Обоснование выбора метода расчета напряженно-деформированного состояния крепей и обделок транспортных тоннелей

При проектировании транспортных тоннелей важным вопросом является выбор метода расчета напряженно-деформированного состояния крепей и обделок, который бы с высокой степенью достоверности определял работу несущих конструкций. Как правило, выбор метода расчета связан с требованиями нормативно-технической документации. Исследования напряженно-деформированного состояния крепей и обделок в составе геотехнического мониторинга свидетельствуют о наличии значительного запаса их несущей способности. Использование одинаковых технологических схем строительства тоннелей для различных инженерно-геологических условий является неэффективным в части материалоемкости крепей и трудоемкости их возведения. Во многих случаях горное давление, воспринятое конструкциями временных крепей, впоследствии не передается на постоянные обделки даже в условиях вибрационных нагрузок при эксплуатации тоннелей. А в случае передачи горного давления на постоянные обделки, их напряженно-деформированное состояние весьма незначительно. Развитие методов расчета от теории сводообразования до аналитических и численных методов механики сплошной среды, учитывающих совместную работу крепей и обделок с вмещающим массивом, позволяет учитывать технологические особенности строительства тоннелей, поэтапное раскрытие сечения по частям и особенности строения вмещающего массива. Но использование достаточно трудоемких численных методов тоже не всегда обеспечивает достоверность полученных результатов по отношению к фактическим параметрам напряженно-деформированного состояния. Опыт изучения напряженно-деформированного состояния крепей и обделок в различных инженерно-геологических условиях от слабых грунтов до скальных пород дает возможность обоснованно использовать методы расчета, результаты которых отражают максимально достоверную работу крепей и обделок для конкретных инженерно-геологических условий. Приведены результаты расчета напряженно-деформированного состояния крепи и обделки разными методами для одного железнодорожного тоннеля.

Лебедев М. О. Обоснование выбора метода расчета напряженно-деформированного состояния крепей и обделок транспортных тоннелей // Горный информационноаналитический бюллетень. – 2020. – № 1. – С. 47–60. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-1-0-47-60.

Лебедев Михаил Олегович — канд. техн. наук, доцент,
заместитель генерального директора
по научно-исследовательской работе,
ОАО «Научно-исследовательский
проектно-изыскательский институт
«Ленметрогипротранс»,
e-mail: lebedev-lmgt@yandex.ru.

Лебедев Михаил Олегович,
e-mail: lebedev-lmgt@yandex.ru.

1. Баклашов И. В., Картозия Б. А. Механика подземных сооружений и конструкций крепей. — М., 1984. — 416 с.
2. Баклашов И. В., Тимофеев О. В. Конструкции и расчет крепей и обделок. — М.: Недра, 1979. — 263 с.
3. Булычев Н. С. Механика подземных сооружений: Учебник для вузов. 2-е изд. — М.: Недра, 1994. — 381 с.
4. Протосеня А. Г. и др. Механика подземных сооружений. Пространственные модели и мониторинг. — СПб.: СПГГУ-МАНЭБ, 2011. — 355 с.
5. Lunardi P. Design and construction of tunnels: Analysis of controlled deformation in rocks and soils (ADECO-RS). Berlin, 2008. 576 p.
6. Feng X.-T. Rock mechanics and engineering. Vol. 4: Excavation, Support and Monitoring. 1st edition. CRC Press. Taylor & Francis Group, 2017. 726 р.
7. Фотиева Н. Н. Расчет обделок тоннелей некругового поперечного сечения. — М.: Стройиздат, 1974. — 240 с.
8. Саммаль А. С., Фотиева Н. Н., Петренко А. К. Расчет многослойных тоннельных обделок переменной толщины на статические и сейсмические воздействия // Известия Тульского государственного университета. Геомеханика. Механика подземных сооружений. — 2004. — № 2. — С. 231—240.
9. Деев П. В., Круподеров А. В. Аналитический и численный методы расчета подземных сооружений: сравнение результатов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2011. — № 1. — С. 251—256.
10. Протосеня А. Г., Лебедев М. О. Расчет нагрузок на обделки тоннелей метрополитенов, сооружаемых в физически нелинейных грунтовых массивах // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2002. — № 5. — С. 41—44.
11. Barton N. Geotechnical Design // World tunneling. November 1991, рр. 410—416.
12. Technical manual for design and construction of road tunnels — Civil elements. US department of transportation, highway administration. New York. 2009. 702 р.
13. Cheng Y. M., Wong H., Leo C. J., Lau C. K. Stability of geotechnical structures. Teoretical and numerical analysis. 2016. 395 р.
14. Yang X. X., Kulatilake P. H. S. W., Jing H., Yang S. Numerical simulation of a jointed rock block mechanical behavior adjacent to an underground excavation and comparison with physical model test results // Tunnelling and Underground Space Technology. 2015;50:129—142. DOI:10.1016/j.tust.2015.07.006.
15. Senent S., Jimenez R. A tunnel face failure mechanism for layered ground, considering the possibility of partial collapse // Tunnelling and Underground Space Technology. 2015;47:182—192. DOI: 10.1016/j.tust.2014.12.014.
16. Schreter M., Neuner M., Unteregger D., Hofstetter G. On the importence of advanced constitutive models in finite element simulations of deep tunnel advance // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018; 80:103—113. DOI: 10.1016/j.tust.2018.06.008.
17. Bertuzzi R. Back-analysing rock mass modulus from monitoring data of two tunnels in Sydney, Australia // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2018;10(1):195— 196. DOI: 10.1016/j.jrmge.2017.05.005.
18. Janin J. P., Beaussier A., Le Bissonnais H. 3D numerical back-analysis on an experimental conventional tunnel in Paris Sanoisian «Green» Glay / World Tunnel Congress 2019. Taylor & Francis Group, London, pp. 5692—5701.
19. Thomas A. H. New challenges in numerical modeling / Proc. of the 11th Int. Conf. ‘Transport and City Tunnels’, Prague 14—16 June 2010. Prague: Czech Tunnel Association ITA–AITES, pp. 721—725.
20. Pleshko M., Voinov I., Revyakin A. Assessment of the impact of railway tunnel lining defects with a long working lifespan on its carrying capacity / MATEC Web of conferences. International Science Conference on Smart City, SPBWOSCE 2016, Saint-Petersburg, November 15—17, 2016. Proceedings of the conference. 2017, vol. 106. P. 05004
21. Galler R., Lorenz S. Support elements in conventional tunneling — Focus on long-term behavior // Underground Space. 2018;3(4):277—287.
22. Hudson J. A., Feng X.-T. Rock engineering risk. 2015, CRC Press, 596 p.
23. Лебедев М. О., Балыкин В. В. Горно-экологический мониторинг на примере Большого Петлевого тоннеля // Метро и тоннели. — 2006. — № 6. — С. 24—27.
24. Безродный К. П., Лебедев М. О. Горно-экологический мониторинг при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей Северного Кавказа // Интернет-журнал «Науковедение». — 2014. — № 5 (24) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://naukovedenie.ru/sbornik5/24.pdf.
25. Тоннели и метрополитены / Под ред. В. Г. Храпова. — М., 1989. — 383 с.
26. Саммаль А. С., Анциферов С. В., Деев П. В. Аналитические методы расчета подземных сооружений. — Тула, 2013. — 111 с.
27. Протосеня А. Г., Беляков Н. А. Определение пространственного напряженно-деформированного состояния временной крепи железнодорожного тоннеля с учетом влияния рельефа земной поверхности // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2011. — № 1. — С. 158—166.
28. Бойко О. В. Использование псевдорэлеевских волн для изучения упругих параметров пород, вмещающих тоннель, с бетонной или другой несущей обделкой // Естественные и технические науки. — 2013. — № 5(67). — С. 162—167.