Введение к работе
Актуальность темы. Проходка тоннельных выработок при строительстве метрополитена в горной массиве нэ~уыает естественное напряженное состояние равновесия горного массива, вызывает сдвижение пород, и следовательно здания и сооружения, попадающие в мульду сдвк гния, претерпевают деформации. При строительстве метрополитенов в условиях плотной городской застройки, особенно в Санкт-Петербурге, большое значение с точки зрения сохранности наземных сооружения и подземных коммуникаций и уменьшения расходов на лх усиление имеет правильное прогнозирование сдвижения грунтов.
Несмотря на многочисленные экспериментальные исследования и натурные наблюдения для выявления закономерности сдвииения массива при проходке тоннелей метрополитенов, многие вопросы в этой области еще не в полной мере изучены. Метода прогноза деформаций земной поверхности при строительстве станций метрополитена, разработанные с пс ющьп аналитических методов на основе данных экспериментальных исследований и натурных наблюдений, мало отличаются от методов, используемых в горнодобывающей промышленности. Если для перегонных тоннелей мелкого заложения, сооружаемых з однородных грунтах, это вполне приемлено, то для глубоких тоннелей это весьма сложно, и в основном,используется метод экспертных -оценок (что связано такяэ с отсутствием систематических наблюдений за развитием.осадок при сооружении станции).
Основные ныне существующие методы прогноза деформаций земной поверхности от влияния сооружения метрополитенов являются эмпирическими или полузыпирическими, несовершенство которых состоит 3 том, что они не могут учитывать не только реальный механизм сдвижения массива при проходке подземных ' выработок, но и реальную
- 4 -последовательность сооружения станций метро и взаимодействие об-делки с окружающими грунтами. Использование этих методов чаете приводит к завышенным значениям поверхностных осадок.
Последовательность проходки в тоннелестроении имеет большое значение и требует особого рассмотрения. При виборе оптимальної очередности строительства подземных сооружений не только уменьшаются деформации поверхности, но и снижается . стоимость строи тельства объекта. Однако, существующие, методы прогноза осадо: непригодны для решения таких сложных задач.
В з""-ій связи представляется актуальной разработка теорети ческих методов прогнозирования деформаций поверхности с учето поэтапности сооружения станций метрополитена.
Делыз работы является исследование сдвижения массива при строительстве станций метрополитенов с учетом последовательност их сооружения при помощи численного моделирования.
Общая методика, исследования включала в себя:
-
Анализ по литературным источникам существующих экспери ментальных, натурных, аналитических и численных методов прогноз деформаций земной поверхности при проходке подземных выработок, существующих мероприятий для защиты зданий и сооружений ох влия ния горно-проходческих рабог при строительстве і ^трополитена.
-
Разработка программы, для автоматического разбиен* расчетной области на конечные элементы.
3.' Разработка контакт-злеменга и соответствующей програмі для -нализа работы ослабленного контакта меаду сооружениями и « ругающими грунтами к работы трещиноватых сред.
4. Проведе—te численного моделирован..,! сооружения станщ метрополитена в геологических условиях Санкт-Петербурга с учете последовательности их строительства и сопоставление ^зультаг ч::сдек!ргс расчета с дзнньм. натурного наблюдения.
- 5 -Научная новизна работы:
-
Разработана программа для автоматического составлена се-и конечных элементе для сплошных и трещиноватых cj. д.
-
Разработан новый контакт-элемент, который в частности митирует двухмерную Бинкдеровскую упругую постель, для анализа эаботы ослабленного контакта- меэду сооружениями я окружающими, фунтами и работы трещиноватых сред.
-
Установлен модуль общей деформации как подходящей для анализа напряженно-деформированного состояния массива при проходке подземных выработок.
-
Осуществлено численное моделирование сооружения ОДНССІ )Д-чатой и трехсводчатой колонной станций метрополитена методом ко-нечных элементов с учетом последовательности их строительства.
Практическая ценность работы состоит в том, что предлагаемый способ моделирования строительства станций метрополитена с помощью метода конечных элементов дает достоверный прогноз деформаций земной поверхности от влияния подземных выработок. Разработанная программа "SE6ER" существенно экономит время подготовки исходных информации для работы с методом'конечных элементов. .Разработанный- контакт-элемент повышает точность моделирования взаимодействия обделки станций и тоннелей с массивом/ и может быть использован для решения других задач геотехники.' На защиту выносятся:
-
Алтитм' автоматического составления сети конечных элементов для сплошных и трещиноватых сред.
-
Алгоритм нового контакт-элемента.
3.. Результаты численного моделирования сооружения одноезод-чатой и трехсводчатой колонной станций метрополитена, с учетом последовательности их строительства.
Апробация. Результаты исследования докладывались на 50-ой
научной конференции СПбИСИ ( Санкт-Петербург, 1993 г.), международном симпозиуме "Реконструкция - Санкт-Петербург 2005" (Санкт-Петербург, 1992 г.).
Публикации. Основные потожения дисг іртации изложены в двух работах.
Объем работы. Диссертация состоит- из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Общий объем работы 135 страниц, в том числе 111 страниц машинописного текста, 27 рисунков, 3 таблицы и список испольвованной литературы из 111 наименований.