Расчет оптимальных геометрических параметров тоннеля квазипрямоугольного поперечного очертания по силовому фактору

В настоящее время тоннели некругового очертания все чаще используются в практике строительства тоннелей щитовыми проходческими комплексами из-за преимуществ этой формы, которая имеет высокий коэффициент использования сечения. Тоннель квазипрямоугольного поперечного сечения является примером такой формы, которая была разработана и применяется на линии метрополитена в г. Нинбо, Китай. Однако принципы расчета и поиска оптимальной формы тоннелей некруговой формы поперечного сечения по силовым факторам практически не представлены в научных исследованиях. В данной статье предложен подход к оптимизации формы поперечного сечения двухпутного тоннеля квазипрямоугольной формы поперечного сечения. При выполнении расчетов напряженного состояния обделки тоннеля принят метод HRM (The Hyperstatic Reaction Method — метод гиперстатических реакций), а также предложен алгоритм поиска оптимальных параметров тоннеля квазипрямоугольное поперечное сечение, на основании анализа интегральных показателей напряженного состояния сечения обделки, продольных сил и изгибающих моментов.

Нгуен Тай Тиен, Карасев М. А. Расчет оптимальных геометрических параметров тоннеля квазипрямоугольного поперечного очертания по силовому фактору // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 6. – С. 59–71. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_6_0_59.

Нгуен Тай Тиен¹ — аспирант, e-mail: taitien12@gmail.com,
Карасев Максим Анатольевич¹ — д-р техн. наук, доцент, e-mail: karasevma@gmail.com,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Карасев М.А., e-mail: karasevma@gmail.com.

1. Саммаль А. С., Фотиева Н. Н., Булычев Н. С., Хренов С. И. Расчет тоннельных обделок переменной толщины с учетом влияния земной поверхности // Записки Горного института. — 2004. — Т. 156. — С. 24.

2. Безродный К. П., Лебедев М. О. О нагрузках от горного давления на обделки тоннелей закрытого способа работ // Записки Горного института. — 2017. — Т. 228. — С. 649—653.

3. Протосеня А. Г., Иовлев Г. А. Прогноз напряженно-деформируемого состояния в окрестности подземного сооружения в нелинейно-деформируемых грунтовых массивах // Известия ТулГУ. Науки о Земле. — 2020. — № 2. — С. 215—228.

4. Протосеня А. Г., Иовлев Г. А. Прогноз пространственного напряженно-деформированного состояния физически нелинейного грунтового массива в призабойной зоне тоннеля // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 5. — С. 128— 139. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-5-0-128-139.

5. Деменков П. А., Шубин А. А. Совершенствование конструкций, геомеханическое обоснование и разработка технологии строительства колонной станции закрытого типа метрополитена глубокого заложения // Известия ТулГУ. Науки о Земле. — 2016. — № 1. — С. 131—138.

6. Господариков А. П., Зацепин М. А. Математическое моделирование нелинейных краевых задач геомеханики // Горный журнал. — 2019. — № 12. — С. 16—20.

7. Li J. Key technologies and applications of the design and manufacturing of non-circular TBMs // Engineering. 2017, vol. 3, no. 6, pp. 905—914.

8. Krcík M. Non-circular full face tunnel boring machines — 21st century challenge / Underground Space: the 4th Dimension of Metropolises, Prague, Czech Republic, 2007.

9. Zhang C., Li W., Zhu W., Tan Z. Face stability analysis of a shallow horseshoe-shaped shield tunnel in clay with a linearly increasing shear strength with depth // Tunnelling and Underground Space Technology. 2020, vol. 97.

10. Du D., Dias D., Do N. Designing U-shaped tunnel linings in stratified soils using the hyperstatic reaction method // European Journal of Environmental and Civil Engineering. 2018, pp. 1—18.

11. Du D., Dias D., Do N. Lining performance optimization of sub-rectangular tunnels using the hyperstatic reaction method // Computers and Geotechnics. 2019, vol. 117.

12. Do N. A., Dias D., Zhang Z., Huang X., Nguyen T. T., Pham V. V., Nait-Rabah O. Study on the behavior of squared and sub-rectangular tunnels using the Hyperstatic Reaction Method // Transportation Geotechnics. 2020, vol. 22.

13. Nguyen T. T., Karasev M. A., Vilner M. A. Study of the stress-strain state in the subrectangular tunnel / Geotechnics for Sustainable Infrastructure Development. Hanoi, 2019.

14. Abdellah W. R., Ali M. A., Yang H.-S. Studying the effect of some parameters on the stability of shallow tunnels // Journal of Sustainable Mining. 2018, vol. 17, no.1, pp. 20—33. DOI: 10.1016/j.jsm.2018.02.001.

15. Rostami A., Asghari N., Ziarati M. A., Jahani S., Shahi B. Investigating effect of tunnel gate investigating effect of tunnel gate inserted forces on its coverage and soil surface settlement // Journal of Civil Engineering. 2016, vol. pp. 358—369.

16. Huang X., Zhua Y., Zhanga Z., Zhuc Y., Wang S., Zhuang Q. Mechanical behaviour of segmental lining of a sub-rectangular shield tunnel under self-weight // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, vol. 74, pp. 131—144.

17. Liu X., Ye Y., Liu Z., Huang D. Mechanical behavior of Quasi-rectangular segmental tunnel linings: First results from full-scale ring tests // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, vol. 71, pp. 440–453.

18. Liu X., Liu Z., Ye Y., Bai Y., Zhu Y. Mechanical behavior of quasi-rectangular segmental tunnel linings: Further insights from full-scale ring tests // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, vol. 79, pp. 304–318.

19. Oreste P. A numerical approach to the hyperstatic reaction method for the dimensioning of tunnel supports // Tunnelling and Underground Space Technology. 2007, vol. 22, pp. 185—205.

20. Do N. A., Dias D., Oreste P. 2D seismic numerical analysis of segmental tunnel lining behaviour // Bulletin of the New Zealand Society for Earthquake Engineering. 2014, vol. 47, no. 3, pp. 1—11.

21. Du D., Dias D., Do N. A., Oreste P. P. Hyperstatic reaction method for the design of Ushaped tunnel supports // International Journal of Geomechanics. 2018, vol. 18, no. 6.

22. Gospodarikov A. P., Nguyen C. T. Hyperstatic reaction method for calculations of tunnels with horseshoe-shaped cross-section under the impact of earthquakes // Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 2020, no. 19, pp. 179—188.

23. Do N. A., Dias D., Oreste P., Maigrea I. D. The behaviour of the segmental tunnel lining studied by the hyperstatic reaction method // European Journal of Environmental and Civil Engineering. 2014, vol. 18, no. 4, pp. 489—510.

24. Chen K., Peng F. L. An improved method to calculate the vertical earth pressure for deep shield tunnel in Shanghai soil layers // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, vol. 75, pp. 43—66.

25. Takano Y. H. Guidelines for the design of shield tunnel lining // Tunneling and Underground Space Technology. 2000, vol. 15, no. 3, pp. 303—331.

26. TCVN Ham đuong sat và ham đuong ô tô — Tiêu chuan thiêt kê. 4527—1988.