автореферат диссертации по строительству, 05.23.15, диссертация на тему:Обеспечение долговечности и безопасности конструкций транспортных тоннелей и метрополитенов при их проектировании, строительстве и эксплуатации

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложено краткое содержание двух монографий автора, изданных в 1996 г. и 1998 г.

Наиболее существенные научные выводы и практические результаты заключается в следующем:

По методическому обеспечению

1. На основе выполненного системно-структурного анализа проблемы долговечности и безопасности тоннелей и метрополитенов определены следующие основные области применения имитационного и математического моделирования в решении конструктивно-технологических проблем транспортного тоннелестроения: оптимизация общей схемы организации работ по проходке тоннеля и отдельных проходческих операций; управление технологическим процессом сооружения тоннелей и метрополитенов; анализ стоимостных показателей строительства с оценкой влияния возникающих затруднений на ход и стоимость сооружения тоннеля; прогноз технико-экономической эффективности нововведений в тоннелестроении; выбор метода строительства с оценкой его продолжительности; оптимизация использования материалов в конструкциях при их проектировании.

2. Разработан комплексный метод расчета и проектирования тоннельных конструкций, позволяющий исследовать значительную часть конструктивно-технологических проблем транспортного тоннелестроения. Основой метода является универсальная модель процесса загружения подземных конструкций, позволяющая рассчитывать подземные конструкции произвольного односвязного и многосвязного очертания.

Модель позволяет осуществлять расчет многослойных конструкций из различных материалов с учетом реальных нелинейных свойств материала конструкций, породного массива на контакте с конструкцией, конструктивной, физической и геометрической нелинейностей системы "обделка-порода".

Модель позволяет получать и фиксировать подробную картину разрушений, происходящих в конструкции в процессе ее загружения

3. Системно-структурный анализ технико-экономических показателей строительства тоннелей и метрополитенов позволил выявить, что стоимость и трудоемкость сооружения объектов линии метрополитена зависит от 106 факторов, объединенных в девять групп, каждая из которых может подразделяться на смысловые подгруппы. Каждый из 15 видов объектов линии метрополитенов может характеризоваться подмножеством факторов, включающим в себя только по одному фактору из каждой смысловой подгруппы.

Стоимость и трудоемкость сооружения объектов горного тоннеля зависят от 60 факторов, объединенных в 8 групп, каждая из которых может подразделяться на смысловые подгруппы. Каждый из 3 видов объектов горного тоннеля может характеризоваться подмножеством факторов, включающим в себя только по одному фактору из каждой смысловой подгруппы.

На основе проведенной структуризации разработаны имитационные модели стоимости и трудоемкости тоннельного строительства и экспресс-метод определения этой стоимости и трудоемкости на стадии технико-экономического обоснования.

4. Разработана модель календарно-сетевого планирования строительства протяженных тоннелей в сложных инженерно-геологических условий, позволяющая из множества N возможных работ выбрать последовательность К работ, обеспечивающую достижение конечной дели - выполнение определенного объема работ в минимальные сроки с соблюдением ограничений по Ь видам ресурсов и по М типам логических взаимосвязей между работами. Модель обеспечивает возможность оперативного учета непредвиденных изменений инженерно-геологической и гидрологической обстановки на трассе строительства.

5. Разработана модель процесса проходки шахтного ствола. На основе использования этой модели получены номограммы и таблицы, которые следует использовать для определения параметров вертикальной крепи.-------------'

В области проектирования и строительства основных объектов подземного транспортного строительства

6. Разработаны рекомендации по оптимизации форм, типов и размеров конструкций колонных станций, перегонных тоннелей метрополитенов и транспортных тоннелей.

7. Даны рекомендации по определению на стадии ТЭО стоимости и трудоемкости строительства основных видов подземных транспортных сооружений, позволяющие осуществлять сравнение вариантов строительства без составления сметных расчетов.

8. Даны рекомендации по оптимизации процесса организации строительства тоннелей и метрополитенов в части планирования транспортных операций.

В области обеспечения долговечности и безопасности конструкций действующих метрополитенов

9. Разработан алгоритм обеспечения долговечности и безопасности действующих объектов метрополитена, находящихся в зоне строительства-новых объектов городской инфраструктуры, включающий в себя следующие виды работ: натурное обследование тоннельных конструкций с фиксацией их фактического технического состояния на период до начала строительства новых объектов городской инфраструктуры; обследование геофизическими (неразрушающими) методами заобделочного пространства тоннелей с фиксацией фактического состояния контакта "порода-обделка" и определением фактических де-формативных свойств этого контактного слоя; определение фактических запасов прочности эксплуатируемых тоннельных конструкций на период до начала строительства в зоне их влияния новых объектов городской инфраструктуры; оценка влияния процесса строительства новых городских объектов на техническое состояние расположенных в зоне строительства эксплуатируемых объектов метрополитена; разработка и реализация защитных мероприятий по обеспечению эксплуатационной надежности указанных выше объектов метрополитена; мониторинг технического состояния эксплуатируемых объектов метрополитена в процессе строительства городских объектов, расположенных в зоне влияния метрополитена, с принятием оперативных решений по предотвращению нештатных (аварийных и предаварийных) ситуаций в процессе строительства.

10. Установлено, что для обеспечения безопасности эксплуатируемых объектов метрополитена необходимо регламентировать наличие следующих зон городской территории: зона землепользования; техническая зона первой категории - определяется по техническим параметрам взаимного влияния городской застройки и сооружений метрополитена; техническая зона второй категории - определяется по экологическим параметрам; техническая зона третьей категории определяется по при-родно-техногенным факторам.

Понятие "технических зон эксплуатируемых метрополитенов" базируется на концепции технических зон и на классификации объектов метрополитена.

Концепция технических зон обосновывает размеры этих зон на основе учета следующих факторов:

1. Влияние выработок метрополитена на объекты, расположенные на земной поверхности.

2. Влияние объектов на земной поверхности на выработки метрополитенов. ---

3. Влияние экологических факторов, в том числе: биологической агрессии; агрессии тяжелых металлов; химической агрессии; выноса в тоннели нефтепродуктов и промышленных стоков; шума и вибрации от движения электропоездов и работающего оборудования.

4. Влияние эксплуатационных требований технических служб метрополитена, необходимых для обеспечения нормальных и безопасных условий его эксплуатации.

5. Влияние обводненности и карстово-суффозионных явлений по трассе линий метрополитена.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Гарбер В.А. Программы составления системы канонических уравнений метода сил, их решения и определения напряженно-деформированного состояния конструкции. Совершенствование методов расчета тоннельных конструкций. М., 1974 (Сб. научн. тр. ЦНИИС Минтрансстроя, № 81).

2. Гарбер В.А. Математическая модель напряженно-деформированного состояния многосвязных подземных конструкций. Вопросы автоматизации проектных и исследовательских работ в тоннелестроении. М., 1976. (Сб. научн. тр. ВНИИ трансп. стр-ва, № 87).

3. Гарбер В.А. Методика расчета на ЭВМ подземной конструкции сложного поперечного очертания. Там же.

4. Гарбер В.А. Нелинейный расчет подземных конструкций. Все-союз. научн. конф. "Проблемы механики подземных сооружений". Л.,

1978.

5. Гарбер В.А. Тоннели и метрополитены: Методические указания по использованию ЭВМ при курсовом и дипломном проектировании для студентов специальности "Мосты и тоннели". М.: ВЗИИТ,

1979.

6. Гарбер В.А. Основные направления разработки АСУ ТП тоннеле- и метростроения. Всесоюз. научно-техническая конф. М., 1979.

7. Гарбер В.А. Комплекс программ по расчету подземных конструкций применительно к ЭВМ "Минск-32". Отраслевой фонд алгоритмов и программ., 1979.

8. Гарбер В.А. Оптимизация календарно-сетевого планирования строительства тоннелей большой протяженности в сложных условиях: Программа для ЕС ЭВМ. Госфонд алгоритмов и программ., 1980. -(№5919/2714).

9. Гарбер В.А. Расчет подземных конструкций произвольного очертания на произвольную нагрузку: Программа для ЕС ЭВМ. Госфонд алгоритмов и программ., 1981.- (№ П004951).

10. Гарбер В.А. Универсальная математическая модель процесса загружения подземных конструкций. Вопросы математического моделирования, расчета и повышения надежности тоннельных сооружений. М.: 1981. - (Тр. ВНИИ транспортного стр-ва; Выл. № III).

11. Гарбер В.А. Учет нелинейности свойств материала конструкции и породного массива, а также физической, конструктивной и геометрической нелинейности расчетной схемы при расчете подземных конструкций. Там же.

12. Гарбер В.А. Нелинейный расчет подземных конструкций произвольного очертания: Программа для ЕС ЭВМ. Госфонд алгоритмов и программ., 1984.

13. Гарбер В.А. Экспресс-метод определения стоимости и трудоемкости тоннельного строительства в различных инженерно-геологических условиях: Программа для ЕС ЭВМ. Госфонд алгоритмов и программ., 1984. - (№ П008174).

14. Гарбер В.А. Дмитриев М.Г. Программы вычисления усилий в стержневой части основной системы конструкции в комплексе "Модель ЦНИИС". Совершенствование методов расчета тоннельных конструкций. М., 1974 (Сб.научн.тр. ЦНИИС Минтрансстроя, № 81).

15. Гарбер В.А., Бирюков O.A., Манюкова Н.Е. Методические рекомендации по расчету подземных конструкций произвольного очертания при произвольно заданной нагрузке. - М.,1976.

16. Гарбер В.А., Манюкова Н.Е., Бирюков O.A. Расчет обделок кругового и коробкового очертания: Программа для ЭВМ БЭСМ-4. Отраслевой фонд алгоритмов и программ., 1977.

17. Гарбер В.А., Бирюков O.A., Афендиков JI.C. Составление оптимальных календарных графиков: Программа для ЭВМ БЭСМ-4. Отраслевой фонд алгоритмов и программ., 1977.

18. Гарбер В.А., Воробьев JI.A., Рыбаков С.М. Напряженно-деформированное состояние обделки горного тоннеля. Трансп. стро-во, 1978, № 7, с.45.

19. Гарбер В.А., Евдокимова М.Б. Программа оптимального управления процессом разработки породы рабочим органом механизированного щита. Отраслевой фонд алгоритмов и программ, 1980. - (№ 5919/2566).

20. Гарбер В.А., Евдокимова М.Б. Программа управления установкой копиррезца для уширения выработки при разработке породы механизированным щитом на криволинейных участках тоннеля. Отраслевой фонд алгоритмов и программ. 1980. - (№ 5919/2595).

21. Устройство для автоматического регулирования режима привода подачи рабочего органа проходческого щита: A.c. 962615 СССР: МКИ Е 21 С 35/24/ Гарбер В.А., Татаринов Н.В., Козелев В.А., Маркович М.М. - № заявки 3227374; Заявлено 29.12.80; опубликовано 30.09.82, Бюл. № 36.

22. Устройство для автоматического регулирования режима привода подачи рабочего органа проходческого щита: A.c. 876996 СССР: МКИ Е 21 С 35/24/ Гарбер В.А., Немченко А.П., Татаринов Н.В. - № заявки 2836482; заявлено 27.09.80; опубл. 30.10.81., Бюл. № 40.

23. Способ изготовления гнутых элементов металлической крепи: A.c. 1215794 СССР: МКИ В 21 Д 7/00/ Гарбер В.А., Душницкий В.М., Пассек В.В., Курисько A.C., Рзянкин Д.Б. - № заявки 3835781; заявлено 28.12.84; опубл.07.03.86, Бюл. № 9.

24. Гарбер В.А., Лысенко Ю.П. О стандартизации методов расчета подземных конструкций. Метрострой, 1986, № 4.

25. Виноградов Б.Н., Гарбер В.А. Определение деформативных характеристик известняков. Метрострой, 1970, № 5.

26. Дмитриев М.Г., Гарбер В.А. Моделирование напряженного состояния подземных конструкций. 3-я Всесоюзн. конф. по экспериментальным методам исследования. Новосибирск, 1973.

27. Дмитриев М.Г., Гарбер В.А. Моделирование статического напряженно-деформированного состояния подземных конструкций. Трансп. стр-во, 1974, № 1.

28. "Руководство по проектированию, изготовлению и сооружению перегонных тоннелей метрополитена из цельносекционных обделок". Москва, 1978 г. В.Г. Голубов, И.Я. Дорман , В.А. Гарбер и др.

29. "Тоннели". Справочно-методическое пособие. Москва, 1979 г. С.Н. Власов, В.Е. Меркин, И.Я. Дорман, Е.А. Демешко, В.А. Гарбер и др.

30. Афендиков JI.C., Гарбер В.А., Меркин В.Е. Оптимизация ка-лендарно-сетевого планирования работ по сооружению тоннелей. Транспортное стр-во, 1981, № 3, с. 12.

31. Самойлов В.П., Гарбер В.А. Математическая модель процесса вдавливания замкнутого клинового контура в весомую сыпучую среду. Вопросы математического моделирования, расчета и повышения надежности тоннельных сооружений. М., 1981- (тр.ВНИИ трансп. стр-ва; Вып. III).

32. Власов С.Н., Волков Ф.Ф., Гарбер В.А., Бессолов В.А., Ко-зелев В.А. Повышение эффективности управления строительством тоннелей БАМ. Метрострой, 1982, № 5.------

33. Власов С.Н., Теленков H.H., Гарбер В.А. Экспериментальный образец АСУ ТП в Ленинграде. Метрострой, 1982, № 6.

34. Афендиков Л.С., Гарбер В.А., Меркин В.Е. Современные конструкции и технология сооружения транспортных тоннелей (зарубежный опыт). М., 1986.

35. Руководство по автоматизированному расчету обделок подземных транспортных сооружений. Гарбер В.А., Гульбе В.И., Лянда A.A., Лысенко Ю.П. М. ВНИИТС, 1987 г.

36. Рекомендации по учету и оценке агрессивности Среды при проектировании и сооружении метрополитенов. Гарбер В.А., Балашов A.B. М. ВНИИТС, 1992 г.

37. Меркин В.Е., Л.В.Маковский, В.А.Гарбер. Проектирование и строительство тоннелей в закастованных грунтах. Сборник- приложение к ж-лу "Подземное пространство мира", № 3, 1994 г. ТИМР.

38. Гарбер В.А. Ресурсосберегающие технологии в метростроении. Ж-л "Транспортное строительство" № 4-5, 1995 г. стр.36-40.

39. Гарбер В.А. Развитие способов и средств механизации для строительства и реконструкции метрополитенов. Ж-л "Транспортное строительство" № 11, 1995 г., стр.43-45.

40. Гарбер В.А. Развитие и внедрение современных экономичных методов расчета подземных конструкций.

Сб. научных трудов ЦНИИС. М., 1995 г.

41. Власов С.Н., Гарбер В.А., Меркин В.Е. Прогрессивные технологии в мировом тоннелестроении. Ж-л "Подземное пространство мира" № 5, 1996 г., стр.3-12.

42. Гарбер В.А. "Тоннели. Научные основы проектирования тоннельных конструкций с учетом технологии их сооружения" в 2-х томах, 25 п.л., Москва, АО "ЦНИИС", 1996 г.

43. Гарбер В.А. Мониторинг состояния эксплуатируемых тоннелей метрополитена в условиях развития городской инфраструктуры. Труды Международной конференции "Подземный город: геотехнология и архитектура". С-Петербург, 8-10 сентября 1998 г., стр.443-446.

44. Гарбер В.А. Метрополитены. Долговечность тоннельных конструкций в условиях эксплуатации и городского строительства. 10 п.л. Москва, АО "ЦНИИС", 1998 г.

Лицензия ПЛД № 53-510 от 22.10.1999 г. Заказ 28. Объем 5,25 печ.л. Тираж 100 экз, Отпечатано в типографии ОАО ЦНИИС.