автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Сдвижение земной поверхности при строительстве пересадочных узлов метрополитена в условиях Санкт-Петербурга

На правах рукописи

Хуцкий Виктор Павлович

С

СДВИЖЕНИЕ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПЕРЕСАДОЧНЫХ УЗЛОВ МЕТРОПОЛИТЕНА В УСЛОВИЯХ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА.

Специальность 05.23.11. Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2003

Работа выполнена на кафедре «Тоннели и метрополитены» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения МПС РФ»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Фролов Юрнй Степанович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Кулагин Николай Иванович

кандидат технических наук Захаров Евгений Михайлович

Ведущая организация: ОАО «Метрострой»

Защита диссертации состоится 03 июля 2003 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 218.008.01 в Петербургском государственном университете путей сообщения МПС РФ по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский проспект, 9, аудаггория 3-237.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПГУПС МПС РФ.

Автореферат разослан« » 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н., профессор

Забродин М.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы.

С развитием сети метрополитена в крупных городах увеличивается число пересадок на линиях. В настоящее время в Санкт-Петербурге > построено и находится в эксплуатации семь пересадочных узлов.

Программой развития метрополитена до 2015 года намечено сооружение узлов пересадки в центральной и плотно застроенной части Петербурга («Сенная площадь», «Василеостровская», «Петроградская», «Выборгская», «Московские ворота», «Кировский завод»).

При сооружении пересадочных узлов большое значение приобретает проблема выбора объемно-планировочных, конструктивных и технологических решений минимизирующих воздействие подземного строительства на здания и сооружения, многие из которых являются памятниками архитектуры. Эта проблема приобретает еще большую актуальность при сооружении пересадочных узлов на линиях глубокого заложения в условиях плотной городской застройки, где в зону сдвижения вовлекается большая площадь земной поверхности и как следствие многочисленные здания, сооружения и подземные коммуникации. При этом, от объемно-планировочных решений пересадочных узлов, от того, как расположен объект на поверхности относительно тоннелей и в какой последовательности тоннели его подрабатывают, в значительной степени зависит величина получаемых наземным объектом деформаций.

Необходимо отметить, что разработками методов прогноза сдвижения земной поверхности при строительстве метрополитена занимались многие исследователи. Однако, все имеющиеся методы определяют только конечный результат прогнозируемых величин сдвижения земной поверхности в главных сечениях мульды и не позволяют рассчитывать сдвижение с учетом временного

И716

направлении к оси тоннеля. А без решения этих вопросов невозможно с достаточной степенью точности определять сдвижение земной поверхности при строительстве пересадочных узлов, которые представляют собой различно ориентированные относительно друг друга станции метрополитена и систему соединяющих эти станции пересадочных коммуникаций.

Цель и задачи исследований.

Целью работы является научное обоснование методики прогнозирования сдвижения земной поверхности во времени и пространстве с учетом объемно-планировочных решений и последовательности строительства сооружений, входящих в состав пересадочного узла

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- обзор и анализ существующих методов прогнозирования сдвижения земной поверхности при строительстве метрополитенов;

- анализ натурных наблюдений за сдвижением земной поверхности при строительстве метрополитена в Петербурге;

- исследование процесса оседания земной поверхности в движущейся мульде при проходке станционных тоннелей;

- исследование взаимосвязи между горизонтальной и вертикальной составляющей сдвижения земной поверхности;

- натурные исследования влияния объемно-планировочных решений пересадочных узлов на характер и величину оседания земной поверхности;

- разработка методики прогнозирования сдвижения земной поверхности во времени и пространстве при сооружении пересадочных узлов.

- сравнение результатов прогнозных расчетов оседания земной поверхности по предлагаемой методике с результатами натурных наблюдений.

Методы исследований.

- аналитические решения задач геомеханики с использованием положений теории упругости и теории ползучести;

- анализ и обработка данных натурных исследований сдвижения земной поверхности;

- выполнение практических расчетов и сопоставление результатов, полученных по предложенной методике, с данными натурных наблюдений за оседанием земной поверхности при строительстве метрополитена в Петербурге.

Автор защищает:

1. Концепцию прогнозирования сдвижений земной поверхности при сооружении пересадочных узлов, отражающую процесс развития сдвижения во времени и пространстве.

2. Закономерности влияния объемно-планировочных решений пересадочных узлов на характер и величину оседания земной поверхности.

3. Параметры сдвижения земной поверхности в динамической мульде.

4. Функциональную зависимость горизонтальных деформаций от кривизны мульды сдвижения земной поверхности..

Научная новизна работы:

- впервые разработана методика, обеспечивающая прогноз сдвижения земной поверхности во времени и пространстве при сооружении пересадочных узлов метрополитена в Петербурге;

- впервые установлены зависимости, определяющие характер и величину сдвижения земной поверхности при сооружении пересадочных узлов;

- решена задача определения параметров мульды сдвижения земной поверхности в произвольном направлении к оси сооружаемого тоннеля;

- установлены закономерности процесса сдвижения земной поверхности в динамической мульде и дано решение для расчета величины горизонтальной составляющей сдвижения.

Практическая значимость работы.

Полученные результаты и сделанные выводы позволяют прогнозировать с достаточной для практики точностью величины и характер сдвижения земной поверхности при сооружении пересадочных узлов метрополитена. Прогноз сдвижения земной поверхности дает возможность оценить воздействие подземного строительства на здания, сооружения и инженерные коммуникации, выбрать технологию ведения работ, объемно-планировочные решения и последовательность строительства сооружений, входящих в состав пересадочного узла, которые будут способствовать минимизации ущерба для существующей застройки. Наиболее эффективно эти вопросы могут быть решены, если на стадии проектных проработок варианты объемно-планировочных решений, выбор технологии горнопроходческих работ и последовательность сооружения станционных тоннелей рассматривать одновременно с прогнозом степени негативного воздействия на здания по каждому из вариантов.

Достоверность научных положений.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием апробированных аналитических решений деформирования массива при строительстве подземных сооружений, большим количеством обработанных данных натурных наблюдений и достаточной сходимостью величин прогнозируемых оседаний земной поверхности с данными натурных наблюдений.

Реализация результатов работы.

Результаты настоящей работы использованы при выборе обьемно-планировочных решений пересадочных узлов на метрополитене Санкт-Петербурга: «Сенная площадь», «Звенигородская», «Обводный канал». По предложенной методике определялись также ожидаемые сдвижения земной поверхности при проектировании станций метрополитена: «Крестовский остров», «Старая деревня», «Волковская», «Ул. Салова», «Ул. Бела Куна», «Комендантский пр.».

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на технических советах ОАО «Ленметрогипротранс», на научно-технических совещаниях ОАО «ВНИИГалургии» (лаборатории «Геомеханики»), на научно-технических семинарах кафедры «Тоннели и метрополитены» ПГУПС.

Публикации.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в шести печатных работах.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа общим объемом 132 страницы состоит из введения, четырех глав и заключения, включает 34 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 101 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведена классификация пересадочных узлов на линиях метрополитена, инженерно-геологические условия и объемно-планировочные решения построенных в Петербурге пересадочных узлов.

В настоящее время в Петербурге построено семь пересадочных узлов. Из них шесть с пересадкой с платформы одной линии на платформу другой линии и одна объединенная пересадочная станция, в которой расположены платформы двух линий (ст. «Спортивная»), В узлах с

пересадкой с одной линии на другую станции располагаются в плане и по глубине:

- параллельно друг другу в одном уровне («Технологический институт»);

- крестообразно одна над другой практически в одном уровне («Невский пр.» - «Гостиный Двор», «Маяковская»- «Пл. Восстания»).

- параллельно друг другу на разной глубине («Садовая» - «Сенная площадь»);

- под углом друг к другу на разной глубине («Пл. Ал. Невского», «Достоевская» - «Владимирская»);

Станции пересадочных узлов Петербургского метрополитена располагаются в толще плотных, достаточно устойчивых протерозойских глин (от 1 до 20м над верхним сводом тоннелей), над которыми находится небольшой слой перемятых протерозойских глин (от 1до10м) и мощный слой четвертичных отложений (от 30 до 60м).

В главе представлен обзор существующих методик расчета сдвижения земной поверхности при проходке тоннелей метрополитенов. Отмечено, что большой вклад в исследование вопросов сдвижения земной поверхности при строительстве метрополитена внесли: Ю.А. Лиманов, Е.А. Демешко, Ж.С. Ержанов, Захаров Е.М., М.А. Иофис, P.A. Муллер, В.Ф. Подаков, О.В. Подгорный, С.Н. Сильвестров, В.И. Симкин, А.Б. Фадеев, Г.И. Черный, Ю.И. Яровой и др.

Проведенный анализ рассмотренных методов прогноза сдвижения земной поверхности при строительстве метрополитена позволил заключить, что все рассмотренные существующие методы базируются на определении сдвижения в главных сечениях мульды, а распределение сдвижений в этих сечениях определяются с помощью функциональных зависимостей, полученных аналитическим путем или разработанных на

основании данных натурных наблюдений. Рассмотренные методы

определяют конечный результат прогнозируемых величин оседания земной поверхности и не позволяют рассчитывать сдвижения в произвольном направлении на различных этапах проходки тоннелей. Вопрос оседания земной поверхности при строительстве пересадочных узлов никем ранее не рассматривался.

Из всех рассмотренных методов расчета параметров мульды сдвижения в практике проектирования метрополитена наибольшее распространение получил метод Ю.А. Лиманова, разработанный для условий возведения метрополитена в Ленинграде. Метод Ю.А. Лиманова позволяет определять вертикальную составляющую сдвижения земной поверхности в упругой постановке задачи в плоскости перпендикулярной оси тоннеля. Несмотря на удовлетворительные результаты применения этого метода при сооружении метрополитена в Ленинграде (С.-Петербурге) и других городах, эта методика не позволяет учитывать при расчете оседания земной поверхности технологию проходки, реологию грунтов и рассчитывать сдвижения в произвольном направлении на различных этапах проходки тоннелей.

На основании проведенного анализа существующих методов прогноза сдвижения земной поверхности при строительстве метрополитена определены задачи исследований.

Во второй главе дано обоснование выбора геомеханической модели деформирования грунтового массива при проходке тоннелей метрополитена в Петербурге.

Исходя из инженерно-геологических условий проходки станционных тоннелей, в качестве основы геомеханической модели нами принята трехслойная модель грунтового массива. В качестве модели верхнего слоя (четвертичных отложений), представляющего собой слабые неустойчивые грунты, принимается упругопластическая среда. Для определения деформаций в толще четвертичных отложений использована теория

статики сыпучей среды. В качестве модели слоя протерозойских глин принимается вязкоупругая среда. Это дает возможность для решения поставленной задачи воспользоваться положениями теории упругости и линейной наследственной ползучести.

Как известно, перемещения в грунтовом массиве при проходке тоннеля определяется двумя основными факторами:

- снятием напряжений с контура выработки в пределах заходки;

- смещением контура выработки от начала закрытия строительного зазора (при щитовом методе проходки) или пустот между временной крепью и обделкой (при горном способе проходки) до установления статического равновесия в системе крепь-массив.

За основу расчетной модели определения оседания земной поверхности в сечении, перпендикулярном оси тоннеля, предлагается использовать решение Ю.А. Лиманова - В.Ф. Подакова о том, что результирующее максимальное оседание на контакте протерозойских глин и четвертичных отложений и и на земной поверхности г]д над осью

тоннеля складываются из двух вышеперечисленных факторов:

и02 = ^ ♦ "РК > (1)

По = ^^ ' Г° я, (2)

где ио1 — максимальное оседание на контакте протерозойских глин и

четвертичных отложений над осью тоннеля, вызываемого начальным

смещением контура тоннельной выработки:

+ - ъ (3)

Е, Ей V, VI - модули деформации и коэффициенты Пуассона протерозойских глин и глин переходного слоя;

ho - глубина заложения центра тоннеля в толще протерозойских глин, h"о - мощность глин переходного слоя, h'o=h0-h"o,

Го - радиус тоннеля;

Р - среднее значение природных напряжений, действующих по контуру выработки

Р=^(у'й1+у'0й'0+г"ой"о)> (4)

А- коэффициент бокового давления вмещающего тоннель грунта;

У*. Уо, у"» - объемные веса четвертичных отложений, протерозойских глин и глин переходного слоя;

h 1 - мощность слоя четвертичных отложений;

U - смещение внешнего контура обделки тоннельной выработки к

р

моменту установления статического равновесия в системе крепь-массив;

к о - коэффициент, характеризующий отношение максимального оседания на контакте протерозойских глин к оседанию свода обделки тоннельной выработки;

L - размер полумульды сдвижения:

L = + hlCtg{^ + (5)

(р- угол внутреннего трения пород четвертичной толщи.

Для введения временного фактора в расчет максимального оседания на контакте протерозойских глин и четвертичных отложений над осью тоннеля, нами предлагается учитывать реологические свойства протерозойских глин, применив метод переменных модулей Б.З. Амусина и A.M. Линькова. В соответствии с этим методом влияние времени учитывается путем замены деформационных характеристик массива временными функциями. В частности, модуль деформации и коэффициент Пуассона определяются как некоторые функции времени:

EЧ»-«-^. »-iV-. <6>

где а и 5 - параметры ядра ползучести;

t- время от момента обнажения пород.

Для учета отставания крепи от забоя - одного из факторов, определяющих технологию ведения проходческих работ, используем функцию влияния забоя Б.З. Амусина:

к=1-ехр(-1,з¥±), (7)

s Г0

где V - скорость проходки тоннельной выработки.

Используя эти решения Б.З. Амусина и A.M. Линькова, формула (3) Ю.А. Лиманова - В.Ф. Подакова определения максимального оседания на контакте протерозойских глин и четвертичных отложений над осью тоннеля, вызываемого начальным смещением контура тоннельной выработки, принимает вид:

Ж - v®lfw ♦ VI* - v«)^- ]*, m

где E(t), Ei(t) и v(t), vi(t) - переменные модули деформации и

коэффициенты Пуассона протерозойских глин и глин переходного слоя;

Проектные сечения многих станционных тоннелей отличаются от кругового. Для того чтобы учесть это отличие при расчете оседаний земной поверхности рекомендуется параметры контура выработок некругового сечения определять при помощи эквивалентного радиуса г0 по формуле, предложенной И.В. Баклашовым и Б. А. Картозия:

(9)

где Е - площадь поперечного сечения выработки в проходке. Смещение внешнего контура крепи к моменту установления

статического равновесия в системе крепь-массив ц складывается из

р

смещения за счет деформаций уплотнения тампонажного раствора, смещения от закрытия конструктивных зазоров в крепи (обделке), смещения, определяемого жесткостью конструкции крепи и расчитывается согласно рекомендаций И.В. Баклашова и Б.А. Картозия;

Коэффициент, характеризующий отношение максимального оседания на контакте протерозойских глин к оседанию свода обделки тоннельной выработки определяется с использованием зависимости В.Ф. Подакова, применяя переменный коэффициент Пуассона V :

Таким образом, предложена расчетная модель определения максимального оседания земной поверхности над осью тоннеля в плоскости, перпендикулярной оси тоннеля, учитывающая временной фактор и технологию ведения проходческих работ.

В третьей главе выполнен анализ результатов натурных наблюдений процесса сдвижения земной поверхности при последовательном сооружении станций пересадочного узла.

Установлено, что в процесс развития оседания земной поверхности при сооружении станционных тоннелей метрополитена в Петербурге во времени условно можно разделить на два этапа. Первый этап оседания точки на земной поверхности начинается при приближении забоя выработки в плане к этой точке и продолжается от двух до четырех месяцев, в зависимости от инженерно-геологических условий, глубины заложения тоннелей и скорости подвигания забоя. На этом этапе наблюдаются самые высокие скорости нарастания оседаний и реализуется до 80%-85% от максимальной величины оседания земной поверхности. На этом этапе, как правило, происходят основные деформации объектов на поверхности. Данный этап завершается с окончанием влияния продвижения забоя тоннельной выработки на соответствующую точку

К -

4ЬоГ0Ь - V,,.)

(10)

земной поверхности и проявляется относительной стабилизацией процесса оседания. Второй - этап затухания процесса оседания земной поверхности. Он характеризуется небольшими скоростями нарастания оседания, плавным характером, и не представляет опасности для объектов на поверхности.

Для определения параметров мульды оседания земной поверхности в направлении движения забоя тоннельной выработки (динамической мульды), которая характеризует первый этап развития процесса оседания, необходимо знать типовое распределение оседания и углы сдвижения. Для решения этой задачи были обработаны данные натурных наблюдений за оседанием реперов в процессе проходки станционных тоннелей. В результате обработки данных наблюдений были определены параметры динамической мульды оседания земной поверхности. Длина динамической мульды (рис. 1) расчитывалась по предлагаемой зависимости:

Рис. 1. Схема к определению угловых параметров и типового распределения оседания земной поверхности в динамической мульде

Ь = Н( сЬдф + сЬдб ), (11)

а с! с!

где и - угол полных сдвижений и угол влияния тоннельной

выработки на земную поверхность в продольном направлении при движущемся забое;

Н - глубина заложения подошвы выработки.

По результатам обработки данных натурных наблюдений была I получена типовая кривая распределения оседания в динамической мульде и

установлено, что для инженерно-геологических условий Петербурга динамический угол влияния изменяется в пределах 51 '-59°, а угол

полных сдвижений ф -от50°до58\

Итак, мы можем прогнозировать вертикальную составляющую сдвижения в плоскости перпендикулярной оси тоннеля и в направлении движения забоя тоннеля. Однако, для зданий и сооружений, имеющих большую протяженность в плане и инженерных коммуникаций весьма опасны деформации растяжения - сжатия. Поэтому необходимо наряду с вертикальной составляющей сдвижения земной поверхности необходимо определять и ее горизонтальную составляющую.

Для решения этой задачи были выбраны профильные линии реперов, где одновременно измерялись вертикальная и горизонтальная составляющие сдвижения земной поверхности. В результате анализа и обработки данных натурных наблюдений, нами была получена ■> корреляционная зависимость горизонтальных деформаций от кривизны

мульды сдвижения земной поверхности:

е=-0,0ШЬп (к)+0.0628, (12)

где к - кривизна мульды сдвижения земной поверхности.

Имея эту зависимость, мы можем прогнозировать горизонтальную составляющую сдвижения земной поверхности. Теперь мы можем

прогнозировать вертикальные и горизонтальные сдвижения земной поверхности для отдельного тоннеля в двух взаимно перпендикулярных плоскостях мульды.

Как показали натурные исследования, при сооружении вторых станций пересадочных узлов в некоторых случаях фактические величины оседаний земной поверхности превышают прогнозируемые, рассчитанные по методике для отдельных тоннелей. Эти расхождения можно объяснить, главным образом, за счет нарушенное™ грунтового массива ранее построенными станциями метрополитена. Для решения задачи определения влияния взаимного положения станций в пересадочных узлах на характер и величину оседания земной поверхности был выполнен сравнительный анализ данных фактических оседаний и прогнозируемых, рассчитанных по методике для одиночных тоннелей.

По результатам анализа и обработки данных наблюдений установлено:

1. При сооружении двух станций пересадочного узла в одном уровне параллельно друг другу, а также второй станции, расположенной над первой перпендикулярно ее оси, активизации процесса сдвижения в совместной мульде оседания от двух станций не наблюдается. 2. При сооружении второй станции пересадочного узла ниже ранее построенной станции и расположенной параллельно ей граничный угол выполаживается в сторону ранее подработанного грунтового массива. В межстанционном пространстве образуется дополнительная мульда сдвижения (мульда активизации Ь ) при условии, если расстояние от

проекции вертикальной оси бокового тоннеля нижележащей станции до проекции вертикальной оси ближайшего тоннеля вышележащей станции £о меньше полумульды на контакте протерозойских глин с четвертичными

отложениями нижней станции Ь (рис. 2). Длина мульды активизации Ь

равняется длине мульды при проходке одного станционного тоннеля в условиях этой станции. Было получено типовое распределение оседаний в мульде активизации 5А(г).

Рис. 2. Пересадочный узел "Садовая"-"Сенная пл.": а) расположение станций в грунтовом массиве; б) график оседаний в мульде активизации.

3. При сооружении второй станции пересадочного узла ниже ранее построенной станции и расположенной под углом к ней, для пересадочных тоннелей, сооружаемых в межстанционном пространстве, определяемым областью Ьо < (рис. 3), коэффициент увеличения оседания земной

поверхности изменяется в пределах от 1,5 до 1,7. В этом случае при расчете оседания земной поверхности активизация процесса сдвижения может

быть отражена уменьшением модуля деформации вмещающих грунтов на 30-40% в зависимости от положения пересадочных тоннелей.

Рис. 3. Пересадочный узел "Владимирская" - "Достоевская": а) расположение станций в грунтовом массиве; б) графики фактических и расчетных оседаний земной поверхности в межстанционном пространстве.

В четвертой главе приведена методика прогнозирования сдвижения земной поверхности с учетом временного фактора, пространственного

к

положения относительно оси тоннеля и объемно-планировочных решений пересадочных узлов.

Необходимо отметить, что сдвижение земной поверхности для каждого тоннеля определяется в локальных координатах осей этого тоннеля (перпендикулярно и вдоль оси тоннеля). В то время как, в пересадочных узлах, как правило, расположено несколько различно

ориентированных тоннелей. Для того чтобы можно было считать суммарные сдвижения и деформации в основаниях произвольно расположенных объектов на поверхности от всех тоннелей, необходимо перейти от локальных осей координат каждого тоннеля к единым координатам. Схема перехода от расчета в локальных координатах отдельного тоннеля, к расчету в единых прямоугольных декартовых координатах приведена на рис. 4.

Рис.4. Схема к расчету оседаний и деформаций земной поверхности в произвольном направлении к оси тоннеля.

Расчет сдвижения земной поверхности в заданной точке земной поверхности от влияния сооружения пересадочного узла выполняется следующим образом.

Вначале задаются координаты проекций начальной (х„, у„) и конечной (хк, ук) точек продольной оси одиночного тоннеля на земную поверхность и расчетное время (1Г) и время начала проходки (I).

Далее определяется длина тоннельной выработки к расчетному моменту времени:

0 = тт {Б', Б"},

Определяются длины полуосей эллипсов, образующих границу зоны влияния горнопроходческих работ на земной поверхности:

Ьу = 2^1 - г02 + hctg0;

Ьх^Н^б+Б/г, при 0/2<Нс1£\|/; (14)

Ьх=Н(с^8+(^ч/), приО/2>Н(^у

Максимальное оседание земной поверхности над осью тоннеля в зоне влияния сооружения отдельной тоннельной выработки определяется по формуле (2).

Наклон (1р), кривизна (Кр) и горизонтальные деформации (8Р) в расчетной точке земной поверхности по направлению профильной линии, которой эта точка принадлежит (расчетной профильной линии), определяются по следующим формулам:

П=т1о$х8у;

1р=1хсо5Р-1у8тР;1х=Гхсо5а-Гу5та; Гх=г|08у((18х/с1г)/Ьх(с18х/<1г)

1у=Тх8та+Гусо8а; Гу=г|о8х(с18у/с12)/Ьу;

Кр=Кхсо82|3+Ку8т2р; Кх=Кхсо82а+К'у8т2а;

Ку=К'х81п2а+К'усо82а; К'у=г|о8х((12 Ъу/йг)/Ь2У; (15)

8р=Ехсо82р+еузт2р; Бх=Е'хсо82а+Е'у8т2а; Б'х=еК'хЬх;

20

83,= е'х5т2а+е'усо82а; е'у=еК'уЬу,

где (Гх, Гу> к'х, к'у> г\) и (1х, 1у> кх, ку, ех, еу) - наклоны, кривизны и горизонтальные деформации по направлениям, параллельным соответственно главным осям мульды сдвижения и осям координат ОХ и ОУ;

ос- угол, отсчитываемый от положительного направления оси ОХ до направления продольной оси тоннельной выработки;

' (3 - угол, отсчитываемый от положительного направления оси ОХ до

направления расчетного профиля;

8(2^), Б (Ту) - коэффициенты распределения оседания в мульде сдвижения, соответствующие относительным координатам 2Х, Ху расчетной точки.

Сдвижения и деформации земной поверхности в заданных точках и по заданным направлениям, обусловленные горнопроходческими работами при строительстве всех тоннелей, входящих в отдельно расположенный станционный комплекс, определяются суммированием соответствующих величин, рассчитанных при проходке каждого тоннеля.

При строительстве двух станций пересадочного узла в одном уровне параллельно друг другу, или второй станции, расположенной над первой перпендикулярно ее оси, прогноз оседания и деформаций земной поверхности от влияния сооружения второй станции производится с использованием схемы расчета для одиночных тоннелей.

4 При сооружении второй станции пересадочного узла ниже ранее

построенной станции, расположенной параллельно ее оси, оседания в мульде активизации определяются как при проходке тоннеля в условиях ранее построенной станции пересадочного узла, используя схему расчета для одиночных тоннелей. Результирующее оседание при сооружении второй станции пересадочного узла определяется как сумма оседаний,

рассчитанных от каждого тоннеля второй станции плюс оседания в мульде активизации.

При сооружении второй станции пересадочного узла ниже ранее построенной станции, расположенной под углом к ее оси, расчет оседаний земной поверхности от проходки пересадочных тоннелей в межстанционном пространстве производится с использованием схемы расчета для одиночных тоннелей, с уменьшением модуля деформации вмещающего грунта на 30%-40%.

По предложенной методике расчета сдвижения земной поверхности в заданной точке земной поверхности в любой момент проходки тоннеля и сооружения пересадочного узла автором разработан алгоритм, который реализован в виде пакета прикладных программ «Town-Tunnel».

Заключение

Диссертация является законченной исследовательской работой, в которой дано научно обоснованное решение задачи прогнозирования оседаний и деформаций земной поверхности при сооружении пересадочных узлов в Петербурге с учетом времени проходки тоннелей, пространственного положения объектов на поверхности относительно оси тоннеля и объемно-планировочных решений пересадочных узлов.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Установлены закономерности процесса сдвижения земной поверхности в динамической мульде.

2. Дано решение для расчета величины горизонтальной составляющей сдвижения земной поверхности

3. Решена задача определения параметров мульды сдвижения земной поверхности в произвольном направлении к оси сооружаемого тоннеля.

4. Установлены закономерности влияния объемно-планировочных решений пересадочных узлов на характер и величину оседания земной поверхности

5. На основе проведенных исследований разработаны методика и алгоритм прогнозирования сдвижения земной поверхности с учетом временного фактора, пространственного положения объектов на поверхности относительно осей тоннелей и объемно-планировочных решений пересадочных узлов.

6. Разработанный алгоритм прогнозирования оседаний и деформаций земной поверхности при сооружении пересадочных узлов реализован в виде пакета прикладных программ «Town-Tunnel».

7. По результатам проведенных исследований при выборе объемно-планировочных решений пересадочных узлов предлагается учитывать следующие рекомендации:

- при сооружении второй станции пересадочного узла ниже ранее построенной станции происходит увеличение площади мульды оседания, что может привести к росту количества подрабатываемых зданий и сооружений;

- при проходке переходных тоннелей от нижележащей станции к ранее построенной вышележащей станции, расположенной параллельно или под углом к ней, величины оседания земной поверхности в межстанционном пространстве корректируются в соответствии с изменением модуля деформации вмещающих грунтов, т.е. они могут значительно увеличиться;

- наиболее предпочтительным, для снижения негативного влияния сдвижения земной поверхности, является параллельное расположение станций пересадочного узла в одном уровне или расположение второй станции пересадочного узла выше ранее построенной перпендикулярно ее оси.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Вершинин М.И., Вершинина Л.П., ХуцкийВ.П. Программа То\уп-Типпе1. Регистракнионный номер ГосФАП 50980000057, 1998.

2. Хуцкий В.П. Анализ сдвижения земной поверхности в зоне сооружения пересадочного узла в Санкт-Петербурге // Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций. Проектирование, строительство, эксплуатация: Науч.-техн. альманах информац.-издат. ^ центра ТИМР, 1999, №2. С. 10-13.

3. Хуцкий В.П. Расчет оседаний земной поверхности во времени при сооружении станций метрополитена в Петербурге // Межвузовский сборник научных трудов «Современные и исторические аспекты развития маркшейдерии в России и за рубежом». С-Пб, СПГГИ, 1999. С. 39-42.

4. ХуцкийВ.П., Федотов В.П. Мониторинг деформаций земной поверхности и наземных сооружений при проходке станционных тоннелей / Горный журнал, 2001, №7. С. 75-77.

5. Хуцкий В.П. Методика прогноза оседаний и деформаций земной поверхности при сооружении тоннелей метрополитена // Сборник научных трудов ОАО «ВНИИгалургии», С-Пб, т. 1,2001. С. 65 -79.

6. Фролов Ю.С., Хуцкий В.П. Сдвижение земной поверхности при сооружении пересадочных узлов метрополитена в Санкт-Петербурге // ♦ Подземное пространство мира: Информационно-издательский центр

ТИМР. 2001, №5-6. С. 46-49.

Подписано к печати 21.05.03г. Печ.л. - 1.5

Печать - ризография. Бумага для множит, апп. Формат 60x84 1\16

Тираж 100 экз. Заказ № _

Тип. ПГУПС 190031, С-Петербург, Московский пр. 9

ч

♦

1

♦

I I

i

¡

I

i

*

i

А

На 117 1 6

i

i

Введение.

Гпава 1. Состояние изученности вопроса.

1.1 Инженерно-геологические условия строительства и объемно-планировочные решения пересадочных узлов в Санкт-Петербурге.

1.2. Анализ существующих методов расчета сдвижения земной поверхности при строительстве метрополитена.

1.3. Цель и задачи исследований.

Гпава 2. Теоретические предпосылки к расчету сдвижения земной поверхности при проходке станционных тоннелей с учетом временного фактора.

2.1. Выбор и обоснование геомеханической модели деформирования грунтового массива при проходке тоннелей.

2.2 Моделирование процесса оседания на контакте протерозойских глин и четвертичных отложений к моменту установления статического равновесия в системе крепь-массив 35 2.3. Методика учета временного фактора при расчете оседания земной поверхности.

2.4. Влияние формы поперечного сечения тоннеля при расчете оседания земной поверхности.

Выводы по главе.

Гпава 3. Исследование сдвижения земной поверхности при сооружении станций пересадочного узла по данным натурных наблюдений.

3.1. Анализ развития процесса оседания во времени при проходке станционных тоннелей.

3.2. Параметры движущейся мульды оседания земной поверхности при проходке станционных тоннелей.

3.3. Зависимость между горизонтальными и вертикальными деформациями в мульде сдвижения земной поверхности.

3.4. Исследование влияния объемно-планировочных решений пересадочных узлов на характер и величину оседания земной поверхности.

3.4.1. Анализ результатов натурных наблюдений за сдвижением земной поверхности при сооружении пересадочных узлов.

3.4.2. Закономерности процесса сдвижения земной поверхности при расположении станций параллельно друг другу на разных уровнях.

3.4.3. Закономерности сдвижения земной поверхности при расположении станций под углом друг к другу на разных уровнях.

Выводы по главе.

Глава 4. Прогнозирование сдвижения земной поверхности при последовательном сооружении станций пересадочного узла.

4.1. Прогнозирование сдвижения земной поверхности с учетом временного фактора и пространственного положения относительно оси тоннеля.

4.2. Прогнозирование сдвижений земной поверхности с учетом объемно-планировочных решений пересадочных узлов.

4.3. Практическое приложение результатов исследований.

Строительство подземных линий метрополитена сопровождается процессом сдвижения вмещающих слоев вышележащей толщи грунтового массива. Образование мульды сдвижения обусловлено смещением контура тоннельной выработки, что является следствием проявления горного давления. При определенных условиях этот процесс достигает земной поверхности, вызывая оседания и горизонтальные перемещения ее точек. В свою очередь, дополнительные деформационные воздействия со стороны оснований на фундаменты подрабатываемых зданий, сооружений и инженерных коммуникаций, нередко приводят к значительным повреждениям конструкций, а иногда и к полной утрате их эксплуатационных качеств. В связи с необходимостью своевременного принятия мер по предотвращению вредных последствий подработки, большое значение имеют исследования, направленные на создание и совершенствование методов прогнозирования сдвижения земной поверхности, вызываемого горнопроходческими работами.

В настоящее время проблеме обеспечения промышленной безопасности при проектировании и строительстве объектов метрополитена уделяется особое внимание и предъявляются повышенные требования. Одним из аспектов этой проблемы является негативное влияние, которое при подземных разработках оказывает процесс сдвижения земной поверхности на окружающую среду.

С развитием сети метрополитена в крупных городах увеличивается число пересадок на линиях. В настоящее время в Санкт-Петербурге построено и находится в эксплуатации семь пересадочных узлов. Программой развития метрополитена до 2015 года намечено сооружение узлов пересадки в центральной и плотно застроенной части Петербурга

Сенная площадь», «Василеостровская», «Петроградская», «Выборгская», «Московские ворота», «Кировский завод»).

При сооружении пересадочных узлов большое значение приобретает проблема выбора объемно-планировочных, конструктивных и технологических решений минимизирующих воздействие подземного строительства на здания и сооружения, многие из которых являются памятниками архитектуры. Эта проблема приобретает еще большую актуальность при сооружении пересадочных узлов на линиях глубокого заложения в условиях плотной городской застройки (например, «Сенная площадь» - «Садовая», «Невский проспект» - «Гостиный двор» - в Санкт-Петербурге), где в зону сдвижения вовлекается большая площадь земной поверхности и как следствие многочисленные здания, сооружения и подземные коммуникации. При этом, от объемно-планировочных решений пересадочных узлов, от того, как расположен объект на поверхности относительно тоннелей и в какой последовательности тоннели его подрабатывают, в значительной степени зависит величина получаемых объектом на поверхности деформаций. Эти деформации на различных этапах строительства могут быть больше чем после завершения проходческих работ. Поэтому, для того чтобы принимать эффективные объемно-планировочные, конструктивные, технологические решения при сооружении пересадочного узла, которые сведут к минимуму негативное воздействие подземного строительства на здания и сооружения, необходимо уметь прогнозировать сдвижение земной поверхности во времени и пространстве. То есть, без решения вопросов прогнозирования во времени и пространстве невозможно с достаточной степенью точности определять сдвижение земной поверхности при строительстве пересадочных узлов, где мы имеем, как правило, несколько различно ориентированных тоннелей и различно ориентированных относительно осей тоннелей зданий.

Настоящая диссертация посвящена научному обоснованию методики прогнозирования сдвижения земной поверхности во времени и пространстве с учетом объемно-планировочных решений и последовательности строительства сооружений, входящих в состав пересадочного узла.

Выводы по главе.

Выполненный анализ и статистическая обработка данных натурных наблюдений позволили установить.

1. Параметры динамической мульды сдвижения земной поверхности:

- угол влияния 5 d изменяется в пределах 51°-59°, угол полных сдвижений ifr dот 50° до58°.

- типовые распределения оседаний в динамической мульде S(z):

Z 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

S(z) 1,0 0,98 0,94 0,85 0,73 0,57 0,37 0,19 0,08 0,02 0,0

2. Функциональную зависимость горизонтальных деформаций в f заданной точке мульды сдвижения от кривизны: e=eKL, е = -0,0138Ln(K)+0.0628.

3. Степень влияния объемно-планировочных решений пересадочных узлов на оседания земной поверхности:

- при сооружении двух станций пересадочного узла в одном уровне параллельно друг другу, а также второй станции, расположенной над первой перпендикулярно ее оси, активизации процесса сдвижения в совместной мульде оседания после строительства второй станции не наблюдается; j

- при подработке нижележащей станцией ранее построенной или перегонных тоннелей, параллельных промежуточной станции, граничный угол выполаживается в сторону ранее подработанного пространства. В этом пространстве образуется дополнительная мульда сдвижения (мульда активизации La) в случае если расстояние от оси нижележащей станции до оси ближайшего тоннеля вышележащей станции (перегонного тоннеля) L0 меньше полумульды на контакте протерозойских глин с четвертичными v отложениями нижней станции LH;

- на станциях, расположенных на разных уровнях под углом друг к другу, при проходке переходных тоннелей в межстанционном пространстве (после сооружения второй станции), определяемом обласью L0 < Lh, наблюдается активизация процесса сдвижения земной поверхности.

4. Закономерности процесса сдвижения земной поверхности при расположении станций пересадочных узлов параллельно и под углом друг к другу в разных уровнях:

- длина мульды активизации La равняется длине мульды при проходке одного станционного (перегонного) тоннеля в условиях этой станции;

- типовые распределения оседаний S(z) в мульде активизации:

Z 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

S(z) 1,0 0,94 0,83 0,70 0,59 0,46 0,34 0,24 0,12 0,05 0,0

- величина максимального оседания в мульде активизации определяется как при проходке тоннеля в условиях вышележащей станции, используя схему расчета для одиночных тоннелей;

- значение коэффициента активизации оседания земной поверхности при проходке переходных тоннелей между станциями пересадочного узла,~находящимися в разных уровнях под углом друг к другу с учетом погрешности его определения находится в пределах 1.601.74;

- такая величина активизации оседания земной поверхности в прогнозных расчетах при проходке коммуникационных тоннелей между станциями пересадочного узла, находящимися в разных уровнях под углом друг к другу, может быть выражена уменьшением модуля деформации вмещающих грунтов на 30-40%.

Глава 4. Прогнозирование сдвижения земной поверхности при последовательном сооружении станций пересадочного узла.

4.1. Прогнозирование сдвижения земной поверхности с учетом временного фактора и пространственного положения относительно оси тоннеля.

Основная цель выполнения прогноза оседаний и деформаций земной поверхности - это предупреждение деформаций зданий и сооружений, нарушающих их эксплуатационную пригодность, с помощью объемно-планировочных решений, горнотехнических или конструктивных мер защиты.

Пересадочные узлы представляют собой различно ориентированные относительно друг друга станции метрополитена и систему соединяющих эти станции пересадочных коммуникаций. Объекты на земной поверхности, попадающие в мульду сдвижения, чаще всего расположены под различными углами по отношению к направлению оси тоннеля. В зависимости от пространственного расположения объектов по отношению оси тоннелей, направления и последовательности подработки величина деформаций земной поверхности в их основаниях может изменяться в значительных пределах.

Необходимо отметить, что сдвижение земной поверхности для каждого тоннеля определяется в локальных координатах осей этого тоннеля (перпендикулярно и вдоль оси тоннеля). Для того чтобы можно было считать суммарные сдвижения и деформации в основаниях произвольно расположенных объектов на поверхности от всех тоннелей, необходимо перейти от локальных осей координат каждого тоннеля к единым координатам. Схема перехода от расчета в локальных координатах отдельного тоннеля, к расчету в единых прямоугольных декартовых координатах приведена на рис. 4.1.

Введем следующие обозначения исходных данных, необходимых для расчета величин ожидаемых оседаний и деформаций земной поверхности в произвольном направлении от влияния горнопроходческих работ при сооружения отдельной тоннельной выработки: хн, ун, хк, ук - координаты проекций "начальной" и "конечной" точек продольной оси одиночного тоннеля на земную поверхность, м; хр, ур - координаты расчетной точки земной поверхности.

Далее приводится разработанная автором методика расчета ожидаемых в заданной точке оседаний и деформаций земной поверхности в произвольном к оси тоннеля направлении от влияния сооружения отдельной тоннельной выработки с учетом временного фактора.

1. Определяется расчетная дата и дата начала проходки в месяцах: tr = (tM)12+t- (4.1) t = (t-l)12+ti:

2. Определяется длина тоннельной выработки к расчетному моменту времени:

D = min {D2,Dn}

DЧ^к-xJ ^ lyk-yj (4-2)

DJJ =v(tr-t) где v - скорость проходки тоннельной выработки.

3.Определяется направление продольной оси тоннельной выработки по отношению к осям координат ОХ и ОУ:

COS(X=(Xk-XH)/D sma=(yK-yH)/D (4.3)

А » о

К)

Рис. 4.1. Схема к расчету оседаний земной поверхности в произвольном направлении к тоннеля.

4. Определяются длины полуосей эллипсов, образующих границу зоны влияния горнопроходческих работ на земной поверхности:

Ly = 2,Jtio - ro + hi ct99

Hctg5+D/2, при D/2<HctgV|/; LxH (4.4)

H(ctg5+ctgv|/), при D/2>Hctgvy где в - угол сдвижения в четвертичных отложениях: Н - глубина заложения центра выработки: H=hi+ho+r0 (4.5)

3. Определяются координаты расчетной точки земной поверхности в локальной системе координат.

Координаты центра системы X'CY' определяются по формулам: Xc=XH+D/2cosa yc=yH+D/2sina (4.6)

Координаты расчетной точки земной поверхности определяются по формулам: x,p=(Xp-xc)cosa+(yp-yc)sina y,p=(yp-yc)cosot-(xp-xc)sina (4.7)

4.Определяются относительные координаты расчетной точки земной поверхности в мульде сдвижения ZP) Zp по формулам:

ZxHx'pl/U; ly'pl/Ly (4.8)

5. С использованием линейной интерполяции функций S(Z) по найденным значениям относительных координат Zx, Zy, определяются коэффициенты S(Zx), S(Zy).

6. Определяется максимальное оседание земной поверхности над осью тоннеля (г|0) в зоне влияния сооружения отдельной тоннельной выработки по формуле (2.16).

Ожидаемые величины оседаний и деформаций земной поверхности в отдельных точках мульды сдвижения вычисляются как функции максимального оседания по формулам:

Оседание ц = n0s (z) (4.9) где S(z) - функция, характеризующая распределение оседаний в мульде сдвижения.

Значения величин функции S(z) в постоянной краевой части мульды приведены в таблице 4.1 [60].

Заключение

Диссертация является законченной исследовательской работой, в которой дано научно обоснованное решение задачи прогнозирования оседаний и деформаций земной поверхности с учетом времени, пространственного положения относительно оси тоннелей и объемно-планировочных решений при сооружении пересадочных узлов в Петербурге.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Предложенная расчетная модель определения максимального оседания земной поверхности над осью тоннеля позволяет учитывать форму поперечного сечения тоннельных выработок, особенности технологии ведения проходческих работ, влияние реологических свойств вмещающих пород.

Форма поперечного сечения тоннеля при расчете оседания земной поверхности учитывается при помощи параметра г0, который рекомендуется определять следующим образом: а) в круговых выработках б) при некрутовых очертаниях выработки следует определять эквивалентный радиус

Оседание в уровне контакта протерозойских глин и четвертичных отложений с учетом отставания ввода постоянной крепи в работу и ползучести вмещающих пород определяется по формуле: г0=г;

U01(0= 4г °2 К п О - г о Ь т

Максимальное результирующее оседание в уровне контакта протерозойских глин с четвертичными отложениями над осью тоннеля определяется по формуле:

U02 = Uoi(t)+ Up q

Максимальное оседание земной поверхности над осью тоннеля в зоне влияния сооружения отдельной тоннельной выработки определяется по формуле: и02у1К - Г0П

П°~-1

2. Установлены параметры динамической мульды сдвижения земной поверхности:

- углы влияния изменяются в пределах 6 г 51°-^59°;

- углы полных сдвижений - ^ d=500-s-58°;

- типовые распределения оседаний S(z): z 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

S(2) 1,0 0,98 0,94 0,85 0,73 0,57 0,37 0,19 0,08 0,02 0,0

3. Установлена зависимость горизонтальных деформаций в заданной точке мульды сдвижения от кривизны:

- зависимость выражается формулой: e=eKL, е = -0,0138Ln(K)+0.0628),

4. Величины оседания (г|), наклонов (1х, 1у), кривизны (Кх, Кн), горизонтальных деформаций (е^ еу) в расчетной точке земной поверхности по заданному направлению, произвольному к оси тоннеля, определяются по формулам: r|=r|oSxSy;

Ip=Ixcosp-Iysin(3;

Kp=Kxcos2 P+KySin2 (3; с p=г xcos2 P+£• y s in2 (3; где Ix, Iy> kx, kY; e^ Ey - наклоны, кривизны и горизонтальные деформации по направлениям, параллельным осям координат ОХ и ОУ; ц0- максимальное оседание земной поверхности над осью тоннеля в зоне влияния сооружения отдельной тоннельной выработки;

3- угол, угол, отсчитываемый от положительного направления оси ОХ до расчетного направления;

- коэффициенты Sx, Sy определяются с использованием линейной интерполяции распределения оседания в мульде S(Z) по найденным значениям относительных координат Zx, Zy;

Сдвижения и деформации земной поверхности в заданных точках и по заданным направлениям, обусловленные горнопроходческими работами при строительстве всех тоннелей одного станционного комплекса, определяются суммированием соответствующих величин, рассчитанных при проходке каждого тоннеля.

5. Установлены следующие закономерности влияния объемно-планировочных решений пересадочных узлов на оседание земной поверхности:

При строительстве двух станций пересадочного узла в одном уровне параллельно друг другу, а также второй станции, расположенной над первой перпендикулярно ее оси, прогноз оседания и деформаций земной поверхности от влияния сооружения второй станции производится с использованием схемы расчета для одиночных тоннелей. Расчет оседания от влияния двух станций пересадочного узла производится суммированием соответствующих величин, рассчитанных от влияния каждого тоннеля пересадочного узла.

При подработке нижележащей станцией ранее построенной станции или перегонных тоннелей, расположенных параллельно друг другу, в межстанционном пространстве образуется мульда активизации, если расстояние от оси нижележащей станции до оси ближайшего тоннеля вышележащей станции или перегонных тоннелей L0 меньше полумульды на контакте протерозойских глин с четвертичными отложениями нижней станции LH (L0 < L„) Длина мульды активизации La равняется длине мульды при проходке одного станционного (перегонного) тоннеля в условиях этой станции.

Типовые распределения оседаний S(z) в мульде активизации:

Z 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

S(Z) 1,0 0,94 0,83 0,70 0,59 0,46 0,34 0,24 0,12 0,05 0,0

Оседания и деформации в мульде активизации определяются как при проходке тоннеля в условиях ранее построенной станции пересадочного узла, используя схему расчета для одиночных тоннелей.

Оседания земной поверхности при сооружении второй станции пересадочного узла определяются как сумма оседаний от каждого тоннеля второй станции плюс оседания в мульде активизации.

При подработке нижележащей станцией ранее построенной станции, расположенной под углом к ней, расчет оседания земной поверхности от влияния проходки переходных тоннелей, пройденных в межстанционном пространстве, определяемым областью L0<Lh, производится с использованием схемы расчета для одиночных тоннелей и станций введением коэффициента активизации в формулу определения максимального оседания. Величина коэффициента активизации изменяется в пределах 1.64-1,74.

При сооружении второй станции пересадочного узла ниже ранее построенной станции, расположенной под углом к ней, расчет оседаний и деформаций земной поверхности производится суммированием соответствующих величин, рассчитанных от влияния каждого тоннеля станции и переходных тоннелей с учетом коэффициента активизации.

6. Результаты проведенных исследований послужили исходным материалом для разработки методики прогнозирования оседаний и деформаций земной поверхности с учетом временного фактора, пространственного положения относительно осей тоннелей и объемно-планировочных решений пересадочных узлов.

7. Разработанная методика прогнозирования оседаний и деформаций земной поверхности при сооружении пересадочных узлов реализована в виде пакета прикладных программ.

8. Методика прогнозирования сдвижения земной поверхности во времени и пространстве с учетом последовательности строительства сооружений, входящих в состав пересадочного узла, имеет большое практическое значение, поскольку позволяет:

- определить во времени и пространстве первые опасные проявления подработки для заблаговременного выполнения мероприятий по защите подрабатываемых объектов;

- установить время стабилизации процесса сдвижения земной поверхности, чтобы после этого можно было приступить к производству ремонтным работам на поврежденных сооружениях;

- установить период, когда подрабатываемое сооружение будет в наибольшей степени подвергаться воздействию проходческих работ, чтобы предусмотреть интенсификацию измерений деформаций подрабатываемого сооружения;

- проанализировать характер смены деформаций растяжения и сжатия на земной поверхности при одновременном ведении горных работ в нескольких выработках или встречными забоями, чтобы иметь возможность вести проходческие работы с наименьшим возможным ущербом для наземных сооружений.

9. По результатам проведенных исследований при выборе объемно-планировочных решений пересадочных узлов предлагается учитывать следующие рекомендации:

- при сооружении второй станции пересадочного узла ниже ранее построенной станции происходит увеличение площади мульды оседания, что может привести к росту количества подрабатываемых зданий и сооружений;

- при проходке переходных тоннелей от нижележащей станции к ранее построенной вышележащей станции, расположенной параллельно или под углом к ней, величины оседания земной поверхности в межстанционном пространстве корректируются в соответствии с изменением модуля деформации вмещающих грунтов (коэффициентом активизации), т.е. они могут значительно увеличиться;

- наиболее предпочтительным, для снижения негативного влияния сдвижения земной поверхности, является параллельное расположение станций пересадочного узла в одном уровне или расположение второй станции пересадочного узла выше ранее построенной перпендикулярно ее оси.

10. Результаты настоящей работы использованы при выборе объемно-планировочных решений пересадочных узлов на метрополитене Санкт-Петербурга: «Сенная площадь», «Звенигородская», «Обводный канал», «Адмиралтейская». По предложенной методике определялись также ожидаемые сдвижения земной поверхности при проектировании станций метрополитена: «Крестовский остров», «Старая деревня», «Волковская», «Ул. Салова», «Ул. Бела Куна», «Комендантский пр.».

1. Авершин С.Г. Сдвижение горных пород при подземных разработках. -М.: Углетехиздат, 1947. 136с.

2. Айвазов Ю.Н. Взаимодействие массива горных пород с обделкой подземного сооружения // Метрострой. 1983. - № 6. - С. 15-17.

3. Айвазов Ю.Н. Взаимодействие массива горных пород с обделкой подземного сооружения: Автореф. . докт. техн. наук. Ленинград, 1989. -392с.

4. Акимов А.Г., Земисев В.Н. Сдвижение горных пород при подземной разработке угольных и сланцевых месторождений. М.: Недра, 1970. - 224 с.

5. Акимов А.Г. Определение размеров краевой части мульды сдвижения / Труды ВНИМИ. 1975. Сб. 96. С. 28-32.

6. Амусин Б.З., Линьков A.M. Применение метода переменных модулей в задачах линейно-наследственной ползучести / Труды ВНИМИ, № 88. Л, 1973. С.180-184.

7. Амусин Б.З. Учет влияния торца при расчете нагрузок на крепь протяженных выработок и камер // Шахтное строительство.- 1979. № 12. С. 15-18.

8. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика горных пород. М.: Недра, 1975.-271с.

9. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика подземных сооружений и конструкции крепей. М.: Недра, 1984.

10. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика подземных сооружений и конструкции крепей. М. Недра, 1992. - 543с.

11. Баклашов И.В., Руппенейт К.В. Прочность незакрепленных горных выработок. -М.: Недра, 1965.

12. Баландюк Г.Г. Влияние подземных выработок на развитие мульды оседания // Транспортное строительство. 1978. - № 6. - С. 47-48.

13. БахуринИ.М. Курс маркшейдерского дела. М.: Высшая школа, 1962.-494 с.

14. Безродный К.П. Исследование реологических свойств протерозойских (кембрийских) глин / Сборник научных трудов ЦНИИ С а, вып.98.М., 1978. С.84-91.

15. Безродный К.П., Сильвестров С.Н., Карташов Ю. Особенности деформирования протерозойских глин // Метрострой. 1982. - № 6. С. 16.

16. Булычев Н.С., ФотиеваН.Н., Стрельцов Е.В. Проектирование и расчет крепи капитальных выработок. М.: Недра, 1986. - 288с.

17. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений в задачах и примерах. М.: Недра, 1989. - 270с.

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

19. Вершинин М.И., Вершинина Л.П., ХуцкийВ.П. Программа Town-Tunnel. Регистракционный номер ГосФАП 50980000057, 1998.

20. Волохов Е.М., Павлов С.П. Аналитическая методика расчета основных параметров мульды сдвижения при сооружении тоннелей в кембрийских глинах // Записки Горного института, Т. 146. / маркшейдерское дело и геодезия. С.-Пб. 2001. С. 29-35.

21. Голицынский Д.М., Фролов Ю.С., Кулагин Н.И. Строительство тоннелей и метрополитенов. М.: Транспорт, 1989. - 319 с.

22. Григорян С.С. Об общих уравнениях динамики грунтов // Докл. АН СССР. 1959. - Т. 124. - № 2. - С. 285-287.

23. Гутман С.Г. К расчету тоннелей / Изв. НИИГ. Т. 25. 1939.

24. Демешко Е.А., Ходош В.А. Прогнозирование осадок поверхности при щитовой проходке тоннеля в песчаных грунтах. Метрострой, 1963, № 34, С.50.

25. Долгих М.В. Сдвижение земной поверхности при строительстве объектов метрополитена Санкт-Петербурга: Автореф. дис. . канд. техн. наук. С.- Петербург, 1999. - 18 с.

26. Ержанов Ж.С. Теория ползучести горных пород и ее приложение. -Наука, Алма-Ата, 1964. 172с.

27. Захаров Е.М. Осадки земной поверхности при сооружении городских тоннелей в четвертичных отложениях: Автореф. дис. . канд. техн. наук. С.- Петербург, 1988. - 24с.

28. Захаров Е.М. Научное обеспечение в строительстве подземных сооружений в Ленинграде // Подземное и шахтное строительство. -1991. № 1 -С. 12-14.

29. Земисев В.Н. Расчеты деформаций горного массива. М.: Недра, 1973. - 145 с.

30. Земисев В.Н. Расчеты деформаций горного массива. М.: Недра, 1989. - 163 с.

31. Земисев В.Н., МуллерР.А. Недостатки применяемой методики прогноза сдвижений горных пород и защиты объектов при строительстве метрополитена // Исследования сдвижения горных пород и гидромеханических процессов./ ВНИМИ. С.Петербург, 1992. С. 40-43.

32. Золотов О.Н., Ксенофонтов В.К., Лавров Б.А. Исследование влияния некоторых инженерных и геомеханических факторов на устойчивость выработок близко расположенных туннелей // Гидротехническое строительство. —1982. № 1. - С. 20-25.

33. Инструкция по наблюдению за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях. -М: Недра, 1978. -96 с.

34. Инструкция по наблюдению за сдвижением земной поверхности и расположенными на ней объектами при строительстве в Москве подземных сооружений. -М.: ИПКОН РАН, 1997. -76 с.

35. Иофис М.А., Муллер Р.А., Подаков В.Ф. К расчету деформаций земной поверхности при сооружении метрополитена // Транспортное строительство. 1971. - № 6. - С.45-46.

36. Иофис М.А., Муллер Р.А., Подаков В.Ф. Расчет деформаций земной поверхности при возведении сооружений Ленинградского метрополитена / Труды ВНИМИ, Сб. №86. Л, 1972.

37. Иофис М.А., Шмелев А.И. Инженерная геомеханика при подземных разработках. М.: Недра, 1985. - 248 с.

38. Казаковский Д.А. Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок. М.: Углетехиздат, 1953.

39. Кипенев В.Л. Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности, обусловленный влиянием горнопроходческих работ при строительстве метрополитена // Методические рекомендации по применению ЭВМ, Л.: ВНИИГ, 1988.

40. Колбенков С.П. Аналитическое выражение типовых кривых сдвижения земной поверхности / Труды ВНИМИ, Сб. №50. Л, 1963.

41. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений / Пер. с нем. Под ред. Р.А. Муллера и И.А. Петухова. М.: Недра, 1978.-494 с.

42. Кузнецов Г.Н. и др. Моделирование проявлений горного давления. -М.: Недра, 1968.

43. Кузнецов М.А. и др. Сдвижение горных пород на рудных месторождениях. М.: Недра, 1971.

44. Кулагин Н.И., Лиманов Ю.А. Влияние горного давления на временное крепление забоя в протерозойской глине // Метрострой. 1974. - №4.-С. 17-18.

45. Кулагин Н.И. Пересадочные узлы на линиях метрополитена глубокого заложения. М.: ТИМР, 1996. - 111 с.

46. Лиманов Ю.А. Осадки земной поверхности при сооружении тоннелей в кембрийских глинах. Л.: ЛИИЖТ, 1957. - 239 с.

47. Лиманов Ю.А. Метрополитены. М.: Транспорт, 1971. - 359 с.

48. Лиманов Ю.А., Артюков Е.И. Осадки земной поверхности при сооружении тоннелей в четвертичных отложениях // Транспортное строительство. 1972. - № 2. - С.45-47.

49. Лиманов Ю.А., Голицынский Д.М., Федоров Г.А. Моделирование работы тоннельных конструкций: Учебное пособие. Л.: Изд-во ЛИИЖТа. -1985.-69 с.

50. Лиманов Ю.А., Ледяев А.П., Платонов И.В. Осадки земной при сооружении городских тоннелей // Транспортное строительство. 1980. - №5. С.44-45.

51. Маковский Л.В. Городские подземные транспортные сооружения. -М.: Стройиздат, 1985. -440 с.

52. Матвеева В.П. Расчет деформирования во времени мульды оседания над тоннелями. Реологические вопросы механики горных пород. Изд. АН КазССР, Алма-Ата, 1964.

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

54. Мостков В.М. Строительство подземных сооружений большого сечения. М.: Госгортехиздат, 1963. - 308 с.

55. МуллерР.А. Влияние горных выработок на деформацию земной поверхности. М.: Углетехиздат, 1958. - 75 с.

56. Основания, фундаменты и подземные сооружения: Справочник проектировщика / М.И. Горбунов-Посадов, В.А. Ильичев, В.И. Кругов, П.А. Коновалов. -М.: Стройиздат, 1985. -480 с.

57. Подаков В.Ф. О мерах предупреждений возможных деформаций городских зданий при строительстве метрополитена в Ленинграде / Труды ВНИМИ, Сб. №61. Л, 1966.

58. Подаков В.Ф. Исследование деформаций земной поверхности на трассе Московско-Петроградского направления // Метрострой, 1963. № 3-4. -С. 15-16.

59. Подаков В.Ф. Исследование влияния на здания деформаций земной поверхности при сооружении тоннелей метрополитена в кембрийских глинах: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Ленинград, 1970. - 23 с.

60. Подаков В.Ф. Пособие по проектированию мероприятий для защиты эксплуатируемых зданий и сооружений от влияния горнопроходческих работ при строительстве метрополитена. Л.: Стройиздат, 1973. - 69 с.

61. Подгорный О.В. Влияние горнопроходческих работ на деформацию массива и осадки земной поверхности: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -С.- Петербург, 1992. 22с.

62. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. С-Петербург, ВНИМИ, 1998.

63. Протосеня А.Г., Потемкин Д.А. Проблема геомеханики тоннелей метрополитенов и оценка устойчивости обнажений // Подземный город: геотехнологии и архитектура: Труды международной конференции. Россия, С-Петербург, 8-10 сентября, 1998. С. 155-161.

64. Протосеня А.Г., Лебедев М.О. Постановка задач по расчету напряженного состояния около выработок // Межвузовский сборник научных трудов "Устойчивость и крепление горных выработок". С-Пб, СГГГТИ, 1999. С. 115-118.

65. Проценко A.M., АуэрбахВ.М., Савронский Б.В. Методика упруго-пластического расчета деформаций земной поверхности при проходке // Метрострой, 1989. № 2. - С. 21-22.

66. Рукин В.В., Руппенейт К.В. Механизм взаимодействия обделки напорных тоннелей с массивом горных пород. М.: Наука, 1969. - 160 с.

67. Руппенейт К.В. Некоторые вопросы механики горных пород. М.: Углетехиздат, 1954.

68. Руппенейт К.В., Долгих М.А., Матвиенко В.В. Вероятностные методы оценки прочности и деформируемости пород. М.: Стройиздат, 1964.- 83 с.

69. Савин Г.Н. Распределение напряжений около отверстий. Киев: Наукова думка, 1968. - 887 с.

70. Симкин В.И., Чирьев А.А., Аксаментов В.П. Деформации земной поверхности при строительстве метрополитена мелкого заложеният // Метрострой. 1981. № 8.

71. Симкин В.И. Разработка методов расчета деформаций земной поверхности, зданий и сооружений при строительстве метрополитена мелкого заложения: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Минск, 1982. -22с.

72. СниП 2.03.01.84. Проверка прочности сечений бетонных и железобетонных обделок / Госстрой СССР М.: ЦИТ11 Госстроя СССР, 1985.- 27 с.

73. СниП 2.01.07.85. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 36 с.

74. СниП 2.01.09.91. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах / Госстрой СССР — М.: АПП ЦИТП, 1992.-32 с.

75. СниП 11-40-80. Метрополитены / Госстрой СССР М.: Стройиздат, 1981.-64 с.

76. СниП 11-94-80. Подземные горные выработки / Госстрой СССР -М.: Стройиздат, 1982. -31 с.

77. СП 32-108-. Метрополитены / Госстрой России М.: Стройиздат,200.

78. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. JI. Недра. 1989.-487с.

79. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра, 1987.-221 с.

80. Фролов Ю.С., Голицынский Д.М., Ледяев А.П. Метрополитены. -М.: Желдориздат, 2001. 528 с.

81. Фролов Ю.С., Хуцкий В.П. Сдвижение земной поверхности при сооружении пересадочных узлов метрополитена в Санкт-Петербурге // Подземное пространство мира: Информационно-издательский центр ТИМР. 2001, №5-6. С. 46-49.

82. Хуцкий В.П., Федотов В.П. Мониторинг деформации земной поверхности и наземных сооружений при проходке станционных тоннелей / Горный журнал, 2001, №7. С. 75-77.

83. Хуцкий В.П. Методика прогноза оседаний и деформаций земной поверхности при сооружении тоннелей метрополитена // Сборник научных трудов ОАО «ВНИИгалургии», С-Пб, т. 1, 2001. С. 65 -79.

84. Цимбаревич П.М. Об оседаниях дневной поверхности под влиянием проходки выработок Московского метрополитена. Метрострой. 1934. № 8.

85. Цитович Н.А. Механика грунтов: Учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1979.-272 с.

86. Чеботаев В.В., Ауэрбах В.М., Левченко А.И. Прогнозирование аварийных деформаций поверхности и защита зданий при строительстве метрополитена // Транспортное строительство. 1994. - № 4. - С. 30-33.

87. Черный Г.И. Определение величин оседания и деформаций земной поверхности при сдвижении пород в форме реологического течения // Известия вузов. Горный журнал. 1966. - С. 3-9.

88. Шейнин В.И., Савицкий В.В. Назначение граничных условий и порядок расчета МКЭ мелкозаглубленных сооружений // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1996. -№ 6. - С. 14-17.

89. Шемякин Е.И. Геомеханика глубоких подземных сооружений // Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций.

90. Проектирование, строительство, эксплуатация: Науч.-техн. альманах информац.-издат. центра ТИМР, 1997, №2. С. 11-13.

91. Шемякин Е.И. Геомеханические и экологические аспекты освоения подземного пространства // Подземный город: геотехнологии и архитектура: Труды международной конференции. Россия, С-Петербург, 8-10 сентября, 1998.-С. 3-7.

92. Юдович Э.З., Гладков А.А. Деформации и горное давление на шахте № 8 // Метрострой. 1934. - № 5-6,8.

93. Jeffery G.B. Plate Stress and Plate Strain Bipolar Coordinates // Phil. Trans of the Royal Soc. of London, Ser. 1921. - A. - v. 221.

94. Kolymbas D. Some problems related with deep tunnels // Подземный город: геотехнология и архитектура: Труды международной конференции. Россия, С-Петербург, 8-10 сентября, 1998. С. 177-186.

95. Roisin V. Settlement Problems in Connection with Tunnelling in Soft Ground // Adv. Tunnel, Technol and Subsurf. Use/ Vol.4/ No 4. 1984. - pp. 173183.