Анализ поведения обделки тоннеля под сейсмической нагрузкой в зависимости от размера площадки контакта между сегментами

Проведен анализ влияния размера площадки контакта тюбингов на величину их раскрытия при действии на них сейсмической нагрузки. Анализ был проведен на основании объемной модели обделки тоннеля, выполненной по методу конечных элементов в программном комплексе Abaqus CAE. Нагрузка на крепь моделировалась как сейсмическое воздействие, действующее в массиве. Сейсмическая нагрузка была заменена на эквивалентную нагрузку от землетрясения, характерную для южных регионов России. Было проведено сравнение различных вариантов размеров площадки контакта между сегментами обделки. Проводилось сравнение при размерах площадки контакта от 20 до 90% размера боковой грани сегмента. Данный интервал позволяет рассмотреть весь реалистичный диапазон размеров площадок контактов и исключить нереалистичные варианты. Проведенное компьютерное моделирование позволило получить данные о величинах смещений сегментов колец друг относительно друга, напряжений на краях площадок контактов, а также выяснить величину овализации кольца обделки и раскрытия сегментов. Анализ полученных данных позволяет сделать выводы об оптимальной форме и размерах площадок контактов и о влиянии размера площадки на устойчивость сегментов в кольцевой обделке тоннеля. Рассмотрены возможности реального применения предложенных вариантов конфигурации сегментов обделки при строительстве тоннелей круглого сечения.

Тхориков А. И., Попов М. Г., Гладышев С. А. Анализ поведения обделки тоннеля под сейсмической нагрузкой в зависимости от размера площадки контакта между сегментами // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 5. – С. 84–99. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_5_0_84.

Тхориков Андрей Игоревич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Tkhorikov_AI@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-0404-5690,
Попов Михаил Григорьевич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: popov_mg@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-4603-5757,
Гладышев Сергей Александрович¹ — студент, e-mail: 190807@stud.spmi.ru,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Тхориков А.И., e-mail: Tkhorikov_AI@pers.spmi.ru.

1. Дорман И. Я. Сейсмостойкость транспортных тоннелей. — М.: ТИМР, 2000. — 307с.

2. Амусин Б. З., Булычев Н. С., Оловянный А. Г. Расчет крепи капитальных горных выработок. — М.: Недра, 1974. — 320 с.

3. Lindsay M. L., Mark W., Wesseloo H. Wesseloo J. Complexities of underground mining seismic sources // Philosophical Transactions A. 2021, vol. 379(2196), pp. 1—24. DOI: 10.1098/rsta.2020.0134.

4. Jing-qi H., Xiu-li D., Mi Zhao, Xu Zhao Impact of incident angles of earthquake shear (S) waves on 3-D non-linear seismic responses of long lined tunnels // Engineering Geology. 2017, vol. 222, pp. 168—185. DOI: 10.1016/j.enggeo.2017.03.017.

5. Соколов О. Л. Пространственный расчет обделок тоннелей мелкого заложения // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. — 2009. — № 14(33). — С. 59—65.

6. Карасев М. А., Петрушин В. В. Методические вопросы определения исходных параметров модели деформирования каменной соли как поликристаллической дискретной среды // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 9. — С. 47—64. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2024_9_0_47.

7. Литвинский Г. Г., Смекалин Е. С., Кладко В. И. Методика оценки и критерии устойчивости горных выработок // Сборник научных трудов ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ». — 2020. — № 19. — С. 5—14.

8. Страданченко С. Г., Плешко М. С., Армейсков В. Н. Разработка эффективных составов фибробетона для подземного строительства // Инженерный вестник Дона. — 2013. — № 4(27). — С. 61.

9. Русанов В. Е. Эффективность применения фибронабрызгбетона в мостои тоннелестроении // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2012. — № 5(27). — С. 65—68.

10. Usarov M. K., Mamatisaev G. I. Calculation on seismic resistance of box-shaped structures of large-panel buildings // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020, vol. 971, no. 3, article 032041. DOI: 10.1088/1757-899X/971/3/032041.

11. Вербило П. Э., Иовлев Г. А., Петров Н. Е., Павленко Г. Д. Применение технологий информационного моделирования для маркшейдерского обеспечения ведения горных работ // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6-2. — С. 60—79. DOI: 10.25018/0236_ 1493_2022_62_0_60.

12. Беликов А. А., Беляков Н. А. Метод численного моделирования реологических процессов на контуре одиночной горной выработки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 1. — С. 94—108. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_1_0_94.

13. Конюхов Д. С., Казаченко С. А. Основные факторы, влияющие на сходимость расчетных и фактических значений деформаций существующих зданий // Горная промышленность. — 2022. — № 2. — С. 103—111. DOI: 10.30686/1609-9192-2022-2-103-111.

14. Коваль С. Б., Молодцов М. В. Раннее нагружение бетона в условиях различной влажности // Вестник ЮУрГУ. Серия: Строительство и архитектура. — 2011. — № 12. — C. 15—17.

15. Холиерова Х. К. Вопросы оптимального проектирования подземных сооружений // Universum: технические науки. — 2022. — № 10-1(103). — С. 14—16.

16. Онищенко А. О., Аль-Машвали С. М., Томарева И. А. Анализ технологий строительства подземных нефтегазопроводов в сейсмически опасных районах // Инженерный вестник Дона. — 2021. — № 6(78). — С. 355—363.

17. Карасев М. А., Тиен Тай Нгуен Метод прогноза напряженного состояния обделки подземных сооружений квазипрямоугольной и арочной форм // Записки Горного института. — 2022. — Т. 257. — С. 807—821. DOI: 10.31897/PMI.2022.17.

18. Набатов В. В., Вознесенский А. С. Геомеханический анализ влияния строительства новых тоннелей в окрестности действующих подземных сооружений метрополитена на состояние грунтового массива // Записки Горного института. — 2023. — Т. 264. — С. 926—936.

19. Mkrtychev O., Sidorov D., Bulushev S. Comparative analysis of results from experimental and numerical studies on concrete strength // MATEC Web of Conferences. 2017, vol. 117, pp. 1—6. DOI: 10.1051/matecconf/201711700123.

20. Холиерова Х. К., Якубов С. Х., Латипов З. Ё. Математические модели оптимизации цилиндрических оболочек с подкрепленными ребрами жесткости // Universum: технические науки. — 2021. — № 2(83). — С. 31—33.

21. Meda A., Rinaldi Z., Spagnuolo S., Rivaz B. Hybrid precast tunnel segments in fiber reinforced concrete with glass fiber reinforced bars // Tunnelling and Underground Space Technology. 2019, vol. 86, pp. 100—112. DOI: 10.1016/j.tust.2019.01.016.

22. Demenkov P. A., Goldobina L. A., Trushko O. V. Geotechnical barrier options with changed geometric parameters // International Journal of GEOMATE. 2020, vol. 19, no. 75, pp. 58—65. DOI: 10.21660/2020.75.78558.

23. Господариков А. П., Трофимов А. В., Киркин А. П. Оценка деформационных характеристик хрупких горных пород за пределом прочности в режиме одноосного сервогидравлического нагружения // Записки Горного института. — 2022. — Т. 256. — С. 539—548. DOI: 10.31897/PMI. 2022.87.

24. Chi T. N., Alexandr G. Hyperstatic reaction method for calculations of tunnels with horseshoeshaped cross-section under the impact of earthquakes // Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 2020, vol. 19, no. 1, pp. 179—188. DOI: 10.1007/s11803-020-0555-0.

25. Деев П. В., Петрухин М. А. Расчет обделок тоннелей мелкого заложения на сейсмические воздействия землетрясений / Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: материалы конференции. Т. 1. — Тула: ТулГУ, 2018. — С. 206—214.

26. Nguyen C. T., Do N. A., Pham V. V., Nguyen P. T., Alexandr G. Prediction of blast-induced the area of the tunnel face in underground excavations using fuzzy set theory ANFIS and artificial neural network ANN // International Journal of GEOMATE. 2022, vol. 23, no. 95, pp. 136—143. DOI: 10.21660/2022.95.3327.

27. Страданченко С. Г., Молев М. Д., Дмитриенко В. А. Моделирование смещений грунтового контура подземных сооружений // Инженерный вестник Дона. — 2023. — № 6(102). — С. 611—620.

28. Цыганков Д. А. Расчет временной крепи тоннеля, проходимого в сейсмически активной зоне // Успехи современного естествознания. — 2020. — № 5. — С. 108—114. DOI: 10.17513/ use.37400.

29. Wang J., Huo Q., Song Z., Zhang Y. Study on adaptability of primary support arch cover method for large-span embedded tunnels in the upper-soft lower-hard stratum // Advances in Mechanical Engineering. 2019, vol. 11, no. 1, pp. 1—15. DOI: 10.1177/1687814018825375.

30. Жалалдинов М. М., Дуйшоев С. Д., Турабыев Ч. К., Эркали У. У. Методы расчета инженерных сооружений с учетом сейсмических сил // Известия вузов Кыргызстана. — 2022. — № 1. — С. 22—25. DOI: 10.26104/IVK.2022.45.557.

31. Муравьева Е. А., Манько А. В. Эндогенные геодинамические процессы: причины и воздействия на подземные сооружения // Экономика строительства. — 2023. — № 3. — С. 88—93.

32. Бутунов Ж. Р., Хамидов С. Процесс распространения сейсмической волны, воздействующей на подземное сооружение // Экономика и социум. — 2022. — № 6-1 (97). — С. 463—470.

33. Тутов С. С. Строительство тоннелей // Достижения науки и образования. — 2021. — № 3 (75). — С. 30—31.

34. Саммаль А. С., Павлова Н. С., Тормышева О. А. Расчет обделки тоннеля, сооружаемого вблизи границы раздела двух типов пород // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2021. — № 2. — С. 344—360.

35. Попов М. Г., Синегубов В. Ю. Исследование свойств двухслойных бетонно-фибробетонных конструкций при различных соотношениях толщины слоев // Устойчивое развитие горных территорий. — 2024. — Т. 16. — № 1. — С. 70—82. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-1-70-82.