Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

Диссертационная работа:

Щекудов Евгений Владимирович. Взаимодействие защитных экранов из труб с грунтовым массивом при строительстве тоннелей мелкого заложения : Дис. ... канд. техн. наук : 05.23.11 : Москва, 2003 204 c. РГБ ОД, 61:04-5/1668

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 5

Глава 1 КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭКРАНОВ ИЗ ТРУБ 14

1Л Общие положения 14

1 _2 Конструкции и технология возведения труб экрана. Строительство

тоннелей под защитой экранов из труб 17

13 Методы расчета экранов из труб 29

Выводы- Задачи исследований 36

Глава 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ

«КРЕПЬ-ЭКРАН-МАССИВ» ПО ПЛОСКОЙ СХЕМЕ 38

2Л Общие положения 38

2.2 Метод конечных элементов (МКЭ) применительно к расчету

подземных сооружений 40

2-3 Методика исследования МКЭ напряженно-деформированного

состояния (НДС) системы «крепь-экран-массив» с учетом

упругопластических свойств грунтов 42

2.4 Исследования НДС МКЭ системы «крепь-экран-массив» с

учетом упруго-пластических свойств грунтов 45

2.5 Исследование влияния жесткости опирання поддерживающих

элементов в системе «крепь-экран-массив» по существующей

методике расчета экранов из труб 54

Выводы 58

Глава З ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ
«КРЕПЬ-ЭКРАН-МАССИВ» ПО ПРОСТРАНСТВЕННОЙ
СХЕМЕ 59

  1. Общие положения 59

  2. Построение расчетных моделей в программном комплексе «COSMOS/M» 61

  3. Моделирование задач определения НДС обделок тоннелей 62

  4. Применение программного комплекса «COSMOS/M» для расчета напряженно-деформированного состояния системы «крепь-грунтовый массив» (тестовые расчеты) 65

  5. Разработка пространственной конечно-элементной модели для расчета системы «крепь-экран-массив» 70

  6. Планирование численного эксперимента 73

3-7 Методы анализа результатов экспериментальных исследований .... 75 3-8 Исследования напряженно-деформированного состояния несущей

системы «крепь-экран-массив» на пространственных моделях ..,. 81

Выводы 93

Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТОННЕЛЕЙ ПОД ЗАЩИТОЙ

ЭКРАНОВ ИЗ ТРУБ 94

4Л Общие положения 94

4.2 Методика мониторинга напряженно-деформированного

состояния крепи при строительстве тоннеля под действующей
магистралью с применением защитного экрана из труб 98

4.3 Экспериментальные исследования НДС временной крепи

тоннелей (поддерживающих элементов) 101

4.4 Сравнение результатов теоретических и экспериментальных

исследований 123

  1. Экспериментальные исследования НДС постоянных колонн тоннеля при введении их в работу 129

  2. Исследования НДС труб защитного экрана в процессе

строительства тоннеля 134

4.7 Геодезический мониторинг деформаций конструкций тоннеля,

насыпи и ж.-д. путей 139

4.8 Экспериментальные исследования нагруженности забойной

крепи 150

Выводы 155

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 157

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ

ЛИТЕРАТУРЫ 163 '

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Расчет крепи Пермского тоннеля (ул. Локомотивная) 171

Приложение Б. Измеренные усилия (изгибающие моменты М и

нормальные силы N) в рамах временной крепи Перм
ского тоннеля (ул. Локомотивная) при проходке 179

Приложение В, Результаты измерений нагруженности рам временной

крепи в процессе проходки Волоколамского тоннеля І 84 Приложение Г, Справки о внедрении результатов диссертационной

работы 198

Введение к работе:

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 І 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 поверх-

ности 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 п 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-коллекториый 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. МКМЖД, 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 (Iй* 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 направлення МЖД) [10,13,18,33-35,37,38,60,61,64-67].

В России существует ряд специализированных строительных организаций, которые занимаются устройствам 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 «креп ь-э крап-масс и в») 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»), «ECRA№>, «ROBD» (разработаны НИЦ TM ОАОЦНИИС), «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.

ДОСТОВ ЕРНОСТЬ 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 напря-

женно-деформированного состояния (НДС) временной крепи; отражены в нормативных документах (МГСН 5.03-02 "Московские городские строительные нормы проектирования автотранспортных тоннелей11; "Рекомендации по проектированию и сооружению опережающих защитных экранов из труб с применением микротоннслепроходческих 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, до-роги, 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 перспективы11- 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 п\;

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.

  1. 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.

  2. Щекудов Е.В. Исследование работы ґрунтоцементних свай в ограждающих конструкциях котловшюв//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.

Диссертация выполнена на кафедре "Мосты и транспортные тоннели" Московского автомобильно-дорожного института (Государственного технического университета) под руководством члена-корреспондента РАЕН, к.т.н., профессора Л.В, Маковского.

Разработка методики расчета конструкций временной крепи при сооружении тоннелей под защитой экрана из труб, методики мониторинга напряженно-деформированного состояния (НДС) временной крепи и экспериментальные исследования на объектах строительства выполнялись в лаборатории «Горного давления и норм расчета» Научно-исследовательского центра «Тоннели и метрополитены» Научно-исследовательского института транспортного строительства (Директор НИЦ ТМ, д.т.н., проф. В.Е. Меркин; зав. лаб., к.т.н, В.В. Чеботаев; ст. научн. сотр. Л.А. Воробьев).

Подобные работы
Стаин Александр Валерьевич
Взаимодействие конструкций контрфорсных "стен в грунте" с грунтовым массивом при строительстве городских тоннелей
Фам Ань Туан
Выбор и обоснование эффективных методов строительства автотранспортных тоннелей в крупнейших городах Вьетнама
Эслами Варнамхасти Маджид
Рациональные параметры опережающей забойной крепи из фибергласовых элементов применительно к строительству горных автодорожных тоннелей в Иране
Антонов Никита Александрович
Экспериментально-теоретическое исследование колебаний поверхности грунта при движении поездов метрополитена в тоннелях неглубокого заложения
Абдуллаев Касум Исрафил оглы
Организационно-технологическая надежность строительства линейно-протяженных сооружений (На примере тоннелей метрополитена)
Волохов Евгений Михайлович
Прогноз сдвижений и деформаций массива горных пород и земной поверхности при сооружении городских тоннелей глубокого заложения
Деев Петр Вячеславович
Разработка метода расчета некруговых обделок тоннелей мелкого заложения, в том числе сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород (грунта)
Хренов Сергей Игоревич
Разработка метода расчета обделок переменной толщины тоннелей мелкого заложения
Глебова Любовь Владимировна
Инженерно-геологические процессы в массивах горных пород при строительстве и эксплуатации глубоких скважин
Масленников Владимир Иванович
Разработка геофизических технологий предупреждения осложнений при строительстве скважин в соляном массиве

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net