автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Взаимодействие защитных экранов из труб с грунтовым массивом при строительстве тоннелей мелкого заложения

На правах рукописи

Г

ЩЕКУДОВ Евгений Владимирович

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗАЩИТНЫХ ЭКРАНОВ ИЗ ТРУБ С ГРУНТОВЫМ МАССИВОМ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТОННЕЛЕЙ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

(05. 23. 11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

¿сов- V 7п^

На правах рукописи

ЩЕКУДОВ Евгений Владимирович

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗАЩИТНЫХ ЭКРАНОВ ИЗ ТРУБ С ГРУНТОВЫМ МАССИВОМ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТОННЕЛЕЙ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

(05. 23. 11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете).

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Маковский Лев Вениаминович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Демешко Евгений Андреевич,

кандидат технических наук Четыркин Николай Сергеевич

Ведущее предприятие ГУП «Мосинжпроект»

Защита состоится 18 марта 2004 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.126.02 ВАК Минобразования РФ при Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу:

125319, Москва, А-319, Ленинградский проспект, д. 64, ауд.42. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « (-f » февраля 2004 г.

Отзыв просим представлять в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью.

Телефон для справок 155 - 0328.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ю.М. Ситников

РО(.

'ИЛЬНАЯ Г КА

'•'•) Рг

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Актуальность темы диссертационной работы обусловлена расширением объемов подземного строительства в сложных инженерно-геологических условиях с плотной городской застройкой, требующих обеспечения минимальных осадок поверхности земли и подвижек грунтового массива.

Высокая эффективность технологии проходки тоннелей под защитой экрана из труб, подтвержденная практикой строительства, способствует расширению сферы ее применения в крупных городах России. Однако многие вопросы взаимодействия экранов из труб с грунтовым массивом изучены недостаточно. В связи с этим такие исследования в настоящее время стали настоятельной необходимостью.

При строительстве тоннелей под защитой экранов из труб возникает ряд проблем, связанных с взаимодействием конструкций экрана с окружающим грунтовым массивом и расположенными поблизости зданиями, сооружениями и инженерными коммуникациями. Для решения этих проблем и обоснованного проектирования и строительства тоннелей под защитой экранов из труб необходимо проведение научных исследований в части обеспечения безопасности и надежности тоннелей как при строительстве, так и при эксплуатации.

Цель и задачи диссертации.

Цель - установить закономерности в формировании напряженно-деформированного состояния (НДС) системы, состоящей из крепи (экрана из труб, рам или арок) и грунтового массива (далее «крепь-экран-массив») на различных этапах строительства и эксплуатации тоннеля с учетом конструктивных особенностей, технологии строительства, свойств грунтового массива.

Задачи:

• провести теоретические исследования напряженно-деформированного состояния системы «крепь-экран-массив» с применением метода конечных элементов (МКЭ) и расчетных компьютерных комплексов;

• исследовать методом численного моделирования влияние технологии сооружения тоннелей мелкого заложения под защитой экрана из труб на НДС системы «крепь-экран-массив»;

• разработать методику мониторинга НДС труб экрана и поддерживающей крепи и провести экспериментальные исследования в натурных условиях;

• дать конкретные рекомендации по проектированию и сооружению тоннелей мелкого заложения под защитой экранов из труб.

Методика исследований. В основу исследований положен системный подход к решению проблемы, когда отдельные операции процесса строительства тоннеля рассматриваются на основе принципа целостности взаимосвязанно, с единых позиций.

В теоретических исследованиях применено математическое моделирование на основе метода конечных элементов (МКЭ). Разработаны плоская и пространственная модели системы «крепь-экран-массив». На строящихся тоннелях проводились экспериментальные исследования, направленные на выявление закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния тоннельных конструкций. Результаты расчета МКЭ сопоставлялись с результатами мониторинга НДС и с традиционными методами расчета.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• впервые в Российской Федерации выполнены комплексные теоретико-экспериментальные исследования пространственной работы системы «крепь-экран-массив»;

• разработаны конечно-элементные плоская и пространственная модели расчета системы «крепь-экран-массив»;

• проведены исследования напряженно-деформированного состояния труб защитного экрана; элементов временной и постоянной контурной и забойной крепей; деформативных характеристик грунта на строящихся тоннелях под действующими магистралями;

• разработана методика проведения мониторинга напряженно-деформированного состояния крепи при строительстве тоннеля с применением защитного экрана из труб под действующей магистралью;

• выявлены важные закономерности в распределении статических и динамических нагрузок между элементами крепи.

Практическую ценность работы составляют:

• методика и результаты теоретических исследований системы «крепь-экран-массив» на разработанных математических моделях;

• методика проведения и результаты мониторинга напряженно-деформированного состояния крепи при строительстве тоннелей с применением защитного экрана из труб под действующими транспортными магистралями;

• рекомендации по расчету и назначению конструктивно-технологических параметров экранов из труб, направленные на повышение эффективности проектных разработок в части повышения надежности экранов из труб, позволяющие снизить деформации массива, трудозатраты и стоимость работ.

Достоверность полученных результатов обоснована:

• строгостью исходных предпосылок применяемых методов исследований;

• учетом требований действующих нормативных документов;

• использованием разработок передовых отечественных и иностранных фирм и организаций;

• тестовыми расчетами напряженно-деформированного состояния крепи и грунтового массива при строительстве тоннелей, подтвержденными практикой строительства;

• комплексными теоретико-экспериментальными исследованиями напряженно-деформированного состояния системы «крепь-экран-массив», сопоставлением результатов, полученных на математических моделях и на строящихся и эксплуатируемых тоннелях;

• хорошей для практических целей сходимостью расчетных значений с результатами исследований в натурных условиях.

Реализация результатов. Результаты работы нашли

применение:

• при проектировании тоннелей в НИЦ «Тоннели и метрополитены» ОАО ЦНИИС, ГУП «Мосинжпроект», ГУП «Моспроект-2», ОАО «Метрогипротранс», ООО «Метро-Стиль 2000»;

• при научно-техническом сопровождении НИЦ ТМ строительства тоннелей, сооруженных под защитой экрана из труб в г. Москве (Нахимовский проспект, Лужники, Волоколамское шоссе), в г. Перми (ул. Локомотивная, ст. Бахаревка);

• при разработке методик расчета и мониторинга напряженно-деформированного состояния (НДС) временной крепи, которые нашли отражение в нормативных документах (МГСН 5.03-02 "Москов-

ские городские строительные нормы проектирования автотранспортных тоннелей"; "Рекомендации по проектированию и сооружению опережающих защитных экранов из труб с применением микротоннелепроходческих комплексов при строительстве тоннелей". М.: ОАО Корпорация "Трансстрой", Тоннельная ассоциация России, 2003 г.; Рабочая инструкция РИ05. "Мониторинг напряженно-деформированного состояния крепи при строительстве тоннеля под действующей магистралью с применением защитного экрана из труб". М.: ЦНИИС, 2002 г.; "Руководство по техническому диагностированию автодорожных тоннелей". Утверждено Распоряжением Государственной службы дорожного хозяйства "Росавтодор" Министерства транспорта Российской Федерации от 04.12.2000 г. № АВ-22-р.);

• в учебном процессе кафедры "Мосты и транспортные тоннели" МАДИ (ГТУ).

Апробация работы. Результаты исследований и основные научные положения диссертационной работы доложены:

• на Международной научно-практической конференции «Градофор-мирующие технологии XXI века», посвященной 300-летию создания системы инженерно-технического образования в России. (Секция «Транспорт, дороги, мосты, тоннели и коммуникации»). Россия, Москва, 11.09.2001 г.;

• на Международной научно-практической конференции "Тоннельное строительство России и стран СНГ в начале века: опыт и перспективы". Россия, Москва, 28-31 октября 2002 г.;

• на семинаре «Актуальные проблемы расчета строительных конструкций с использованием пространственных моделей и их влияние на конструктивные решения», октябрь 2002 г;

• на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета), 20012003 гг.;

• на заседаниях Секции НИЦ «Тоннели и метрополитены» Ученого совета ОАО ЦНИИС, 1999-2003 гг.

Объем работы. Диссертация содержит 204 стр., 64 иллюстрации, 12 таблиц и включает введение, 4 главы, общие выводы, список использованной литературы 89 наименований и 4 приложения.

Разработка методики мониторинга напряженно-деформированного состояния (НДС) временной крепи и исследования на объектах строительства выполнялись в лаборатории «Горного давления и норм расчета» НИЦ «Тоннели и метрополитены» ОАО ЦНИИС (Директор НИЦ ТМ, д.т.н., проф. В.Е. Меркин; зав. лаб., к.т.н. В.В. Чеботаев; ст. научн. сотр. Л.А. Воробьев).

Основное содержание работы В первой главе диссертации дается анализ современного состояния применения защитных экранов из труб в тоннелестроении и методов их расчета.

Рассмотрены вопросы внедрения и совершенствования технологии строительства транспортных тоннелей под экранами из труб в нашей стране, имеющиеся в работах Алихашкина В.А., Безродного К.П., Бессолова В.А, Бессолова П.П., Бочарова В.Ф., Варшавского В.В , Веселовского В.Н., Власова С.Н., Воробьева Л.А., Колина Д.И., Маковского Л.В., Меркина В.Е., Милова В.Г., Мишина С.И., Рахманинова Ю.П., Самойлова В.П., Сарабеева В.Ф., Туренского С.Н., Чеботаева В В , Чеботарева С В и др ; за рубежом в работах J.Clarke, H.H.Einstein, A.Bobet, T.lftimie, Akio Tamai, P.P.Oreste, D.Peila, Gary W.Rhodes, Joseph L Kauschinger, K.Shirakawa, T.Nakao.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом (Италия, Франция, Япония, США, Румыния и др.) накоплен богатый опыт проектирования и строительства тоннелей под экранами из труб, разработаны прогрессивные конструктивные и технологические решения применительно к разнообразным градостроительным и инженерно-геологическим условиям, созданы нормативные документы, регламентирующие требования к конструированию, расчету и технологии возведения защитных экранов и проходки тоннельных выработок

Вместе с тем имеется ряд проблем, касающихся научного обоснования оптимальных геометрических и конструктивных параметров

экранов из труб, а также технологических мер, направленных на минимизацию нарушений грунтового массива и поверхности земли.

В России сооружены с помощью защитного экрана из труб автодорожные, пешеходные и коллекторные тоннели в г. Москве и г Перми. Строятся и проектируются тоннели в г. Москве и г Санкт-Петербурге.

Существенный вклад в теорию расчета подземных конструкций во взаимодействии с окружающим грунтовым массивом внесли ученые нашей страны. Расчетам, основанным на методах механики сплошной среды, посвящены работы Ю.Н. Айвазова, Ш.М. Айталиева, И.В. Баклашова, Ф.А. Белаенко, Н.С. Булычева, Д.В. Вайнберга, Г.А. Гениева, Ж.С. Ержанова, Ю.К. Зарецкого, Б.А. Картозия, К.В. Руппе-нейта, Г.Н. Савина, С.Б. Ухова, А.Б. Фадеева, H.H. Фотиевой, С.А. Христиановича, С.А. Юфина и других. Вопросы расчета тоннельных конструкций на заданные нагрузки разрабатывались О.Ю. Антоновым, Б.П. Бодровым, O.E. Бугаевой, Б.Н. Виноградовым, В.А. Гарбером, С.С. Давыдовым, Б.И. Дидухом, И.Я. Дорманом, Г.Г. Зурабовым, Л М. Емельяновым, И.М. Иофисом, P.A. Резниковым, С Н. Розановым, В.В. Чеботаевым, Н.С. Четыркиным, H H. Шапошниковым и другими. Исследования напряженно-деформированного состояния сыпучих грунтов в процессе производства проходческих работ выполнены Е А. Демешко, Ю.Н. Кондюриным, В.П. Самойловым и др.

Методики расчета конструкции экрана из труб в нашей стране разработаны Чеботаевым В.В., Колиным Д.И., Старчевской Л.Л. (ЦНИИС); Маковским Л.В., C.B. Чеботаревым (МАДИ); за рубежом Gary W.Rhodes, Joseph L.Kauschinger (США), P.P.Oreste (Италия)

Наиболее полно напряженно-деформированное состояние защитного экрана в процессе проходки может быть оценено проведением пространственного расчета напряженно-деформированного состояния системы «крепь-массив» на всех этапах строительства тоннеля.

Для приближенного определения усилий в трубах экрана в практике проектирования используют плоские расчетные конечноэлемент-ные модели, плоскость которых параллельна оси тоннеля.

Трубы защитного экрана должны быть рассчитаны по прочности на воздействие нагрузок от грунта с учетом податливости поддержи-

вающих элементов и гибкости самих труб. В расчет должен приниматься суммарный эффект последовательной разработки всех или нескольких заходок. На каждой заходке величина нагрузки должна приниматься равной "снимаемым" при разработке грунта напряжениям.

Расчеты поддерживающих элементов выполняют по программам расчета тоннельных обделок сначала на единичные нагрузки для определения податливости опоры трубы, а после расчета труб - на нагрузки, возникающие на различных этапах проходки. По результатам этих расчетов окончательно устанавливают длину заходки.

Анализ существующих методов расчета экрана из труб показал, что они позволяют учесть технологию строительства, однако не в полной мере учитывают пространственный характер работы труб защитного экрана, конструкций крепи и упругопластические свойства грунтов. В связи с этим необходимы всесторонние исследования работы пространственной системы «крепь-экран-массив».

Вторая глава посвящена разработке плоской конечно-элементной модели, имитирующей поведение системы «крепь-экран-массив» при изменении геометрических характеристик, прочностно-деформативных свойств окружающих тоннель грунтов и ряда технологических факторов; проведены исследования влияния жесткости опи-рания поддерживающих элементов на систему «крепь-экран-массив» по существующей методике расчета экрана из труб.

В последнее время в связи с развитием вычислительной техники численные методы получают все более широкое распространение для расчета подземных сооружений, поэтому инструментом исследований в подавляющем большинстве случаев являются методы математического (численного, компьютерного) моделирования такие, как методы конечных разностей (МКР), конечных элементов (МКЭ), граничных элементов (МГЭ), гибриды МКЭ и МГЭ (МКГЭ) и методы дискретных элементов (МДЭ).

Наибольшее распространение в практике решения геомеханических задач в технически развитых странах получил метод конечных элементов (МКЭ) - приближенный численный метод решения задач механики сплошной среды и, в первую очередь, задач теории упругости, строгое аналитическое решение которых встречает серьезные

математические трудности. МКЭ позволяет учитывать в расчете прочностные и деформационные свойства каждого напластования грунта, а также влияние технологии сооружения подземных выработок на любом этапе строительства.

В нашей стране практическое применение МКЭ в задачах геомеханики нашло свое развитие благодаря работам А.Л Гольдина, Ж.С Ержанова, О.Н. Золотова, C.B. Кузнецова, A M Линькова, Л.А Розина, Р Л Салганика, А.Г. Угодчикова, С.Б. Ухова, А.Б. Фадеева, В.В. Чебо-таева, H H Шапошникова, С А Юфина и других исследователей. За рубежом развитие МКЭ в решении инженерных задач связано с именами Б. Айронса, Д. Аргириса, С Ахмада, Ф. де Вебеке, Ж Габусси, Р Гэллахера, Ф С. Десаи, А. Женишека, О. Зенкевича, И. Кратохвила, Дж Одена, Э Уилсона и других

В настоящей диссертационной работе разработана плоская конечно-элементная модель, которая реализована в комплексе компьютерных программ «ECRAN» (НИЦ ТМ ОАО ЦНИИС) Модель позволяет в первом приближении оценить совместную работу экрана из труб с окружающим грунтовым массивом и установить характер изменения НДС системы в процессе строительства

Модель основана на том, что грунт наделяется идеализированными упруго-пластичными свойствами Соответственно до проходки выработки в грунте действуют бытовые напряжения, возникшие от его собственного веса и нагрузки на поверхности.

Деформационные свойства материалов, из которых сложена полуплоскость, определяются модулем деформаций Е и коэффициентом поперечного расширения п, а также прочностью, характеризуемой сцеплением С и углом внутреннего трения ф Конструкция моделируется системой упругих стержней, деформационные свойства которых определяются модулем деформаций Е0, площадью поперечного сечения F и моментом инерции I Материал полуплоскости перестает сопротивляться сдвигу при нарушении условия прочности Кулона-Мора'

(ах - сту) + 4 тху2 < (ох + ау + 2 Cctgcp)2 sin2cp, где ах, ау, тху - действующие полные напряжения (компоненты напряженного состояния элемента);

С, ф - сцепление и угол внутреннего трения грунта

Расчетной математической моделью массива является фрагмент неоднородной упругопластической тяжелой полуплоскости, в которой создают вырезы-выработки, подкрепляемые стержневыми системами - временной или постоянной крепью.

Расчеты усилий в конструкциях производятся в две стадии. На первой стадии рассчитывают напряжения в элементах грунта от воздействия собственного веса и нагрузок на поверхности. По результатам расчетов опреде/1яют силы в узлах, располагающихся на контуре выреза. На второй стадии, которая может состоять из нескольких этапов, определяют напряжения, возникающие от "снимаемых" напряжений на границе выреза. При появлении пластического состояния элементов этап разбивают на несколько шагов. На каждом из шагов после проверки соблюдения условия прочности в элементах грунта корректируют матрицу жесткости. Чем больше зона пластичности, тем требуется задать большее количество шагов на этапе. При сохранении упругого состояния грунта достаточно выделить только момент подкрепления в этапе, т.е. считать весь этап в два шага. При поэтапном сооружении объекта расчеты усилий и перемещений проводили в соответствии с принятой технологией, последовательно для каждого этапа.

Исследования напряженно-деформированного состояния МКЭ системы «крепь-экран-массив» с учетом упруго-пластических свойств грунтов выполнены для Волоколамского тоннеля в Москве в двух вариантах проходки: сплошным и уступным забоем.

На рис. 1 показаны этапы расчета по плоской модели. На рис. 2 показано изменение изгибающих моментов в потолочных трубах защитного экрана в процессе строительства тоннеля (в двух вариантах проходки: сплошным забоем и ступенчатым забоем).

Исследование плоского НДС грунтового массива в окрестности тоннельной выработки, закрепленной экраном из труб, при двух вариантах проходки - сплошным и ступенчатым забоем, показало несомненные преимущества последнего: рабочий пролет труб экрана уменьшается на 15-20 %, значения изгибающих моментов в потолочных трубах на период проходки калотты снижаются в 3-5 раз, максимальные осадки железнодорожных путей уменьшаются в 3-4 раза, что значительно повышает технологическую надежность.

проходка тоннеля сплошным забоем

I

III

_ .. _____I0§<0»_ _

>iw«ea«Mtiaí«eMie«iairieMQm О0О0Ое&0е0в0«йОеО0О0«0«01)0О0в0в|

1О0О01В0О0О0Я8О0ОвЬ0б0ДОО0О01й0О0О0в iaewB«M*«Meo*«MicaseetiM«Bwe

J'zrna, WMsruaüübmtiaráObüWb.i

тчнягщмшмвълааъштуеулоаыъ!— .............................

. . ...____________________________mkixt

--------*---------------г-----------------------------------------ълъюас-тчг,-*/эъягзкяг ЛТ ЛК-ЛГ чьж

VIII

Oír, ч

_______*ммвв18««'404*апй11е&е«вя

____________________,

— — — -г- г- г--------------- iодгоевдедеоздивИ

— •-•-----------------

00*0006100000 Q 0Ь0«0О 00 0Q0O0&0IBCO0O0OA_____-____

------------

. -- — —----------■i>8íiaaí'SP,ií,'i0üeíii354?í(e,íi.4Si ч»*«

> ■waQmtw&i

1000*0 00410 *0О0О0О0О0«0й ее 000900109 'ъвъеъръе'ъеъеъаъвааья'ле'нюявяа'аяиъъ О0О0в0О0О0«0гвО0О0О0Яеб0С|01д|0О0О0«1

_ъаъя&я'ье&аъгь&ьвьвъв'Ы'ч&ъасчвааъек!

■— — — irvu/^ñ" —----------------

Этап I - устройство защитного экрана из труб; этап II - разработка грунта насыпи в стартовом котловане, этап III — монтаж портальной рамы в стартовом котловане, разработка грунта в приемном котловане, этап IV - монтаж портальной рамы в приемном котловане, разработка грунта под раму № 2; этап V - монтаж рамы № 2, разработка грунта под раму № 3; этап VI ~ монтаж рамы № 3, разработка грунта под раму № 4, этап VII - монтаж рамы № 4, разработка грунта под раму № 5; этап VIII - монтаж рамы № 5, разработка грунта под раму N° 6

проходка тоннеля уступным забоем

III

-IL

____

O0O0r40«0B0Q0tt0Q0Q0Q0ii0ooQ0O0ia0O0«0O0is?a?^»«;«if;nii!,«.'ia;ei?e#a¿'a««0e0O0O0tt0Q0a0B060Q0a0Ci0i&0is0O0ii0«i0Q0a геглв ¿до)» ее «воеордоо дедо оагеоодездоягдододевдоогодедо

'/лл ¿у •»»■ vbiw* ^ *•* >ъ - -............ ... ... .. ......

* "л *> п Р/,"'-

......' *"

«0&0O600fc0«i0£0O09OQ0G0Q0rj0O9l___________________________ —________

w ъ к* *«9Ш1 В9пиш9ш9*9щк9шш,*»'ыь<.'......

^^ IV 7*-1-й | I ............

ЕвШЙВШШ,_________

___________атттмсттъгытпваШ&ъъ

б0оао0в0о0о090о0о0б0о0а0о0оовво0|»0ова;ою««№лпнш№«вша#а0о0овово0в0о0о0в0а0о0«0о0а0о0о0о0«0о01 а*авав1авае«#аевва«|0ава0«0а«о«а0«0а0а«№тгжш№ошш*(,>ва«1в«««1ааомв«аа»аа0а0вв«вив«иа«в б01«дввОб«О0ввВвО0в1«ОвО«04О10О«б0«№О1№№б1Ш№вШП«9твН0ввО0в81ОвМ0«0Ш0Овй0МОв«0в0«вОО« апва0бваеио0«0ввооа««в«0а*иа0Ъ0аео1в<ога(от<вгага>ш«(в«ад«емао«5е1««0««вд«аа*влиа0«0аааа«вавв

йайворйейд^рам^ойвьАзмсоамооуейяе»^

— --------------------------

ъ.лик-.уси*. ¡и лх-чг^ым ^ ма»

Этап I - устройство защитного экрана из труб, этап II - разработка грунта насыпи в стартовом и приемном котлованах, этап III - монтаж портальных рам, разработка грунта под раму № 2, этап IV - монтаж рамы № 2, разработка грунта под раму № 3; этап V - монтаж рамы № 3, разработка грунта под раму № 4, этап VI - монтаж рамы № 4, разработка грунта под раму N° 5

Рис. 1. Этапы расчета по плоской модели

Проходка тоннеля сплошным забоем

1 во

140

»

120 С

100

во 1

во

г

н 40 ■

7

£ 20

-20 1

-40

э -60

У

ю ■ 80

-100

-120

-140

-160

-180 •

-200

-220

Длина тоннеля, м

~ Этапы 2.3 —А— Этап 4 —В—Этап 5 —в—Этап в —М—Этап7

Проходка тоннеля ступенчатым забоем

Длина тоннеля, м

Рис. 2. Изгибающие моменты в трубах защитного экрана

Использование плоской конечно-элементной модели может быть рекомендовано для предварительной оценки НДС системы «крепь-экран-массив» при условии, что длина тоннеля в несколько раз превышает размеры его поперечного сечения. По данным многочисленных расчетов, подтвержденных практикой строительства, статическая работа конструкции короткого и широкого тоннеля, прокладываемого в ж д. насыпи, является существенно пространственной и любые плоские модели могут привести к результатам, заметно отличающимся от практики. Поэтому для повышения точности расчетов таких тоннелей следует использовать пространственные расчетные модели.

Исследование влияния жесткости опирания поддерживающих элементов в системе «крепь-экран-массив» по существующей методике расчета экранов из труб показало, что увеличение жесткости опирания поддерживающих рам на порядок приводит к увеличению нагрузок на раму на 15-20 %, снижению изгибающих моментов в трубах на 15-20 % и суммарных осадок - на 30-40 %.

Третья глава посвящена разработке пространственной конечно-элементной модели, имитирующей поведение системы «крепь-экран-массив» в зависимости от геометрических параметров модели, прочностных и деформативных свойств грунтов, окружающих тоннель, технологических факторов на различных этапах строительства тоннеля. Применение такой модели позволило обеспечить необходимую степень достоверности научных положений и выводов, а также рассмотреть важные аспекты проблемы в трехмерной постановке.

Для исследования использовался программный комплекс «COSMOS/M», разработанный американской компанией «Structural Research & Analysis Corporation».

Работоспособность и эффективность модели подтверждены серией тестовых расчетов.

Исследования на пространственной модели проводили применительно к проходке автодорожного тоннеля сечением 15*8 5 м и длиной 35 м под железнодорожной насыпью; тоннель сооружался на глубине 4.5 м. Принятая несущая система крепи во всех вариантах -стальные рамы из двутавра 100Б2. Трубы с армокаркасами заполнены бетоном В20.

Схема разработанной модели представлена на рис. 3.

даос

Рис 3. Схема расчетной пространственной модели

На пространственной модели выполнено 27 серий расчетов. Каждая серия представляла один из рассматриваемых вариантов проходки тоннеля. В табл. 1 приведены пределы варьирования параметров модели МКЭ, назначенные по опыту строительства. В качестве исходных параметров задавались их усредненные характерные значения. В качестве исследуемого признака и показателя эффективности технологического варианта системы рассматривали осадку поверхности земли над тоннелем.

Таблица 1

Балл категории варианта Параметры Расчетная осадка ж.д. путей, мм

№ варианта диаметр трубы, мм заход ка, м грунт

1 3 630 1 песок 106

2 7 630 1 суглинок 67

3 15 630 1 глина 33

4 2 630 2 песок 130

5 5 630 2 суглинок 79

6 13 630 2 глина 40

7 1 630 3 песок 186

8 4 630 3 суглинок 100

9 8 630 3 глина 57

10 11 820 1 песок 44

11 19 820 1 суглинок 29

12 25 820 1 глина 14

13 10 820 2 песок 54

14 16 820 2 суглинок 33

15 24 820 2 глина 16

16 6 820 3 песок 77

17 12 820 3 суглинок 41

18 I 21 820 3 глина 23

19 17 1020 1 песок 32

20 22 J 1020 1 _суглинок 20

21 27 1020 1 глина 10

22 14 1020 2 песок 39

23 20 1020 2 суглинок 24

24 26 1020 2 глина 12

25 9 1020 3 песок 56

26 и 18 1020 3 суглинок 30

27 23 1020 3 глина 17

Подлежавшие анализу варианты технологических решений представляли собой комбинации, составленные из инженерно-геологических условий проходки (в песках, суглинках, глинах), конструкций экрана (применение труб диаметром 630 мм 820 мм, 1020 мм) и режимов проходки (заходками 1 м, 2 м, 3 м). Таким образом, при моделировании было рассмотрено три фактора, каждый из которых задавали на трех уровнях.

Цель анализа результатов численного моделирования проходки сводилась к тому, чтобы установить зависимость осадки поверхности от принятого технологического варианта проходки тоннеля В качестве искомой зависимости рассматривали тенденцию изменения осадки поверхности. Отклонения от этой тенденции рассматривали как случайную составляющую, информационный «шум», порождаемый большим количеством слабо управляемых и плохо контролируемых факторов (природных, технологических, конструкционных и пр.), а также дискретным характером и ограниченной достоверностью и неполнотой исходных данных, взятых из практики строительства тоннелей, являющихся уникальными сооружениями.

Анализ возможностей существующих методов теории планирования и обработки результатов эксперимента позволил выбрать достаточно простой и эффективный для данных условий метод, обеспечивший возможность рассмотреть все исследуемые технологические варианты проходки с единой позиции и представить искомую зависимость в наглядной форме, удобной для проектировщиков Для выявления искомой зависимости применен тренд-анализ.

Варианты указанных технологических решений представили эмпирическим множеством, состоящим из З3=27 объектов.

Применить к таким объектам количественные математические методы непосредственно нельзя Поэтому сначала варианты проран-жировали по их эффективности - по величине создаваемой осадки поверхности (табл. 1). Далее эмпирическое множество отобразили в числовую систему с заданным отношением.

Для отображения комбинаций технологических решений (вариантов проходки) в числовое множество использовали шкалирование -присвоение вариантам числовых значений В результате получили возможность измерения вариантов, и на совокупности шкальных зна-

чений вариантов построили равномерную дискретную 27-балльную шкалу, рассматривая балл как единицу измерений варианта.

Оперирование шкальными значениями вариантов обеспечило адекватность объектов первоначальной (эмпирической) и преобразованной (числовой) совокупности. Таким образом, для каждого варианта технологического решения было однозначно определено его место на оси категорий (оси X). После этого построили номограмму зависимости осадки У от значения варианта X (рис. 4). Как показали последующие исследования, для решения поставленной задачи оказалось вполне достаточным использовать одномерную шкалу.

Сглаживание зависимости осадки от балла варианта по логарифмической кривой (у = -48,1061_п(х) + 165,73; Р2 = 0,98) показало следующее. Результаты расчета закономерно и достаточно плотно легли на сглаживающую кривую. Заданный план эксперимента удачно охватил все результаты экспериментов, поэтому их удалось аппроксимировать единой зависимостью. Незначительное, рассматриваемое как случайное, отклонение точек от аппроксимирующей кривой -следствие указанных выше особенностей исходных данных и способа их усреднения.

По номограмме можно легко оценить области возможного применения вариантов крепи при заданном допуске на осадку поверхности. Наличие совместных областей применимости дает возможность выбора параметров крепи в пределах допустимых значений осадки. Однако следует учитывать, что результаты получены по усредненным значениям исходных данных, и поэтому их целесообразно использовать как ориентировочные и подлежащие уточнению в каждом конкретном случае проектирования крепи.

Построены номограммы, позволяющие оценить допустимые области промежуточных значений инженерно-геологических условий, а также области взаимозаменяемости труб различного диаметра. Примеры диаграмм приведены на рис. 5, 6.

Проведенные исследования НДС системы «крепь-экран-массив» на пространственных моделях позволили оценить влияние отдельных элементов (диаметра труб экрана, величины заходки, типа грунта) на осадку поверхности грунтового массива при проходке тоннеля способами сплошного и ступенчатого забоя.

1 2 3. 4 5 6 7. 8. 9. 10 11 12 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20 21 22. 23. 24. 25. 26 27.

Категория варианта технологического решения X, балл

Осадка в ПЕСКАХ —X- -Осадка в СУГЛИНКАХ —Осадка в ГЛИНАХ

—в- -Геология - ПЕСОК —X- -Геология - СУГЛИНОК —Ж—Геология - ГЛИНА

о Труба 630 мм д Труба 820 мм □ Труба 1020 мм

• Заходка 1 м - Заходка 2 м — Заходка 3 м

• ОСАДКА -Логарифмический (ОСАДКА)

Рис. 4. Номограмма зависимости осадки У от категории варианта X

Заходха, м .

Рис. 5. Зависимость осадки поверхности земли от величины заходки в глинах

Заходка, м

Рис 6. Зависимость осадки поверхности от величины заходки (труба 0 1020)

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям в натурных условиях.

Для оценки надежности тоннелей, сооружаемых под защитой экранов из труб, были проведены экспериментальные исследования в производственных условиях на четырех крупных и ответственных транспортных объектах в г. Москве (Лужники, Волоколамское шоссе) и г. Перми (ул. Локомотивная, Бахаревка), с последующим сравнением полученных значений с расчетными.

Экспериментальные исследования включали: мониторинг напряженно-деформированного состояния (НДС) крепи при строительстве тоннелей под действующими магистралями; геодезический мониторинг деформаций конструкций тоннелей, насыпи и ж-д. путей; исследование НДС труб защитного экрана в процессе строительства тоннеля; исследования нагруженности забойной крепи; исследования НДС постоянных колонн тоннеля при введении их в работу.

Разработана методика мониторинга напряженно-деформированного состояния крепи при строительстве тоннеля под действующей магистралью с применением защитного экрана из труб.

Целью мониторинга НДС крепи является контроль за работой несущих конструкций крепи и оценка адекватности расчетной модели крепи для уточнения и дополнения исходных данных, принятых в расчетах.

Контроль роста нагрузок на колонны и ригели проводился путем измерения продольных деформаций стенки и полок двутавровых элементов конструкций с помощью механического деформометра системы ЦНИИС с базой 300 мм и отсчетным устройством на основе индикатора часового типа ИЧ-10 с ценой деления шкалы 0,01 мм. При этом технологическая точность обеспечивается не ниже ±0,005 мм, что соответствует оценкам изменения напряжений в стали с точностью ±35 кгс/см2.

Усилия (изгибающие моменты М и нормальные силы Ы) в ригелях и стойках рам определяли посредством измерения деформаций в характерных точках металлоконструкций.

Определение нагрузок на ригели рам от давления верхнего ряда труб защитного экрана выполняли по усилиям в стойках рам, которые определяли по измеренным деформациям стоек. Учитывая сложную

картину взаимодействия ригеля с экраном из труб в условиях проходки и принимая во внимание, что жесткость ригеля на изгиб значительно превышает податливость грунта насыпи, вертикальную нагрузку на ригель принимали равномерно распределенной.

Дополнительно контроль нагрузки на ригель рамы проводили по результатам определения в нем изгибающих моментов.

Определение нагруженности рам использовали для внесения коррективов в технологию проходки для предупреждения возникновения опасных ситуаций.

Для выявления закономерностей развития усилий в элементах крепи по мере проходки результаты измерений представлены в графической форме с применением процедур "сглаживания" (тренд-анализ).

По расчетным нагрузкам и нагрузкам, полученным в процессе мониторинга для каждой рамы, оборудованной измерительными базами, были построены графики изменения нагруженности рам.

Для измерений деформаций и напряжений в трубах защитного экрана тоннеля были установлены струнные датчики типа ПСАС-20. Датчики были вварены в арматурные стержни, армирующие трубы экрана. В качестве регистрирующего прибора использовали ПЦП-1.

По деформациям определяли напряжения в сечении, а затем по формулам сопротивления материалов находили нормальные силы и изгибающие моменты.

Анализ результатов измерений изгибающих моментов в потолочных трубах экрана позволяет выявить следующее:

• характер изгиба потолочных труб экрана в полной мере определяется нагрузками от подвижного состава и грунта; <

• податливость забоя обусловливает повышенную осадку насыпи под ж.д. путями. Это указывает на то, что крепление забоя при проходке под действующими ж.д. магистралями играет важную роль для * снижения осадки ж.д. путей и подтверждает, что способ крепления забоя сильно влияет на осадку ж.д. путей;

• назначение забойной крепи состоит не только в обеспечении устойчивости забоя против обрушения, но и в том, чтобы максимально снизить вертикальные деформации под ж.д. путями. Недостаточно

надежная система крепления лба забоя обусловливает осадку труб защитного экрана;

• для ограничения осадки ж.д. путей необходимо максимально повышать вертикальную жесткость стеновой части экрана из труб или жесткость грунта;

• передачу нагрузок с временных колонн на постоянные целесообразно выполнять с помощью домкратов Фрейссинэ, расположив их под каждой постоянной колонной.

Анализ результатов мониторинга НДС крепи и результатов геодезического мониторинга в процессе строительства тоннелей под защитой экранов из труб в г. Москве и г. Перми позволил своевременно обнаруживать отклонения фактических параметров проходки от расчетных и оперативно предупреждать возможность возникновения опасных и прочих нежелательных ситуаций, а также выявить и объяснить основные причины отклонений фактических режимов работы временной крепи и центральных (постоянных) колонн тоннеля от расчетных.

Измерения НДС временной крепи показали, что на нагружен-ность рам крепи сильное влияние оказывает технология проходки (разработка и крепление забоя, силовые воздействия при монтаже рам и постановке связей между рамами и экраном из труб и пр.) и конструктивные решения рам. Неравномерность нагруженное™ рам крепи обусловлена, как правило, сложным характером включения рам в совместную работу с трубами защитного экрана.

Многократное измерение изменений напряжений в рамах во время прохождения поездов показало, что влияние нагрузки от поездов не превышало 20 . 25 % от напряжений, измеренных в элементах рам в отсутствие поезда

Установлено, что в среднем около 25 % нагрузки на крепь передается с ригеля на боковые трубы экрана, минуя стойки (колонны) рам.

Распределительные свойства защитного экрана из труб в целом повышают технологическую надежность несущей системы "экран-рамы" (снижается опасность больших подвижек, локализуются вывалы грунта в забое), но вместе с тем могут приводить к локальным пе-

регрузкам отдельных элементов или участков крепи, что следует учитывать в ППР.

Анализ опыта проходки тоннелей показал, что портальные рамы, на которые приходится первоначальное опирание верхнего ряда труб экрана, целесообразно выносить как можно дальше за пределы насыпи действующей магистрали (на 0.8-1.5 длины заходки), чтобы при строительстве максимально уменьшить нарушение бытового состояния насыпи. Несущие конструкции портальных рам целесообразно выполнять в металле, а обетонирование портала и архитектурно-отделочные работы производить по завершении возведения всех несущих тоннельных конструкций.

Необходимо обеспечивать максимально быстрое включение рам крепи в совместную работу с трубами защитного экрана, например путем поддомкрачивания, как это было успешно осуществлено на строительстве Волоколамского автодорожного тоннеля под железной дорогой. Измерение в процессе строительства нагруженности стоек временной крепи и центральных колонн тоннеля показало, что контроль обжатия стоек и колонн следует в обязательном порядке включать в операции монтажа с тем, чтобы гарантировать минимальные отклонения режима работы этих конструкций от проектных.

Общие выводы

В настоящее время в нашей стране и за рубежом накоплен богатый опыт проектирования и строительства тоннелей под экранами из труб, разработаны прогрессивные конструктивные и технологические решения применительно к разнообразным градостроительным и инженерно-геологическим условиям, созданы нормативные документы, регламентирующие требования к конструированию, расчету и технологии возведения защитных экранов и проходки тоннельных выработок. Вместе с тем имеется ряд проблем, касающихся научного обоснования оптимальных геометрических и конструктивных параметров экранов из труб, а также технологических мер, направленных на минимизацию нарушений грунтового массива и поверхности земли.

Существующие методы расчета тоннелей, сооружаемых под защитой экранов из труб, позволяют учесть технологию строительства, однако не в полной мере учитывают пространственный характер ра-

боты труб защитного экрана, конструкций крепи и упругопластические свойства грунтов.

Выполненные в рамках диссертационной работы теоретические и экспериментальные исследования позволили установить закономерности в формировании напряженно-деформированного состояния (НДС) системы, состоящей из крепи (рамы или арки), экрана из труб и грунтового массива, на различных этапах строительства тоннеля и разработать практические рекомендации конструктивно-технологического и расчетного характера, направленные на повышение эффективности технологии строительства тоннелей, сооружаемых под защитой экранов из труб.

По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований могут быть сделаны следующие выводы.

1. Разработана плоская конечно-элементная модель системы «крепь-экран-массив» с учетом упруго-пластических свойств грунтов, реализованная в комплексе компьютерных программ «ECRAN», позволяющая в первом приближении оценить совместную работу экрана из труб с окружающим массивом, определить деформации грунтового массива и установить характер изменения НДС системы в процессе строительства.

2. Исследование на плоской модели НДС грунтового массива в окрестности тоннельной выработки, закрепленной экраном из труб, при двух вариантах проходки - сплошным и ступенчатым забоем, показало несомненные преимущества последнего: рабочий пролет труб экрана уменьшается на 15-20 %, значения изгибающих моментов в потолочных трубах на период проходки калотты снижаются в

v 3-5 раз, максимальные осадки железнодорожных путей уменьшаются

в 3-4 раза, что значительно повышает технологическую надежность.

3. Исследование влияния жесткости опирания поддерживающих элементов в системе «крепь-экран-массив» по существующей методике расчета экранов из труб показало, что увеличение жесткости опирания поддерживающих рам на порядок приводит к увеличению нагрузок на раму на 15-20 %, к снижению изгибающих моментов в трубах на 15-20 % и суммарных осадок на 30-40 %.

4. Использование плоской конечно-элементной модели может быть рекомендовано для предварительной оценки НДС системы

«крепь-экран-массив» при условии, что длина тоннеля в несколько раз превышает размеры его поперечного сечения. Статическая работа конструкции короткого и широкого тоннеля, прокладываемого в ж.д. насыпи, является существенно пространственной, и любые плоские модели могут привести к результатам, заметно отличающимся от практики. Поэтому для повышения надежности результатов расчетов таких тоннелей следует использовать пространственные расчетные модели.

5. Разработана пространственная конечно-элементная модель, реализуемая компьютерным программным комплексом «COSMOS/M» и ориентированная на решение упругой задачи для несущей системы «крепь-экран-массив» на различных этапах строительства тоннеля. Работоспособность и эффективность модели подтверждены серией тестовых расчетов.

6. Проведенные на пространственной модели исследования НДС системы «крепь-экран-массив» позволили оценить влияние отдельных параметров (диаметра труб экрана, величины заходки, типа грунта), а также способов проходки (сплошной и ступенчатый забой) на осадку поверхности земли. Проанализировано 27 серий численных экспериментов, в которых варьировались диаметр труб экрана (630, 820 и 1020 мм), величина заходки (1м, 2м и 3 м) и тип грунта (песок, суглинок, глина).

7. Методами тренд-анализа получены зависимости изменения осадок поверхности земли для выбранных вариантов инженерных решений. Построены номограммы, пользуясь которыми можно для допустимых значений осадки поверхности земли в различных инженерно-геологических условиях выбрать оптимальный вариант сочетания: диаметра труб экрана, величины заходки и способа проходки.

8. Разработана методика мониторинга напряженно-деформированного состояния крепи и грунтового массива при строительстве тоннелей с применением защитного экрана из труб под действующими магистралями. Данные мониторинга позволяют своевременно обнаруживать отклонения фактических параметров проходки от расчетных и предупреждать возникновение опасных

ситуаций, а также выявлять и объяснять основные причины отклонений фактических режимов работы крепи тоннеля от расчетных.

9. Экспериментальные исследования на строительстве тоннелей в Москве и Перми позволили установить следующее:

- распределительные свойства защитного экрана из труб повышают технологическую надежность несущей системы «крепь-экран-массив» - снижается опасность возникновения больших подвижек, локализуются вывалы грунта в забое. Вместе с тем возможны локальные перегрузки отдельных элементов или участков крепи;

- забойная крепь должна не только обеспечивать устойчивость забоя против его обрушения, но и максимально снижать вертикальные деформации крепи и грунтового массива, особенно при проходке тоннелей под действующими ж.д. магистралями. Недостаточно надежная и податливая система крепления лба забоя обусловливает повышенную осадку труб защитного экрана;

- портальные рамы, на которые приходится первоначальное опирание верхнего ряда труб экрана, целесообразно выносить за пределы насыпи действующей магистрали не менее, чем на 0.8-1.5 длины заходки, чтобы при строительстве максимально уменьшить нарушение бытового состояния насыпи;

- измерения напряжений в рамах во время прохождения поездов показали, что влияние нагрузки от поездов, как правило, не превышает 20...25 % от напряжений, действующих в элементах рам в отсутствии поезда;

- измерение нагруженности стоек крепи и колонн тоннелей в процессе строительства показало, что контроль их обжатия следует в

>• обязательном порядке включать в операции монтажа, с тем, чтобы

минимизировать отклонения фактического режима работы этих конструкций от проектных и, тем самым, предотвратить развитие пластиче-" ских деформаций;

- установлено, что в среднем около 25 % нагрузки на крепь передается с ригеля на боковые трубы экрана, минуя стойки рам

Результаты исследований были использованы при проектировании и строительстве тоннелей в Москве и Перми и вошли в нормативные документы.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Щекудов Е.В. Научно-техническое сопровождение строительства тоннелей, сооружаемых под защитой экранов из труб//Актуальные проблемы мостостроения и тоннелестроения: Сборник научных трудов. - М.: МАДИ, 2001. - С.98-108.

2. Щекудов Е.В. Опыт сооружения тоннелей с применением защитного экрана из труб под действующими транспортными магистралями// Исследования конструкций и материалов для метро- и тоннелестроения: Сборник научных трудов. - М.: ЦНИИС, 2002. - С.38-62.

3. Чеботаев В.В., Щекудов Е.В. Сооружение тоннелей под действующими магистралями с помощью защитного экрана из труб//Научно-исследовательский институт транспортного строительства (ЦНИИС) на пороге третьего тысячелетия: Сборник научных трудов. - М.: ЦНИИС, 2000. - С.191-198.

4. Чеботаев В.В., Воробьев Л.А., Щекудов Е.В. Научно-техническое сопровождение строительства тоннелей в Перми и Москве//Тезисы докладов и сообщений Международной научно-практической конференции «Градоформирующие технологии XXI века», посвященной 300-летию создания системы инженерно-технического образования в России. Секция «Транспорт, дороги, мосты, тоннели и коммуникации». - М., 2001. - С.44-46.

5. Воробьев Л.А., Щекудов Е.В. Рабочая инструкция РИ05 «Мониторинг напряженно-деформированного состояния крепи при строительстве тоннеля под действующей магистралью с применением защитного экрана из труб». - М.: ЦНИИС, 2001. - 15с.

6. Щекудов Е.В. Исследование работы грунтоцементных свай в ограждающих конструкциях котлованов. - М.: Наука и техника в дорожной отрасли, № 2, 2003. - С. 16-17.

Подписано в печать 03 02 2004 Формат 60 х 84 '/|6 Печать офсетная Объем 1 п л Тираж 100 эка Заказ 5

Отпечатано в типографии ОАО ЦНИИС Лицензия ПЛД № 53-510 от 22 10 1999 г.

129329, Москва, Кольская 1 Гел (095) 180-94-65

РНБ Русский фонд

2006-4 7720

о *' г 0ПП '

' J ^ С Г Í V/ » J

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭКРАНОВ ИЗ ТРУБ

1.1 Общие положения

1.2 Конструкции и технология возведения труб экрана. Строительство тоннелей под защитой экранов из труб

1.3 Методы расчета экранов из труб

Выводы. Задачи исследований

Глава 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ

КРЕПЬ-ЭКРАН-МАССИВ» ПО ПЛОСКОЙ СХЕМЕ

2.1 Общие положения

2.2 Метод конечных элементов (МКЭ) применительно к расчету подземных сооружений

2.3 Методика исследования МКЭ напряженно-деформированного состояния (НДС) системы «крепь-экран-массив» с учетом упругопластических свойств грунтов

2.4 Исследования НДС МКЭ системы «крепь-экран-массив» с учетом упруго-пластических свойств грунтов

2.5 Исследование влияния жесткости опирания поддерживающих элементов в системе «крепь-экран-массив» по существующей методике расчета экранов из труб

Выводы

Глава 3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ «КРЕПЬ-ЭКРАН-МАССИВ» ПО ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СХЕМЕ

3.1 Общие положения

3.2 Построение расчетных моделей в программном комплексе «COSMOS/M»

3.3 Моделирование задач определения НДС обделок тоннелей

3.4 Применение программного комплекса «COSMOS/M» для расчета напряженно-деформированного состояния системы «крепь-грунтовый массив» (тестовые расчеты)

3.5 Разработка пространственной конечно-элементной модели для расчета системы «крепь-экран-массив»

3.6 Планирование численного эксперимента

3.7 Методы анализа результатов экспериментальных исследований

3.8 Исследования напряженно-деформированного состояния несущей системы «крепь-экран-массив» на пространственных моделях . 81 Выводы

Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТОННЕЛЕЙ ПОД ЗАЩИТОЙ ЭКРАНОВ ИЗ ТРУБ

4.1 Общие положения

4.2 Методика мониторинга напряженно-деформированного состояния крепи при строительстве тоннеля под действующей магистралью с применением защитного экрана из труб

4.3 Экспериментальные исследования НДС временной крепи тоннелей (поддерживающих элементов)

4.4 Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований

4.5 Экспериментальные исследования НДС постоянных колонн тоннеля при введении их в работу

4.6 Исследования НДС труб защитного экрана в процессе строительства тоннеля

4.7 Геодезический мониторинг деформаций конструкций тоннеля, насыпи и ж.-д. путей

4.8 Экспериментальные исследования нагруженности забойной крепи

Выводы

Наблюдающееся в последние десятилетия расширение масштабов тоннельного строительства обусловливает необходимость дальнейшего совершенствования технических средств и методов преодоления участков нарушенных и неустойчивых грунтов, встречающихся по трассе горных, подводных и городских тоннелей, сооружаемых закрытым способом [30, 34].

При строительстве городских подземных транспортных сооружений мелкого заложения под существующими объектами возникают существенные трудности, связанные с нарушением их нормального функционирования.

В практике тоннелестроения в настоящее время находят применение следующие виды контурной и опережающей крепей: арочная, анкерная, на-брызг-бетонная, бетонные своды, опережающие экраны из грунтоцементных свай, армирующие фибергласовые элементы в призабойной зоне, опорные столбы из вертикальных и наклонных микросвай, экраны из труб и др. [30].

Экраны из труб устраивают по контуру будущего тоннеля. Экран из труб может служить не только в качестве временной крепи, но и входить в состав постоянной несущей конструкции [27, 34,35, 66, 67].

Такой способ применяют при строительстве перегонных тоннелей и станций метрополитена, автотранспортных и пешеходных тоннелей преимущественно мелкого заложения на застроенной городской территории, когда использование открытого способа затруднительно или невозможно.

Особенно эффективным этот способ оказывается при строительстве тоннелей под улицами и дорогами, под насыпями и фундаментами зданий в слабых неустойчивых грунтах при глубине заложения от 3 до 1 м от поверхности земли. Применение указанного способа работ не требует вскрытия дневной поверхности над подземным сооружением, не нарушает условий уличного движения, сводит до минимума сдвижения и деформации поверхности земли. При этом в ряде случаев отпадает необходимость в применении искусственного замораживания и химического закрепления грунтов.

Под защитой экранов из труб построены горным способом многие подземные сооружения мелкого заложения: станция «Венеция» метрополитена г. Милана (Италия); перегонные тоннели в г. Атланте (США) при строительстве метрополитена под скоростной 10-полосной автомагистралью 1-285; два пешеходных тоннеля под автомагистралью Оршард в г. Сингапуре; тоннель под железной дорогой в Калифорнии (США); двухъярусная подземная станция метрополитена в г. Сендай (Япония) под 15 ж.д. путями; два параллельных трехполосных тоннеля Мэйко (Япония) и др. [70, 73-76, 78-88].

В зарубежной практике строительства тоннелей способом продав-ливания известны следующие случаи использования экранов из труб: в Японии по такой технологии соорудили два автотранспортных (Куруме и Осака - Нагойя под железнодорожными путями) и один пешеходно-коллекторный тоннель в г. Нагато под станционными ж.д. путями и др. [34].

В России под действующими железнодорожными и автодорожными магистралями сооружены с помощью защитного экрана из труб горным способом: автодорожные тоннели на пересечении железнодорожных путей ст. Пермь-П - ст. Свердловск — ст. Бахаревка (г. Пермь), на Волоколамской развязке, пешеходные тоннели в Лужниках, на Волоколамской развязке, под Бутиковским переулком (г. Москва), коллекторные тоннели на ул. Вавилова, над станцией Московского метрополитена «Ленинский проспект» под магазином «Ткани» в районе Гагаринской развязки, трехсекционные инженерные коллекторные тоннели на 41 км Московской окружной ж.д. МК МЖД, в Москва-СИТИ у Экспоцентра на 1-й Красногвардейской ул. (г. Москва); методом продавливания - автодорожные тоннели под железнодорожными путями Павелецкого направления. Строятся автодорожные тоннели в Москве, Санкт-Петербурге (пос. Мурино); проектируются тоннели в Москве (1- Брестская ул., под Шмитовским проездом, на Смоленской ж.д. под пл. Тестовская, на Варшавском шоссе под Курским направлением МЖД, через грузовую станцию Перерва Курского направления МЖД, в районе платформы Люблино под ж.д. путями Курского направления МЖД) [10, 13, 18, 33-35,37,38, 60,61,64-67].

В России существует ряд специализированных строительных организаций, которые занимаются устройством защитных экранов из труб, такие как «Тоннельный отряд 44», НПО «Космос», ООО «Трансстройтоннель-99», СМУ-5 Мосметростроя.

При строительстве тоннелей под защитой экранов из труб возникают различные проблемы, связанные с взаимодействием конструкций экрана с окружающим грунтовым массивом и расположенными поблизости зданиями, сооружениями и инженерными коммуникациями. Для решения этих проблем и обоснованного проектирования и строительства тоннелей под защитой экранов из труб необходимо проведение научных исследований для обеспечения безопасности и надежности при строительстве и эксплуатации тоннелей.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Актуальность темы диссертационной работы определяется расширением объемов подземного строительства в сложных градостроительных и инженерно-геологических условиях, требующих применения опережающих крепей и, прежде всего, экранов из труб.

Высокая эффективность этой технологии, подтвержденная практикой строительства, способствует расширению сферы ее применения в крупных городах России. Однако многие вопросы взаимодействия экранов из труб с грунтовым массивом изучены недостаточно. В связи с этим такие исследования в настоящее время стали настоятельной необходимостью.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИИ.

Цель - установить закономерности в формировании напряженно-деформированного состояния (НДС) системы, состоящей из крепи (экрана из труб и рам или арок) и грунтового массива (далее «крепь-экран-массив») на различных этапах строительства и эксплуатации тоннеля с учетом конструктивных особенностей и технологии возведения, свойств пересекаемых грунтов.

Задачи:

• выполнить теоретические исследования напряженно-деформированного состояния системы «крепь-экран-массив» с применением метода конечных элементов (МКЭ) и расчетных компьютерных комплексов «COSMOS/M» (разработан американской компанией «Structural Research & Analysis Corporation»), «ECRAN», «ROBD» (разработаны НИЦ TM ОАО ЦНИИС), «RK6» (разработан Ленметрогипротрансом);

• исследовать методом математического моделирования технологические операции при сооружении тоннелей мелкого заложения под защитой экрана из труб;

• разработать методику мониторинга НДС труб экрана и поддерживающей крепи и провести экспериментальные исследования в натурных условиях;

• дать конкретные рекомендации по проектированию и сооружению тоннелей мелкого заложения под защитой экранов из труб.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

Основой исследований является системный комплексный подход к решению проблемы, когда отдельные операции процесса строительства тоннеля под защитой экрана из труб рассматриваются взаимосвязанно, с единых позиций принципа целостности.

В теоретических исследованиях применены методы математического моделирования на основе метода конечных элементов (МКЭ). Разработаны плоская (с учетом упруго-пластических свойств грунтов) и пространственная модели системы «крепь-экран-массив». Экспериментальные исследования, направленные на выявление закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния тоннельных конструкций, проводились на строящихся тоннелях. Результаты расчета МКЭ сопоставлялись с результатами мониторинга НДС и с традиционными методами расчета.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:

• впервые в Российской Федерации выполнены комплексные теоретико-экспериментальные исследования пространственной работы системы «крепь-экран-массив»;

• разработаны конечно-элементные плоская и пространственная модели расчета системы «крепь-экран-массив»;

• разработана методика проведения мониторинга напряженно-деформированного состояния крепи при строительстве тоннеля под действующей магистралью с применением защитного экрана из труб;

• проведены экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния труб защитного экрана; элементов временной и постоянной контурной и забойной крепей; деформативных характеристик грунта на строящихся тоннелях под действующими магистралями;

• выявлены закономерности распределения статических и динамических нагрузок между элементами крепи;

ПРАКТИЧЕСКУЮ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ составляют:

• методика и результаты теоретических исследований системы «крепь— экран-массив» на разработанных математических моделях;

• методика проведения и результаты мониторинга напряженно-деформированного состояния крепи при строительстве тоннелей под действующими транспортными магистралями с применением защитного экрана из труб;

• рекомендации по расчету и назначению конструктивно-технологических параметров экранов из труб, направленные на повышение эффективности проектных разработок в части повышения надежности экранов из труб, позволяющие снизить трудозатраты и стоимость работ.

ДОСТОВЕРНОСТЬ полученных результатов обоснована:

• строгостью исходных предпосылок применяемых методов теоретических и экспериментальных исследований;

• учетом требований действующих нормативных документов;

• использованием разработок передовых отечественных и иностранных фирм и организаций в рассматриваемой области;

• тестовыми расчетами напряженно-деформированного состояния крепи и грунтового массива при строительстве тоннелей, подтвержденными практикой строительства;

• комплексными экспериментально-теоретическими исследованиями напряженно-деформированного состояния системы «крепь-экран-массив» на математических моделях и на строящихся и эксплуатируемых тоннелях;

• хорошей (для практических целей) сходимостью расчетных значений с результатами экспериментальных исследований в натурных условиях.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Результаты работы нашли применение при проектировании в НИЦ «Тоннели и метрополитены» ОАО ЦНИИС, ГУП «Мосинжпроект», ГУП «Моспроект-2», ОАО «Метрогипрот-ранс», ООО «Метро-Стиль2000», научно-техническом сопровождении НИЦ ТМ строительства тоннелей, сооруженных под защитой экрана из труб в г. Москве (Нахимовский проспект, Лужники, Волоколамское шоссе - ГУП «Мосинжпроект», ОАО «Метрогипротранс» ОАО «Тоннельный отряд 44»), г. Перми (ул. Локомотивная, ст. Бахаревка — ОАО «Уралгипротранс», НПО «Космос», ОАО «Стимул-Урал», ОАО «Космос-Урал», ОАО «Тоннельный отряд 44»); а также при разработке методик расчета и мониторинга напряженно-деформированного состояния (НДС) временной крепи; отражены в нормативных документах (МГСН 5.03-02 "Московские городские строительные нормы проектирования автотранспортных тоннелей"; "Рекомендации по проектированию и сооружению опережающих защитных экранов из труб с применением микротоннелепроходческих комплексов при строительстве тоннелей". М.: ОАО Корпорация "Трансстрой", Тоннельная ассоциация России, 2003 г. [44]; Рабочая инструкция РИ05. "Мониторинг напряженно-деформированного состояния крепи при строительстве тоннеля под действующей магистралью с применением защитного экрана из труб". М.: ЦНИИС, 2002 г. [15]; "Руководство по техническому диагностированию автодорожных тоннелей". Утверждено Распоряжением Государственной службы дорожного хозяйства "Росавтодор" Министерства транспорта Российской Федерации от 04.12.2000 г. № АВ-22-р.); а также в учебном процессе кафедры "Мосты и транспортные тоннели" МАДИ (ГТУ).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований и основные научные положения диссертационной работы доложены:

• на Международной научно-практической конференции «Градоформирую-щие технологии XXI века», посвященной 300-летию создания системы инженерно-технического образования в России. (Секция «Транспорт, дороги, мосты, тоннели и коммуникации»). Россия, Москва, 11.09.2001 г.;

• на Международной научно-практической конференции "Тоннельное строительство России и стран СНГ в начале века: опыт и перспективы". Россия, Москва, 28-31 октября 2002 г.;

• на семинаре «Актуальные проблемы расчета строительных конструкций с использованием пространственных моделей и их влияние на конструктивные решения», октябрь 2002 г.;

• на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Московского автомобильно-дорожного института (Государственного технического университета), 2001-2003 гг.;

• на заседаниях Секции НИЦ «Тоннели и метрополитены» Ученого совета ОАО ЦНИИС, 1999-2003 гг.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 6 научных статьях (3 из которых в соавторстве):

1. Щекудов Е.В. Научно-техническое сопровождение строительства тоннелей, сооружаемых под защитой экранов из труб//Актуальные проблемы мостостроения и тоннелестроения: Сборник научных трудов.-М.: МАДИ, 2001. -С.98-108.

2. Щекудов Е.В. Опыт сооружения тоннелей с применением защитного экрана из труб под действующими транспортными магистралями// Исследования конструкций и материалов для метро- и тоннелестроения: Сборник научных трудов. -М.: ЦНИИС, 2002. - С.38-62.

3. Чеботаев В.В., Щекудов Е.В. Сооружение тоннелей под действующими магистралями с помощью защитного экрана из труб//Научно-исследовательский институт транспортного строительства (ЦНИИС) на пороге третьего тысячелетия: Сборник научных трудов. - М. :ЦНИИС, 2000. - С.191-198.

4. Чеботаев В.В., Воробьев Л.А., Щекудов Е.В. Научно-техническое сопровождение строительства тоннелей в Перми и Москве//Тезисы докладов и сообщений Международной научно-практической конференции «Градоформирующие технологии XXI века», посвященной 300-летию создания системы инженерно-технического образования в России. Секция «Транспорт, дороги, мосты, тоннели и коммуникации». -М., 2001. - С.44-46.

5. Воробьев JI.A., Щекудов Е.В. Рабочая инструкция РИ05 «Мониторинг напряженно-деформированного состояния крепи при строительстве тоннеля под действующей магистралью с применением защитного экрана из труб». М.: ЦНИИС, 2001.-15с.

6. Щекудов Е.В. Исследование работы грунтоцементных свай в ограждающих конструкциях котлованов//Наука и техника в дорожной отрасли, № 2. -М., 2003.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация содержит 204 стр., 64 иллюстрации, 12 таблиц и включает введение, 4 главы, общие выводы, список использованной литературы 89 наименований и 4 приложения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основе анализа опыта проектирования и строительства тоннелей под защитой экранов из труб установлено следующее:

- при строительстве городских тоннелей мелкого заложения под дорогами, зданиями, инженерными коммуникациями и другими препятствиями в последние годы успешно применяют защитные экраны из труб. Этот эффективный способ не требует вскрытия дневной поверхности, не нарушает условия уличного движения, сводит к минимуму сдвижения и деформации поверхности земли;

- в настоящее время в нашей стране и за рубежом накоплен богатый опыт проектирования и строительства тоннелей под экранами из труб, разработаны прогрессивные конструктивные и технологические решения применительно к разнообразным градостроительным и инженерно-геологическим условиям, созданы нормативные документы, регламентирующие требования к конструированию, расчету и технологии возведения защитных экранов и проходки тоннельных выработок. Вместе с тем, имеется целый ряд проблем, касающихся научного обоснования оптимальных геометрических и конструктивных параметров экранов из труб, а также технологических мер, направленных на минимизацию нарушений грунтового массива и поверхности земли;

- существующие методы расчета тоннелей, сооружаемых под защитой экранов из труб, позволяют учесть технологию строительства, однако они не в полной мере учитывают пространственный характер работы труб защитного экрана, конструкций крепи и упругопластические свойства грунтов.

Выполненные в рамках диссертационной работы теоретические и экспериментальные исследования, позволили установить закономерности в формировании напряженно-деформированного состояния (НДС) системы, состоящей из крепи (рамы или арки), экрана из труб и грунтового массива, на различных этапах строительства тоннеля.

Результаты исследований позволили научно обосновать целесообразность и эффективность применения защитного экрана из труб для строительства тоннелей мелкого заложения; разработать практические рекомендации конструктивно-технологического и расчетного характера, направленные на повышение эффективности технологии строительства тоннелей, сооружаемых под защитой экранов из труб; создать предпосылки для широкого применения экранов из труб в отечественном тоннелестроении. Для расчета системы «крепь-экран-массив» на этапах строительства тоннеля разработаны плоская и пространственные конечно-элементные модели. Результаты расчетов по плоской схеме с учетом упруго-пластических свойств грунтов позволили оценить совместную работу экрана из труб с окружающим массивом и установить характер изменения НДС системы «крепь-экран— массив» в процессе строительства. Исследования на пространственных моделях выявили важные закономерности изменения конструктивных и технологических параметров в процессе строительства тоннеля.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований могут быть сделаны следующие выводы:

I. Разработана плоская конечно-элементная модель системы «крепь— экран-массив» с учетом упруго-пластических свойств грунтов, реализованная в комплексе компьютерных программ «ECRAN», позволяющая в первом приближении оценить совместную работу экрана из труб с окружающим массивом, определить деформации грунтового массива и установить характер изменения НДС системы в процессе строительства.

2. Исследование плоского НДС грунтового массива в окрестности тоннельной выработки, закрепленной экраном из труб, при двух вариантах проходки: сплошным забоем и ступенчатым забоем показало несомненные преимущества последнего. При проходке ступенчатым забоем рабочий пролет труб экрана уменьшается на 15-20 %, значения изгибающих моментов в потолочных трубах на период проходки калотты снижаются в 3-5 раз, максимальные осадки железнодорожных путей уменьшаются в 3-4 раза, что значительно повышает технологическую надежность.

3. Исследование влияния жесткости опирания поддерживающих элементов в системе «крепь-экран-массив» по существующей методике расчета экранов из труб показало, что увеличение жесткости опирания поддерживающих рам на порядок (при увеличении коэффициента упругого л 1 отпора с 335 т/м до 3350 т/м ) приводит к увеличению нагрузок на раму на 15-20%, к снижению изгибающих моментов в трубах на 15-20% и к снижению суммарных осадок на 30-40 %.

4. Использование плоской конечно-элементной модели может быть рекомендовано для предварительной оценки НДС системы «крепь-экран-массив» при условии, что длина тоннеля в несколько раз превышает размеры его поперечного сечения. По данным многочисленных расчетов, подтвержденных практикой строительства, статическая работа конструкции короткого и широкого тоннеля, прокладываемого в ж.д. насыпи, является существенно пространственной и любые плоские модели могут привести к заметно отличающимся от практики результатам. Поэтому для повышения точности расчетов таких тоннелей следует использовать трехмерные расчетные модели.

5. Разработана пространственная конечно-элементная модель, реализуемая компьютерным программным комплексом «COSMOS/M» и ориентированная на решение упругой задачи для несущей системы «крепь-экран-массив» на различных этапах строительства тоннеля. Работоспособность и эффективность модели подтверждены серией тестовых расчетов.

6. Проведенные исследования НДС системы «крепь-экран-массив» позволили оценить влияние отдельных параметров (диаметра труб экрана, величины заходки, типа грунта), а также способов проходки (сплошной и ступенчатые забои) на осадку поверхности грунтового массива. Проанализировано 27 серий численных экспериментов, в которых варьировали диаметр труб экрана (630, 820 и 1020 мм), величину заходки (1м, 2м и 3 м) и тип грунта (песок, суглинок, глина).

7. Методами тренд-анализа получены зависимости изменения осадок поверхности земли для выбранных вариантов инженерных решений. Построены номограммы, пользуясь которыми можно для допустимых значений осадки поверхности земли в различных инженерно-геологических условиях выбрать оптимальный вариант сочетания - диаметра труб экрана, величины заходки и способа проходки.

8. Разработана методика мониторинга напряженно-деформированного состояния крепи и грунтового массива при строительстве тоннелей с применением защитного экрана из труб под действующими магистралями. Мониторинг НДС крепи и геодезический мониторинг в процессе строительства тоннелей под защитой экранов из труб позволили своевременно обнаруживать отклонения фактических параметров проходки от расчетных и предупреждать возникновение опасных ситуаций, а также выявить основные причины отклонений фактических режимов работы крепи тоннеля от расчетных.

9. Экспериментальные исследования в Москве и Перми позволили установить: распределительные свойства защитного экрана из труб повышают технологическую надежность несущей системы «крепь-экран-массив» — снижается опасность возникновения больших подвижек, локализуются вывалы грунта в забое. Вместе с тем экран из труб может приводить к локальным перегрузкам отдельных элементов или участков крепи; забойная крепь должна не только обеспечивать устойчивость забоя против его обрушения, но и максимально снижать вертикальные деформации крепи и грунтового массива, особенно при проходке тоннелей под действующими ж.д. магистралями. Недостаточно надежная система крепления лба забоя обусловливает повышенную осадку труб защитного экрана; портальные рамы, на которые приходится первоначальное опирание верхнего ряда труб экрана, целесообразно выносить за пределы насыпи действующей магистрали не менее, чем на 0.8-1.5 длины заходки, чтобы при строительстве максимально уменьшить нарушение бытового состояния насыпи; измерения напряжений в рамах во время прохождения поездов показали, что влияние нагрузки от поездов не превышает 20.25 % от напряжений, действующих в элементах рам в отсутствие поезда; измерение нагруженности стоек крепи и колонн тоннелей в процессе строительства показало, что контроль обжатия стоек крепи и колонн следует в обязательном порядке включать в операции монтажа, с тем, чтобы минимизировать отклонения фактического режима работы этих конструкций от проектных и, тем самым, предотвратить развитие пластических деформаций.

10. На основе теоретических и экспериментальных исследований установлено, что в среднем около 25 % нагрузки на крепь передается с ригеля на боковые трубы экрана, минуя стойки (колонны) рам.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований были использованы при проектировании и строительстве тоннелей в Лужниках, на Волоколамской развязке (г. Москва), Локомотивной ул., ст. Бахаревка (г. Пермь); вошли в нормативные документы: МГСН 5.03-02 "Московские городские строительные нормы проектирования автотранспортных тоннелей"; "Рекомендации по проектированию и сооружению опережающих защитных экранов из труб с применением микротоннелепроходческих комплексов при строительстве тоннелей". ОАО Корпорация "Трансстрой", Тоннельная ассоциация России; Рабочая инструкция ЦНИИС РИ05. "Мониторинг напряженно-деформированного состояния крепи при строительстве тоннеля под действующей магистралью с применением защитного экрана из труб"; "Руководство по техническому диагностированию автодорожных тоннелей". "Росавтодор" Министерства транспорта Российской Федерации.

1. Алихашкин В.А., Алексашкин А.Н. Проблема несущей способности стальных труб защитных опережающих экранов и ограждений котлованов.-М.: Метро и тоннели, №4, 2001. —с.30-31.

2. Амусин Б.З., Фадеев А.Б. Метод конечных элементов при решении задач горной геомеханики. М.: Недра, 1975.

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

4. Барбакадзе В.Ш., Мураками С. Расчет и проектирование строительных конструкций и сооружений в деформированных средах. М.: Стройиздат, 1989. - 472с.

5. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести.-М.: Высшая школа, 1968.-512с.

6. Безухов Н.И., Лужин О.В., Колкунов Н.В. Устойчивость и динамика сооружений в примерах и задачах. -М.: Высшая школа, 1987. ~ 264с.

7. Белкин М.Н., Чесноков С.А. Исследование и применение технологии продавливания труб в тоннелестроении. Новые технологии и материалы в подземном строительстве. М.: ТИМР, 1995, № 1.-С.28-34.

8. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. М.: Недра, 1994. -384с.

9. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах.-М.: Недра, 1989.-272с.

10. Васюков П.А., Демешко Е.А. и др. Сооружение тоннелей и трубопроводов способом продавливания. М.: Оргтрансстрой, 1978.

11. Виттке В. Механика скальных пород. Перевод с немецкого. -М.: Недра, 1990.

12. Власов С.Н., Ходош В.А., Черняховская С.Э. Применение экранов из труб при строительстве тоннелей. М.: Транспортное строительство, 1980, №5, с.51-53.

13. Воробьев J1.A. Рационализация статических расчетов тоннельных обделок. Сборник научных трудов.-М.: Транспорт, 1984, с.64-78.

14. Воробьев Л.А., Щекудов Е.В. Рабочая инструкция РИ05 «Мониторинг напряженно-деформированного состояния крепи при строительстве тоннеля под действующей магистралью с применением защитного экрана из труб». М.: ЦНИИС, 2001.- 15с.

15. Гарбер В.А. Научные основы проектирования тоннельных конструкций с учётом технологии их сооружения. — М.: НИЦ ТМ ОАО ЦНИИС, 1996.-370с.

16. Гарбер В.А. Метрополитен. Долговечность конструкций в условиях эксплуатации и городского строительства. — М.: НИЦ ТМ ОАО ЦНИИС, 1998.-172с.

17. Гребенешников АЛ. «Трансстройтоннель-99». Строительство подземных сооружений методом опережающего защитного экрана. М.: Метро и тоннели, №2, 2003.-с.33-34.

18. Голицынский Д.М., Фролов Ю.С., Кулагин Н.И. Строительство тоннелей и метрополитенов. — М.: Транспорт, 1989.

19. Зенкевич О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред.-М.: Недра, 1974.

20. Использование микротоннелирования для создания конструкций крепи при проходке тоннелей большого сечения. М.: Подземное пространство мира, 1996, №5.-с. 16-19.

21. Карташов Ю.М., Матвеев Б.В., Михеев Г.В., Фадеев A.IS. Прочность и деформируемость горных пород. — М.: Недра, 1979.-269с.

22. Кузнецов Г.Н., Ардашев К.А., Филатов Н.А. и др. Методы и средства решения задач горной геомеханики. — М.: Недра, 1987.-248с.

23. Маковский И.В., Маковский Л.В., Малоян Э.А., Меркин В.Е. Современные способы строительства транспортных тоннелей мелкого заложения в больших городах.-М.: МГЦНТИ, 1983, вып. 15. с.27.

24. Маковский Л.В. Городские подземные транспортные сооружения. -М., Стройиздат, 1985.

25. Маковский Л.В. Проектирование автодорожных и городских тоннелей. М.: Транспорт, 1993. - 352с.

26. Маковский Л.В. Под защитой экранов из труб. М.: Метрост-рой, 1980, № 4. - с.23-24.

27. Маковский Л.В. Устройство опережающей крепи с применением микротоннельной технологии. М.: Метро, 1992, №3.-с.57-60.

28. Маковский Л.В. Эффективная технология стабилизации тоннельного забоя в слабоустойчивых грунтах. — М.: Подземное пространство мира, 2002, № 1. -с.23-25.

29. Маковский Л.В. Современные технологии проходки в сложных инженерно-геологических условиях.-М.: Метро и тоннеля,2002, №5.«с.21-23.

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

31. Маковский Л.В., Чеботарев С.В., Лушников А.В. Продавливание под защитой экранов из труб. — М.: Транспортное строительство, 1987, № 8. с.20-22.

32. Малинин А.Г. Строительство автодорожных тоннелей в Перми. 2 части.- М.: Подземное пространство мира, 1999,№ 1.-С.24-26, № 5.-C.23-26.

33. Меркин В.Е., Маковский J1.B. Прогрессивный опыт и тенденции развития современного тоннелестроения. М., ТИМР, 1997. - 192с.

34. Меркин В.Е., Маковский J1.B. Проходка тоннелей под транспортными магистралями с применением защитных экранов из труб. Новые технологии и материалы в подземном строительстве. — М.: ТИМР, 1995, № 1. -с. 13-23.

35. Методические рекомендации по расчету временной крепи тоннельных выработок.-М.: ЦНИИС, 1984.-62с.

36. Миллерман С.И., Гоглидзе J1.B., Синицкий Г.М., Четыркин Н.С. Автодорожный тоннель под ж.-д. путями Рижского направления МЖД на пересечении Волоколамского шоссе с улицей Свободы. М.: Метро и тоннели, №6, 2001. —с.22-23.

37. Муравин Г.И., Власов С.Н., Бессолов В.А. Опережающие экраны — новая технология для проходки тоннелей. — М.: Горный журнал, 1999, №11. -с.36-38.

38. Плоскостные и объемные расчеты по методу конечных элементов в строительстве тоннелей. Перевод с немецкого. — М.: 1986, 10 е., ил. (ВЦП № М-06874).

39. Программный комплекс «COSMOS/M» (инструкция), 2001, 2002.

40. Ревуженко А.Ф. Механика упруго-пластических сред и нестандартный анализ. — Новосибирск: Издательство Новосибирского университета, 2000. 426с.

41. Рекомендации по применению опережающих экранов из труб при сооружении транспортных тоннелей. М., ЦНИИС, 1988.-47с.

42. Рекомендации по технологии бестраншейной прокладки трубопроводов с применением микротоннелепроходческих комплексов. М., Корпорация «Трансстрой», Тоннельная ассоциация, 1998.-68с.

43. Рекомендации по проектированию и устройству опережающих защитных экранов из труб с применением микротоннелепроходческихкомплексов при строительстве тоннелей. М., Корпорация «Трансстрой», Тоннельная ассоциация, 2003. —55с.

44. Родин И.В. К вопросу о решении задач гравитационного давления горного массива на крепи подземных выработок. Доклады АН СССР, т. 78, №3, 1951.

45. Родин Н.В. Снимаемая нагрузка и горное давление. В книге "Исследование горного давления". — М.: Госгортехиздат, 1960. с.343-374.

46. Румшиский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента.-М.: Наука, 1971.- 192с.

47. Руппенейт К.В. Некоторые вопросы механики горных пород. -М.: Углетехиздат, 1954.-384с.

48. Саргсян А.Е., Демченко А.Т., Дворянчиков Н.В., Джинчвелашвили Г.А. Строительная механика. М.: Высшая школа, 2000.-416с.

49. Симвулиди И.А. Расчет инженерных конструкций на упругом основании. М.: Высшая школа, 1987.

50. Смирнов А.Ф., Александров А.В., Лащеников Б.Я., Шапошников Н.Н. Строительная механика. Стержневые системы. М.: Стройиздат, 1981. -512с.

51. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. М.: Гос. изд. технико-теоретической литературы, 1954.-275с.

52. Соколовский В.В. Теория пластичности. М.: Высшая школа, 1969. Изд. 3.-608с.

53. Справочник инженера —тоннельщика/Богомолов Г.М., Голицын-ский Д.М., Сеславинский С.И. и др.; Под редакцией Меркина В.Е., Власова С.Н., Макарова О.Н. М.: Транспорт, 1993. - 390с.

54. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Киев: Наукова думка, 1975.-704с.

55. Справочник по механике и динамике грунтов / Швец В.1>., Гинзбург JI.K., Гольдштейн В.М. и др.; Под редакцией Швеца В.Б. Киев: Буд1вельник, 1987.-232с.

56. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. — М.: Недра, 1987.-224с.

57. Фотиева Н.Н. Расчет обделок тоннелей некругового поперечного сечения.-М.: Сгройиздат, 1974.-240с.

58. Храпов В.Г., Демешко Е.А., Наумов С.Н. Тоннели и метрополитены, М.: Транспорт, 1989.

59. Чеботаев В.В., Щекудов Е.В. Сооружение тоннелей под действующими магистралями с помощью защитного экрана из труб. Сборник научных трудов ЦНРШС.-М., 2000.-с. 191-198.

60. Чеботаев В.В., Лыткин В.А., Фотиева Н.Н., Тарасенко Е.Н. Определение нагрузок на крепь по измеренным деформациям. Ст. в сб. «Устойчивость и крепление горных выработок». — JI.: ЛГИ, 1976, вып. 2, с. 108-1 14.

61. Черняков А.В., Адуйский Е.А., Веселовский В.Н., Мсркин В.Г:!., Миллерман С.И. Тоннель под железной дорогой в Перми. М.: Метро и тоннели, №3, 2001.

62. Черняков А.В. НПО КОСМОС 2002 год. - М.: Метро и тоннели, №6, 2002.-с.5.

63. Щекудов Е.В. Научно-техническое сопровождение строительства тоннелей, сооружаемых под защитой экранов из труб// Актуальные проблемы мостостроения и тоннелестроения: Сборник научных трудов. М.: МАДИ, 2001.-С.98-108.

64. Щекудов Е.В. Опыт сооружения тоннелей с применением защитного экрана из труб под действующими транспортными магистралями/ /Исследования конструкций и материалов для метро- и тоннелестроения: Сборник научных трудов. -М.: ЦНИИС, 2002.-с.38-62.

65. Щекудов Е.В. Исследование работы грунтоцементных свай в ограждающих конструкциях котлованов/ /Наука и техника в дорожной отрасли. -М., 2003.

66. Юфин С.А. Расчет подземных сооружений на ЭВМ методом конечных элементов. М.: МИСИ им. Куйбышева, 1980.-77с.

67. J.Clarke. Manheim by-pass connection//World Tunnelling, October 1991. — p.315-317.

68. COSMOS/M. Finite element analysis system.

69. H.Duddeck "Leistungsfahigkeit und Grenzen Methode der Finiten Elemente in der Geotechnik", "Felsdau", 4, 1986.

70. H.H.Einstein, A.Bobet. USA. Mechanized tunnelling in squeezing rock — From basic thoughts to continuous tunnelling. Tunnels for People, Golser, Hinkel & Schubert(eds) © 1997 Balkema, Rotterdam. ISBN 90 5410 868 I

71. T.Iftimie, M.Sofian, I.Stefanescu Microtunneling, Romanian experience.

72. Japan Railway Eng. // 1987, 26, № 4. p.6-9.

73. Masanobu Murata, Tatsuo Okazawa, Koichi Harunaka, Akio Tamai. Japan. Shallow twin tunnel for six lanes beneath densely residential area. North American Tunneling'96, Ozdemir (ed). © 1996 Balkema, Rotterdam. ISBN 90 5410 802 9

74. P.P.Oreste, D.Peila. Italy. A new theoiy for steel pipe umbrella design in tunnelling. Tunnels and Metropolises, Negro Jr & Ferreira (eds) О 1998 Balkema, Rotterdam. ISBN 90 5410 936 X

75. Gary W.Rhodes, Joseph L.Kauschinger. USA. Microtunneling provides structural support for large tunnels with shallow cover. North American Tunneling'96, Ozdemir(ed). © 1996 Balkema, Rotterdam. ISBN 90 54 10 802 9

76. Quart. Repts. Railway Techn. Res. Ins, 1986, 27, № 2. p.43-47.

77. Tunnel, 1995, 14, №2, 100.-p.102.

78. Tunnels and Tunnelling, 1979, 11, №9.-p.41-47.

79. Tunnels and Tunnelling, 1981, 13, №7.-p.44-45.

80. Tunnels and Tunnelling, 1983, 15, №5.-p.l3-15.

81. Tunnels and Tunnelling, 1992, № l.-p.39-42.

82. Tunnels and Tunnelling, 1997, 29, № l.-p.37.

83. Tunnels and Tunnelling, 1997, 29, №6.-p.52.

84. Wittke W. New design concept for underground openings in rock. In G. Gudehus (ed.) Finite Elements in Geomechanics. Chichester, New York, Brisbane, Toronto: John Wiley ** Sons, 1977.