекты являются ключевыми элементами.

На основе анализа градостроительных условий гг. Ханоя и Хошимина показано, что при строительстве автотранспортных тоннелей в условиях плотной застройки и интенсивного уличного движения наиболее важным требованием является минимизация нарушений поверхностных условий.

Анализ топографических, климатических и инженерно-геологических условий обоих городов показал, что климатические и топографические условия в целом благоприятны для строительства подземных сооружений, а инженерно-геологические условия, представленные четвертичными отложениями с расположением слабых грунтов с поверхности земли на глубину более 30 м и высокого уровня грунтовых вод, осложняют процессы их строительства и обеспечения сохранности поверхностных условий.

Для строительства автотранспортных тоннелей в гг. Ханое и Хошимине с точки зрения минимизации нарушений поверхностных условий наиболее эффективно применение щитового способа работ. Механизированные щиты диаметром более 10 м, оснащенные роторными рабочими органами и пригрузочными камерами, заполненными под давлением бентонитовой суспензией (МГЦ (СП)), грунтом или пеногрунтом (МЩ (ГП)), способны осуществлять скоростную проходку тоннелей в слабоустойчивых водоносных грунтах с минимальными осадками грунтового массива и поверхности земли.

Об этом свидетельствует успешный опыт строительства крупнейших автотранспортных тоннелей под рекой Эльбой в Гамбурге (Германия), под Токийским заливом (Япония), на Северной скоростной магистрали М30 в Мадриде (Испания), Лефортовского и Серебряноборского тоннелей в Москве (Россия) и др.

Во второй главе рассмотрены причины проявления и характер распределения осадок поверхности земли, вызванных щитовой проходкой тоннелей, проанализированы различные методы прогнозирования осадок поверхности земли и обоснован выбор метода исследований.

В России и за рубежом вопросами сдвижений и деформаций грунтового массива и поверхности земли, вызванных строительством тоннелей, занимались многие ученные: С.Г. Аверышн, U.C. Булычев, В.А. Гарбер, С.Г. Гутман, Е.А. Демешко, М.В Долгих, Ю.К. Зарецкий, М.А. Иофис, И.А. Кузьменко, Ю.А. Лиманов, Л.В. Маковский, В.П. Матвеев, В.Е. Меркин, P.A. Муллер, В.Ф. Подаков, В.В. Речицкий, В.П. Самойлов, H.H. Фотиева, В.П. Хуцкий, В.А. Ходощ, В.В. Чеботаев, Е.В. Щекудов, С.А. Юфин, Ю.И. Яровой, Attewell, Bobet, Booker, Chi, Cording, Clough, Gonzalez, Hansmire, Lee, Loganathan, Mair, O'Reilly, Park, Peck, Poulos, Sagaseta, Schmidt, Strack, Verruijt, Woodman и др.

Характер распределения осадок поверхности земли отражается образованием мульды осадок на поверхности земли, описываемой соответствующей кривой. В практике зачастую используют кривые, предложенные С.Г. Аверппшым, Ю.А. Лимановым, В.Ф. Подаковым и Peck, для описания изменения осадок поверхности земли в поперечном сечении. При этом параметрами мульды осадок являются максимальная осадка над осью тоннеля т|т, абсцисса точки перегиба i, наклон j и кривизна к, а также радиус кривизны R кривой осадок.

При щитовой проходке тоннелей на осадки поверхности земли влияют многие факторы, в том числе инженерно-геологические условия и особенности технологии строительства. В работе рассматривалось, в частности, влияние диаметра тоннеля, глубины заложения тоннеля, давления пригруза в забое щита, давления нагнетания раствора за обделку, степени заполнения раствором строительного зазора и наличия близрасположенных зданий и сооружений.

Проявление осадок поверхности земли, вызванных щитовой проходкой тоннелей, происходит во времени. Окончательная величина кратковременной осадки достигается после прохождения 5 этапов в хронологическом порядке (рис. 1).

В настоящее время применяют различные методы прогнозирования осадок поверхности земли при щитовой проходке тоннелей в слабоустрйчивых грунтах: теоретические (эмпирические и полуэмпирические, аналитические и численные) и экспериментальные (исследования в лабораторных и натурных условиях).

В диссертации основное внимание уделяется тем методам, которые получили распространение в области прогнозирования осадок поверхности земли при щитовой проходке тоннелей. Эмпирические и полуэмпирические методы характеризуются невысокой точностью результатов расчета и ограниченной областью применения. Основные недостатки аналитических методов связаны с существенными математическими трудностями в моделировании особенностей и операций строительных технологий, а также реальных инженерно-геологических условий. Применение численных методов (в частности, метода конечных элементов (МКЭ)) дает возможность преодоления этих недостатков.

Автором для исследований осадок поверхности земли был выбран МКЭ, позволяющий получить результаты прогнозного расчета осадок, вызываемых щитовой проходкой, хорошо совпадающие с данными натурных измерений.

■ч

подъем 1

А-А

Рис. 1. Развитие осадок поверхности земли при продвижении щита Третья глава посвящена разработке методики прогнозирования осадок поверхности земли, вызванных щитовой проходкой тоннелей, на основе метода конечно-элементного моделирования системы «тоннель — щит — грунтовый массив» с использованием пространственной модели.

В России и за рубежом работы в области прогнозирования осадок поверхности земли при щитовой проходке тоннелей на основе метода конечно-элементного моделирования велись В.А. Гарбером, Е.А. Демешко, Ю.К. Зарецким, М.И. Карабаевым, A.A. Кашко, В.Е. Меркиным, Д.В. Панфиловым, В.В. Чеботаевым, Е.В. Щекудовым, A. Abu-Krisha, S. Bemat, Е. Bourgeois, В. Cambou, G. Gioda, Th. Kasper, G. Meschke, Ph. Mestat, H. Mroueh, Y. Riou, I. Shahrour, G. Swoboda и др.

На основе анализа существующих методов моделирования, посвященных рассматриваемой проблеме, автором обоснована целесообразность пространственного моделирования системы «тоннель - щит - грунтовый массив» с целью прогнозирования осадок поверхности земли на различных этапах намечаемой проходки тоннелей в крупнейших городах Вьетнама. При этом должны быть учтены следующие факторы: (1) давление активного пригруза в забое; (2) давление нагнетания тампонажного раствора за обделку; (3) степень заполнения раствором строительного зазора; (4) взаимодействие между грунтовым массивом и корпусом щита; (5) взаимодействие между грунтовым массивом и обделкой тоннеля; (6) наличие расположенных поблизости зданий.

Следует отметить, что ни . в одной из существующих методик не учитываются совместно давление нагнетания раствора за обделку, степень заполнения раствором строительного зазора и взаимодействие между грунтовым массивом и корпусом щита.

В настоящей работе для решения данной задачи используется программный комплекс «PLAXIS 3D TUNNEL». Для описания поведения грунтов принята упруго-пластическая модель Мора-Кулона, как наиболее подходящая для математического моделирования в области решения данной геомеханической задачи. Конструкции тоннельной обделки и корпуса щита моделировались при помощи «плиточного» и конечно-элементного представления, а взаимодействие между грунтовым массивом и корпусом щита — контактных элементов на границе «корпус щита - грунтовый массив».

С учетом характера проявления осадок земной поверхности при щитовой проходке была создана оптимальная расчетная схема системы «тоннель - щит -грунтовый массив» (рис. 2), в которой рассматриваемое сечение находится на расстоянии 4 D до подхода щита и за щитом (D - внешний диаметр щита). При каждой заходке, равной двойной ширине кольца обделки, моделировались технологические особенности щитовой проходки: разработка грунта на полное

сечение тоннеля; активный пригруз на забой в виде распределенной нагрузки, направленной вдоль оси тоннеля; установка обделки; нагнетание тампонажного раствора за обделку в виде порового давления, приложенного к окружающему грунтовому массиву по контуру; заполнение раствором строительного зазора.

Разработанная методика позволяет учесть пространственный характер основных технологических и геологических факторов системы «тоннель — щит — грунтовый массив»: поэтапность проходки тоннелей, давление активного пригруза в забое; давление нагнетания тампонажного раствора за обделку; степень заполнения раствором строительного зазора; изменения геологии и гидрогеологии вдоль оси тоннеля; наличие расположенных поблизости зданий.

Использование разработанной методики дает возможность получить пространственную мульду осадок поверхности земли по завершению каждого этапа проходки: ширину мульды и ее протяженность вдоль оси тоннеля как впереди забоя, так и позади него; мульды осадок поверхности земли в рассматриваемом поперечном сечении; распределение деформаций в пространстве; установление их максимальных и минимальных значений.

Рис. 2. Пространственная модель системы «тоннель — щит — грунтовый массив»

Работоспособность, эффективность и достоверность разработанной методики подтверждены серией тестовых расчетов. Результаты сравнивались с данными натурных измерений по трассе тоннеля №7 метрополитена в Осаке

(Япония), тоннеля Хейеноорд -2 в Нидерландах и Серебряноборского тоннеля в Москве (рис. 3). Отклонение находилось в основном в пределах от 2 до 10 %.

Перемеиение (ми) 2 4 6 8

Расстояние от оси тоннеля (м) 42 36 30 24 18

—*— По прогнозированию —♦—По фактическим данным

Вертикальные перемещения над осью тоннеля подземной линии №7 метрополитена в Японии.

—•— По прогнозированию тоннеля Хейеноорд -2 —•—По фактическим данным тоннеля Хейеноорд-2

А По прогнозированию Серебряноборского тоннеля —■—По фактическим даным Серебряноборского тоннеля

Вертикальные перемещения грунтового массива на глубине 3,5 м для тоннеля Хейеноорд -2 в Нидерландах и осадки поверхности земли для Серебряноборского тоннеля в Москве.

Рис. 3. Результаты тестовых расчетов

В четвертой главе приведены результаты теоретических исследований осадок поверхности земли при щитовой проходке тоннелей в гг. Ханое и Хошимине с использованием пространственных моделей системы «тоннель -щит - грунтовый массив», разработанных на основе предложенной методики.

Задачей исследований являлось установление закономерностей развития осадок поверхности земли в зависимости от отдельных" конструктивно-технологических факторов, а также от их совокупности. Для этого потребовалось проведение серии численных экспериментов.

Учитывая совместимость и независимость рассматриваемых факторов, а также рациональные методики планирования экспериментов, были проварьированы следующие шесть факторов: (1) диаметр щита Б (м) (в соответствии с диаметром тоннеля); (2) глубина заложения тоннеля Н (м); (3) давление активного пригруза в забое щита Р (кПа); (4) давление нагнетания тампонажного раствора за обделку тоннеля О (кПа); (5) наличие находящихся на трассе строительства тоннеля наземных зданий, задаваемых в виде распределенной поверхностной нагрузки В (кПа); (6) степень заполнения тампонажным раствором строительного зазора в (%) (с учетом переборов грунта, усадки тампонажного раствора и подвижки грунта в строительный

зазор). Каждый фактор варьировался на четырех уровнях, что позволило существенно сократить количество расчетов при наименьшей потере в точности результатов исследований.

В качестве исходных данных были определены длина и масса щита в зависимости от его наружного диаметра, а также конусность корпуса щита и толщина строительного зазора в его хвостовой части. По опыту строительства тоннелей при помощи ТПМК в большинстве случаев применяют обделку из железобетонных блоков. При этом толщина блоков составляет примерно 0,1 R, где R - наружный радиус поперечного сечения тоннеля.

В численных экспериментах приняты следующие величины давления пригруза в забое: «ДОСТаТОЧНОГО» Pmin, «ОПТИМаЛЬНОГО» Ропт* «рабочего» Рраб ^ «избыточного» Рюв. Pmm — расчетная величина пригруза, минимально необходимая и достаточная для полного уравновешивания давления грунта и воды, Ропт — расчетная величина пригруза, под которой понимается давление, уравновешивающее давление грунтовой воды и грунта в забое и тем самым стабилизирующее его, Рра6 — расчетная величина пригруза в пределах между Pmin и Ропт, а Р„зб - расчетная величина пригруза, при которой прогнозируется подъем дневной поверхности или прорыв на поверхность земли материала пригруза (суспензии, пластифицированного грунта). Давление пригруза определяли при помощи программного комплекса «PLAXIS 3D TUNNEL».

По опыту щитовой проходки тоннелей больших диаметров (10 — 14 м) давление нагнетания раствора за обделку составляет от 100 до 400 кПа, превышая давление пригруза бентонитовой суспензии в случае проходки тоннеля МЩ (СП). В численных расчетах давление нагнетания раствора за обделку Qpa6 принималось равным (1,05-1,15) Р01ГГ, а другие величины такого давления (Qi, Q2 Q3) получены путем простого изменения Qpa6 на 50 кПа.

Предполагалось, что нагрузка от здания, передаваемая на грунтовый массив, отражается поверхностной равномерно распределенной нагрузкой В (кПа). Приняты следующие параметры здания: ширина (вдоль оси тоннеля) - 16 м, половина длины - 35 м и высота - 3, 5 и 7 этажей. Величина поверхностной нагрузки от здания составляет 20 кПа по каждому этажу, т.е. суммарная нагрузка составляет 60,100 и 140 кПа соответственно.

Была создана матрица планирования численного эксперимента, включающая варьируемые факторы (диаметр щита D (м), глубина заложения тоннеля Н (м), давление активного пригруза в забое Р (кПа), давление

нагнетания тампонажного раствора за обделку Q (кПа), поверхностная нагрузка от наземных зданий В (кПа) и степень заполнения раствором строительного зазора G (%)), которые изменяются поочередно на четырех уровнях. В каждом расчете участвуют все 6 факторов, значение одного из которых принято равным новой величине, полученной в результате его изменения, а другие -постоянные величины. Постоянные величины факторов: D = 12 м, Н = 15 м, Pom, Qpa6> G = 100 % и В = 0. Таким образом, потребовалось провести 23 серии численных расчетов (19 для условий г. Ханоя и 4 — г. Хошимина).

Инженерно-геологические условия гт. Ханоя и Хошимина представляются в основном слабоустойчивыми водоносными грунтами (глинами и суглинками от слабой до твердой консистенции с пластичностью от низкой до высокой, песками и супесями от рыхлых до высокой плотности). Параметры грунтов изменяются как в г. Ханое, так и в г. Хошимине, поэтому были выбраны средние значения по слою грунта: модуль Юнга (упругости) Е, коэффициент Пуассона V, угол внутреннего трения <р, сцепление с, угол дилатансии Ч* и мощности слоев h (м). Уровень подземных вод расположен на глубине 2 м от поверхности земли.

В результате численного эксперимента возможно получение пространственного напряжено-деформированного состояния грунтового массива в любой точке в выбранном фрагменте грунтового массива. Для изучения зависимости осадок поверхности земли от указанных выше факторов выбрано множество точек земной поверхности в рассматриваемых поперечных сечениях.

Для описания изменения осадок поверхности земли в поперечных к оси тоннеля сечениях зачастую применяют кривую нормального распределения Гаусса:

х2

V = r7me2i2, (О

где г/ - осадка на расстоянии х от оси тоннеля; г}„ - максимальная осадка поверхности земли над осью тоннеля; i - абсцисса точки перегиба кривой мульды осадок.

В настоящей работе методом наименьших квадратов была проведена аппроксимация полученных осадок поверхности земли в поперечном сечении кривой Гаусса для каждой серии расчетов, т.е. определение значения i в формуле (1).

Критерием, определяющим качество аппроксимации, являлся коэффициент Я2 - квадрат смешанной корреляции, который в большинстве случаев принимал значения больше 0,95, т. е. сходимость кривых Гаусса с полученными осадками достаточно удовлетворительна.

Зная кривые Гаусса для описания изменения осадок поверхности земли, можно определить параметры мульды осадок путем дифференцирования зависимости (1). Формулы для определения наклона .¡(х), кривизны к<х) и радиуса 1Ц) кривой осадок в поперечном сечении и их экстремумы теоретически определены следующим образом:

Л = #(*)''Л = -Пт ^г'2 2,2; (2) Ушах = 0,606(3)

1 г2

кх = ^/(х)/с1хг=-г}т^е *(1-^-); (4) *тах =0,445^; (5)

По полученным формулам были определены значения указанных выше параметров.

Методом тренд-анализа была выявлена зависимость этих параметров от рассматриваемых факторов. При ' этом были получены зависимости максимальной осадки, абсциссы точки перегиба, максимального наклона и минимального радиуса кривой осадок поверхности земли от диаметра щита, глубины заложения тоннеля, давления пригруза в забое, давления нагнетания раствора за обделку, степени заполнения раствором строительного зазора и нагрузки от здания. Например, на рис. 4 представлена зависимость максимальной осадки от диаметра щита и глубины заложения тоннеля, на рис. 5 — зависимость абсциссы точки перегиба кривой осадок от давления пригруза и давления нагнетания раствора за обделку, а на рис. 6 — зависимость максимального наклона от нагрузки от зданий и степени заполнения раствором строительного зазора.

Диаметр щита D (м) и глубина заложения Н (м) О 3 6 9 12 15 18 21 24

О ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ I ■ ■ 1 ■ ■ > ■ ■ I ■ ■

♦ Диаметр щита (Ханой)

• Глубина заложения (Ханой) ▲ Диаметр щита (Хошимин)

—(1) Полиномиальный (Диаметр щита для Ханоя)

-Полиномиальный (Глубина заложения)

—(2) Полиномиальный (Диаметр щита для Хошимина)

Рис. 4. Зависимость максимальной осадки поверхности земли от диаметра щита и глубины заложения тоннеля Давление пригруза Р (кПа) и давление нагнетания раствора Q (кПа) 150 200 2S0 300 350

100

400

— 1 — t — 8,148Е-08х* + 5.696Е-05Х2 - 0,0t52x + 12,063 R* = 1 ....

|(р> = -

*i(d) = 1,747! ;-06x3 - 0,001482x* + 0,3635x -R2 = 1 I 14,418

♦ Давление пригруза

• Давление нагнетания раствора

-Полиномиальный (Давление нагнетания раствора)

— Полиномиальный (Давление пригруза)_

Рис. 5. Зависимость абсциссы точки перегиба кривой осадок от давления пригруза и давления нагнетания раствора за обделку

Заполнение раствором зазора в (%) и нагрузка от здания В (кПа)

О 30 60 90 120 150

♦ Заполнение раствором строительного зазора

• Нагрузка, передаваемая от здания —Полиномиальный (Нагрузка, передаваемая от здания) ^—Полиномиальный (Заполнение раствором строительного зазора)

Рис. 6. Зависимость максимального наклона от степени заполнения раствором строительного зазора и нагрузки от здания.

Анализ полученных зависимостей показал:

• максимальная осадка поверхности земли возрастает с увеличением диаметра щита и нагрузки от зданий и уменьшается с увеличением давления пригруза в забое щита, давления нагнетания раствора за обделку тоннеля и степени заполнения раствором строительного зазора. Она имеет экстремумы на различных глубинах в зависимости от диаметра тоннеля (например, для выработки диаметром О = 12 м максимальная осадка составляет наименьшее значение 11 мм при глубине Н ю 5 м и наибольшее значение 14 мм при Н « 16 м);

• абсцисса точки перегиба кривой осадок возрастает с увеличением диаметра щита, глубины заложения тоннеля и нагрузки от зданий и уменьшается с увеличением давления нагнетания раствора за обделку и давления пригруза в забое. Она имеет экстремумы в пределах исследуемых величин степени заполнения раствором строительного зазора в (например, в случае Е)=12 м и Н=15 м абсцисса точки перегиба кривой составляет наименьшее значение 10 м при степени заполнения раствором зазора С ~ 35 %, и наибольшее значение 11м при в ~ 80 %);

• максимальный наклон кривой осадок возрастает с увеличением диаметра щита и нагрузки от зданий и уменьшается с увеличением глубины заложения тоннеля, давления пригруза в забое и степени заполнения раствором строительного зазора. Он зависит от давления нагнетания раствора за обделку и достигает минимума при давлении нагнетания раствора за обделку - 280 кПа (в случае D=12 м и Н=15 м);

• минимальный радиус кривой осадок уменьшается с увеличением диаметра щита и нагрузки от зданий и увеличивается с увеличением глубины заложения тоннеля, давления пригруза в забое и степени заполнения раствором строительного зазора. Он достигает максимума при давлении нагнетания раствора за обделку - 230 кПа (в случае D=12 м и Н=15 м).

Проведена сравнительная оценка влияния рассматриваемых факторов на параметры мульды осадок поверхности земли. Так, при увеличении каждого из факторов на 30 % параметры изменяются в различной степени (таблица), что ориентировочно отражает степень их влияния на исследуемые параметры.

Таблица

Увеличение значения каждого из факторов на 30 %

Изменение параметров, % D (кПа) Н(м) Р (кПа) Q кПа) В(кПа) G (%).

88 8 -28 -36 13 -36

'шах 6 28 -1 -30 -1 2

Jmax 78 -19 -22 -8 14 -37'

^nia -47 42 30 8 -12 58

* Знак минус означает уменьшение значения параметров.

Анализ полученных зависимостей показал, что наибольшее влияние на осадку поверхности земли оказывает диаметр тоннеля, а наименьшее - глубина его заложения. Абсцисса точки перегиба кривой осадок во многом зависит от глубины заложения тоннеля и давления нагнетания раствора за обделку, а остальные факторы (диаметр тоннеля, давление пригруза в забое, и др.) влияют на нее незначительно. Наклон кривой осадок поверхности земли зависит в наибольшей степени от диаметра тоннеля и значительно в меньшей степени от давления нагнетания раствора за обделку. Наибольшее влияние на кривизну и радиус кривой осадок оказывает глубина заложения тоннеля. Они существенно зависят от диаметра тоннеля, давления нагнетания раствора за обделку и степени заполнения раствором строительного зазора. Наименьшее влияние на них оказывает давление пригруза в забое.

Для практического применения результатов численного эксперимента были построены функции, отражающие зависимости параметров осадок поверхности земли не от отдельных влияющих факторов, а от их совокупности. Для определения таких функций использовался метод нелинейного отклика.

Вид функции был выбран автором с учетом общих соображений о характере влияния на параметры мульды осадок поверхности земли отдельных, переменных (изменяемых факторов). Это позволило результирующую функцию для определения параметров мульды осадок земной поверхности задать в виде:

Г = ûo + + аъХ> (8)

(=1

где Y — параметры мульды осадок поверхности земли (максимальная осадка Т]т абсцисса точки перегиба кривой i);

п - количество переменных (изменяемых факторов) в функции, в нашем случае п ~ 6 (присутствуют все шесть факторов);

Xi — переменные;

a<k а» (¡21 и ал - искомые коэффициенты уравнения.

Определение коэффициентов ao, a;, a2i и а3у осуществлялось методом наименьших квадратов с использованием программы STATISTICAL. После соответствующих преобразований уравнения регрессии для максимальной осадки поверхности земли r|m и абсциссы точки перегиба кривой i приобрели следующий вид:

77„ = 86,40 - 2,98Х> + 28,10// -1,29/* - 3,33.10~' +1,13.10" ' iî - 8,56.10"1 G

+4,03.10"' D2 -1,51#2 + S,16.tO~3/'2 + 3,88.10"*£?2 -2,70.10"4 fi2 ~4,32.10"3G3 (9)

— 8,18.10~3 jD3 +2,81.10"2Я3 —6,88.10"* Р3 +1,87.10"* f>3 +4,73.10"'i?3 +3,65.10"1 G1; / = -15,70 + б,60О - 8,79if -1,52.10"2 Р + 3,63.10"' Q + 2,50.10"' В - 4,32.10"2 G

-6,02.10"' D1 +738.10"'я2 + 5,70.10"'-1,48.10"3£2 -4^5.10"<£2 + 1,45.10"3G2 (10)

+ 1,93.10"2Z>3 -1,70.10"2//3 -8,15.10"*Z13 + 1,75Д0~6£>3 +2,35.10"'fi3 -9,94.10"'G3.

Другие параметры мульды осадок поверхности земли определяются по формулам (2) - (7).

Сходимость значений и i по функциям (9) и (10) с результатами численных расчетов получилась очень высокой. Такая сходимость подтверждена высокими значениями величины R2 (примерно 1).

Поскольку инжейерно-геологические условия в гг. Ханое и Хошимине отличаются, а количество численных расчетов при щитовой проходке тоннелей в г. Хошимине недостаточно, определение параметров мульды осадок в г. Хошимине осуществлялось методом тренд-анализа путем создания функций,

описывающих соответствие подобных параметров, полученных при проведении численных расчетов в аналогичных условиях обоих городов, используя полученные выше функции для г. Ханоя.

Важным аспектом обеспечения устойчивости забоя при щитовой проходке тоннелей является определение значений «оптимального» и «достаточного» давления пригруза в забое щита. Они зависят от диаметра щита и глубины заложения тоннеля, причем последнее давление зависит и от рабочего давления пригруза в забое. Методом тренд-анализа были построены зависимости «оптимального» давления пригруза в забое от диаметра щита и глубины заложения тоннеля (рис. 7). Анализ полученных зависимостей показал, что большее влияние на «оптимальное» давление пригруза оказывает глубина заложения тоннеля по сравнению с его диаметром.

Диаметр щита О (м) и глубина заложения Н (м) О 3 6 Э 12 15 18 21 24

«Г о

^ 50

£ 100

& 150

д 200

1 250

о.

■= 300

1 350

1 400

+ Диаметр щита 0 • Глубина заложения тоннеля Н

Полиномиальный (0) ^—Полиномиальный (Н)

Рис. 7. Зависимость «оптимального» давления пригруза от диаметра щита и глубины заложения тоннеля

Для возможности определения обоих значений давления пригруза при проходке тоннелей в г. Ханое были построены функции, включающие в себя все рассматриваемые факторы. Для этого задавали вид функций отклика по формуле (8). Методом наименьших квадратов получены коэффициенты функций отклика:

Р^ = -87,00 +13,081) + 20,33Я -1,1 ЗОг - 0,ЗЯ2 + 0,04£>3 + 0,0067Я3; (11) Л* = 143,464-49,8Ш-0,285Я + 0,014.Р + 5,45302 +0.944Я2 + 0,00082/>2

-0,175£>3 -0.0337Я3 - 0,0000017Р3. у

Следует отметить, что сходимость полученных функций получилась очень высокой (Я2 ~ 1).

Для определения давлений пригруза и нагнетания раствора за обделку при щитовой проходке тоннелей в инженерно-геологических условиях г. Хошимина с учетом недостаточного количества численных экспериментов необходимо создание функций, описывающих соответствие подобных давлений, как для определения параметров мульды осадок земной поверхности.

Пятая глава содержит практические рекомендации по ограничению нарушений поверхностных условий при строительстве протяженных автотранспортных тоннелей ТПМК в крупнейших городах Вьетнама, определение оптимальных с точки зрения минимизации осадок поверхности земли давлений пригруза и нагнетания раствора за обделку, установление при этом зависимости предельной поверхностной нагрузки от диаметра тоннеля и степени заполнения раствором строительного зазора.

Рассматривались аспекты выбора наиболее эффективных конструктивно-технологических решений с точки зрения безосадочной щитовой проходки тоннелей в гг. Ханое и Хошимине, в частности, получены рекомендации по назначению параметров щитовой проходки, обеспечивающих минимальные осадки поверхности земли.

На основе анализа преимуществ и недостатков проходки тоннелей в условиях обоих городов МЩ (СП) и МЩ (ГП) рекомендовано применение первого типа МЩ. Проходка тоннелей МЩ (СП) способствует сравнительному уменьшению осадок поверхности земли и более целесообразна в водоносных грунтах с высоким гидростатическим давлением. Помимо МЩ кругового сечения в конкретных условиях может быть рекомендовано применение МЩ других форм (прямоугольного, эллиптического и др.).

Для обеспечения устойчивости забоя давление пригруза необходимо находить в пределах «достаточного» и «оптимального» значений. Принятие давления больше «оптимального» дает возможность уменьшить осадки поверхности земли, однако может сопровождаться подъемами поверхности земли и вызвать повреждения близрасположенных зданий и сооружений.

При щитовой проходке тоннелей в гг. Ханое и Хошимине наряду с применением обделок из высокоточных водонепроницаемых блоков с болтовыми связями, в конкретных условиях может быть рекомендовано применение обжатых в грунт и прессбетонных обделок, а также некоторых новых видов обделок, таких как быстромонтируемые сборные обделки кругового сечения и обделки некругового сечения.

Была разработана последовательность теоретического определения параметров мульды осадок земной поверхности с учетом совокупности исследуемых факторов при намечаемой проходке тоннелей в условиях гг. Ханоя и Хошимина. При этом сначала назначают значения Б, Н и В, затем определяют значения Р и <3 по полученным формулам. После этого определяют предварительные параметры мульды осадок поверхности земли по полученным формулам в 4-ой главе с начальной величиной в = 100 %, Величина О затем корректируется в соответствии с данными измерений, и определяются окончательные параметры осадок. Полученные параметры используются для оценки степени влияния деформаций земной поверхности на состояния зданий.

Проведенная оценка влияния деформаций поверхности земли на повреждения зданий позволила предложить меры по их защите.

Если при намеченной проходке тоннелей ТПМК в гг. Ханое и Хошимине, эффективность планировочных и конструктивно-технологических решений по сохранности близрасположенных зданий и сооружений окажется недостаточной, необходимы технические меры по усилению конструкций зданий и их фундаментов и закреплению грунта под фундаментами.

Исследование мер по закреплению грунта под фундаментами зданий показало, что для стабилизации грунтового массива в зоне влияния строящегося тоннеля наиболее эффективен метод компенсационного нагнетания строительного раствора в определенные области фунтового массива между фундаментами зданий и тоннельной выработкой, что позволяет уменьшать потери грунта вследствие проходки и предотвратить разуплотнение грунтовой толщи, а следовательно, свести к минимуму осадки грунтового массива и поверхности земли.

При изменении Б (10 - 14 м) и О (100 - 30 %) (Н = 1,5 Б) были определены оптимальные с точки зрения минимизации осадок и кренов кривой осадок поверхности земли давления пригруза и нагнетания раствора за обделку.

Были определены предельные величины поверхностной нагрузки от зданий, при которых максимальная осадка и максимальный крен кривой осадок поверхности земли не превышают допустимых величин. В данной работе условно приняты: допустимая осадка тцоп = 30 мм, допустимый крен кривой осадок ^ОГ1 = Змм/м. Методом тренд-анализа были построены зависимости "предельной величины поверхностной нагрузки от диаметра щита и степени заполнения раствором строительного зазора.

Анализ полученных результатов показал:

• для минимизации осадок поверхности земли давление пригруза в забое должно быть равно «оптимальному» давлению Р011Г, а давление нагнетания раствора за обделку на 10 % должно превышать давление пригруза;

• для минимизации кренов кривой осадок при G > 50 % давления пригруза и давления нагнетания раствора за обделку должны достигать их максимальных значений (Р = Q = Ррт-) при увеличении диаметра тоннеля и степени заполнения раствором строительного зазора. При G < 50 % такие давления находятся в пределах максимальных (Р0[тг) и минимальных (Pmin) значений и приблизительно равны;

• при наличии поверхностной нагрузки максимальная осадка может превысить допустимую величину при G < 75 %, а максимальный наклон - при G < 30 %. При G = 100 % максимальные осадка и наклон оказываются меньше допустимой величины, если поверхностная нагрузка соответственно не больше 140 и 240 кПа (здания 7 и 12 этажей).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. С целью решения транспортных проблем гг. Ханоя и Хошимина необходимо строительство линий метрополитена, автотранспортных и пешеходных тоннелей, подземных автостоянок и гаражей. Для сооружения протяженных автотранспортных тоннелей в условиях обоих городов наиболее целесообразна щитовая проходка механизированными агрегатами с активным гидро- и грунтопригрузом.

2. Для изучения влияния щитовой проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах на осадки поверхности земли в рамках диссертации разработана методика определения деформированного состояния системы «грунтовый массив — щит - тоннель», основанная на пространственном моделировании процесса щитовой проходки тоннелей с использованием упруго-пластической математической модели Мора-Кулона и МКЭ, реализованная в программном комплексе «PLAXIS 3D TUNNEL».

3. Применение разработанной методики позволяет в единой расчетной модели определить с достаточной точностью деформированное состояние системы «тоннель — щит — грунтовый массив» при изменении ряда конструктивно-технологических факторов: диаметра щита, глубины заложения тоннеля, давления пригруза в забое щита, давления нагнетания раствора за

обделку, степени заполнения раствором строительного зазора и поверхностной нагрузки от наземных зданий.

4. Распределение полученных осадок поверхности земли в поперечном сечении хорошо аппроксимируется кривой нормального распределения Гаусса. Методами статистических методов были установлены количественные зависимости параметров мульды осадки, полученных по формулам Гаусса, от рассматриваемых факторов.

5. При увеличении каждого из факторов на 30 % параметры мульды осадок поверхности земли изменяются в различной степени, что отражает степень их влияния на исследуемые параметры. Например, максимальная осадка увеличивается на ~90 % при увеличении диаметра щита, и на ~15 % при увеличении нагрузки от зданий, уменьшаясь на ~30 % при увеличении давления пригруза в забое и на ~35 % при увеличении давления нагнетания раствора за обделку, а также степени заполнения раствором строительного зазора.

6. Анализ полученных расчетных зависимостей показал:

• наряду с известными факторами, оказывающими наибольшее влияние на осадки поверхности земли при щитовой проходке (диаметр тоннеля, давление пригруза в забое щита), существенными и требующими учета при решении подобных задач являются давление нагнетания раствора за обделку, заполнение раствором строительного зазора и поверхностная нагрузка от наземных зданий. Глубина заложения тоннеля в рассматриваемом диапазоне оказывает сравнительно небольшое влияние;

• при определении размеров зон влияния щитовой проходки, характеризуемых длиной мульды осадок поверхности земли и ее граничным углом, необходимо учитывать глубину заложения тоннеля и давление нагнетания раствора за обделку;

• наклон, кривизна и радиус кривой осадок поверхности земли зависят в наибольшей степени от диаметра тоннеля и глубины его заложения. Наклон в наименьшей степени зависит от давления нагнетания раствора за обделку, а кривизна и радиус — от давления пригруза в забое.

7. Давление пригруза в забое щита, уравновешивающее давление грунтовой воды и грунта в забое, зависит в большей степени от глубины заложения тоннеля по сравнению с его диаметром.

8. Применение разработанной последовательности расчета с использованием полученных формул дает возможность определять параметры мульды осадок поверхности земли, а также значение «оптимального» и

«достаточного» давлений пригруза в забое щита с учетом совокупности конструктивно-технологических факторов.

9. Для минимизации осадок поверхности земли давление пригруза должно быть равно «оптимальному» давлению Ропг, а давление нагнетания раствора -превышать давление пригруза до 10%. Для минимизации кренов кривой осадок давления пригруза и нагнетания раствора находятся в пределах «оптимального» и «достаточного» давлений пригруза и возрастают с увеличением диаметра тоннеля и степени заполнения раствором строительного зазора.

10. Разработанная в рамках диссертации методика прогнозирования осадок поверхности земли системы «тоннель — щит — 1рунтовый массив», полученные результаты, а также рекомендации конструктивно-технологического и расчетного характера могут быть использованы при проектировании и строительстве автотранспортных тоннелей щитовым способом не только в гг. Ханое и Хошимине, но и в аналогичных условиях в других городах.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Перспективы строительства автодорожных тоннелей в крупнейших городах Вьетнама // Сборник научных трудов «Исследования мостовых и тоннельных сооружений». -М.: МАДИ (ГТУ), 2006. -С. 83-90.

2. Прогнозирование осадок поверхности земли при щитовой проходке тоннелей на основе численного моделирования // Вестник. -М.: МАДИ (ГТУ), 2006. -№6. -С.69-73. Соавтор: Маковский Л.В.

3. Влияние конструктивно-технологических факторов на осадки поверхности земли при щитовой проходке тоннелей в слабоустойчивых грунтах // Подземное пространство мира. -М., 2006. -№3. -С.18-22.

Подписано в печать 14.11.¿006г. Формат 60x84/16

Печать офсетная Усл. печ. л. 1.4 Уч.-изл. л. 1.2

Тираж ;оо экз._Заказ 489_______

Ротапринт МЛДИ{ГТУ). 12531Э, Москва, Ленинградский просп., 64

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Фам Ань Туан

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ СТРОИТЕЛЬСТВА ГОРОДСКИХ

АВТОТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ.

1.1. Условия строительства тоннелей в городах Вьетнама.

1.1.1. Общие положения.

1.1.2. Градостроительные и транспортные условия.

1.1.3. Состояние и перспективы городского подземного строительства.

1.1.4. Климатические и топографические условия.

1.1.5. Инженерно-геологические условия.

1.2. Анализ современного мирового опыта строительства городских автотранспортных тоннелей в слабоустойчивых грунтах.

1.2.1. Общие положения.

1.2.2. Открытый и полуоткрытый способы.

1.2.3. Проходка с применением новоавстрийского способа (НАТМ).

1.2.4. Щитовой способ.

1.2.5. Специальные способы.

Выводы и задачи использований.

Глава 2. ОСАДКИ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ ПРИ ЩИТОВОЙ

ПРОХОДКЕ ТОННЕЛЕЙ В СЛАБОУСТОЙЧИВЫХ ГРУНТАХ.

2.1. Характер и причины проявления осадок.

2.2. Методы прогнозирования осадок.

2.2.1. Общие положения.

2.2.2. Теоретические методы.

2.2.3. Экспериментальные методы.

Выводы по главе.

Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОСАДОК

ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ ПРИ ЩИТОВОЙ ПРОХОДКЕ ТОННЕЛЕЙ.

3.1. Анализ существующих методик.

3.1.1. Общие положения.

3.1.2. Существующие методики.

3.2. Методика для расчета деформированного состояния системы «тоннель

- щит - грунтовый массив» для слабоустойчивых водоносных грунтов.

3.2.1. Общие положения.

3.2.2. Построение расчетных моделей в программном комплексе «Plaxis

3D Tunnel».

3.2.3. Моделирование задач определения осадок поверхности земли.

3.2.4. Конечно-элементное моделирование системы «тоннель - щит -грунтовый массив».

3.3. Тестовые расчеты.

Выводы по главе.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЯ ОСАДОК ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ ПРИ

ЩИТОВОЙ ПРОХОДКЕ ТОННЕЛЕЙ В ГГ. ХАНОЕ И ХОШИМИНЕ.

4.1. Общие положения.

4.2. Планирование численного эксперимента.

4.2.1. Варьируемые факторы.

4.2.2. Матрица планирования численного эксперимента.

4.2.3. Подготовка исходных данных.

4.3. Результаты численного эксперимента.

4.4. Исследование осадок поверхности земли.

4.4.1. Методика исследования.

4.4.2. Исследование осадок поверхности земли по результатам численного эксперимента.

4.4.3. Определение осадок поверхности земли с учетом совокупности варьируемых факторов.

4.5. Определение давления пригруза в забое щита при проходке тоннелей. 145 Выводы по главе.

Глава 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОГРАНИЧЕНИЮ НАРУШЕНИЙ ПОВЕРХНОСТНЫХ УСЛОВИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

АВТОТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ В ГГ. ХАНОЕ И ХОШИМИНЕ.

5.1. Общие положения.

5.2. Выбор рациональных конструктивно-технологических решений.

5.2.1. Безосадочные методы проходки тоннелей.

5.2.3. Конструкции обделок.

5.3. Минимизация осадок поверхности земли при щитовой проходке тоннелей.

5.3.1. Последовательность определения осадок.

5.3.2. Оценка влияния осадок на здания, сооружения и коммуникации.

5.3.3. Технические меры по предотвращению нарушений поверхностных условий.

5.4. Установление оптимальных давлений пригруза в забое и давлений нагнетания раствора за обделку и предельной величины поверхностной нагрузки от зданий.

Выводы по главе.

Введение 2006 год, диссертация по строительству, Фам Ань Туан

Бурное развитие экономики, урбанизация крупнейших городов Вьетнама Ханоя (столицы) и Хошимина в последнее десятилетие XX и в начале XXI в. сопряжено со строительством жилых микрорайонов, крупных промышленных предприятий и складов, торговых центров, учебных заведений и т.д., быстрым ростом населения и увеличением парка транспортных средств, как частных, так и общественных.

Вместе с тем территория и уличная сеть обоих городов изменились незначительно. В настоящее время их улицы перенасыщены различными транспортными средствами, часто возникают длительные заторы и транспортные пробки, особенно в часы пик в центральных районах и на пересечениях городских дорог. На многих дорогах гг. Ханоя и Хошимина суточные пассажиропотоки достигают 300.000 пассажиров. Задержка транспортных средств на улицах наносит большой ущерб государству и населению города.

Главными особенностями и недостатками транспортных систем гг. Ханоя и Хошимина являются узкие улицы, нерациональная планировочная структура, небольшие расстояния между перекрестками, смешанное движение транспортных средств (велосипеды, мотоциклы, автомобили, др.) на улицах и недостаточное развитие общественного пассажирского транспорта.

Для решения транспортных проблем в гг. Ханое и Хошимине необходимо развитие общественного пассажирского транспорта с использованием в основном автобусов и метрополитена, комплексное использование подземного пространства, предусматривающее наряду со строительством линий метрополитена, автотранспортных и пешеходных тоннелей, подземных автостоянок и гаражей. Правительством Вьетнама утверждена программа увеличения объема пассажирского транспорта с использованием автомобилей, автобусов и такси до 2020 г до 30 % (сейчас 10 %) вместе со строительством автодорожных тоннелей, линий метрополитена и пешеходных тоннелей [60].

Строительство автотранспортных тоннелей в условиях плотной застройки, интенсивного уличного движения гг. Ханоя и Хошимина потребует минимизации нарушений поверхностных условий с целью сохранности существующих объектов и непрерывности уличного движения. Мировой опыт подземного строительства в слабоустойчивых водоносных грунтах свидетельствует о том, что при проходке тоннелей в таких условиях наиболее целесообразно использовать щитовую проходку механизированными агрегатами с активным пригрузом в забое.

Об эффективности применения тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК) для сооружения городских тоннелей свидетельствует успешный опыт применения ТПМК, изготовленных английскими фирмами «Маркхэм», «Доско» и «Мак-Алпайн», американскими «Роббинс» и «Мемко», канадской «Ловат», германскими «Херренкнехт», «Баде унд Тилен», «Вайсс унд Фрайтаг», «Маннесман Демаг» и «Вирт», японскими «Мицубиси», «Кавасаки» и «Хитачи», французскими «НФМ» и «Бессак», австрийской «Альпине Вестфалия», и др. [7, 36].

Накопленный в мире опыт строительства городских тоннелей ТПМК показывает, что с целью ограничения нарушений поверхностных условий в процессе проходки тоннелей самым важным аспектом является минимизация сдвижений и деформаций поверхности земли, обусловленная в основном использованием рациональных конструктивно-технологических решений, а также технических и организационных мер.

Актуальность темы

Прогнозирование осадок поверхности земли, возникающих в связи с проходкой тоннелей ТПМК, являлось предметом исследований многих специалистов. Однако практически все существующие математические модели, имитирующие процесс щитовой проходки тоннелей на основе двухмерного или трехмерного моделирования, не учитывают совместно ряд конструктивно-технологических факторов, влияющих на осадки: давление нагнетания раствора за обделку, степень заполнения раствором строительного зазора, а также взаимодействие между корпусом щита и грунтовым массивом.

Для достижения данной цели решались следующие задачи: • выбор и обоснование наиболее эффективных методов строительства протяженных автотранспортных тоннелей в соответствии с градостроительными, климатическими, топографическими и инженерно-геологическими условиями в гг. Ханое и Хошимине;

• разработка методики прогнозирования деформированного состояния системы «грунтовый массив - щит - тоннель» с использованием программного комплекса «PLAXIS 3D TUNNEL». Проведение тестовых расчетов на конкретных примерах строительства тоннелей;

• определение оптимальных с точки зрения минимизации осадок и кренов кривой осадок поверхности земли давлений пригруза и нагнетания раствора за обделку в зависимости от диаметра тоннеля и степени заполнения раствором строительного зазора;

• разработка рекомендаций по выбору наиболее рациональных конструктивно-технологических решений и технических мер по ограничению нарушений поверхностных условий при щитовой проходке тоннелей в гг.

Ханое и Хошимине.

Методы исследований.

Методика выбора наиболее эффективных с точки зрения минимизации осадок земной поверхности конструктивно-технологических решений основана на изучении зависимости параметров мульды осадок поверхности земли от конструктивно-технологических факторов посредством численного эксперимента на пространственных моделях. В теоретических исследованиях применено математическое моделирование с использованием метода конечных элементов (МКЭ), реализованного с помощью программного комплекса «PLAXIS 3D TUNNEL». Поведение грунтового массива моделируется на основе упруго-пластической модели Мора-Кулона. Результаты численного эксперимента обработаны и обобщены статистическими методами тренд-анализа, нелинейного отклика и наименьших квадратов.

Научная новизна работы.

• впервые для условий Вьетнама методом математического моделирования выполнены исследования осадок поверхности земли при щитовой проходке тоннелей.

• разработана эффективная пространственная модель системы «тоннель -щит - грунтовый массив», имитирующая поэтапную щитовую проходку тоннеля в рамках единой упруго-пластической математической модели с учетом ряда конструктивно-технологических факторов. Впервые в модели учитываются совместно давление нагнетания раствора за обделку, степень заполнения раствором строительного зазора и взаимодействие между грунтовым массивом и корпусом щита;

• выявлен характер распределения осадок поверхности земли, вызванных проходкой тоннелей в условиях гг. Ханоя и Хошимина; показано, что распределение осадок в поперечном сечении, хорошо аппроксимируется экспоненциальной зависимостью Гаусса;

• определены оптимальные с точки зрения минимизации осадок и кренов \ кривой осадок давления пригруза в забое и нагнетания раствора за обделку в зависимости от диаметра тоннеля и степени заполнения раствором строительного зазора. Установлены предельные величины поверхностной нагрузки от зданий в зависимости от диаметра тоннеля и степени заполнения раствором строительного зазора, при которых максимальная осадка и максимальный наклон кривой осадок поверхности земли не превышают допустимых значений;

Практическая ценность.

Разработанная математическая модель позволяет определять пространственное деформированное состояние системы «тоннель - щит -грунтовый массив» при строительстве автотранспортных тоннелей щитовым способом в слабоустойчивых грунтах.

Достоверность полученных результатов обоснована:

• учетом требований действующих нормативных документов;

• строгостью исходных данных и предпосылок применяемых методов исследований;

• использованием опыта и разработок ведущих фирм в исследуемой области;

• тестовыми расчетами осадок грунтового массива и поверхности земли при строительстве тоннеля подземной линии №7 метрополитена в Осаке (Япония), тоннеля Хейеноорд -2 в Нидерландах, и Серебряноборского тоннеля глубокого заложения в Москве, подтвержденными фактическими данными.

На защиту выносятся.

1. Разработанная пространственная модель системы «тоннель - щит -грунтовый массив» для прогнозирования осадок поверхности земли.

2. Обоснование. аппроксимации формы кривых, описывающих осадки поверхности земли экспоненциальной зависимостью Гаусса.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 206 страницах машинописного текста и включает введение, пять глав, общие выводы, два приложения, 102 рисунков, 21 таблиц и список литературы из 149 источников.

Заключение диссертация на тему "Выбор и обоснование эффективных методов строительства автотранспортных тоннелей в крупнейших городах Вьетнама"

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. С целью решения транспортных проблем гг. Ханоя и Хошимина необходимо комплексное использование надземного, наземного и подземного пространства, предусматривающее строительство линий метрополитена, автотранспортных и пешеходных тоннелей, подземных автостоянок и гаражей. На основе анализа современного мирового опыта проектирования и строительства городских подземных транспортных сооружений можно констатировать, что для строительства протяженных автотранспортных тоннелей в сложных градостроительных и инженерно-геологических условиях гг. Ханоя и Хошимина наиболее целесообразна щитовая проходка механизированными агрегатами с активным гидро- или грунтопригрузом. При щитовой проходке тоннелей возможны осадки грунтового массива и поверхности земли. Проблема ограничения осадок является чрезвычайно важной и актуальной при проходке тоннелей в городах и для ее решения необходимо проведение теоретических и экспериментальных исследований.

2. Для изучения влияния щитовой проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах на осадки поверхности земли в рамках диссертации разработана методика определения деформированного состояния системы «грунтовый массив - щит - тоннель», основанная на пространственном моделировании процесса щитовой проходки тоннелей с использованием упруго-пластической математической модели Мора-Кулона и МКЭ, реализованная в программном комплексе «Plaxis 3D Tunnel».

3. Применение данной методики позволяет в рамках единой расчетной модели учитывать геометрические, конструктивно-технологические и геотехнические факторы: поэтапность сооружения тоннеля, диаметр щита, глубину заложения тоннеля, давление пригруза в забое щита, давление нагнетания раствора за обделку, степень заполнения раствором строительного зазора и наличие над тоннелем наземных зданий и сооружений, взаимодействие между грунтовым массивом и корпусом щита, а также изменение инженерно-геологических и гидрогеологических условий по трассе тоннеля.

Работоспособность, эффективность и достоверность применения разработанной методики подтверждена серией тестовых расчетов, результаты которых отличались от данных натурных измерений по трассе тоннеля №7 метрополитена в Осаке (Япония), тоннеля Хейненоорд -2 в Нидерландах и Серебряноборского тоннеля в Москве, в основном, на 2 -10%.

4. С использованием разработанной модели проведены 23 серии численных экспериментов, в результате чего получены осадки множества точек поверхности земли в рассматриваемых поперечных сечениях на четырех уровнях значений конструктивно-технологических факторов. Распределение полученных осадок поверхности земли в поперечном сечении хорошо аппроксимируется кривой нормального распределения Гаусса. Используя статистические методы (тренд-анализа, нелинейного отклика, наименьших квадратов), удалось установить количественные зависимости параметров мульды осадок, полученных по формулам Гаусса, от рассматриваемых факторов.

5. При сравнительной оценке влияния рассматриваемых факторов на параметры мульды осадок поверхности земли путем увеличения каждого из факторов на 30 % параметры мульды осадок изменяются по-разному, что отражает степень их влияния на исследуемые параметры:

• максимальная осадка увеличивается на ~90 % при увеличении диаметра щита, и на ~15 % при увеличении нагрузки от зданий, уменьшаясь на ~30 % при увеличении давления пригруза в забое, и на ~35 % при увеличении давления нагнетания раствора за обделку, а также степени заполнения раствором строительного зазора;

• абсцисса точки перегиба кривой осадок увеличивается на ~28 % при увеличении глубины заложения тоннеля и уменьшается на ~30 % при увеличении давления нагнетания раствора за обделку;

• максимальный наклон кривой осадок увеличивается на ~80 % при увеличении диаметра щита и на ~15 % при увеличении нагрузки от зданий, уменьшаясь на ~20 % при увеличении глубины заложения тоннеля и на ~30 % при увеличении давления пригруза в забое щита, а также на ~40 % при увеличении степени заполнения раствором строительного зазора;

• минимальный радиус кривой осадок увеличивается на ~130 % при увеличении глубины заложения тоннеля и на ~60 % при увеличении степени заполнения раствором строительного зазора, уменьшаясь на -45 % при увеличении диаметра щита и на ~45 % при увеличении давления нагнетания раствора за обделку, а также на ~15 % при увеличении нагрузки от зданий. Увеличение остальных факторов оказывает незначительное влияние на указанные выше параметры (менее 10 %).

6. Анализ полученных расчетных зависимостей показал:

• наряду с известными факторами, оказывающими наибольшее влияние на осадки поверхности земли при щитовой проходке (диаметр тоннеля, давление пригруза в забое щита), существенными и требующими учета при решении подобных задач являются давление нагнетания раствора за обделку, заполнение раствором строительного зазора и поверхностная нагрузка от наземных зданий, передаваемая на грунтовый массив; глубина заложения тоннеля в рассматриваем диапазоне оказывает сравнительно небольшое влияние;

• наклон, кривизна и радиус кривой осадок поверхности земли зависят в наибольшей степени от диаметра тоннеля и глубины его заложения, наклон значительно в меньшей степени от давления нагнетания раствора за обделку, а кривизна и радиус - от давления пригруза в забое.

8. Применение разработанной последовательности расчета с использованием полученных формул, дает возможность определять параметры мульды осадок поверхности земли, а также значение «оптимального» и «достаточного» давлений пригруза в забое щита с учетом совокупности конструктивно-технологических факторов.

9. Для минимизации осадок поверхности земли давление пригруза должно быть равно «оптимальному» давлению Ропт, а давление нагнетания раствора -превышать давление пригруза до 10%. Для минимизации кренов кривой осадок давления пригруза и нагнетания раствора находятся в пределах «оптимального» и «достаточного» давлений пригруза и возрастают с увеличением диаметра тоннеля и степени заполнения раствором строительного зазора.

10. Для защиты наземных зданий и сооружений от возможных повреждений наряду с применением планировочных и конструктивно-технологических решений и методов стабилизации грунта, весьма эффективно применение метода компенсационного нагнетания раствора в зону между фундаментами зданий, сооружений и выработкой, позволяющее значительно ограничить осадки поверхности земли.

11. Разработанная в рамках диссертации методика прогнозирования осадок поверхности земли системы «тоннель - щит - грунтовый массив», полученные результаты, а также рекомендации конструктивно-технологического и расчетного характера могут быть использованы при проектировании и строительстве автотранспортных тоннелей щитовым способом не только в гг. Ханое и Хошимине, но и в аналогичных условиях в других городах.

Библиография Фам Ань Туан, диссертация по теме Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. -280 с.

2. Александров A.B., Потапов В.Д. Сопротивление материалов: основы теории упругости и пластичности. -М.: Высшая школа, 2002. -400 с.

3. Ашмарин И.П., Васильев H.H., Амбросов В.А. Быстрые методы статистической обработки и планирование экспериментов. -Ленинград.: Издательство Ленинградского университета, 1971.-78 с.

4. AITES, ТА, ITA. Безопасность работ при сооружении тоннелей. -М.: ТА Инжиниринг, 2005. -144 с.

5. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. -М.: Недра, 1994. -382 с.

6. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. -М.: Недра, 1982. -270 с.

7. Валиев А.Г., Власов С.Н., Самойлов В.П. Современные щитовые машины с активным пригрузом забоя для проходки тоннелей в сложных инженерно-геологических условиях. -М.: ТА инжиниринг, 2003. -227 с.

8. Владимирский С.Р., Еремеев Г.М., Миленин В.А., Смирнов В.Н. Организация, планирование и управление в мосто- и тоннелестроении. -М.: Маршрт, 2002. -416 с.

9. Власов С.Н., Маковский Л.В., Меркин В.Е. Аварийные ситуации при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей и метрополитенов. -М.: ТИМР, 2000. -197 с.

10. Волохов Е.М. Прогноз сдвижений и деформаций массива горных пород и земной поверхности при сооружении городских тоннелей глубокого заложения. Дисс. канд. техн. наук. -2004.

11. Гарбер В.А. Научные основы проектирования тоннельных конструкций с учетом технологии их сооружения. М.: высшая школа, 1996. -вып. 1. -169 с. и -вып. 2. -219 с.

12. Гарбер В.А., Никоноров В.Б., Кашко A.A. Панфилов Д.В. К вопросу обеспечения безопасного строительства второго выхода станции «Маяковская» Московского метрополитена // Подземное пространство мира. -2004. -№2-3. -С. 43-50.

13. Гарбер В.А., Кашко A.A. Панфилов Д.В. Пространственное моделирование при строительстве транспортных тоннелей // Метро и тоннели. -2004. -№5. -С. 4648.

14. Гарбер В.А., Кашко A.A. Пространственные математические модели при проходке безопасности строительства и эксплуатации подземных сооружений в городских условиях // УДК 69.034.001.57. -С. 18-21.

15. Долгих М.В. Сдвижения земной поверхности при строительстве объектов метрополитена Санкт-Пертербуага. Автореф. дисс. канд. техн. наук. -1999.

16. Зарецкий Ю.К., Карабаев М.И. Обоснование режима пригруза на забой при безосадочной проходке глубоких тоннелей в условиях городской застройки: Герсевановские чтения // ОФМГ. -2004. -№4. -С. 11-16.

17. Иофис М.А., Муллер P.A., Подаков В.Ф. Расчет деформаций земной поверхности при возведении сооружений ленинградского метрополитена / Труды ВНИМИ. -1972. -Сб. 86. -С. 54-57.

18. Иофис М.А., Муллер P.A., Подаков В.Ф. К Расчету деформаций земной поверхности при сооружении метрополитена // Транспортное строительство. -1971.-№6.-С. 44-45.

19. Маковский Л.В. Городские подземные транспортные сооружения. -М.: Стройиздат, 1985. -439 с.

20. Маковский J1.B. Проектирование автодорожных и городских тоннелей. -М.: Транспорт, 1993. -352 с.

21. Маковский Л.В. Тенденции развития технологии нового австрийского способа при строительстве транспортных тоннелей // Транспорт. -1993. -№7. -С. 57- 66.

22. Маковский Л.В. Механизированное строительство транспортных тоннелей // Транспорт.-1991.-№11.-С. 17-36.

23. Маковский Л.В., Чеботарев C.B. Ограничение осадок поверхности земли путем компенсационного нагнетания при строительстве тоннелей закрытым способом // Транспорт: наука и техника, управление. -2000. -№2. -С. 44-47.

24. Маковский Л.В. Компенсационное нагнетание в городском подземном строительстве // Подземное строительство. -С. 19-25.

25. Маковский Л.В. Эффективная технология стабилизации тоннельного забоя в слабоустойчивых грунтах // Подземное пространство мира. -2002. -№1. -С. 2325.

26. Маковский Л.В. Современные технологии проходки в сложных инженерно-геологических условиях // Метро и тоннеля. -2002. -№5. -С. 21-23.

27. Маковский JT.B., Чеботарев C.B., Лушников A.B. Продавливание под защитой экранов из труб // Транспортное строительство. -1987. -№8. -С. 20-22.

28. Маковский Л.В., Меркин В.Е. Струйная цементация грунтов при строительстве транспортных тоннелей и метрополитенов. -М.: ТИМР, 1994. -Вып. 1: Информационный обзор.

29. Маковский Л.В. Устройство опережающей крепи с применением микротоннельной технологии // Метро. -1992. -№3. -С. 57-60.

30. Маковский Л.В. Под защитой экранов из труб // Метрострой. -1980. -№4. -С. 2324.

31. Маковский Л.В., Чеботарев C.B., Сула H.A. Автотранспортные тоннели в крупных городах и мегаполисах. -М.: ТИМР, 2004. -90 с.

32. Маренный Я.И. Тоннели с обделкой из монолитно-прессованного бетона. -М.: «Транспорт», 1985.-271 с.

33. Меркин В.Е., Маковский Л.В. Прогрессивный опыт и тенденции развития современного тоннелестроения. -М.: ТИМР, 1997. -192 с.

34. Меркин В.Е. Мониторинг состояния консгрукций и окружающей среды при строительстве Лефортовского тоннеля // Метро и тоннели. -2004. -№5. -С. 4951.

35. Надежность конструкций мостов и тоннелей / сборник научных трудов МАДИ. -М.: МАДИ (ГТУ), 1986.

36. Панфилов Д.В. Методика прогнозирования деформаций земной поверхности при сооружении транспортных тоннелей на основе пространственного моделирования. Автореф. дисс.канд. техн. наук. -М.: ЦНИИС, 2005.

37. Подгорный О.В. Влияние горнопроходческих работ на деформацию массива и осадки земной поверхности. Автореф. дисс.канд. техн. наук. -1992.

38. Пособие по производству и приемке работ при сооружении горных транспортных тоннелей. -1989. -232 с.

39. Рекомендации по выбору тоннелепроходческих механизированных комплексов с активным пригрузом забоя при строительстве тоннелей в сложных инженерно-геологических условиях. -М.: ТА инжиниринг, 2004. -95 с.

40. Речицкий В.В. Прогнозирование деформаций дневной поверхности при проходке туннелей. Автореф. дисс.канд. техн. наук. -2005.

41. Самойлов В.П., Малицкий B.C. Новейшая японская техника щитовой проходки тоннелей. -М.: Империум Пресс, 2004. 232 с.

42. Справочник инженера-тоннельщика. -М.: Транспорт, 1993. -382 с.

43. СНиП 32-04-97 Тоннели железнодорожные и автодорожные.

44. СНиП 2.01.09-91 Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах.

45. Фролов Ю.С., Голицынский Д.М., Ледяев А.П. Метрополитены. М.: Желдориздат, 2001.-526 с.

46. Хуцкий В.П. Сдвижений земной поверхности при строительстве пересадочных узлов метрополитена в условиях Санкт-Пертербуаг. Автореф. дисс.канд. техн. наук. -2004.

47. Чеботаев В.В., Никоноров В.Б., Щекудов Е.В. Прогнозирование деформаций грунтового массива, зданий и сооружений при проходке Серебряноборских тоннелей // Метро и тоннели. -2005. -№2. -С. 34-35.

48. Bao cao kha thi dir an xay dirng Metro thanh pho Ho Chi Minh. -Ha Noi.: Bo Giao thong Van tai, 1996.f Г Г У

49. Bao cao dia chat cong trinh mot so dir an trong thanh pho Ha Noi va Ho Chi Minh.

50. Nguyln Ngoc Hoa. Dia chat va khoang san ta thanh pho Ho Chi Minh. -Ha Noi.: Cue dja chat Viet Nam, 1996.

51. Nguyen Viet Trung, Hoang Ha, Le Quang Hanh. Tinh toan ky thuat xay drnig tren excel. -Ha Noi.: NXB Xay dung, 2004.

52. Pham Ngoc Toan, Phan Tat Dac. Khi hau Viet Nam. -Ha Noi.: NXB Khoa hoc va ky thuat, 1993.

53. Quy hoach phat trien giao thong dirang bo Viet Nam den 2020. -Ha Noi.: Bo Giao thong Van tai, 1999.

54. Quy hoach phat triln GTVT thu do Ha Noi den 2020. -Ha Noi.: Vien chien luge phat trien GTVT, 2003.

55. Quy hoach xay dirng cac do thi Viet Nam / Vien quy hoach Do thi Nong thon. -Ha Noi.: NXB Xaydimg, 1999.f f У * < ( t

56. Tai lieu thiet ke ham chui nut nga tu Vong, ham Thu Thiem, ham Hai Van. -Ha Noi.:

57. Bo Giao thong Van Tai. % f f

58. Tran Dure Luang. Dia chat va khoang san ta thanh pho Ha Noi. -Ha Noi.: Cue diachat Viet Nam, 1978.

59. Abu-Farsakh M.Y., Voyiadjis G.Z. Computational model for the simulation of the shield tunneling process in cohesive soils // International Journal for numerical and analytical methods in geomechanics. -1999. -Vol. 23. №1. -P. 23-44.

60. Abu-krisha A. Settlement control of cwo sewer tunnel during boring El Azhar road tunnels in Cairo / Milan congress. -2001. VIII.

61. Adachi T., Kimura M., Kishida K. Experimental study on the distribution of earth pressure and surface settlement through three-dimensional trapdoor tests // Tunneling and Underground Space Technology. -2003. -Vol.18. №2-3. -P. 171-183.

62. Akbulut S., Saglamer A. Estimating the groutability of granular soils: a new approach // Tunneling and Underground Space Technology. -2002. -Vol. 17. №4. -P. 371-380.

63. An H., Sun J., Hu X. Study on intelligent method of prediction by small samples for ground settlement in shield tunneling // Tunneling and Underground Space Technology. -2004. -Vol. 19. №4-5. -P. 385.

64. Arslan U., Krajewski W., Ripper P. Advanced grouting techniques for tunnel constructions under sensitive buildings / Proceedings of Conference on Underground Space Use. London: Taylor & Francis Group, 2005. -P. 955-958.

65. Attewell P. B., Mice, Woodman J. P. Predicting the dynamics of ground settlement and its derivatives caused by tunneling in soil // Ground Engineering. -November 1982.-P. 13-36.

66. Au S.K.A., Soga K., Jafari M.R., Bolton M.D., Komiya K. Factors affecting long-term efficiency of compensation grouting in clays // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. -2003. -Vol. 129. №3. -P. 254-262.

67. Benardos A.G., Kaliampakos D.C. Modelling TBM performance with artificial neural networks // Tunneling and Underground Space Technology. -2004. -Vol. 19. №6. -P. 597-605.

68. Bernat S., Cambou B. Soil-structure interaction in shield tunnelling in soft soil // Computers and Geotechnics. -1998. -Vol. 22. №3-4. -P. 221-242.

69. Bickel J.O., Kuesel Th.R., King E.H. Tunnel Engineering handbook: the second edition. New York.: Chapman and Hall, 1996. -542 c.

70. Bobet A. Effect of pore water pressure on tunnel support during static and seismic loading // Tunneling and Underground Space Technology. -2003. -Vol. 18. №4. -P. 377-393.

71. Boulanger R.W., Hayden R.F. Aspects of Compaction Grouting of Liquefiable Soil // Journal of Geotechnical Engineering. -1995. -Vol. 121. №12. -P. 844-855.

72. Celestino T.B., Gomes R.A.M.P., Bortolucci A.A. Errors in ground distortions due to settlement trough adjustment // Tunneling and Underground Space Technology. -2000. -Vol. 15. №1. -P. 97-100.

73. Chi S.Y., Chern J.Ch., Lin Ch.Ch. Optimized back-analysis for tunneling-induced ground movement using equivalent ground loss model // Tunneling and Underground Space Technology. -2001. -Vol. 16. № 3. -P. 159-165.

74. Chou W.I., Bobet A. Predictions of ground deformations in shallow tunnels in clay // Tunneling and Underground Space Technology. -2001. -Vol. 17. №1. -P. 3-19.

75. Ding W.Q., Yue Z.Q., Tham L.G., Zhu H.H., Lee C.F., Hashimoto T. Analysis of shield tunnel // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. -2004. -Vol. 28. №1. -P. 57-91.

76. El-Kelesh A.M., Mossaad M.E., I.M. Model of Compaction Grouting // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. -2001. -Vol. 127. №11. -P. 955964.

77. Ercelebi S.G., Copur H., Bilgin N., Feridunoglu C. Surface settlement prediction for Istanbul metro tunnels via 3D FE and empirical methods / Proceedings of Conference on Underground Space Use. London: Taylor & Francis group, 2005. -P. 163-169.

78. Ezzeldine O.Y. Estimation of the surface displacement field due to construction of Cairo Metro Line EL Khalafawy St. Therese // Tunneling and Underground Space Technology. -1999. -Vol. 14. №3. -P. 267-279.

79. Galli G., Grimaldi A., Leonardi A. Three-dimensional modelling of tunnel excavation and lining// Computers and Geotechnics. -2004. -Vol. 31. № 3. -P. 171-183.

80. Gioda G., Swoboda G. Developments and applications of the numerical analysis of tunnels in continuous media // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. -1999. -Vol. 23. №13. -P. 1393-1405.

81. González C., Sagaseta C. Patterns of soil deformations around tunnels. Application to the extension of Madrid Metro // Computers and Geotechnics. -2001. -Vol. 28. №6-7. P. 445-468.

82. Hwang R.N., Wu D.J., Lee C.J. Pore pressure response to shield tunneling in soft clay / Proceedings of the south East Asian Symposium on Tunneling and Underground Space Development. Bangkok. 18-19 Januaty 1995. -P. 33-41.

83. Hwang R.N., Fan C.B., Yang G.R. Consolidation settlements due to tunneling / Proceedings of the south East Asian Symposium on Tunneling and Underground Space Development. Bangkok (Thailand). 18-19 Januaty 1995. -P. 79-87.

84. Japanese standard for shield tunneling, the third edition. Japan Society of Civil Engineers. -1996. -219 c.

85. Jun S., Yongfu X., Hongwei Y. A study on environment ground settlement control in urban district under shield tunneling / Milan congress. -2001. VI. -P. 393-400.

86. Kashima Y., Kondo N., Inoue M. Experiments for development of the DPLEX shield method / Proceedings of the south East Asian Symposium on Tunneling and Underground Space Development. Bangkok (Thailand). 18-19 Januaty 1995. -P. 301309.

87. Kasper Th., Meschke G. A 3D finite element simulation model for TBM tunnelling in soft ground // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. -2004. -Vol. 28. №14. -P. 1441-1460.

88. Kim C.Y., Bae G.J., Hong S.W., Park C.H., Moon H.K., Shin H.S. Neural network based prediction of ground surface settlements due to tunneling // Computers and Geotechnics. -2001. -Vol. 28. №6-7. -P. 517-547.

89. Kim S.H., Kim N.Y., Chung H.S. Prediction of final displacement of tunnel section during excavation / Milan congress. -2001. VI. -P. 417-424.

90. Kooi C.B., Verruij A. Interaction of circular holes in an infinite elastic medium// Tunneling and Underground Space Technology. -2001. -Vol. 16. №1. -P. 59-62.

91. Koyama Y. Present status and technology of shield tunneling method in Japan // Tunneling and Underground Space Technology. -2003. -Vol. 18. №2-3. -P. 145-159.

92. Kulesza R., Wu Ch. Displacement monitoring on the Muni Metro // Tunnels & Tunnelling. March 1996. -P. 32-34.

93. Kumar P. Infinite elements for numerical analysis of underground excavations// Tunneling and Underground Space Technology. -2000. -Vol. 15. №1. -P. 117-124.

94. Hamza M., Ata. A., Roussin A. Ground movements due to the construction of cut-and-cover structures and slurry shield tunnel of the Cairo metro // Tunneling and Underground Space Technology. -1999. -Vol. 14. №3. -P. 281-289.

95. Li X. Stress and displacement fields around a deep circular tunnel with partial sealing // Computers and Geotechnics. -1999. -Vol. 24. №2. -P. 125-140.

96. Li X., Flores-Berrones R. Time-dependent behavior of partially sealed circular tunnels // Computers and Geotechnics. -2002. -Vol. 29. №6. -P. 433-449.

97. Liu W., Luo F., Mei J. A new construction method for a metro station in Beijing // Tunneling and Underground Space Technology. -2000. -Vol. 15. №4. -P. 409-413.

98. Loganathan N., Poulos H.G. Analytical prediction for tunneling-induced ground movements in clays // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. -1998. -Vol. 124. №9. -P. 846-856.

99. Makovsky L., Shchekudov Ye. Computer-aided simulation of the behavior of pre-reinforced supports in transportation tunnel engineering / Proceedings of Conference on Underground Space and Rock Mechanics. -2005. -P. 204-207.

100. Manual version 2.0 of program Plaxis 3D tunnel.

101. Manual version 1.1 of program Plaxis 3D tunnel.

102. Mestat Ph., Bourgeois E., Riou Y. Numerical modeling of embankments and underground works // Computers and Geotechnics. -2004. -Vol. 31. №3. -P. 227-236.

103. Miller E.A., Roycroft G.A. Compaction Grouting Test Program for Liquefaction Control // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. -2004. -Vol. 130. №4. -P. 355-361.

104. Mori K., Abe Y. Large rectangular cross-section tunneling by the multi-micro shield tunneling (MMST) method // Tunneling and underground Space Technology. -2004. -Vol. 20. №2.-P. 129-141

105. Mroueh H., Shahrour I. A full 3-D finite element analysis of tunneling-adjaccnt structures interaction // Computers and Geotechnics. -2003. -Vol. 30. №3. -P. 245253.

106. Ng C. W. W., Lee G. T. K. A three-dimensional parametric study of the use of soil nails for stabilising tunnel faces // Computers and Geotechnics. -2002. -Vol. 29. №8. -P. 673-697.

107. Nichols S.C., Goodings D.J. Physical Model Testing of Compaction Grouting in Cohesionless Soil // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. -2000. -Vol. 126. №9. -P. 848-852.

108. Nishimaki A., Mitarashi Y., Uematsu S. Study of the effect of the AGF method / Proceedings of the south East Asian Symposium on Tunneling and Underground Space Development. Bangkok (Thailand). 18-19 January 1995. -P. 125-133.

109. Oettl G., Stark R.F., Hofstetter G. A comparison of elastic-plastic soil models for 2D FE analyses of tunneling // Computers and Geotechnics. -1998. -Vol. 23. -№1-2. -P.19.38.

110. Ortigao A.R., Shi J. Settlement modeling // Tunnels & Tunnelling International. -10/1998.-P. 30-31.

111. Pang C.H., Yong K.Y., Dasari G.R. Some considerations in finite element analysis of tunneling / Proceedings of Conference on Underground Space Use. London: Taylor & Francis Group, 2005. -P. 1149-1154.

112. Park K.H. Elastic solution for tunneling-induced ground movements in clays // International Journal of Geomechanics. -2004. -Vol. 4. №4. -P. 310-318.

113. Park K.H. Analytical solution for tunnelling-induced ground movement in clays // Tunneling and Underground Space Technology. -2005. -Vol. 20. №3. -P. 249-261.

114. Rechitsky V.V. Investigation of the day surface settlement profile in tunneling / Proceeding of Conference on Underground Space and Rock Mechanics. -M.: TA Engineering, 2005. -P.128-133.

115. Roisin V. Settlement problems in connection with tunneling in soft ground // Adv. Tunnel. Technol. & Subsurf. Use. -Vol. 4. № 4. -P. 173-183.

116. Roland Herr. Faster, larger Spanish: M-30 in Madrid/E // Tunnel. August 2006. -C. 17-25.

117. Schuller H., Schweiger H.F. Application of a Multilaminate Model to simulation of shear band formation in NATM-tunnelling // Computers and Geotechnics. -2002. -Vol. 29. №7. -P. 501-524.

118. Shi J., Ortigao J.A.R., Bai J. Modular neural networks for predicting settlements during tunneling // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering.1998. -Vol. 124. №5. -P. 389-395.

119. Strack O.E., Verruijt A. A complex variable solution for a deforming buoyant tunnel in a heavy elastic half-plane // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. -2002. -Vol. 26. №12. -P. 1235-1252.

120. Swoboda G., Abu-Krisha A. Three-dimensional numerical modelling for TBM tunnelling in consolidated clay // Tunneling and Underground Space Technology.1999. -Vol. 14. №3. -P. 327-333.

121. Takahashi Y., Kaji S. Three dimensional measuring and analyzing system for tunnel excavation / Proceedings of the south East Asian Symposium on Tunneling and Underground Space Development. Bangkok (Thailand). 18-19 January 1995. -P. 5563.

122. Teachavorasinskun S., Muramatsu M., Sueoka T. Non-linear model for excavation of soft and hard soils / Proceedings of the south East Asian Symposium on Tunneling and

123. Underground Space Development. Bangkok (Thailand). 18-19 January 1995. -P. 175185.

124. Unlu T., Gercek H. Effect of Poisson's ratio on the normalized radial displacements occurring around the face of a circular tunnel // Tunneling and Underground Space Technology. -2003. -Vol. 18. №5. p. 547-553.

125. Verruijt A. A complex variable solution for a deforming circular tunnel in an elastic half-plane // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. -1997. -Vol. 21. №2. -P. 77-89.

126. Wang J.J., Chang C.T. Subsurface subsidence due to tunneling by EPB shield / Proceedings of the south East Asian Symposium on Tunneling and Underground Space Development. Bangkok (Thailand). 18-19 January 1995. -P. 217-223.

127. Xu Y., Sun D., Sun J., Fu D., Dong P. Soil disturbance of Shanghai silty clay during EPB tunneling // Tunneling and Underground Space Technology. -2003. -Vol. 18. №5. -P. 537-545.

128. Yang J.S., Liu B.C., Wang M.C. Modeling of tunneling-induced ground surface movements using stochastic medium theory // Tunneling and Underground Space Technology. -2004. -Vol. 19. №2. -P. 113-123.

129. Yoo Ch., Kim J.H. A web-based tunneling-induced building / utility damage assessment system: TURISK// Tunneling and Underground Space Technology. -2003. -Vol. 18. №5. -P. 497-511.

130. НЕКОТОРЫЕ ВИДЫ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ЩИТОВ НОВОГО1. ПОКОЛЕНИЯ

131. Рис Ш. I. МЩ с шарнирным корпусом диаметром 4,45 м (а) и стыкующийся МЩ диаметром 3,34 м (б) фирмы «Мицубиси»

132. Рис П1.2. Вертикально-поворотные (а); горизонтально-поворотные (б)и разветвляющиеся (в) МЩ

133. Рис П1.3. Двухочковые МЩ горизонтальной ориентации (а); единый трехроторныйщит (б); блочный трехроторный щит (в)

134. Рис П1.4. Усовершенствованный двойной щит (а); двойной щит диаметром 14,18/9,35 м фирмы «Ишикавадзима Харима»

135. Рис П 1.5. МЩ горизонтально-прямоугольного сечения (а); МЩ с центральными и периферийно-угловыми роторными рабочими органами (б)

136. Рис П1.6. МЩ с многоосными роторными органами (а); изолирующие МЩ (б); МЩ для сооружения тоннелей с прессбетонной обделкой 1-ого типа (в)

137. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ МУЛЬДЫ ОСАДОК ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ЩИТОВОЙ ПРОХОДКЕ ТОННЕЛЕЙ В ГГ. ХАНОЕ И ХОШИМИНЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ.

138. А. Задача 1: Исходные данные

139. Инженерно-геологические условия: осредненные условия в г. Ханое.

140. Механизированный щит с гидропригрузом диаметром D = 11,5 м.

141. Глубина заложения тоннеля Н = 13 м.

142. Поверхностная нагрузка от зданий В = 80 кПа (4-этажное здание).

143. Степень заполнения раствором строительного зазора G =70 %

144. Расчет давлений пригруза и нагнетания

145. Давление пригруза в забое щита Р: в расчетах принято «оптимальное» давление Р0Пт, определяемое по формуле (4.13) и равное 206 кПа, а «достаточное» Pmin определяется по формуле (4.14) и равно 130 кПа.

146. Давление нагнетания раствора за обделку Q принято 1,10 Р0Пт = 227 кПа.

147. Результаты расчета параметров мульды осадок

148. Максимальная осадка определена по формуле (4.11) и равнаr)m = 45,33 мм.

149. Абсцисса точки перегиба кривой осадок определена по формуле (4.12) и равнаi = 9,015 м.

150. Максимальный наклон, максимальная кривизна и минимальный радиус кривой осадок определены по формулам (4.7) (4.9) и равныjmax= 0,00305; kmax= 0,000249 1/м;1. Я,™ = 4017 м.

151. Функции кривой осадок поверхности земли, наклона, кривизны и радиуса кривой осадок определяются по формулам (4.3) (4.6):77 = 45,33е162,5551. Л =~0,56хе 162'55,2к = -0,5 бе 162-55 (1 -—), 81,27145,73 162,55 81,27-х

152. Величины параметров мульды осадок земной поверхности для разных расстояний х от оси тоннеля приведены в табл. п2.1.1. Табл. п2. 1.

153. Расстояние X (м) 0 2,254 (0,251) 4,508 (0,50 9,015 (0 15,614 Ф) 18,030 (21) 22,538 (2,51) 27,045 (31)

154. Значение Г.(мм) 45,330 43,935 40,004 27,495 10,115 6,136 1,992 0,5040 0,00122 0,00222 0,00305 0,00194 0,00136 0,00055 0,00017к (1/м) -0,000558 -0,000507 -0,000369 0 0,000249 0,000226 0,000129 0,00005

155. И(м) -1793 -1973 -2709 4017 4416 7771 20169

156. Отмечено, что х = 1 точка максимального наклона кривой осадок, х = л/з7 - точка максимальной кривизны или минимального радиуса кривой осадок.1. В. Задача 2:1. Исходные данные

157. Инженерно-геологические условия: осредненные условия в г. Ханое.

158. Механизированный щит с гидропригрузом диаметром О = 13 м.

159. Глубина заложения тоннеля Н = 22 м.

160. Поверхностная нагрузка от зданий В = 70 кПа (здание в 3,5 этажа).

161. Степень заполнения раствором строительного заз.

162. Расчет давлений пригруза и нагнетания

163. Давление пригруза в забое щита Р: в расчетах принято «on, давление Ропт, определяемое по формуле (4.13) и равное 357 , «достаточное» Pmin определяется по формуле (4.14) и равно 158 кПа.

164. Давление нагнетания раствора за обделку Q принято 1,10 Ропг = 393 кПа.

165. Результаты расчета параметров мульды осадок

166. Максимальная осадка определена по формуле (4.11 ) и равнаr)m= 51,710 мм.

167. Абсцисса точки перегиба кривой осадок определена по формуле (4.12) и равнаi = 12,175 м.

168. Максимальный наклон, максимальная кривизна и минимальный радиус кривой осадок определены по формулам (4.7) (4.9) и равныjmax= 0,00258;kmax= 0,000156 1/м;1. Rmin= 6424 м;

169. Функции кривой осадок поверхности земли, наклона, кривизны и радиуса кривой осадок определяются по формулам (4.3) (4.6):= 5\,l\e 296'40.х11. Л = -0,3 5хе 296'40,х2k=- 0,35е 29М0(1--—),148,211. R =--424,87 , е296А0.148,21-х

170. Величины параметров мульды осадок земной поверхности для разных расстояний х от оси тоннеля приведены в табл. п2.2.1. Табл. п2. 2.

171. Расстояние х (м) 0 2,254 (0,251) 4,508 (0,51) 9,015 (0 15,614 (л/з7) 18,030 (2!) 22,538 (2,5!) 27,045 (35)

172. Значение Т1(мм) 51,710 50,119 45,633 31,361 11,535 6,995 2,271 0,5740 0,00103 0,00187 0,00258 0,00164 0,00115 0,00047 0,00014к (1/м) -0,000349 -0,000317 -0,000231 0 0,000156 0,000142 0,000080 0,000031-2867 -3155 -4331 6424 7062 12433 32280

173. Отмечено, что х = { точка максимального наклона кривой осадок, х = л/з7 - точка максимальной кривизны или минимального радиуса кривой осадок.

174. Проректор МАДИ (ГТУ) по научной д.т.н., профессор1. Носов В.П.

Похожие работы

Строительство
05.23.00