Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка метода расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика
Автореферат диссертации по теме "Разработка метода расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения"
На правах рукописи
АНЦИФЕРОВ Сергей Владимирович
РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА МНОГОСЛОЙНЫХ ОБДЕЛОК ВЗАИМОВЛИЯЮЩИХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ КРУГОВЫХ ТОННЕЛЕЙ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ I
Специальность 25.00.20 - Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика
Автореферат 4858693
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
- 3 ноя 2011
Тула-2011
4858693
Диссертация подготовлена на кафедре механики материалов в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тульский государственный университет»
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор Фотиева Нина Наумовна
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Сергеев Сергей Валентинович
доктор технических наук, профессор Панкратенко Александр Никитович
доктор технических наук Савин Игорь Ильич
Ведущая организация:
НИПИИ «Ленметрогипротранс», г. Санкт-Петербург
Защита диссертации состоится « 2опв 14
на заседании диссертационного совета Д 212.271.04 при Тульском го
00
заседании диссертационного совета Д 212.2tl.04 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, д. 92, 6-й уч. корпус, ауд. 220.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.
Автореферат разослан « 'у » 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета^
А.Б.Копылов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Возведение объектов транспортного, энергетического или коммунального назначения в современных городах связано с интенсивным освоением подземного пространства. Планировочные и конструктивные решения, а также технологии, применяемые в подземном строительстве, должны обеспечивать нормальное функционирование инфраструктуры городов, сохранение архитектурных и исторических памятников, зданий и сооружений, что возможно при использовании в подземном строительстве закрытого способа проходки тоннелей на небольших глубинах.
Современные комплексы подземных сооружений характеризуются наличием тоннелей, близко расположенных друг от друга, в том числе - параллельных, испытывающих существенное взаимное влияние. Для крепления тоннелей в сложных инженерно-геологических условиях используют многослойные обделки (крепи), например, из железобетонных блоков с внутренней бетонной облицовкой. Как многослойные могут рассматриваться железобетонные конструкции (выделяются слои бетона и арматуры), обделки из чугунных или железобетонных тюбингов (слои моделируют спинки и ребра тюбингов, включая межреберное заполнение), обделки из набрызгбетона в сочетании с анкерами (выделяется слой набрызгбетона и слой грунта, укрепленного анкерами). В качестве слоя из другого материала может рассматриваться зона ослабленного грунта (пород) вокруг выработки или область грунта, к которому применено инъекционное укрепление. Выбор возможных вариантов конструкций обделок должен обеспечивать надежную эксплуатацию объекта в целом при различных нагрузках и воздействиях.
Проектирование и строительство комплексов тоннелей мелкого заложения затруднено, как правило, пространственным характером компоновки выработок, необходимостью учета их взаимного влияния, а также нагрузок, обусловленных весом объектов на поверхности.
В настоящее время разработаны методы расчета конструкций подземных сооружений, основанные на аналитических решениях соответствующих плоских задач теории упругости для колец, в том числе - многослойных, моделирующих обделки, подкрепляющих одно или несколько близко расположенных отверстий в весомой линейно - деформируемой или вязкоупругой (в рамках теории линейной наследственной ползучести) среде, моделирующей массив грунта, при статических нагрузках, а также сейсмических воздействиях землетрясений. Они применяются для определения напряженного состояния монолитных и многослойных обделок глубоко заложенных тоннелей произвольного поперечного сечения, а также взаимовлияющих параллельных тоннелей; многослойных обделок тоннелей мелкого заложения, не испытывающих влияния близко расположенных подземных сооружений, и монолитных обделок параллельных круговых тоннелей мелкого заложения.
Аналогичных методов расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения до настоящего времени не имелось. Результаты, получаемые с использованием метода конечных эле-
ментов, нельзя расценивать как решение указанной проблемы: рассмотрение большого количества достаточно тонких слоев, моделирующих обделки, выполненных из материалов с разными деформационными характеристиками, необходимость ограничения размеров и задание не вполне очевидных граничных условий для области, моделирующей массив грунта, вносят существенные трудности, связанные с достижением необходимой точности расчета и с интерпретацией полученных результатов.
В связи с этим разработка аналитического метода расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых закрытым способом, в том числе - с применением инъекционного укрепления грунта, на действие гравитационных сил в массиве, давления грунтовых вод, внутреннего напора (для гидротехнических тоннелей или тоннелей ливневой канализации), веса зданий или сооружений на поверхности является актуальной научной проблемой, решение которой открывает новые возможности при проектирования подземных сооружений различного назначения, способствуя повышению их надежности, а в ряде случаев - обоснованному принятию более экономичных проектных решений.
Диссертационная работа выполнялась при финансовой поддержке гранта НШ-1013.2003.5, в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 г.г.)» (per. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (гос. контракт №02.740.11.0319).
Целью работы являлось уточнение существующих и установление новых закономерностей формирования напряженного состояния обделок тоннелей при изменении основных влияющих факторов на основе разработанного аналитического метода расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения при действии статических нагрузок, что позволит повысить прочность проектируемых подземных сооружений и в ряде случаев облегчить конструкции, снизив их толщину или процент армирования.
Идея работы заключается в том, что прочность и надежность конструкций подземных сооружений обеспечивается применением на этапе их проектирования результатов расчетов, полученных с применением метода, в основу которого положена адекватная математическая модель совместной работы обделок параллельных тоннелей мелкого заложения и окружающего массива грунта как элементов единой деформируемой системы, позволяющая учитывать основные факторы, оказывающие существенное влияние на формирование полей напряжений в слоях обделок и в массиве грунта.
Методы исследований включают строгие решения плоских задач теории упругости, полученные с использованием теории аналитических функций комплексного переменного, аппарата аналитического продолжения комплексных потенциалов через границу полуплоскости, свойств интегралов типа Коши,
рядов Лорана; разработку комплекса программ для ПЭВМ; изучение напряженного состояния обделок параллельных взаимовлияющих тоннелей на основе результатов выполненных многовариантных расчетов; сравнение результатов расчетов с решениями частных задач, полученными другими авторами.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Расчет многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, в том числе - сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта, необходимо выполнять с учетом влияния земной поверхности, взаимного положения близко расположенных тоннелей, конструкций применяемых обделок, наличия зон грунта вокруг выработок, подверженного инъекционному укреплению.
2. Напряженное состояние обделок близко расположенных тоннелей зависит от глубины заложения каждого из тоннелей, размеров их поперечных сечений; поля начальных напряжений в массиве, обусловленного гравитационными силами в грунте или давлением грунтовых вод; конструкции применяемых обделок и деформационных характеристик материалов слоев обделок; размеров слоев укрепленного грунта и их деформационных характеристик; веса и размеров объектов на поверхности, расположенных вблизи тоннелей, а также расположения относительно тоннелей.
3. На формирование напряженного состояния обделок взаимовлияющих тоннелей мелкого заложения на стадиях их сооружения оказывают влияние очередность проходки тоннелей, отставание возведения обделок от забоя выработок, последовательность сооружения слоев обделок, изменение реологических свойств грунта (в рамках теории линейной наследственной ползучести).
4. При расчете обделок комплекса напорных тоннелей (гидротехнические тоннели, тоннели ливневой канализации) необходим учет веса воды, заполняющей сечения тоннелей, а также возможное наличие в комплексе опорожненных тоннелей.
5. При расчете обделок тоннелей на действие веса зданий или других объектов на поверхности необходим учет различия напряженного состояния обделок в условиях, когда тоннели сооружаются вблизи уже существующих зданий и когда здания возводятся после строительства тоннелей, а также пространственного характера нагрузки на поверхности.
6. Инъекционное укрепление грунта вокруг тоннелей оказывает существенное влияние на напряженное состояние обделок, приводя к снижению возникающих в них как сжимающих, так и растягивающих нормальных тангенциальных напряжений.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
- применение метода Арамановича И.Г., модифицированного Фотиевой H.H., к разработке метода расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения;
- получены новые аналитические решения плоских задач теории упругости для многосвязной весомой линейно-деформируемой полубесконечной среды, моделирующей массив грунта, ослабленной произвольным числом круговых отверстий, центры которых могут лежать не на одной прямой, подкреп-
ленных многослойными кольцами, моделирующими обделки тоннелей, при соответствующих граничных условиях;
- разработан метод расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых, в том числе - с применением инъекционного укрепления грунта, на действие собственного веса грунта, давления грунтовых вод, внутреннего напора, веса зданий и сооружений на поверхности;
- установлены зависимости максимальных сжимающих и растягивающих нормальных тангенциальных напряжений, возникающих в обделках параллельных тоннелей круглого сечения, от основных влияющих факторов: глубины заложения тоннелей, расстояний между продольными осями тоннелей, соотношений модулей деформации грунта и материалов обделок, коэффициента бокового давления в ненарушенном массиве грунта, уровня грунтовых вод, положения и размеров нагрузки на поверхности.
Достоверность научных положений, результатов, выводов диссертации подтверждается высокой точностью (с погрешностью не более 2%) удовлетворения граничных условий решаемых задач, практически полным (отличия не превышают 3%) совпадением результатов с данными, полученными другими авторами при решении частных задач, удовлетворительным согласованием результатов с данными численного моделирования методом конечных элементов (отличия не превышают 15%).
Практическая ценность работы состоит:
- в разработке алгоритмов расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, в том числе -сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта, на статические нагрузки;
- в создании программного обеспечения для ПЭВМ, позволяющего производить многовариангные расчеты обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения в целях практического проектирования;
- в установлении закономерностей формирования напряженного состояния обделок параллельных тоннелей круглого сечения при изменении основных влияющих факторов, необходимых на этапе проектирования комплексов тоннелей.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы использованы ЗАО "Тоннельпроект" (г. Тула) при разработке проектной документации на сооружение обделок коллекторных тоннелей в г. Рязани, совмещенных ливне-во-канализационных тоннелей в г. Чебоксары.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на 6, 7, 8, 9, 11, 12 научных межвузовских конференциях «Математическое моделирование и краевые задачи» (г. Самара, 1996, 1997, 1998, 1999, 2001, 2002), на IV, VI, VIII Международных конференциях «Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте» (г. С.-Петербург, 1999, 2004, 2011), на научных семинарах "Неделя горняка" (г. Москва, 2000, 2001, 2003, 2004), на Международном семинаре по механике грунтов, фундамеотостроению и транспортным сооружениям (г. Москва, 2000), на Международной конференции «Проблемы
освоения подземного пространства» (г. Тула, 2000), на Всероссийской научной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» (г. Тула, 2000, 2002), на Второй Международной научно-практической конференции «Геотехнологии: проблемы и перспективы» (г. Москва, Тула, 2001), на региональной конференции «Проблемы и перспективы подземного строительства на Урале в XXI веке» (г. Екатеринбург, 2001), на Международной конференции «Проблемы подземного строительства в XXI веке» (г. Тула, 2002), на Международной научно-практической конференции «Тоннельное строительство России и стран СНГ в начале века: Опыт и перспективы» (г. Москва, 2002), на Седьмой Всероссийской научно-технической конференции (Computer-Based Conference) (г. Нижний Новгород, 2002), на 1 и 2 Международных конференциях по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, 2003, 2005), на III Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов конструкций» (г. Волгоград, 2003), на Международной конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений» (г. Екатеринбург, 2004), на 2-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, 2005), на Форуме горняков (г. Днепропетровск, 2009), на научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников ТулГУ (г. Тула, 1996 - 2011)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 68 печатных работ, включая 19 статей в журналах, рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 330 страницах, состоит из введения, шести разделов, заключения, списка используемой литературы (242 наименований), приложения и содержит 75 рисунков и 14 таблиц.
Автор выражает признательность и приносит благодарность консультанту доктору технических наук, профессору Фотиевой H.H. за ценные советы, замечания и помощь при выполнении работы, а также коллективу кафедры механики материалов ТулГУ за содействие, оказанное в процессе подготовки диссертации.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснованы актуальность, научная и практическая значимость диссертационной работы, определены цели и задачи исследования.
Вопросам разработки методов расчета конструкций подземных сооружений и их применения при проектировании различных объектов, а также исследованию напряженно-деформированного состояния тоннельных обделок и крепей выработок посвящены работы Арамановича И.Г., Баклашова И.В., Бодрова Б.П., Булычева Н.С., Голицынского Д.М., Гольдберга А.М., Деева П.В., Картозия Б.А., Макарова В.В., Матэри Б.Ф., Меркина В.Е., Панкратенко А.Н.,
Протосени А.Г., Саммаля A.C., Савина И.И., Сергеева C.B., Фотиевой Н.Н, Фролова Ю.С., Чеботаева В.В., Четыркина Н.С., Шейнина В.И., Юфина С.А. и др.
В первой главе приведен обзор и анализ публикаций по тематике диссертации, из которого следует, что освоение подземного пространства городов сопровождается сооружением близко расположенных тоннелей мелкого заложения закрытым способом, испытывающих существенное взаимное влияние, влияние земной поверхности, а также действие веса зданий и сооружений на поверхности. Для крепления тоннелей в сложных условиях используются обделки, которые конструктивно являются многослойными. Как дополнительный слой может быть рассмотрена зона грунта вокруг тоннеля, подверженного инъекционному укреплению. Для многослойных обделок параллельных взаимо-влияющих тоннелей мелкого заложения строгих аналитических методов расчета до настоящего времени не имелось.
В связи с этим разработка нового метода расчета многослойных обделок параллельных взаимовлияющих круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых, в том числе - с применением инъекционного укрепления грунта, на действие статических нагрузок, в основе которого лежат аналитические решения соответствующих плоских задач теории упругости, является актуальной задачей, имеющей научное и практическое значение.
Вторая глава содержит описание разработанной математической модели формирования напряженного состояния многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых закрытым способом, с массивом грунта при действии собственного веса грунта, давления грунтовых вод, веса зданий и сооружений на поверхности, а также внутреннего напора. В основу модели положены современные представления механики подземных сооружений о взаимодействии подземных конструкций и окружающего массива грунта как элементов единой деформируемой системы. Это позволяет учесть основные факторы, оказывающие существенное влияние на напряженное состояние обделок параллельных тоннелей: число тоннелей и их взаимное расположение; глубину заложения каждого из тоннелей и размеры их поперечных сечений; количество слоев в обделках тоннелей, их толщины, деформационные характеристики материалов слоев; наличие слоя грунта вокруг обделок тоннелей, подверженного инъекционному укреплению или ослабленного в результате работ по проходке тоннелей; характеристики начальных полей напряжений в массиве, обусловленных собственным весом грунта, а также давлением грунтовых вод; реологические свойства грунтов (в рамках теории линейной наследственной ползучести); различие характера статической работы обделок тоннелей в условиях, когда тоннели сооружаются под уже существующим зданием и когда здание возводится над построенными тоннелями, а также приближенный учет размеров наземных сооружений в направлении осей тоннелей; для тоннелей, испытывающих внутреннее давление воды, влияние веса воды, заполняющей тоннели; последовательность сооружения тоннелей, а также отставание возведения слоев обделок в каждом из тоннелей.
Для определения напряжений в слоях обделок рассматриваются плоские задачи теории упругости для многослойных колец, подкрепляющих круговые отверстия в линейно-деформируемой однородной изотропной полубесконечной среде. Общая расчетная схема представлена на рис. 1.
р
Среда 50, моделирующая массив грунта с деформационными характеристиками - модулем деформации Е0 и коэффициентом Пуассона у0, ограничена прямой ¿о и произвольным числом N круговых отверстий с контурами радиусами \п, центры которых расположены произвольным образом в точках 2т =хт +д,ут (т = 1.....N). Символом <<1» обозначена мнимая единица в отличие от <а »- номер контура.
Отверстия подкреплены многослойными кольцами §т с внутренними
контурами внутренние радиусы которых соответственно Л,- т (¿ = 1.....пт,
т=1.....Л', пт - число слоев в обделке), моделирующими обделки тоннелей.
Слои 51Д1 колец выполнены из материалов с деформационными характеристиками Щт, VI т. Среда и кольца деформируются совместно, т.е. на линиях контакта Ь1<т = !,...,пт, т = 1.....Ы) выполняются условия непрерывности векторов смещений и полных напряжений.
Действие собственного веса грунта (задача 1) моделируется наличием в
среде Бд начальных напряжений
а<°"0> = —Яу(Н - у), а™0* =-у(Н - у), г^ =0,
0)
где у - удельный вес грунта, Л - коэффициент бокового давления в ненарушенном массиве грунта.
Действие давления грунтовых вод (задача 2) моделируется наличием в среде Бо начальных напряжений
ах(°>«»^ау(<»((»=-г^(Н^-у), тху(°><°^0, (2)
где у"' - удельный вес воды, Н™ - уровень грунтовых вод (рис. 1).
В расчетных схемах задач 1,2 граница полуплоскости ¿д и внутренние контуры Ь (т = 1.....N) поперечных сечений колец свободны от действия
пт>т
внешних сил. Начальные напряжения в слоях 5,-т = /,...,пт; т = 1.....N) полагаются равными нулю, т.е. вес обделок и укрепленного грунта не учитывается. Смещения рассматриваются только дополнительные.
Учет влияния реологических свойств грунта производится на основе теории линейной наследственной ползучести с применением метода переменных модулей - деформационные характеристики грунта, входящие в решение задачи теории упругости, представляются как функции времени.
Действие внутреннего давления воды, заполняющей тоннели (задача 3),
моделируется действием на контурах Ь колец радиальных нагрузок
Рт =Р(т} + ЛКпт,т ~(У~Ут)] = '.....")> (3)
где первое слагаемое характеризует величину внутреннего напора в от-том тоннеле (т = 1.....N ), а второе - вес воды, заполняющей тоннель без напора.
Граница полуплоскости Ьд свободна от действия внешних сил. Начальные напряжения в среде ^ и в кольцах (¡-1,.../1т; т = 1.....N) отсутствуют.
Смещения рассматриваются только дополнительные.
Действие веса зданий или сооружений на поверхности (задача 4) моделируется наличием на участке [а;Ь] прямолинейной границы Ьд равномерно распределенной нагрузки интенсивности - Р.
Начальные напряжения в среде и в кольцах (¡ = 1.....пт;
т - полагаются равными нулю. Внутренние контуры поперечных сече-
ний обделок тоннелей £/)т>,и = свободны от действия внешних сил.
Используя принцип суперпозиции, учитывая линейный характер задачи, можно определить напряжения от суммарного действия нескольких нагрузок на поверхности. При моделировании взаимодействия обделок тоннелей с массивом грунта при действии нагрузки на поверхности рассматриваются два случая - когда нагрузка действует до образования отверстий (тоннели проводятся вблизи
ю
существующего сооружения) и наоборот, когда нагрузка действует на полуплоскость, ослабленную подкрепленными отверстиями (сооружение на поверхности возводится после завершения работ по проходке и креплению тоннелей). В первом случае смещения в массиве грунта рассматриваются только как дополнительные, вызываемые проходкой тоннелей.
Учет пространственного характера задач о действии веса зданий и сооружений на поверхности может быть учтен на основе методики, предложенной проф. Фотиевой H.H., заключающейся во введении в результаты расчета соответствующих корректирующих множителей.
При действии собственного веса грунта или давления грунтовых вод
(задачи 1, 2) полные напряжения в среде SQ представляются в виде сумм: (0)* (0)(0).<0). J0)* _J0)(0) (0). (0)* _ (0)(0) (0) (4)
СГХ +аХ у аУ , Туу -Тху ' V*)
где а(х°\ af, - дополнительные напряжения в области SQ, обусловленные наличием отверстий.
Граничные условия поставленных задач имеют вид:
-на ¿о
а(°} = 0, т^у = 0 в задачах 1,2,3, (5)
0)\-Р«ща<Х<Ъ; )TW=ÖBOTe4. (6)
' [0 прих<а,х>Ь, -на (i = 0,l,...,nm-l;m = l,...,N)
(i+Lm) , J0,m)(0) (i.m) (Mjn) J0.m)(0) +(if) <T'r = +<yr • тгв ~ i,0 гв rO
„ (i+l,m) _ (i.m) (i+l,m) (i,m) u¿ -ux , и у -uy
¡1 при p = q, И'4 ( 0 при p*q; -на Lnm¡m (m = 1.....N)
a(nm,m) = \0 в задачах 1,2,4; ^ m) (g)
Г Г Pm в задаче 3, r0
(7)
В граничных условиях (5)-(8) а(у0), т(х0у} - дополнительные нормальные и каса-
0,т)
тельные напряжения на границе Ь0 в декартовой системе координат, их иО») - дополнительные горизонтальные и вертикальные смещения точек контуров (1 = 0,1.....пт; т = сг<г1т), т(^т) - дополнительные радиальные и касательные напряжения в точках контуров (1 = 0,1.....пт;
, ,г. „ (0т)(0) (0,т)(0) , . хм т = 1,...,М) в полярной системе координат; &г ', ткгд " ' (т = 1.....N) -
радиальные и касательные начальные напряжения.
При определении напряженного состояния обделок тоннелей от действия собственного веса грунта, давления грунтовых вод или веса зданий и сооружений на поверхности, сооруженных до проходки и крепления тоннелей, для приближенного учета влияния отставания возведения слоев обделок от забоя выработки и последовательности сооружения тоннелей используется подход, согласно которому давление на обделку в грунтах, не подверженных ползучести, рассматривается как реакция обделки на продвижение забоя.
В третьей главе излагается разработанный метод расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения на действие статических нагрузок. Сформулированные задачи теории упругости после введения комплексных потенциалов <Ро(г), у/д(г) и (г), $1,1п(характеризующих напряженно-деформированное состояние соответственно областей Бд и (¡ = 1,...,пт; т = 1,..., N), связанных с дополнительными напряжениями и смещениями известными формулами Колосова-Мусхе-лишвили, сводятся к решению краевых задач теории аналитических функций комплексного переменного при граничных условиях:
?о(0 + Фо'(0 + Щ0 = /(1)О) на ¿о, (9)
91,т(0 + 'Р1,т(1) + <р!,т(() =ФоО) + ($0 (О + $0 (О + (О
шЬ0т (т = 1.....лг;;(10)
®1,т91,т (О- 1<РЫ (О- 4>1,т (0 = О ~ '<Р0 (0~4>о( о],
МО
Vi+Lm (О + '<Р>+1,т О) + <Рм,т О) = hm (О + 'Ьт О) + <?1,т (О
на Lim (i = l.....пт~], m = I,...,N); (11)
si+l,mP,+l,m(0-t<Pi+lm(t)-ipM,m( t) --
Mi.
m
*i,mVi,m( 0~Щ,т( t)-<Pi>m( t)
Vnm,m(t)+tVr,m,Jt)+vnm,m(t) = f(J)(t) на Lnm_m (m = l.....N), (12)
где t - аффиксы точек соответствующих контуров, причем
Ix + iH на ¿а,
кв (,3)
Zm+Ri.mV (' = 0,1.....пт; m = l,...,N), ст = еш;
Е Е'
щ=3-4у0, Ио = 0 ; atM = 3-4vim , = . (14)
2(l + v0) 2(1 + vim )
Функции f(1)(t), f!n2)(t), fi3)(t) (m = l.....N) имеют вид:
- в задаче 1 f(l}(t) = 0,ji2>(t)-
i
+ — 4
(1 + 1) - в задаче 2
t-hи
-(1-1)
(1+1)LJzl + (!-1)
t — z„
t-z„
n-2
Ч.т )
Чт J
r(V
-iln'-r^-\,fi,J>(t) = 0; (15)
f(1)(0=0, j<m2)(t) = - в задаче 3
rXm
2C
wl zm
+-
Чт Л, Rß m
t-zm
-lln'
,£>(0=0; (16)
f">(t) = 0,f(m2)(t) = 0, ywR2
fL3)(o=-—~
Pm
(0)
- + 1
t — Zr
Rnm.m 2
t - z.
-i In
t — z„
- в задаче 4
I 0 при Re t < a, Re t > b,
(17)
(18)
К решению задач применен метод Арамановича И.Г., модифицированный Фотиевой H.H.: в итоге задачи для полуплоскости, ослабленной произвольным числом отверстий, подкрепленных многослойными кольцами, сведены к соответствующим задачам для одного многослойного кольца, подкрепляющего отверстие в полной плоскости, в граничных условиях которых присутствуют слагаемые в форме комплексных рядов, отражающие как влияние прямолинейной границы полуплоскости, так и соседних отверстий.
Комплексные потенциалы щ(г), Wo(z), регулярные в полуплоскости
S0 вне отверстий, ограниченных контурами LQ j (j = I,...,N), в задачах 1,2,3
отыскиваются в виде
<Po(z)= X vo(z)= S \?oj<z-zj)-~zJVo.j<z-zjh (19)
И Н
в задаче 4
и ' н
(20)
где <pQ .(z-zj), yjQ.(z-zj) - комплексные потенциалы, характеризующие напряженно-деформированное состояние среды S0, связанные с дополнитель-
-Zj) \WqHz),
ными напряжениями и смещениями, обусловленными наличием у-того отверстия (] = 1.....N)', (г), - комплексные потенциалы, характеризующие напряженно-деформированное состояние полуплоскости без отвер-
I
стий, нагруженной на участке а<х<Ь границы Ьд распределенной нагрузкой, имеющие следующее представление (в долях интенсивности нагрузки Р):
<Р(00)(2) = ~\{г -Ъ)1п(2 -Ь)-(г-а) 1п(г - а)],
¿Л
ЧУ(00)(г) = ~[а1п(г -а)- Ь1п(г - Ь)\ (21)
2л
Главные векторы действующих сил на контурах Ьд т (т = 1.....N) в задачах 1,2 и на контурах ЬПт,т (т~ в задаче 3 равны
+ ¡Ут= ${х(п°-т>(°) + \Г<п°'т)<0>)ьт = 2к\Кт (задачи 1,2), (22)
Хт+\¥т = +1у("»-т)\ьт=-2л\Кт (задача3), (23)
где
02 _
в задаче!,
Кт ~
УЩ.т
У^Рл
-— в задаче 2,
(24)
уНр2
взадачеЗ,
2
О в задаче 4. Комплексные потенциалы щ^г-г^) (] = 1.....Л')отыски-
ваются в виде:
- в задачах 1,2,3
= —[1п{г-гу) + а:о1п(г-2у-21Ну)],
' + ®0
= Vo(z-Zj)-J^|—\я0ln(z-zj)+ln{?-Zj-2хнД; (25)
- в задаче 4
$0,] (2~ 2 = <Р0,] = (26)
где (г-2- комплексные потенциалы, регулярные в области вне контуров Ьд ^ (} -1.....N), включая бесконечно удаленную точку.
Комплексные потенциалы <р,?т(г), (г), регулярные в кольцах Б1Д1, отыскиваются в виде (г-1,...,пт, т = /,...,И): в задачах 1,2,4
91,т(2)=<Рг,т(г-2т), ¥1,т(2 ) = ~ 2т(р1т( г - 2т)~, (27)
в задаче 3
{Кт- (28)
1 + х1,т к1,т
Комплексные потенциалы ср1>т(г-гт), (г-гт) (¡ = 1,...,п т = ) представляются в виде рядов Лорана
00
\~к
к=1
00
к=0
Щ.т )
2-г„
V Ьт )
+ Ъс(Шт) к-0
+ Ъо[4)М к=1
{\
т
-к
(29)
V /
Применяя аппарат теории функций комплексного переменного, теорему Сохоцкого-Ппемеля и свойства интегралов типа Коши, были получены функции, реализующие аналитическое продолжение потенциалов Трд^г-г^),
щ^(г-г^) (}~1,...,Ы) в верхнюю полуплоскость Бд и, следовательно, регулярные в области Бд+Бд, т.е. в полной плоскости вне контуров Ьд^ Су = /,...,Ы). Эти функции содержат комплексные потенциалы (рд^(г - г V0,) (2 ~ ) = регулярные в полной плоскости Б0+Б0 вне конту-
ров Ьд ^ (] = /,..., N), отыскиваемые в виде рядов
О./2--у 4 к=1
(1)(0,])
г-г,-
-к
^ /
Ы>
то.})
2-2;
(30)
Граничные условия (9) - (12) приводятся к общему для всех задач виду:
к=1
1-2»
,т у
+ 2 1<к3>(0'т) к=0
на Ь0т (т = 1,...,Ы),{31)
1-2,
\к
V К0,т
_М1,т
МО
'к
^ь(2)(0,т)
Ы1
, К0.т ,
+ £ ¿4)(0-т)
к=0
1-2,
\к
ч.
т у
\~к
к=1
Л/
+ 2
V *%т
к=0
т
на
Ьт (< = '....."т-1; м = 1.....М) (32)
М1+1,т
-к
к=1 \ Кг,т ) к=1
(4)0*) к
\к
V )
-к
^Ьп-т,
к=1
\к
,т)
на Ь„т т (т = 1,...,Ы), (33)
_ ^ ¡(1)(пт,т) к=1 к
где для коэффициентов (1=1,...,4; ¡ = 1,...,пт; т = 1,...,М) получены
выражения в каждой из рассматриваемых задач. Соотношения (31) - (33) представляют собой граничные условия задачи дам многослойного кольца, подкрепляющего отверстие с центром в точке гт (т = /,..., Л^ в полной плоскости, при наличии в их правых частях дополнительных членов в виде рядов Лорана с неизвестными коэффициентами, отражающих вид нагрузки, влияние границы полуплоскости и остальных отверстий.
После подстановки представлений (29) - (30) в условия (31) - (33) и приравнивания в левых и правых частях коэффициентов при одинаковых отри-
цательных и положительных степенях переменных
(¡ = 0,1,...,пт;
т=1,...,Ы) установлены рекуррентные соотношения, связывающие в конечном итоге коэффициенты разложений (1=1,...4; к = /,...,«>) с коэффициен-
тами разложений с1р)(0'т) (р = 1,2; у = 1,...,«з), позволяющие из условий (33)
на каждом из контуров Ьп т (т = 1..... И) получить бесконечную систему линейных алгебраических уравнений относительно коэффициентов разложений комплексных потенциалов <Ро,т(2~2т)> Уо,т (г-гт), регулярных в полной плоскости вне контуров Ь0 т (т =
Задача решается методом итераций, показавшим хорошую сходимость. В каждом приближении для всех т = 1.....N находится решение системы уравнений, соответственным образом укороченной. Итерационный процесс выполняется до тех пор, пока отличия коэффициентов СуР^0/пК полученных в двух соседних итерациях, не превышают заданной достаточно малой величины, например 10~6. С использованием коэффициентов (у = 1,...,п) и (у = I.....п+2), последовательно применяя рекуррентные соотношения, связывающие коэффициенты разложений комплексных потенциалов в смежных областях, последовательно определяются коэффициенты (1 = 1,4', к = 1,...,п;
¡ = 1...„пт)\ с(1)(ит) (1 = 2,3; к = 1,...,п + 2; ¡ = 1,...,пт) разложений комплексных потенциалов, ц/^т(2~гт), характеризующих напряженное состояние областей 5'(->т (¡ = 1.....пт; т = ).
Формулы для напряжений, возникающих в точках областей 5/_т (I = 1.....пт; т = 1.....N), в полярной системе координат имеют вид:
= Щ2ср1т(:~2т)-
(2~2т )<рит (2-2т) + Ч/1:т(2-2т)
.не
-,
'в
= Щ2<Рш(2-2т) +
(г-2т)(рш (2-2т)"гу/1т(2-2т)
Ш
(34)
(г-2т)<Р1,т (2 ~ 2т)+ ^1,т(2 ~ 2т)
Лв
Дополнительные напряжения в точках х = х + ху области ¿'д определяются по формулам
г(°)
1=>
N
т(у0) = яе £ (2-2]) + (2-2} йо,] (2-2]) + ¥(),) (2~2}).
]=1
(35)
г(°)
*ху ' =1т £ \2 - 2} >0.) (2~2}) + Ч>0,}(2-2^\ }=>
Для определения полных напряжений в области к дополнительным напряжениям прибавляются соответствующие начальные напряжения.
Приведенное решение составляет основу разработанного метода расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей
мелкого заложения на действие собственного веса грунта, давления грунтовых вод, внутреннего напора с учетом веса воды, заполняющей тоннели, а также веса зданий или сооружений на поверхности, возведенных как до, так и после проходки тоннелей. Метод расчета реализован в виде комплекса компьютерных программ на алгоритмическом языке FORTRAN в среде POWER STATION.
Точность удовлетворения граничных условий решенных задач теории упругости существенно зависит от числа удерживаемых членов разложений в ряды комплексных потенциалов, характеризующих напряженно-деформированное состояние соответствующих областей, моделирующих грунт и слои обделок. Для установления необходимого минимального числа членов рядов с использованием разработанных программ были выполнены многовариантные расчеты для двуслойных колец, подкрепляющих два круговых отверстия разных радиусов, расположенных вблизи границы полуплоскости (рис. 2).
Расчеты выполнялись для разных отношений модулей деформации материалов среды и слоев колец, расстояний от центров отверстий до прямолинейной границы, расстояний между центрами отверстий, положении нагрузки на границе.
Рис.2. Расчетная схема при оценке удовлетворения граничных условий
Точность удовлетворения граничных условий оценивалась путем проверки условий непрерывности радиальных аг и касательных тгд напряжений на каждом из контуров Li j (¡ = 0,1; ) = 1,2) и значениям напряжений на контурах ¿0, ¿¿.у (} = 1 )■ Исследования показали, что даже при весьма малых ширине перемычки 0,Шд / между отверстиями и расстоянием между вторым (большим) отверстием и границей полуплоскости граничные условия всех рассмотренных задач удовлетворяются на контурах Ьд / и с погрешностью, не превышающей 5%, при удержании в рядах 35 членов. Следует заметить, что такие малые геометрические параметры взяты для иллюстрации возможности достижения практически любой высокой точности удовлетворения граничных условий. В практике подземного строительства эти расстояния соизмеримы с размерами поперечных сечений тоннелей, поэтому погрешность удовле-
18
творения граничных условий, не превышающая 3%, достигается при удержании в расчетах не менее 20 членов.
Ниже приведены результаты расчета обделок, выполненных из железобетонных блоков с внутренней бетонной облицовкой, трех круговых тоннелей при действии собственного веса грунта. Обделки тоннелей моделировались двуслойными кольцами: наружный слой с приведенным модулем деформации моделировал железобетонные блоки толщиной 0,2 м, внутренний слой - бетонную облицовку толщиной 0,16 м. Радиусы контуров поперечного сечения конструкции обделок - Кот = 1,26м, = 1,06 м, К2ут=0,9 м (т=1,...3). Деформационные характеристики материалов слоев: Е]т= 34500 МПа,
У/^=0,2, Е2т=23000 МПа, у2„=0,2 (т = 1.....3). Расчеты выполнялись при
следующих характеристиках массива грунта: Ед = 500 МПа, у0=0,3, Л = 0,53,
у = 0,022 МН/м3. Взаимное расположение сечений тоннелей и значения нормальных тангенциальных напряжений ад, МПа, возникающих в радиальных сечениях (два вертикальных и два горизонтальных) для каждого слоя обделки каждого из тоннелей, приведены на рис. 3 (распределение напряжений по толщине слоя ввиду относительно малой их толщины принято линейным).
Рис. 3. Расчетные значения нормальных тангенциальных напряжений <70, МПа в радиальных сечениях слоев обделок тоннелей
Четвертая глава посвящена разработке метода расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта, на действие собственного веса грунта (задача 1), давления грунтовых вод (задача 2), внутреннего напора (задача 3), веса зданий и сооружений на поверхности (задача 4). В основу метода положены полученные автором аналитические решения
19
соответствующих задач теории упругости для линейно-деформируемой полуплоскости, ослабленной конечным числом круговых отверстий, подкрепленных многослойными кольцами.
Общая расчетная схема задач приведена на рис. 1, в которой наружные слои 5/т (т = 1.....N) моделируют слои укрепленного грунта вокруг тоннелей.
В задачах 1, 2 полные напряжения в среде имеют вид (4), а в наружных слоях каждого из колец (т = 1.....N)
¿>*г=а(х1,т№+а(Ы). Татг=Татхо)+Тат)^ (36)
где , а(уш), т<Хут^ - дополнительные напряжения в слоях
(1,т)(0) М).п)(0) (Ш)(0) "х 1ау ' Тху - начальные напряжения, определяемые в задачах 1,2 соответственно по формулам (1)-(2).
Граничные условия задач имеют ввд (т = 1.....N )\
Г
- на Ьд
<т(у0) =0,^=0 в задачах 1,2,3, ^=|-Рприа<Л<Ь; задаче4;
/ [0 щтх<а,х>Ь, у -на Цт (¡ = 0,...,пт -1; т =
4м-т}=ко4°'п)(0)+к14'-т)(0)+
4еы) = ко4°вт)(0) ^Л1ет)(0)+№ (38)
иО+1,т) = и0,т)1 и0+1,т) = "На (т = 1.....Ы)
амА° в ЗЭДаЧаХ ]'2'4' ГМ =0. (39)
в задаче 3, ги
В условиях (38) 4*»)<°), Т(гдт)(0) - радиальные и касательные начальные напряжения в точках контуров Ь]т (т = 1,..., И).
Поставленные задачи теории упругости после введения комплексных потенциалов, характеризующих напряженно-деформированное состояние областей, моделирующих массив грунта, зоны укрепленного грунта и обделки тоннелей, сводятся, как и в главе 2, к краевым задачам теории аналитических функций комплексного переменного с граничными условиями:
<Ро(0 + т'(0 + ¥о(0 = /(П0) на Ь0, (40)
Vl.ni (О + «Р1,т(0 + п,т(0 = Ро(0 + "Ро( О + ЫО
на ¿0,т (т = 1.....N(41)
(1)-1<Р1,т(0 - VI,т(О = ^Щ&оЫО ~ Ш0~Щ(')], _____ МО _
(О + %+1,тС) + = Щ,т(0 + 'П,т(0 + П,т(0 +
на Цм (Ы1.....пт — 1, т = I.....N); (42)
ММ.,
х1+1,тШ1,т(0~'Ш1,т(0~Щ+1,т( 0 = :
А/, п
Щ,т&,т(0 ~ Щ,т( О ~ 4>\,т( О
<Рпт,т(0+Фпт,т(0 + 4>пт,т(0 = 1т*(О на £„т,т (т = 1.....И).
(43)
Функции в правых частях условий определяются по формулам: ■ в задаче I
ч„
т
. 1-2
1 /п
1-2„
кч,
1
+ — 4
1-г„
т
уЧ.т
-2
2 Нт '
1
+-
(1+х)-—^ -а-л)
{ Ч,т
- в задаче 2
2 [Чт Чт 2
- в задаче 3
/(1)(0=0,/£2)(0 = 0,
я2 Г ( (0) £>«) = -—7 Рт
-1
т
, /т^0 = 0; (44)
IЧт
-¡/и-
Чп
,/т3)(0=0;(45)
V К»т."
-+1
, I
--1--
Чт,т 2
1-2„
\2
-Мп—^-
- в задаче 4 /(1)(0
(1)/, при
О при Яе1<а,Не1>Ь,
(46)
(47)
Главные векторы усилий на контурах ¿¡т (т = 1,...,Ы)в задачах 1,2
определяются как Хт +\Ут = 2тКт, где Кт =
К
в задаче 1 и
1Сп2
кт=-—^ в задаче 2; в задаче 3 на контурах 1Пт:ГП (т = 1,...,Ы) - по соответствующим формулам (23), (24).
Комплексные потенциалы <р0(г), у/0(2)> регулярные в области 8п вне
отверстий, ограниченных контурами ] (] = 1.....N1, отыскиваются в виде
(19) для задач 1, 2, 3 и в виде (20) для задачи 4; &,т(2), ^1,т(2) (' = '....."тт = 1.....Л';, регулярные в областях Б1т (¡=1.....пт, т = 1.....Н), в виде (27) для
задач 1, 2, 4 и (28) в задаче 3. Для функций <р(00>(г), у(00)(г) в задаче 4 спра-
I —2 т
ведливы соотношения (21), разложенные по степеням —-.
"¡,т
Так как главные векторы действующих усилий на контурах Ь0 Ьду отличны от нуля, комплексные потенциалы уо^г-Х})
(] = 1.....N) имеют вид (25); для потенциалов Щт(г-гт), \р1т(2-2т)
(1 = 1.....пт, т = 1,...,М) справедливо:
- в задачах 1,2
IК 2 — 2 9ит(2~2т) = <Ри( 1.1 " 1п~
1+ ®/.т Л/.и ' Гц(2~2т) = Ч>4Ь~~~ «Л*!п'
- в задаче 3 - формулы (28);
- в задаче 4
Чг,
(48)
Щт
2пг
к!,т Ь-2т к=]к
Ъ—.
а-2„
Чч
в},к 1 к -1 к
Ь-2
•771 У
\к
Щ.т 2я
а-гт А
Я1,т \ Ч.т ,
Ь-2г
Чг
-1п
Чт )
Ъ-г*
2, I
Ы1к
Ь-гт( Е1,т а~2т( К1,т 4.1п - гт ) Ч.т
2-г* I Ч.т
Для функций щ<т (г - 2т ), щ^г -2т) (¡ = 1.....пт. т = 1.....И) справедливы представления (31) в виде рядов Лорана.
После выполнения аналитического продолжения комплексных потенциалов, регулярных в области Б0 вне каждого из отверстий с контурами
(] = 1,...,Ы), в верхнюю полуплоскость, с использованием преобразований, изложенных в главе 3, получим граничные условия в виде (31)-(33), являющимися граничными условия задачи для многослойного кольца, подкрепляющего одно круговое отверстие в полной плоскости, при наличии в правых частях слагаемых, отражающих действие нагрузки, влияние границы полуплоскости и остальных подкрепленных многослойными кольцами отверстий, наружные слои которых моделируют зоны грунта, подверженного инъекционному укреплению. Коэффициенты степенных рядов в правых частях выражений (31)-(33) определяются по полученным автором формулам.
Полученное решение составляет основу метода расчета обделок взаи-мовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с применением инъекционного грунта, на действие собственного веса грунта, давления грунтовых вод, внутреннего напора с учетом веса воды, заполняющей тоннели, а также веса зданий и сооружений на поверхности. Составлены алгоритмы расчета и комплекс компьютерных программ.
Оценка точности удовлетворения граничных условий каждой из задач подтвердили результаты, полученные в главе 3.
В главе приводятся результаты расчета монолитных обделок двух одинаковых параллельных тоннелей, сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта, на действие собственного веса грунта и веса здания, возведенного после проходки и крепления тоннелей. Рассмотрены два варианта компоновки тоннелей - рис. 4 а,б.
Исходные данные: Я/ = Н2 = 9 м, х; =0, х2 = 12 м (первый вариант расположения тоннелей); Н/=9 м, Н2=21 м (второй вариант); Я(ц = Яо2 =
=5Дм, $1=§¿=2,8м, йд;=%=2г5л(, Х=0,54, у=0,017МН/м\ Ед^ЮОМПа, Уд =0,35, Еи=Е2>1=250 МПа, »и=у2!=0,3, Е,2=Е22= 23000 МП а, V; 2=1/2,2 =0,2, обделки возводятся непосредственно в забое, размер нагрузки на поверхности в направлении продольных осей тоннелей В = 60 м.
На рис. 5 а,б сплошными линиями показаны эпюры нормальных тангенциальных напряжений, возникающих на внутреннем (а) и наружном (б) контурах поперечного сечения левого тоннеля от действия собственного веса грунта (для правого тоннеля приведенные результаты справедливы с учетом симметрии). Пунктирными линиями даны эпюры напряжений при отсутствии зоны укрепленного грунта (значения напряжений указаны в скобках).
-1,33 (-2,01)
-1,90(-2,69) а б
Рис. 5. Напряжения авдутр, <ТдНеш, МПа на внутреннем (а) и наружном (б) контурах обделки левого тоннеля от действия собственного веса грунта
На рис. 6 а, б даны эпюры напряжений в точках контуров обделки левого тоннеля от веса здания, возведенного после сооружения тоннелей.
-2,0'
1,3В
0,53
'/ (-2,71)
-,1'46(-2,31)
0,490
-0,9561-1,65)
б
Рис. 6. Напряжения <7д'утр , аМПа на внутреннем (а) и наружном (б) контуре сечения обделки левого тоннеля от веса здания
На рис. 7 представлены эпюры нормальных тангенциальных напряжений, возникающих в точках внутреннего (рис. 7 а) и внешнего (рис. 7 б) конту-
ров поперечных сечений обделок обоих тоннелей, вызываемых действием собственного веса грунта; на рис. 8 а,б показаны эпюры напряжений, обусловленных весом здания, для второго варианта расположения тоннелей.
-1,38 (-2,21)
-1,54 (-2,43)
-2,54 (-3,38) I
-0,076
-1,63
Рис. 7. Эпюры напряжений в точках контуров поперечных сечений обделок тоннелей от действия собственного веса грунта
-1,57 (-1,88)
Е^ (-1,21) -0,756
Рис. 8. Эпюры напряжений в точках контуров поперечных сечений обделок тоннелей от действия веса здания
Расчеты показали, что укрепление грунта вокруг тоннелей может оказывать существенное влияние на напряженное состояние обделок, приводя к снижению напряжений. В первом варианте (центры сечений тоннелей расположены на горизонтальной прямой) снижение растягивающих напряжений достигает 63%, а во втором случае (центры на вертикальной линии) - 75%.
На рис. 9 а,б приведены расчетные схемы для определения напряженного состояния монолитных бетонных обделок двух тоннелей ливневой канализации, один из которых сооружен с применением предварительной укрепительной цементации при двух вариантах расположения тоннелей: центры сечений на одной глубине Я/ = =5 м; центры сечений на вертикальной прямой -II} =5 м, Н2 = 11 м. Толщина зоны укрепленного грунта вокруг тоннеля -Л = 1 м, радиусы поперечного сечения обделок тоннелей Щ1=Щ^-2,0м,
Я21=Я2<2=18м, Ед =100 МП а, у0=0,35, у=0,022кН/м3, Л = 0,54, Е2<1 = Е12 = -27000 МПа. Модуль деформации слоя укрепленного грунта - Ец =250МП а,
коэффициент Пуассона у11=0,35. Внутренний напор воды в тоннелях -Р] = Р2 =0,1 МП а, удельный вес воды =0,01 кН / м3.
О
Рис. 9. Расчетные схемы тоннелей
Эпюры напряжений в точках наружного и внутреннего контуров поперечных сечений обделок приведены на рис. 10 а, 11а при действии собственного веса грунта, на рис. 10 б, 11 б при действии внутреннего напора.
ОдМЛа
-1,92
-2,75
левый тоннель
правый тоннель
Рис. 10. Эпюры напряжений в точках наружных (пунктирные линии) и внутренних (сплошные линии) контуров сечений обделок тоннелей:
а - от собственного веса грунта; б - от действия внутреннего напора
В обделке правого тоннеля (сооружен без укрепления грунта) максимальные значения и растягивающих, и сжимающих напряжений от собственного веса грунта значительно превышают соответствующие напряжения в обделке левого тоннеля. Растягивающие напряжения на наружном контуре обделки левого тоннеля практически исчезают - максимальное значение напряжений не превышает ав =0,02 МП а по сравнению с ад = 0,810 МП а для правого тоннеля.
В точках внутреннего контура левого тоннеля растягивающие напряжения уменьшаются более чем в 3 раза, сжимающие напряжения уменьшаются на 34% по сравнению с аналогичными точками правого.
Расчеты показали, что инъекционное укрепление при действии внутреннего напора снижает напряжения в обделках тоннелей на 7%.
а^МПа
-1,и
■1,15
верхний тоннель
-1,75 -2,05
■3,43
«ерхнци тоннель
0,99
нижнии тоннель
-3,10 нижний тоннель
Рис. 11. Эпюры напряжений аМПа в точках наружных (пунктирные линии) и внутренних (сплошные линии) контуров сечений обделок тоннелей: а - от действия собственного веса грунта; б - от действия внутреннего напора
Пятая глава посвящена выявлению закономерностей формирования напряженного состояния обделок параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта. Исследованы зависимости максимальных нормальных тангенциальных напряжений в точках внутренних контуров обделок, выполненных из высокопрочных и водонепроницаемых железобетонных блоков с перевязкой швов, трех параллельных тоннелей - двух основных и сервисного, от основных влияющих факторов: глубины заложения тоннелей Я, модуля деформации грунта Ед, толщины слоев укрепленного грунта вокруг тоннелей А, расстояний между центрами поперечных сечений тоннелей, положения сервисного тоннеля по отно-
шению к основным, коэффициента бокового давления в ненарушенном массиве грунта Я, уровня грунтовых вод Я1*, ширины I участка действия распределенной нагрузки, моделирующей вес здания или сооружения, абсциссы / центра участка действия нагрузки на поверхности. Расчетная схема, в которой обделки тоннелей и области укрепленного грунта моделировались двуслойными кольцами, представлена на рис. 12.
Тоннели сооружаются в грунтах, модуль деформации которых Е0 изменяется от 10 МПа до 500 МПа, коэффициент Пуассона грунта принят равным Vg = 0,35, объемный вес - у-0,02 МН/м3. Наружный диаметр обделок основных тоннелей 13,75м, внутренний - 12,35 м, толщина железобетонных блоков Л21 = Л2 з = OJO м; наружный диаметр сервисного тоннеля 6,0 м, толщина обделки Л22= 0,35 м. Обделки тоннелей выполнены из бетона класса В45 с модулем деформации E2j=E2 2=E2 3 =37500 МПа и коэффициентом Пуассона v2¡ =v22 =v23 =0,2 (рассмотрены случаи использования бетонов класса В40 с модулем деформации E¿ =36000 МПа и класса В50 с модулем деформации Еб= 39000МПа). Расчетная схема соответствует одновременной проходке тоннелей (худший случай) и креплению непосредственно в забое. Объемный вес грунтовых вод - у* =0,01 МН/м3.
На рис. 13 приведены зависимости максимальных растягивающих (положительных) и сжимающих (отрицательных) напряжений ств, МПа, возникающих в точках внутренних контуров обделок тоннелей, от глубины заложения Я. Номера линий 1, 2, 3 соответствуют значениям Е0 =500МПа, 200 МПа, 10 МПа. Толщины зон укрепленного грунта приняты равными A¡j=A¡¡2 = - А] з = 1 м, коэффициент Пуассона укрепленного грунта v¡¡ = v¡2 = = uj 3 =0,35, модуль деформации и коэффициент Пуассона бетона E2j =
= Е2,2 = ^2,3 =37500 МПа, У2,1=У2,2=У2,3=°>2 (бетон В45), Л = 0,54. Расстояния между осями основных и сервисного тоннеля равны 17 м.
Рис. 13. Зависимости напряжений ад, МПа в точках внутренних контуров обделок основных тоннелей (а); сервисного тоннеля (б) от глубины заложения тоннелей Н, м: 1 - Е0 = 500 МПа, 2 - Е0=200 МПа, 3 - Е0=12 МПа
На рис. 14 представлены зависимости напряжений ад, МПа в точках внутренних контуров сечений обделок от толщин зон укрепленного грунта вокруг тоннелей.
Расчеты выполнялись при исходных данных: Н = 15 м, Ед =20МПа, у0=035; Е]; = Е}2 = Е/з = ¡000МПа, Уц = у;2 = у^ =0,35; в качестве модуля деформации материалов слоев, моделирующих обделки тоннелей, приняты модули деформации бетона класса В40 - Е} \ = £2,2 = ~ ^-2,3 = 36000 МПа (линии 1), класса В45 Е21 = Е22 = &2,3 =37500 МПа (линии 2), класса В50 Е21 = Е22 = Е-2,3 =39000 МПа (линии 3). Центры поперечных сечений тоннелей расположены на горизонтальной прямой, расстояния между основными и сервисным тоннелями приняты равными 17 м.
На рис. 15 даны зависимости напряжений ад,МПа в точках внутренних контуров обделок тоннелей от глубины заложения сервисного тоннеля. Расчеты выполнены для обделок из бетона В40 - Ец = £2,2 = &23=36000 МПа (линии 1), бетона В45 - £2,/ = Е2,2 = Е2,3 = 37500 МПа (линии 2), бетона В50 -^2,/ = £¿,2 = ^2,3 = 39000 МПа (линии 3). Положение сервисного тоннеля меняется относительно основных тоннелей от -15 м (расположен ниже основных на 15 м) до + 5 м (выше основных на 5 м). Основные тоннели расположены на глубине Н = 20 м, Ед=20 МПа.
Сте мпа
МПа
15 10 5
о -5 -10
-15 _
Рис. 14. Зависимости напряжений сгд, МПа в точках внутренних контуров обделок основных тоннелей (а); сервисного тоннеля (б) от размеров Л, м зон укрепленного грунта вокруг тоннелей: 1 - Ец = Е2 2 = Е23 =36000МПа, 2 - Е21 = Е22 = Е2 3 =37500МПа, 3 - Е21 = Е2 2 = Е23 = 39000МПа
0,5 1 1,5 Д
(XI 0
Рис. 15. Зависимости напряжений <тв,МПа в точках внутренних контуров обделок основных тоннелей (а); сервисного тоннеля (б) от положения сервисного тоннеля: 1 - ¿2,1 = Е22 = ¿-2,3 =36000 МПа, 2 - Е21 = Е2у2 = Е2 3 = 37500 МПа, 3 - Е21 = Е22 = Егг = 39000 МПа
На рис. 16 приведены выявленные зависимости максимальных относительных напряжений ав/ Р в точках внутренних контуров поперечных сечений обделок левого тоннеля (рис. 16 а), правого (рис. 16 б), сервисного (рис. 16 в) от положения I центра нагрузки шириной 1-40 м, моделирующей здание, на поверхности относительно тоннелей. Глубина заложения тоннелей Н = 20 м, центры поперечных сечений расположены на одной горизонтальной прямой, расстояние между осями тоннелей 17 м, толщина зон укрепленного
грунта вокруг тоннелей Л = 1 м, модуль деформации укрепленного грунта Е//= = Е] 2 = Е] 3 = 1000 МПа. Расчеты выполнялись для разных значений модуля деформации грунта. Центр нагрузки смещается от положения 1 = 0 м (нагрузка расположена симметрично над комплексом тоннелей) до положения 1=30 м вправо.
в
Рис. 16. Зависимости относительных максимальных напряжений <тв / Р в точках внутренних контуров обделок левого тоннеля (а); правого тоннеля (б), сервисного тоннеля (в) от положения нагрузки на поверхности /, м: Е0 = 10 МПа (линии 1), Е0 = 200 МПа (линии 2), Е0 - 500 МПа (линии 3)
В шестой главе диссертационной работы выполнено сравнение результатов, полученных по разработанному методу, с данными численного моделирования и приведены результаты использования разработанного метода в целях практического проектирования. В целях детальной проверки полученных аналитических решений, апробации разработанного алгоритма расчета, отладки и тестирования разработанных компьютерных программ производились сравнения результатов расчетов с решениями частных задач, полученных Фотиевой
H.H., Саммалем A.C., Анциферовой JI.H., которые показали полное совпадение расчетных напряжений.
Сравнение результатов определения напряженного состояния двуслойных обделок параллельных тоннелей на действие собственного веса грунта, выполненного с использованием разработанного метода, с данными, полученными численным методом конечных элементов и предоставленными Самодел-киной H.A. (Горный институт УрО РАН, Пермь), показало, что различия между максимальными расчетными нормальными тангенциальными напряжениями в точках внутреннего бетонного слоя, полученными разработанным методом и методом конечных элементов, не превышают 15 %. Для точек наружного бетонного слоя различия между максимальными расчетными напряжениями не превышают 13%. В точках массива грунта расхождения между напряжениями
не превышают 1,5%.
Разработанный метод расчета использован при проектировании обделок коллекторных тоннелей в г. Рязани и совмещенных ливнево-канализационных тоннелей в г. Чебоксары. Исходные данные для расчетов конструкций подземных сооружений предоставлены ЗАО "Тоннельпроект" (г. Тула).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе осуществлено решение научной проблемы, заключающейся в разработке нового метода расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых, в том числе - с применением инъекционного укрепления грунта, на статические нагрузки, и на основании теоретических исследований установлены новые и уточнены существующие закономерности формирования напряженного состояния конструкций подземных сооружений, позволяющие повысить эффективность принимаемых проектных решений в области подземного строительства.
Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:
1. Разработана математическая модель взаимодействия многослойных обделок близко расположенных параллельных круговых тоннелей мелкого заложения на статические нагрузки, позволяющей учитывать основные факторы, оказывающие существенное влияние на напряженное состояние обделок.
2. Получены новые аналитические решения ряда плоских задач теории упругости для линейно-деформируемой или вязкоупругой (в рамках теории линейной наследственной ползучести) полубесконечной среды, ослабленной вблизи границы круговыми отверстиями, подкрепленными кольцами, слои которых выполнены из материалов с различными деформационными характеристиками, при граничных условиях, отражающих совместное деформирование среды и слоев обделок тоннелей.
3. На основе полученных решений задач теории упругости разработан метод расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, в том числе - сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта, на действие собственного веса грунта, дав-
ления грунтовых вод, внутреннего напора (для гидротехнических тоннелей или тоннелей ливневой канализации), веса зданий и сооружений, существующих до сооружения комплекса тоннелей, или возводимых вблизи имеющихся тоннелей, позволяющие учитывать ряд технологических факторов, влияющих на напряженное состояние обделок - последовательность проходки выработок и возведения обделок, отставание сооружения слоев обделок от забоев выработок, изменение реологических свойств грунта (на основе теории линейной наследственной ползучести).
4. Разработаны алгоритмы и комплекс программ для ПЭВМ, позволяющих производить многовариантные расчеты конструкций подземных сооружений в целях практического проектирования.
5. Выявлены закономерности формирования напряженного состояния обделок трех параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта, от основных влияющих факторов: глубины заложения тоннелей, размеров их поперечных сечений, расстояния между продольными осями тоннелей (размеров целиков грунта), взаимного положения тоннелей, соотношения деформационных характеристик массива грунта и материала слоев обделок, толщины зон грунта, подверженного инъекционному укреплению и толщин обделок, положения и размеров нагрузки на поверхности.
6. Для оценки достоверности получаемых результатов произведена проверка точности удовлетворения граничных условий решаемых задач теории упругости, выполнено сравнение результатов расчета по разработанному методу с аналитическими и численными решениями частных задач, полученными другими авторами. Высокая точность удовлетворения граничных условий (погрешность не превышает 2%), практически полное (отличия не превосходят 3%) с результатами аналитических решений частных задач, удовлетворительное согласование с результатами численного анализа (отличия в среднем составляют 15%) свидетельствуют о возможности применения разработанного метода при проектировании подземных сооружений разного назначения.
7. Результаты диссертационной работы использованы ЗАО «Тоннель-проект» (г. Тула) при обосновании примененных в практике строительства проектных решений обделок коллекторных тоннелей в г. Рязани, совмещенных ливнево-канализационных тоннелей в г. Чебоксары.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Научные статьи в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ
1. Анциферов C.B. Напряженное состояние многослойных обделок тоннелей мелкого заложения/ Анциферова Л.Н., Анциферов C.B.// Изв. ТулГУ. Серия «Математика. Механика. Информатика». - Т. 5. - Вып. 2. - Тула: Изд. ТулГУ, 1999. - С. 25 -30.
2. Анциферов C.B. Расчет многослойных обделок тоннелей мелкого заложения/ Анциферов C.B., Анциферова Л.Н., Клименко Д.А. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - M.: Изд. МГГУ, 2000. -ЛаЮ. -С. 106- 109.
3. Анциферов C.B. Оценка прочности обделки тоннеля мелкого заложения при возведении вблизи него сооружения на поверхности/ Фотиева H.H., Саммаль A.C., Анциферов C.B.// Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.: Изд. МГТУ, 2001. - №11. - С. 136 - 138.
4. Анциферов C.B. Расчет многослойных обделок тоннелей мелкого заложения на действие движущейся нагрузки на поверхности/ Анциферов C.B., Анциферова Л.Н.// Горный информационно-аналитический бюллетень. - M.: Изд. МГГУ, 2001. - №11. - С. 139 -141.
5. Анциферов C.B. Расчет обделок напорных коллекторных тоннелей/ Анциферов C.B., Сальков B.C., Воскобойников В.Е.// Изв. ТулГУ. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Вып. 1. - Тула: Изд. ТулГУ, 2003. - С. 20 -27.
6. Анциферов C.B. Расчет обделок совмещенных ливнево-канализационных тоннелей микрорайона «Университетский»/ Анциферов C.B., Василенко С.А.// Изд. ТулГУ. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Вып. 1. - Тула: Изд. ТулГУ, 2003. - С. 28 - 34.
7. Анциферов C.B. Об одной контактной задаче теории упругости для полуплоскости// Изв. ТулГУ. Серия «Математика. Механика. Информатика». Том 9. Вып. 2. «Механика». Тула: Изд. ТулГУ, 2003. - С. 7 - 15.
8. Анциферов C.B. Расчет обделок тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с применением укрепительной цементации, на сейсмические воздействия землетрясений/ Фотиева H.H., Булычев Н.С., Анциферов C.B., Lemos J.V., Vieira A., Sousa L.R.// Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд. МГГУ, 2003. - №8 - С. 125-128.
9. Анциферов C.B. Математическое моделирование взаимодействия обделок подводных тоннелей с массивом пород, склонных к ползучести/ Фотиева H.H., Саммаль A.C., Анциферов C.B., Воронина И.Ю.// Изв. ТулГУ. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Вып. 1. - Тула: Изд. ТулГУ, 2003. -С. 309-317.
10. Анциферов C.B. Метод расчета многослойных обделок параллельных взаи-мовлияющих тоннелей мелкого заложения// Изв. ТулГУ. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружения». Выпуск 2. - Тула: Изд. ТулГУ, 2004. - С. 22 -37.
11. Анциферов C.B. Исследование напряженного состояния обделок параллельных тоннелей мелкого заложения, сооруженных с применением укрепительной цементации, на действие собственного веса грунта// Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд. МГГУ, 2004. - № 12. - С. 217 -222.
12. Анциферов C.B. Оценка точности удовлетворения граничных условий контактных задач теории упругости, положенных в основу метода расчета многослойных обделок параллельных тоннелей мелкого заложения/ Анциферов C.B., Смирнова Г.Б., Анциферова Л.Н., Афанасова О.В.// Изв. ТулГУ. Серия «Геоме-
ханика. Механика подземных сооружений». Выпуск 2. - Изд. Тула: Изд.ТулГУ,
2004.-С. 37-45.
13. Анциферов C.B. Исследование напряженного состояния обделок тоннелей ливневой канализации, сооруженных с использованием предварительной цементации грунта// Изв. ТулГУ. Серия «Экология и рациональное природопользование». Выпуск 2. - Тула: Изд. ТулГУ, 2004. - С. 246 -253.
14. Анциферов C.B. Напряженное состояние обделок параллельных тоннелей, сооружаемых с применением инъекционного укрепления, при действии собственного веса грунта/ Анциферов C.B., Логунов В.М.// Изв. ТулГУ. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружения». Выпуск 3. - Тула: Изд. ТулГУ,
2005.-С. 5-12.
15. Анциферов C.B. Влияние нагрузки на поверхности на напряженное состояние обделок комплекса параллельных круговых тоннелей, сооружаемых с применением укрепительной цементации/ Анциферов C.B., Смирнова Г.Б., Афана-сова О.В.// Известия ТулГУ. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Выпуск 3. - Тула: Изд. ТулГУ, 2005. - С. 13 - 22.
16. Анциферов C.B. Расчет обделок тоннелей, сооруженных с применением инъекционного укрепления грунта вблизи здания/ Анциферов C.B., Шарафут-динов Э.Ш., Гришина С.И., Калунова H.A.// Изв. ТулГУ. Серия «Естественные науки. Науки о Земле». - Тула: Гриф и К, 2008. - С. 18-20.
17. Анциферов C.B. Исследование напряженного состояния обделок тоннелей мелкого заложения, сооруженных с применением инъекционного укрепления грунта// Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд. Mi l У, 2008.-№10.-С. 339-346.
18. Анциферов C.B. Определение напряженно-деформированного состояния массива грунта вокруг круговой выработки мелкого заложения/ Анциферов C.B., Гурова О.В., Анциферова Л.Н. // Изв. ТулГУ. Серия «Естественные науки. Науки о Земле». - Тула: Гриф и К0, 2009. - С. 6-12.
19. Анциферов C.B. Исследование напряженного состояния монолитных обделок параллельных тоннелей при действии на1рузки на поверхности/ Анциферов C.B., Бурцева О.С., Анциферова Л.Н., Афанасова О.В. // Изв. ТулГУ. «Естественные науки. Науки о Земле». Выпуск 2. - Изд. ТулГУ. - Тула. - 2010. - С. 179 -185.
Публикации в других изданиях, материалах конференций
20. Анциферов C.B. Расчет многослойных обделок параллельных тоннелей на действие собственного веса пород с учетом влияния отставания возведения обделок от забоя, последовательности проведения выработок и сооружения слоев обделок// Механика подземных сооружений. - Тула: ТПИ, 1989. - С. 88 - 94.
21. Анциферов C.B. Влияние последовательности сооружения тоннелей трех-сводчатой станции пилонного типа на напряженное состояние обделок/ Анциферов C.B., Петренко А.К.// Механика подземных сооружений. - Тула: Тул-ГТУ, 1994.-С. 61 -71.
22. Анциферов C.B. О математическом моделировании взаимодействия многослойных обделок комплекса взаимовлияющих круговых тоннелей с массивом пород при статических нагрузках/ Анциферов C.B., Логунов В.М.// Математическое моделирование и краевые задачи. Труды шестой межвузовской конференции. 29-31.05.1996. Часть 1. - Самара: Изд. СамГТУ, 1996. - С. 7 - 9.
23. Руководство по проектированию подземных сооружений в сейсмических районах. - Коллектив авторов, в числе которых Анциферов C.B. - М.: Изд.-информ. центр ТИМР, 1996. - 105с.
24. Анциферов C.B. О напряжениях на контуре отверстия, нагруженного равномерным внутренним давлением, в линейно-деформируемой полуплоскости/ Анциферов C.B., Логунов В.М., Баранова В.И.// Математическое моделирование и краевые задачи. Тр. восьмой межвуз. конф. 26-28 мая 1998 г. Часть 1. -Самара: Изд. СамГТУ, 1998. - С. 8 - 10.
25. Анциферов C.B. Исследование зависимости напряженного состояния обделки кругового тоннеля мелкого заложения от влияющих факторов при действии собственного веса грунта/ Анциферов C.B., Анциферова Л.Н., Цудиков М.Б.// Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов. Тула: Изд. ТулГУ, 1998. - С. 114-120.
26. Анциферов C.B. Расчет многослойных обделок тоннелей мелкого заложения при действии собственного веса грунта/ Анциферова Л.Н., Анциферов C.B., Шелепов Н.В.// Математическое моделирование и краевые задачи. Тр. девятой межвуз. конф. 25-27 мая 1999 г. Ч. 1. - Самара: Изд. СамГТУ, 1999. - С. 13-17.
27. Анциферов C.B. Математическая модель взаимодействия многослойных обделок тоннелей мелкого заложения с грунтовыми водами/ Анциферов C.B., Анциферова Л.Н., Корнеева H.H.// Математическое моделирование и краевые задачи. Тр. девятой межвуз. конф. 25-27 мая 1999 г. Ч. 1. - Самара: Изд. СамГТУ, 1999.-С. 17-21.
28. Анциферов C.B. Разработка программного обеспечения для определения напряженного состояния многослойных обделок тоннелей мелкого заложения/ Анциферова Л.Н., Анциферов C.B., Логунов В.М., Цудиков М.Б.// Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте. Сб. тр. IV Междунар. конф. 29-30 июня 1999 г. - С.-Петербург: Изд. ПГУПС, 1999. - С. 151-157.
29. Анциферов C.B. Расчет многослойных обделок тоннелей мелкого заложения/ Анциферова Л.Н., Анциферов C.B.// Материалы 2 Всероссийской конференции «Проблемы разработки месторождений минерального сырья Российской федерации» 1-2 февраля 1999 г. - Тула: Изд. ТулГУ, 1999. - С. 66 - 68.
30. Анциферов C.B. Расчет обделки тоннеля ливневой канализации, выполненной из железобетонных блоков с внутренней бетонной облицовкой/ Анциферова Л.Н., Анциферов C.B.// Проблемы освоения подземного пространства. Тр. Междунар. конф. Тула. 5-7 апреля 2000. - Тула: Изд. ТулГУ, 2000. - С. 6 -11.
31. Анциферов C.B. Оценка напряженного состояния обделок круговых тоннелей мелкого заложения при сейсмических воздействиях/ Фотиева H.H., Сам-маль A.C., Булычев Н.С., Анциферов C.B.// Тр. Междунар. сем. по механике грунтов, фундаментостр. и транспортным сооружениям. - М., 2000. - С. 107 — 110.
32. Анциферов C.B. Расчет многослойных обделок тоннелей мелкого заложения на действие веса зданий и сооружений на поверхности/ Анциферов C.B., Анциферова JI.H., Логунов В.М.// Всероссийская научн. конф. «Современные проблемы математики, механики, информатики», посвященная 70-летию ТулГУ. 15-17 февраля 2000 г. Тезисы докладов. - Тула, 2000: Изд. ТулГУ. - С. 68 -70.
33. Анциферов C.B. Расчет обделки тоннеля ливневой канализации, выполненной из железобетонных блоков с внутренней бетонной облицовкой/ Анциферов C.B., Анциферова Л.Н.// Проблемы освоения подземного пространства. Тр. Междунар. конф. Тула. 5-7 апреля 2000 г. - Тула: Изд. ТулГУ, 2000. - С. 6 - 11.
34. Анциферов C.B. Математическое моделирование совместной работы обделки тоннеля мелкого заложения с окружающим массивом грунта при действии внутреннего давления воды/ Анциферов C.B., Анциферова Л.Н., Афанасова
0.В.// Математическое моделирование и краевые задачи. Тр. десятой межвуз. конф. 29-31 мая 2000 г. Ч. 1. - Самара: Изд. СамГТУ, 2000. - С. 9 - 12.
35. Анциферов C.B. Расчет обделок параллельных взаимовлияющих напорных тоннелей мелкого заложения// 2-я Междунар. научно-практ. конф. «Геотехнологии: проблемы и перспективы». - Тула: Изд. ТулГУ, 2001. - С. 102 - 109.
36. Анциферов C.B. Напряженное состояние полуплоскости, ослабленной круговыми отверстиями/ Фотиева H.H., Анциферов C.B.// Математическое моделирование и краевые задачи. Тр. одиннадцатой межвуз. конф. 29-31 мая 2001. Часть 1.-Самара: Изд. СамГТУ, 2001.-С. 185-188.
37. Анциферов C.B. Расчет монолитных обделок параллельных взаимовлияющих круговых тоннелей мелкого заложения на действие собственного веса грунта/ Фотиева H.H., Саммаль A.C., Анциферов C.B., Воронина И.Ю.// Геомеханика. Механика подземных сооружений. - Тула: ТулГУ, 2001. - С. 20 - 3 7.
38. Анциферов C.B. Расчет двуслойной обделки тоннеля мелкого заложения/ Анциферов C.B., Анциферова Л.Н., Петренко А.К., Логунов B.MJ/ Проблемы и перспективы подземного строительства на Урале в XXI веке. Тр. региональной конф. 16-18 мая 2001 г. - Екатеринбург, 2001 г. - С. 161 -163.
39. Анциферов C.B. Напряженное состояние колец, подкрепляющих круговые отверстия вблизи границы упругой полуплоскости/ Анциферов C.B., Анциферова Л.Н., Логунов В.М., Дубовенко И.П.// V Всероссийская научно-практ. конф. «Современные технологии в машиностроении». Сборник материалов. Ч.
1. 19-20 февраля 2002г. - Пенза, 2002. - С. 107-109.
40. Анциферов C.B. Расчет многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения на действие собственного веса грунта// Проблемы подземного строительства в XXI веке. Тр. междунар. конф. Тула, Россия. 25 - 26 апреля 2002 г. - Тула: Изд. ТулГУ, 2002. - С. 7 - 12.
41. Анциферов C.B. Напряженное состояние полуплоскости, ослабленной круговыми отверстиями, подкрепленными многослойными кольцами// Математическое моделирование и краевые задачи. Тр. двенадцатой межвузовской конф. 29-31 мая 2002 г. Часть 1. - Самара: Изд. СамГТУ, 2002. - С. 19 - 22.
42. Анциферов C.B. Расчет обделок параллельных взаимовлияющих круговых тоннелей мелкого заложения/ Фотиева H.H., Саммаль A.C., Анциферов C.B. //
Труды Междунар. конф. Проблемы подземного строительства в XXI веке. - Тула: Изд. ТулГУ, 2002. - С. 194-201.
43. Анциферов C.B. Метод расчета многослойных обделок комплекса параллельных круговых тоннелей мелкого заложения// Тоннельное строительство России и стран СНГ в начале века: Опыт и перспективы. Тр. междунар. научно-практ. конф. 28-31 октября 2002 г. - Москва, 2002. - С. 367 - 370.
44. Анциферов C.B. Разработка комплекса программ определения напряженного состояния многослойных обделок тоннелей мелкого заложения/ Анциферов C.B., Анциферова Л.Н., Логунов В.М.// Информационные технологии в науке, проектировании и производстве. Матер, седьмой Всерос. научно-техн. конф. (декабрь 2002 г). - Нижний Новгород, 2002. - С. 28 - 29.
45. Анциферов C.B. Метод расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения «Современные проблемы математики, механики, информатики». Всероссийская научная конф. Россия, Тула, 20-22 ноября 2002 г. Тезисы докл. 2002. - С. 63 - 64.
46. Анциферов C.B. Расчет многослойных обделок параллельных взаимовлияющих круговых тоннелей мелкого заложения на действие внутреннего напора воды// Международная конференция по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики». 27 октября -1 ноября 2003. Материалы конф. - Т. 1. - Тула: Изд. ТулГУ. - С. 157 - 164.
47. Анциферов C.B. Расчет многослойных обделок комплекса гидротехнических туннелей мелкого заложения// Надежность и долговечность строительных материалов конструкций. Материалы III междунар. научно-технической конф. 27 - 29 марта 2003 г. Ч. 2. - Волгоград. - 2003. - С. 102 - 105.
48. Анциферов C.B. Математическое моделирование взаимодействия обделок подводных тоннелей с массивом пород, склонных к ползучести/ Фотиева H.H., Саммаль A.C., Воронина И.Ю., Анциферов C.B.// Проблемы подземного строительства в XXI веке. Тр. междунар. конф. Тула, Россия 25-26 апреля 2002 г. -Тула: Изд. ТулГУ, 2003. - С. 309 - 317.
49. Анциферов C.B. Расчет многослойных обделок параллельных тоннелей мелкого заложения// Наука и технологии. Серия «Итоги диссертационных исследований». Тр. XIII Российской школы. 24-26.6.2003. - М., 2003. - С. 238 -253.
50. Анциферов C.B. Комплекс программ, реализующий расчет многослойных обделок параллельных тоннелей мелкого заложения на действие статических нагрузок/ Анциферов C.B., Логунов В.М.// Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте. - Тр. VI междунар. научно-техн. конф., посвященной 150-летию первой в России Механической лаборатории им. H.A. Белелюб-ского. 28-29 января 2004 г. - С. - Петербург: Изд. ПГУПС, 2004. - С. 3 - 10.
51. Анциферов C.B. Напряженное состояние бетонных обделок двух параллельных круговых тоннелей, пройденных вблизи здания с использованием упрочнения грунта// Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений. Тр. Междунар. конф. 18-20 мая 2004 г. Екатеринбург, 2004.-С. 137-141.
52. Анциферов C.B. Компьютерное исследование напряженного состояния обделок тоннелей, сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта/ Анциферов C.B., Афанасова О.В., Смирнова Г.Б.// Математическое моделирование и краевые задачи. Труды Второй Всероссийской научн. Конф. 1 - 3 июня 2005 г. Самара. Ч. 1. «Математические модели механики, прочность и надежность конструкций». - Самара: Изд. СамГТУ, 2005. - С. 37 - 40.
53. Анциферов C.B. Исследование зависимости напряженного состояния обделок комплекса параллельных тоннелей, сооружаемых в городской черте, от основных влияющих факторов/ Анциферов C.B., Анциферова JI.H., Залесский К.Е.// 2-я междунар. конф. по пробл. горн, промышленности, строительства и энергетики. Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики. - Тула: Изд. ТулГУ, 2005. - С. 77 -81.
54. Анциферов C.B. Исследование напряженного состояния обделок из железобетонных тюбингов тоннелей мелкого заложения при действии собственного веса грунта и нагрузки на поверхности/ Анциферов C.B., Смирнова Г.Б., Иванова Е.М.// Изв. ТулГУ. Сер. Геотехнологии. - Тула: Изд. ТулГУ, 2006. - С. 94 -102.
55. Анциферов C.B. Программное обеспечение метода расчета обделок параллельных взаимовлияющих тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта/ Анциферов C.B., Анциферова Л.Н., Афанасова О.В., Капунова H.A.// Изв. ТулГУ. Сер. «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Вып. 4. - Тула: Изд. ТулГУ, 2006 г. - С. 248 -257.
56. Анциферов C.B. Расчет обделок параллельных круговых тоннелей, сооружаемых в условиях городской застройки/ Фотиева H.H., Булычев Н.С., Анциферов C.B., Саммаль A.C.// Изв. ТулГУ. Сер. «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Вып. 4. - Тула: Изд. ТулГУ, 2006. - С. 197 - 203.
57. Анциферов C.B. Оценка точности удовлетворения граничных условий контактной задачи теории упругости// Вестник ТулГУ. Сер. Геомеханика. Механика подземных сооружений. Вып. 1. - Тула: Изд. ТулГУ, 2007. - С. 21 - 28.
58. Анциферов C.B. Исследование напряженного состояния бетонных обделок комплекса транспортных тоннелей от влияющих факторов при действии грунтовых вод// Вестник ТулГУ. Сер. «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Вып. 1. - Тула: Изд. ТулГУ, 2007. - С. 29 - 35.
59. Анциферов C.B. Напряженное состояние монолитных обделок параллельных тоннелей, вызванное действием здания на поверхности/ Анциферов C.B., Бурцева О.С., Анциферова Л.Н.// Тр. шестой междунар. конф. по пробл. горной промышленности, строительства и энергетики. — Тула: ТулГУ, 2010. - С. 403411.
60. Анциферов C.B. Расчет многослойных обделок тоннелей мелкого заложения/ Анциферов C.B., Анциферова Л.Н., Афанасова О.В.// Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте. Сб. тез. докл. VIII Междунар. конф. по проблемам прочности материалов и сооружений на транспорте. 22-23 июня 2011 г. С.-Петербург: Изд. ПГУПС, 2011. - С. 8-10.
Статьи в зарубежных журналах и материалах конференций
61. Antziferov S.V. Design of parallel mutually influencing tunnel linings/ Fotieva N.N., Bulychev N.S.// Proceedings of the Conference PRAGUE 13.-15.10 1997, Czech Republic/ 1997. - P. 123 - 125.
62. Antziferov S.V. Designing tunnel linings located near slopes/ Fotieva N.N., Antziferov S.V., Korneeva N.N.// Geotechnics 99. The base of the modern technologies of constructions. Ostrava. Csech republic. 21 - 22 September 1999. S. 88 - 90.
63. Antziferov S.V. Planning the Location of a Neew Bilding Respectively to the Existing tunnels/ Fotieva N.N., Bulychev N.S., Sammal A.S., Antziferov S.V.// ACCUS 2002 International Conference "Urban Underground Space: a Resource for Cites", November 14-16,2002, Torino, Italy.
64. Seismic analysis of multiple shallow tunnels constructed in grouted rocks/ Fotieva N.N., Sammal A.S., Antziferov S.V., Bulychev N.S.// Proc. of the VII th Regional Rock Mechanics Symp. Rockmec'2006. - November 2 - 3, 2006, Istambul, Turkey. - P. 1 - 5.
65. Анциферов C.B. Напряженное состояние обделок параллельных тоннелей при распространении в массиве длинных сейсмических волн/ Фотиева Н.Н., Булычев Н.С., Саммаль А.С., Анциферов С.В. // Геотехнологи та управлшня виробництвом XXI стор1ччя. Том 1. - Донецьк: ДонНТУ, 2006. - С. 97-104.
66. Antziferov S.V. Influence of soil grouting on the shallow tunnel linings stress state in urban areas/ Fotieva N.N., Bulychev N.S., Antziferov S.V., Deev P.V.// Proceedings of the 33rd ITAATTES Wordl Tunnel Congress "Underground Spase - the 4th Dimensions of Metropolises", Prague, Czesh Republic. 5-10 May 2007, Tay-lor&Fransis. - P. 439 - 443.
67. Antziferov S.V. Stress state of multiple tunnel linings constructed in urban areas with the application of grouting/ Fotieva N.N., Bulychev N.S., Sammal A.S., Antziferov S.V., Deev P.V.// Gornictwo i Geoinzinieria. Kwartalnik Akademii Gor-niczo-Hutniczey im Stanislawa Staszica w Krakowie. Rok 31. Zeszyt 3. - Krakow, 2007.-P. 135-142.
68. Antziferov S.V. Design of parallel circular tunnels constructed in urban areas/ Fotieva N., Antziferov S., Sammal A., Bulychev N.// Proc. of the 14th European Conf. on Soil Mechanics and Geotechnika] Engineering. Madrid, Spain, 22-27 September 2007. - Rotterdam: Millpress Silence Publishers, 2007. - P. 1093-1097.
' Изд. дин. ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать iZ , i б. 20
Формат бумага 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. я. 2,4 Уч.-юд, л. Ц О , Тираж 10 О экз. Заказ о ,
Тульский государственный университет. 300012, г. Тула, просп. Ленина, 92. "
Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300012, г. Тупа, просп. Ленина, 95
Содержание диссертации, доктора технических наук, Анциферов, Сергей Владимирович
ВВЕДЕНИЕ.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ОБДЕЛОК ВЗАИМОВЛИЯЮЩИХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ КРУГОВЫХ ТОННЕЛЕЙ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ С МАССИВОМ ГРУНТА.
2.1. Моделирование действия собственного веса грунта и давления грунтовых вод
2.2. Моделирование действия внутреннего напора воды в тоннелях.
2.3. Моделирование действия веса зданий или сооружений на поверхности.
2.4. Граничные условия решаемых задач теории упругости.
2.5. Учет влияния отставания возведения слоев обделок от забоя и последовательности сооружения тоннелей
2.6. Учет влияния ползучести грунта на напряженное состояние обделок тоннелей мелкого заложения. 3. МЕТОД РАСЧЕТА МНОГОСЛОЙНЫХ ОБДЕЛОК ВЗАИМОВЛИЯЮЩИХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ КРУГОВЫХ ТОННЕЛЕЙ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ НА СТАТИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ.
3.1. Граничные условия соответствующих краевых задач теории аналитических функций комплексного переменного.
3.1.1. Определение функций (() при расчете на действие собственного веса грунта (задача 1)
3.1.2. Определение функций (О при расчете на действие давления грунтовых вод (задача» 2).
3.1.3. Определение функций при расчете на действие внутреннего напора (задача 3).
3.2. Решение задач теории упругости.
3.2.1. Решение задачи о взаимодействии многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения с грунтовым массивом при действии собственного веса грунта-.
3.2.2. Решение задачи о взаимодействии многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения при действии давления грунтовых вод
3.2.3. Решение задачи о взаимодействии многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения при действии внутреннего напора воды
3.2.4. Решение задачи о взаимодействии многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения при действии веса зданий или сооружений на поверхности
3.3. Алгоритм расчета.
3.4. Проверка точности удовлетворения граничных условий задач теории упругости.
3.5. Примеры расчета, иллюстрирующие возможности разработанного метода
3.5.1. Расчет обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей на действие собственного веса грунта и нагрузки на поверхности
3.5.2. Расчет многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей на действие давления грунтовых вод
3.5.3. Расчет многослойных обделок взаимовлияющих параллельны круговых туннелей на действие внутреннего давления воды
4. МЕТОД РАСЧЕТА МНОГОСЛОЙНЫХ ОБДЕЛОК ВЗАИМОВЛИЯЮЩИХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ КРУГОВЫХ ТОННЕЛЕЙ МЕЖОГО ЗАЛОЖЕНИЯ, СООРУЖАЕМЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИНЪЕКЦИОННОГО УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА.
4.1. Граничные условия краевых задач теории аналитических функций комплексного переменного
4.2. Решение задач теории упругости
4.2.1. Решение задачи о взаимодействии обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта, с грунтовым массивом при действии собственного веса грунта
4.2.2. Решение задачи о взаимодействии обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта, с грунтовым массивом при действии давления грунтовых вод
4.2.3. Решение задачи о взаимодействии обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта, с грунтовым массивом при действии внутреннего напора (для водопропускных, напорных тоннелей, тоннелей ливневой канализации).
4.2.4. Решение задачи о взаимодействии обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта, с грунтовым массивом при действии нагрузки на поверхности, моделирующей вес зданий или сооружений на поверхности
4.3. Алгоритм расчета
4.4. Проверка точности удовлетворения граничных.условий задач теории упругости
4.5. Примеры расчета, иллюстрирующие возможности разработанного метода.
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОБДЕЛОК ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ КРУГОВЫХ ТОННЕЛЕЙ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ, СООРУЖАЕМЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИНЪЕКЦИОННОГО УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА, ОТ ВЛИЯЮЩИХ ФАКТОРОВ
5.1. Зависимости напряженного состояния обделок от влияющих факторов при действии собственного веса грунта!.
5.2. Зависимости напряженного состояния обделок от влияющих факторов при действии грунтовых вод
5.3. Зависимости напряженного состояния обделок тоннелей от влияющих факторов при действии нагрузки на поверхности, моделирующей вес здания
6. СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА С ДАННЫМИ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОГО МЕТОДА
РАСЧЕТА
6.1. Сравнение результатов расчета с данными, полученными методом конечных элементов
6.2. Внедрение результатов расчетов
6.2.1. Расчет обделок напорных коллекторных тоннелей в г. Рязани.
6.2.2. Расчет обделок совмещенных ливнево-канализационных тоннелей микрорайона «Университетский» в г. Чебоксары
Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка метода расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения"
Возведение объектов транспортного, энергетического или коммунального назначения в условиях современных городов связано с интенсивным освоением подземного пространства. Постоянное увеличение транспортных потоков, объемов грузовых и пассажирских перевозок в условиях дефицита городских территорий требуют более активного использования подземного пространства для размещения транспортных магистралей- и развязок, прокладки линий метрополитенов, устройства складов и автостоянок. Необходимость обеспечения бесперебойной работы различных городских систем связано с проходкой новых или ремонтом и поддержанием существующих коммуникационных тоннелей, теплофикационных и канализационных коллекторов и т.д.
Планировочные, конструктивные решения и технологии, применяемые в подземном строительстве; должны обеспечивать нормальное функционирование наземных объектов в условиях плотной- городской застройки, сохранение архитектурных и исторических памятников; зданий-и-« сооружений, иметь минимальное негативное влияние на окружающую среду.
Это возможно при использовании в подземном строительстве закрытого (горного) способа проходки тоннелей с применением щитовых проходческих комплексов.
В настоящее время актуальным является освоение подземного пространства на глубине 20-100 м, так как строительство и эксплуатация тоннелей на сравнительно небольших глубинах требуют меньших материальных и трудовых затрат. Сооружение тоннелей мелкого заложения, как правило, не требует специальных способов - кессонного способа проходки или замораживания грунтов в больших объемах.
Освоение подземного пространства в больших городах позволяет объединить в единую систему наземные и подземные сооружения различного назначения с элементами транспортной системы. Так, например, развитие сети метрополитена сопровождается, строительством пересадочных узлов, которые включают станции разных линий; соединенные пешеходными, эскалаторными и другими тоннелями с остановками наземного транспорта, легкого метро, станциями'пригородного железнодорожного движения, центрами социально-бытового и культурного обслуживания населения. Все более необходимой становится организация пространственного движения городского транспорта в двух, трех и более уровнях.
Таким образом, крупные современные подземные сооружения характеризуются наличием тоннелей, близко расположенных друг от друга, в том числе - и параллельных, испытывающих существенное взаимное влияние.
Для крепления тоннелей в сложных инженерно-геологических условиях используют многослойные обделки, например, из сборных железобетонных блоков,с внутренней бетонной облицовкой, из бетона с внутренней стальной облицовкой, из металлической кольцевой крепи с затяжкой железобетонными плитами с последующим возведением монолитного железобетонного слоя! Как многослойные могут рассматриваться также железобетонные конструкции (выделяются слои бетона и арматуры), обделки из чугунных или железобетонных тюбингов (слои моделируют спинки и ребра тюбингов, включая межреберное заполнение), обделки из набрызгбетона в сочетании с анкерами (выделяется слой набрызгбетона и слой грунта, укрепленного анкерами). В качестве слоя из другого материала может рассматриваться зона ослабленного грунта вокруг выработки или область грунта, к которому применено инъекционное укрепление.
Выбор возможных вариантов конструкций многослойных обделок, толщин и материалов слоев должен обеспечивать надежную эксплуатацию всего объекта в целом при различных воздействиях.
Проектирование и строительство комплексов близко расположенных тоннелей мелкого заложения? затруднено, как правило, сложностью и пространственным характером; компоновки выработок, необходимостью учета совместной работы обделки (крепи) и массива грунта, взаимодействия выработок, а также воздействия поверхностных нагрузок на работу подземных конструкций, и, наоборот, учета; влияния выработок; на сооружения на поверхности.
Взаимное расположение тоннелей оказывает влияние на надежность конструкций, сокращает сроки; строительства; упрощает прокладку необходимых коммуникаций; Для транспортных и гидротехнических тоннелей компактное расположение выработок значительно снижает расходы, связанные со сбойкой? тоннелей, проведением работ по вентиляции, возведением наземных сооружений.
Таким образом; практика проектирования; и сооружения подземных объектов мелкого заложения? требует совершенствования: существующих и разработки новых методов расчета подземных,конструкций.
Нормативными документами по проектированию транспортных, гидротехнических и коммунальных тоннелей [145-148, 161-164] расчет многослойных обделок близко расположенных параллельных тоннелей неглубокого заложения не регламентируется.
В настоящее время в практике проектирования используются разработанные в Тульском государственном университете аналитические методы расчета монолитных и многослойных обделок тоннелей; мелкого заложения, имеющих круглое или произвольное поперечное сечение, сооружаемых закрытым способом, в том числе — с применением инъекционного укрепления грунта, а также монолитных обделок взаимовлияющих, параллельных тоннелей кругового и некругового сечения на действие собственного веса грунта, давления грунтовых вод, внутреннего напора воды, веса зданий или сооружений, как существовавших до проведения тоннелей, так и возводимых вблизи уже построенных тоннелей.
Данные методы основаны* на моделировании взаимодействия подземных конструкций и массива, грунта (пород) как элементов единой деформируемой^ системы, и на решениях соответствующих плоских задач теории упругости для весомой; полубесконечной линейно-деформируемой или вязко-упругой (в рамках теории линейной наследственной ползучести) среды, мо-делир >аощей. массив грунта, ослабленной круговым, либо некруговым отверстием или. конечным числом любым образом расположенных отверстий разных радиусов, подкрепленных кольцами: (в том числе - многослойными) разной толщины, полученных с использованием теории аналитических функций комплексного переменного на базе развития метода Арамановича И.Г. [55].
Аналогичных методов расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных тоннелей мелкого) заложения, сооружаемых закрытым способом, до настоящего времени не имелось.
В связи с этим разработка аналитического метода расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых закрытым способом, в том числе - с применением инъекционного укрепления грунта, на действие собственного веса 1рунта, давления грунтовых вод, внутреннего напора (для гидротехнических тоннелей или тоннелей ливневой канализации)^ веса зданий или сооружений на поверхности является актуальной научной проблемой, решение которой открывает новые возможности* при проектирования подземных сооружений различного назначения, способствуя повышению их надежности, а в ряде случаев - обоснованному принятию более экономичных проектных решений.
Целью работы являлось уточнение существующих и установление новых закономерностей формирования напряженного состояния обделок тоннелей при изменении основных влияющих факторов на основе разработанного аналитического метода расчета многослойных крепей взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, при действии статических нагрузок, что позволит повысить прочность проектируемых подземных сооружений, облегчить конструкции, снизив их толщину или процент армирования.
Для достижения поставленной цели автором в работе
- с использованием метода И.Г. Арамановича, модифицированного H.H. Фо-тиевой; получены новые аналитические решения плоских задач теории упругости для многосвязной весомой, линейно-деформируемой полубесконечной среды, моделирующей массив, грунта, ослабленной произвольным числом -круговых отверстий, центры которых могут не лежать на одной прямой, подкрепленных многослойными кольцами, моделирующими обделки тоннелей, при граничных условиях, отражающих наличие в массиве или в слоях, моделирующих зоны грунта; подверженного инъекционному укреплению; начальных напряжений, линейно изменяющихся по глубине, обусловленных собственным весом грунта или давлением грунтовых вод, действие внутреннего напора и веса воды, заполняющей тоннель, а также равномерно распределенной нагрузки, приложенной на участке границы полуплоскости до или после образований отверстий, моделирующей вес зданий или сооружений на поверхности;
- на основе-полученных решений разработан метод расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, в том числе - сооруженных с применением инъекционного укрепления грунта, на действие собственного веса грунта, давления грунтовых вод, внутреннего напора (для гидротехнических тоннелей или тоннелей ливневой канализации), веса зданий и сооружений, существующих до сооружения комплекса тоннелей, или возводимых вблизи имеющихся тоннелей, позволяющие учитывать ряд технологических факторов, влияющих на напряженное состояние обделок — последовательность проходки выработок и возведения'обделок, отставание сооружения слоев обделок от забоев выработок, изменение реологических свойств грунта (на основе теории линейной наследственной ползучести);
- разработаны алгоритмы и комплекс компьютерных программ расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, в том числе — сооружаемых с применением, инъекционного укрепления грунта;
- с целью оценки достоверности получаемых результатов выполнена проверка точности-удовлетворения граничных условий задач, положенных в основу разработанного метода, проведено сравнение полученных результатов с данными? аналитических и численных решений частных задач, полученными другими авторами;
- на примере комплекса параллельных тоннелей, состоящего из двух транс-Цортных и одного сервисного тоннелей, сооружаемых с применением инъекционного укрепления» грунта, обделки которых выполнены из железобетонных блоков, установлены зависимости максимальных сжимающих и растягивающих нормальных тангенциальных напряжений, возникающих в поперечных сечениях обделок, от основных влияющих факторов - глубины заложения тоннелей, расстояний между продольными осями тоннелей, соотношений модулей деформации грунта и материала обделок, толщины укрепленных слоев- грунта вокруг тоннелей, коэффициента бокового давления" в ненарушенном массиве грунта, уровня грунтовых вод, положения сервисного тоннеля по отношению к основным, размеров и положения нагрузки на поверхности;
- выполнено сравнение результатов определения напряженного состояния обделок двух параллельных круговых тоннелей мелкого заложения и окружающего массива грунта, с применением разработанного метода с данными, получаемыми численным методом конечных элементов.
Диссертационная работа выполнялась при финансовой поддержке гранта НШ-1013.2003.5, в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 г.г.)» (per. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (гос. контракт №02.740.11.0319).
По исходным данным, предоставленным АО "Тоннельпроект" (г. Тула) с использованием разработанного метода были выполнены многовариантные расчеты обделок коллекторных тоннелей в г. Рязани, совмещенных ливнево-канализационных тоннелей в г. Чебоксары. Полученные результаты использованы при разработке проектной документации.
Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Анциферов, Сергей Владимирович
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленная диссертация является научной квалификационной работой, в которой осуществлено решение научной проблемы, заключающейся в разработке нового метода расчета многослойных обделок взаимо-влияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения^ сооружаемых, в том числе - с применением инъекционного укрепления грунта, на стат тические нагрузки; и на основании, теоретических исследований установлены новые и уточнены существующие закономерности формирования напряженного состояния конструкций подземных сооружений, позволяющие повысить эффективность, принимаемых проектных решений в области подземного строительства, в» ряде случаев» способствующие обоснованному принятию более экономичных проектных решении . \
Диссертационная работа выполнялась при финансовой поддержке гранта НШ-1013.2003.5, в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов» Аналитической ведомственной^ целевой программы, «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 г.г.)» (рег. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы-«Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (гос. контракт №02.740.11.0319). . '
Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:
- разработана математическая модель взаимодействия многослойных обделок близко расположенных параллельных круговых тоннелей мелкого заложения на статические нагрузки, позволяющей учитывать основные факторы, оказывающие существенное влияние на напряженное состояние обделок;
- получены новые аналитические решения ряда плоских задач теории упругости для линейно-деформируемой или вязкоупругой (в рамках теории линейной наследственной ползучести) полу бесконечной среды, ослабленной вблизи границы круговыми отверстиями, подкрепленными кольцами, слои которых выполнены из материалов с различными деформационными характеристиками, при граничных условиях, отражающих совместное деформирование среды и слоев обделок тоннелей;
- на основе полученных решений задач теории упругости разработан метод расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, в том числе — сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта, на действие собственного веса грунта, давления грунтовых вод, внутреннего напора (для гидротехнических тоннелей или тоннелей ливневой канализации), веса зданий и сооружений, существующих до сооружения комплекса тоннелей, или- возводимых вблизи имеющихся тоннелей, позволяющие учитывать ряд технологических факторов, влияющих на напряженное состояние обделок — последовательность проходки выработок и возведения обделок, отставание сооружения слоев обделок от забоев выработок, изменение реологических свойств, грунта (на основе теории'линейной наследственной ползучести);
- разработаны алгоритмы и комплекс и программ для-ПЭВМ, позволяющих производить многовариантные расчеты-конструкций подземных сооружений в целях практического проектирования;
- выявлены закономерности формирования напряженного состояния обделок трех параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с I применением инъекционного укрепления грунта, от основных влияющих факторов: глубины заложения тоннелей, размеров их поперечных сечений, расстояния между продольными осями тоннелей (размеров целиков грунта), взаимного положения тоннелей, соотношения деформационных характеристик массива грунта и материала слоев обделок, толщины зон грунта, подверженного инъекционному укреплению и толщин обделок, положения нагрузки на поверхности;
- для оценки достоверности получаемых результатов произведена проверка точности удовлетворения граничных условий решаемых задач теории упругости, выполнено сравнение результатов расчета по разработанному методу с аналитическими и численными решениями частных задач, полученными другими авторами. Высокая точность удовлетворения граничных условий (погрешность не превышает 2%), практически полное (отличия не превосходят 3%) с результатами аналитических решений частных задач, удовлетворительное согласование с результатами численного анализа методом конечных элементов (отличия в среднем составляют 15%) свидетельствуют о возможности применения разработанного метода при проектировании подземных сооружений разного назначения.
Результаты диссертационной работы использованы ЗАО «Тоннель-проект» (г. Тула) при обосновании примененных в практике строительства проектных решений обделок коллекторных тоннелей в г. Рязани, совмещенных ливнево-канализационных тоннелей в г. Чебоксары.
Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Анциферов, Сергей Владимирович, Тула
1. Амусин Б.З., Фадеев А.Б. Метод конечных элементов при решении задач горной геомеханики. - М.: Недра, 1975. - 144 с.
2. Анциферов C.B. Расчет многослойных обделок комплекса параллельных круговых тоннелей метрополитенов// Механика подземных сооружений. Тула. - 1990: — С. 11 — 18.
3. Анциферов C.B., Петренко А.К., Климов1 К.В. Определение напряженного состояния целиков между взаимовлияющими параллельными выработками при сейсмических воздействиях землетрясений// Механика подземных сооружений. Тула. - 1992. - С. 39 - 46.
4. Анциферов' C.B., Влияние последовательности сооружения тоннелей трехсводчатой станции пилонного типа на напряженное состояние обделок// Механика подземных сооружений. Тула. - 1994. - С. 61 - 71.
5. Анциферов1 С.В: Расчет многослойных обделок взаимовлияющих параллельных круговых тоннелей с учетом влияния подработки грунтового массива// Молодая наука новому тысячелетию. Тезисы докладов/ Часть 2. Набережные Челны. 1996.
6. Анциферов C.B., Анциферова Л.Н. Напряженное состояние многослойных обделок тоннелей мелкого заложения// Известия ТулГУ/ Серия Математика; Механика. Информатика: Т. 5. - Вып. 2. - Тула. - 1999. -С. 25 -30.
7. Анциферов C.B., Анциферова JI.H. Напряженное состояние многослойных; обделок; тоннелеш мелкого заложения// Известия ТулГУ/ Серия Математика. Механика. Информатика. Т: 5. - Вып. 2'. - Тула. - 1999. -С. 25 -30.i
8. Анциферов C.B. Расчет обделок параллельных взаимовлияющих напорных тоннелей мелкого заложения// 2-я. Международная1 научноIпрактическая* конференция/ «Геотехнологии: проблемы и перспективы». — Москва Тулш - 2001. - С. 102 - 109.
9. Анциферов. С.В. Расчет многослойных обделок параллельных тоннелей мелкого заложения// XXIII Российская школа по проблемам; науки и; технологий. 24-26 июня 2003 г. Миасс. — Екатеринбург. — 2003. — С. 162 -163. . :■".'.•'.
10. Анциферов С.В., Сальков В.С., Воскобойников В-Е. Расчет обделок напорных коллекторных тоннелей// Известия«; . Тульского государственного университета. Серия; «Геомеханика; Механика подземных сооружений». Вып. 1-. — Тула. — 2003. — С. 20- 27.
11. Анциферов С.В. Расчет многослойных обделок параллельных тоннелей мелкого заложения// Наука и технологии. Серия «Итоги диссертационных исследований». Труды XIII Российской школы. 2426.6.2003. Миасс. М;, 2003. С. 238 - 253.
12. Анциферов C.B., Анциферова JT.H., Афанасова О.В., Капунова
13. Анциферова Л.Н., Анциферов C.B. Расчет многослойных обделок тоннелей мелкого заложения// Материалы 2 всероссийской конференции «Проблемы разработки месторождений минерального сырья Российской федерации» 1 2 февраля 1999 г. - Тула. - 1999. - С.66 - 68.
14. Анциферова Л.Н., Анциферов C.B., Шелепов H.H. Расчет многослойных обделок тоннелей мелкого заложения при действии собственного веса грунта// Математическое моделирование и краевые задачи. Труды девятой межвузовской конференции. 25 27 мая 1999 г. Часть
15. Самара. - 1999. - С. 13 - 17.
16. Араманович И.Г. О распределении напряжений- в упругой полуплоскости, ослабленной подкрепленным круговым отверстием/ И.Г. Араманович// Докл. АН СССР: М., 1955. - Т. 104. - №3. - С. 37-2-375.
17. Арефьев О.Т., Александров . В.Н., Кулагин Н.И. Сооружение двухэтажной пересадочной станции^ петербургского метрополитена «Спортивная» новое достижение отечественного метростроения// Транспортное строительство. - 1996. - № 8. - С. 21 - 22.
18. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика подземных сооружений и конструкций крепей. М. - Недра.- 1992. - 200 с.
19. Баклашов* И.В.,- Тимофеев* О.В. Конструкции и- расчет крепей и обделок. М: - Недра.- 1979. - 263 с.
20. Барях А.А., Самоделкина Н:А. Сдвижения земной поверхностиIпри-- сооружении участка метрополитена// Проблемы подземного строительства в- XXI1 веке. Труды* Международной конференции, Тула, Россия. 25-26 апреля-2002 г. Тула. - 2002. - С. 19 - 22.
21. Бодров Б.П., Матэри Б.Ф. Кольцо в упругой среде// Метропроект/ Отдел типового проектирования. 1936. - Бюл. №24.
22. Брэббия К. Методы граничных элементов / К. Брэббия и др.. -М.: Мир, 1987.-524 с.
23. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений: учебник для вузов.- М.: Недра, 1994. 382 с.
24. Булычев Н.С. Расчет многослойных обделок горных транспортных туннелей на сейсмические воздействия// Сейсмостойкость транспортных сооружений. М': Наука. - 1980. - С. 66-74.
25. Булычев Н.С., Анциферов C.B., Петренко А.К. Методика расчета многослойных обделок взаимовлияющих параллельных тоннелей, сооружаемых в подрабатываемом грунтовом массиве// Механика подземных сооружений. Тула: Изд. ТулГТУ, 1995. - С. 14 - 24.
26. Булычев1 Н.С. Теория расчета подземных сооружений// Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций. Проектирование, строительство, эксплуатация. М., ТИМР. - 1998. - №2. - С. 7 - 9.
27. Булычев Н.С. О расчете обделок тоннелей в очень слабых грунтах// Междунар: конф. Проблемы подземного строительства в XXI веке. Тула, Россия 25-26 апреля 2002'г. Тула: Изд. ТулГУ, 2002. - С. 35 - 37.
28. Булычев Н.С., Демин H.H., Макаров В.В: Расчет обделок напорных коллекторных тоннелей вблизи земной поверхности// Шахтное строительство. 1984. - №9. - С. 18-19.
29. Булычев Н.С., Фотиева Н!Н. Основные вопросы механики подземных сооружений// Подземное и шахтное строительство. 1991. - №1. -С.18-19.
30. Булычев H.G.,. Фотиева H.H., Стрельцов Е.В. Проектирование и расчет крепи капитальных выработок. М. - Недра. - 1986. - 288 с.
31. Булычев Н.С., Фотиева H.H., Левченко А.Н., Гилыитейн С.Р. В центрах мегаполисов: концепция безопасного освоения подземного пространства / Технологии мира № 6 —2008, - С.: 36-39.
32. Бялер И.Я. Определение напряженного состояния в тяжелой полуплоскости, ослабленной круглым подкрепленным отверстием// Исследования по теории сооружений. 1962. - №П. - С. 207 -225.
33. Васильев С.Г. Подземное строительство неглубокого заложения. -Львов: Вища школа. 1980. - 144 с.
34. Виноградов Б.Н. Опыт измерения давления горных пород на тоннельные обделки мессдозами// Сб. ЦНИИС. 1959. - №31. - С. 1 - 47.
35. Ворович- И-:И., Космодамианский A.C. Упругое равновесие изотропной- пластинки,' ослабленной' рядом одинаковых криволинейных отверстий / Известия АН СССР! ОТН. Механика и машиностроение. 1959. -№4.
36. Глушихин Ф.П., Кузнецов Г.Н. и др. Моделирование в геомеханике. М. - Недра. - 1991. - 240 с.
37. Голицьгаский Д.М. Использование подземного пространства для решения транспортных проблем больших городов (на примере Санкт-Петербурга). Подземное пространство мира. - 1998. - №4. - С. 15 -17.
38. Голицынский Д .М., Фролов Ю:С. и др. Строительство' тоннелей и метрополитенов.- Mi Транспорт. -1989. - 319 с.
39. Еольдберг А.М: Исследование напряжений? вблизиметаллической облицовки Красноярской ГЭС//. В кн. Ноляризационно-оптический метод исследования напряжений. JI. - I960.- С. 390-405.
40. Гольдберг A.M. Напряжения в весомой полуплоскости с укрепленным круглым отверстием вблизи прямолинейной грани// Известия ВНИИГ. 1964. -Т.75. - С. 171-188.
41. Гольдберг A.M. Полуплоскость с подкрепленным круговым отверстием// Известия ВНИИГ. 1968. - №87.
42. Гончаров Г.В; Напряженное состояние обделки коллекторного тоннеля < при действии несимметричной? поверхностной нагрузки// Механика подземных сооружений. Тула: ТулПИ. - 1988; - С. 126-130.
43. Городецкий А.С. Метод конечных элементов в проектировании транспортных сооружений. М., Транспорт. - 1981. - 233 с.
44. Гремалюк М.Д., Космодамианский A.C. Периодическая задача для упругой пластинки с круговыми отверстиями, подкрепленными упругими кольцами// Теоретическая и прикладная механика. — Вып. 5. — Харьков: Изд. ХГУ, 1973.
45. Гуджабидзе И.К. Расчет подземных сооружений в условиях влияния рельефа поверхности земли// Известия вузов. Горный журнал. -1992.-№6.-С. 52-57.
46. Давыдова H.A. Приближенное решение задачи^ о смещениях поверхности бесконечной цилиндрической полости, загруженной жестким кольцевым штампом конечной длины// ФТПРПИ, 1968. №3. - С. 111-117.
47. Давыдов С.С. Расчет и проектирование подземных конструкций. -М., 1957.-521 с.
48. Деев П.В; Расчет некруговых обделок тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород// Горный информационно-аналитический бюллетень № 9; 2004. М;: Изд. МГТУ, 2004. - с. 293-297.
49. Деев П.В. Оценка влияния инъекционного укрепления пород на напряженное состояние обделки некругового тоннеля, сооружаемого под застроенной территорией// Горный информационно-аналитический бюллетень № 3. М.: Изд. МГТУ, 2008t - С. 299-303.
50. Деев П.В., Круподеров A.B. Аналитический и численный методы расчета подземных сооружений: сравнение результатов// Изв. ТулГУ. Сер. «Науки о Земле». Тула: ТулГУ, 2011. - С. 251-257.
51. Демешко Е.А., Косицын С.Б. Современные методы пространственного расчета конструкций подземных сооружений// Проблемы развитиятранспортных и инженерных коммуникаций. Проектирование, строительство, эксплуатация. М., ТИМР. - 1998. - №2. - С. 4 - 6.
52. Демин H.H., Макаров В.В. Некоторые особенности расчета обделок коллекторных тоннелей неглубокого заложения// Механика подземных сооружений. Тула: ТПИ. -1984. - С. 119 -126.
53. Ержанов Ж.С. Теория ползучести, горных пород и- ее приложения. Алма-Ата: Наука. - 1964. - 173 с.
54. Ержанов. Ж.С., Айталиев 1ШМ1, Масанов Ж.К. Сейсмонапряженное состояние подземных сооружений^ в анизотропном слоистом массиве. Алма-Ата. - Наука. - 1980.-212 с.
55. Ержанов Ж.С., Каримбаев- Г.Д. Метод конечных элементов в задачах механики горных пород. Алма-Ата: Наука. - 1975. - 217 с.
56. Житняя-В.Г., Терехова Л.К. Действие сосредоточенной силы в полуплоскости с круговым отверстием, подкрепленным упругим кольцом// Механика твердого тела. 1973. - Вып. 5. - С. 97-102.
57. Зенкевич О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошной среды. М. - Мир. - 1974. - 239 с.
58. Золотов О.Н., Ксенофонтов В.К. Расчет подземных гидротехнических сооружений методом конечных элементов в нелинейной постановке//Гидротехническое строительство. 1983. - №12. - С. 13-19.
59. Калоеров С.А'. Распределение напряжений в анизотропной полуплоскости с подкрепленным круговым отверстием// Известия АН АрмССР. Механика. 1969. - Т. 22. - № 3. - С. 18-24.
60. Ш.Картозия Б.А., Борисов В.Н. Исследование и разработка методики проектирования основных параметров сборных обделок коллекторных тоннелей// В кн. Проектирование и строительство коммунальных тоннелей. М. - 1975. - С. 138-146.
61. Кассирова H.A., Скворцова А.Е., Татарникова Е.Г. Метод натурных наблюдений за работой подземных сооружений// Гидротехническое строительство. 1996. - №1. - С. 10 - 15.
62. ПЗ.Киреева Г.Б., Залесский К.Е. Напряженное состояние обделки кругового туннеля в анизотропном массиве при действии собственного веса горных пород// Механика подземных сооружений. Тула: ТулПИ. - 1991. - С. 10-16.
63. Кислер JI.H. Об определении поля напряжений в весомой полуплоскости с эллиптическим и круговым отверстиями / Известия АН' СССР; ОТН. Механика и машиностроение. № 3. - 1960.
64. Колоколов С.Б. Формирование области разрушения в окрестности неглубоких тоннелей// Проблемы подземного строительства в XXI веке. Труды Международной! конференции, Тула, Россия. 25-26 апреля 2002 г. Тула. - 2002. - С. 98 - 100.
65. Корнеева H.H. Расчет обделок тоннелей, сооружаемых вблизи склонов, на действие собственного веса пород// Горный информационно-аналитический бюллетень. 2000 г. - №10. М.: МГГУ. - С. 106 - 109.
66. Корчак A.B. Методологические принципы освоения подземного пространства мегаполисов// Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск 9. - 2009. - М.: Горная книга. - С. 51-61.
67. Курленя М.В., Миренков В.Е. Методы расчета подземных сооружений. Новосибирск: Наука. - 1986. - 232 с.
68. Латышев В.А. Напряженное состояние массива пород вокруг выработки с одной осью симметрии неглубокого заложения, нагруженной внутренним равномерным давлением// Механика подземных сооружений. -Тула: ТулГТУ. 1994. - С. 127-137.
69. Латышев- В.А. Расчет обделок гидротехнических туннелей мелкого заложения на действие собственного веса горных пород// Гидротехническое строительство. 1996. - № 6. - С-14-15.
70. Лиманов» Ю.А. Моделирование статической работы туннельных обделок методом эквивалентных материалов// Труды Гидропроекта. Сб. 18. - 1979. - С. 46-54.
71. Макаров В.В. Расчет обделок коллекторных тоннелей на действие внешнего гидростатического давления подземных вод с учетом влияния близости земной поверхности// Механика подземных сооружений. -Тула: ТПИ. 1985. - С.33-43.
72. Маковский J1.B. Экономичные способы строительства тоннелей мелкого заложения// Метрострой. 1989. - №4. - С.ЗО - 32.
73. Маковский Л.В., Фам Ань Туан. Проходка тоннелей в слабоустойчивых грунтах. Определение параметров мульды осадок земной поверхности//Метро и тоннели. 2006. - №5. - С. 24 - 25.
74. Малышев М.В. Расчет давления грунтов на коллекторы круглого поперечного сечения// В кн.: Материалы для проектирования хранилищ отходов обогатительных фабрик. М. - 1962. - С. 113-166.
75. Малышев М.В. Основные положения по статическому расчету коллекторов хвостохранилищ круглого поперечного сечения и трубопроводов под насыпями// Труды ВОДГЕО. 1963. - Вып. 4. - G. 41-77.
76. Мартынович-Т.Л., Зварич М.К., Божидарник В.В. Напряженное состояние полуплоскости-с вложенным упругим кольцом// Вестник Львовск. политехи, ин-та. 1979. - № 137. - С. 199-201.
77. Меркин В.Е. Мониторинг состояния конструкций и окружающей среды при строительстве Лефортовского тоннеля// Метро и тоннели. Научно-техническое и информационное издание. М., - №5. - 2004. - С. 49 — 51.
78. Метод фотоупругости. Т. 1. Решение задач статики сооружений. Метод оптически чувствительных покрытий. Оптически чувствительные материалы. Под ред. Хесина Г.Л. М.: Стройиздат. - 1975. - 460 с.
79. Миллерман A.C., Муравская Е.Г. Расчетные модели- для проектирования тоннелей с использованием НАТМ// Подземное и» шахтное строительство. 1993. - № 1-2. - С. 35-37.
80. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М: Наука, 1966. - 707 с.
81. Осетинский Ю.В. Расчет упругого кольца, подкрепляющего отверстие в весомой полуплоскости// Исследования по теории сооружений. -М. 1963. - Вып. 12. - С. 267-272.
82. Подземные гидротехнические сооружения. Под ред. Мосткова В.М. М.: Высшая школа. - 1986. - 464 с.
83. Пособие по проектированию мероприятий по защите эксплуатируемых зданий и сооружений от влияния горнопроходческих работ при строительстве метрополитена. — Л.: Стройиздат. — 1973. — 71 с.
84. Постольская, O.K., Титков В.И., Швачко И.Р.,- Юфин С.А. Программная основа математического моделирования сложных конструкций подземных сооружений в рамках МКЭ// Приложение численных методов к задачам геомеханики. М. - МИСИ. - 1986. - С.181-186.
85. Прусов І.О. Пружна півплощина з підкріпленим5 круговим отвором//Наук. зап. Львівського-ун-та. Львов, изд-во ЛГУ. - №44, 8. - 1957.
86. Рацлавски Я. Подземные технологии при строительстве и реконструкции инженерной сети города// Подземное и» шахтное строительство. 1993. - № 1-2. - С. 41-44.
87. Родин И.В. К определению величины горного давления с учетом поверхностных нагрузок// Докл. АН СССР. 1951. - Т. 81. - № 6. - С. 10111014.
88. Розанов Н.С., Кассирова H.A., Судакова В.Н. Определение напряжений в бетонной обделке тоннеля от давления грунтовых вод методом фотоупругости// Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. Т. 108. -1975. - С. 93 -98.
89. Розанов Н.С., Новикова О.В. Исследование напряженного состояния напорных круглых туннелей Асуанской ГЭС под действием равномерного давления воды// Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. Т.75. -1964. - С.103 - 122.
90. Руководство по комплексному освоению подземного пространства крупных городов/ Российская академия архитектуры и строительных наук. М., 2004.
91. Руководство-по проектированию гидротехнических туннелей. -М. Стройиздат. - 1982. - 287 с.
92. Руководство по проектированию коммуникационных тоннелей. -М. Стройиздат. - 1979. - 70 с.
93. Руководство по проектированию подземных горных выработок ирасчету крепи. М. - Стройиздат. - 1983. - 273 с.t
94. Руководство по» проектированию подземных сооружений в сейсмических районах// Дорман И.Я., КузьминА.В., Фотиева H.H. и др. М.- ТИМР. 1996. - 80 с.
95. Савин. Г.Н. Распределение напряжений около отверстий. Киев: Наукова думка. -1968. - 887 с.
96. Савицкий В.В., Шейнин В.И. Назначение граничных условий и порядок расчёта МКЭ мелкозаглубленных сооружений// Основания, фундаменты и'механика грунтов. 1996. - №6. - С. 14 - 17.
97. Салан А.И. Общие проблемы, проектирования, транспортных » тоннелей// Транспортное строительство. 1996: - № 11-12. С. 8 - 10.
98. Саммаль A.C. Взаимодействие крепи подземных сооружений с упрочненным-массивом-пород// Механика подземных сооружений. Тула: ТулПИ. - 1986. - С. 72-80.
99. Саммаль A.C. Разработка методики расчета крепи подземных сооружений с учетом инъекционного упрочнения пород// Дис. . канд. техн. наук. Тула: ТулПИ. - 1987. - 183 с.
100. Саммаль A.C. Расчет монолитной железобетонной крепи подземных сооружений// Механика подземных сооружений/ ТулГТУ. 1995.- С. 43 48.
101. Саммаль A.C., Князева C.B. Расчет многослойной обделки тоннеля, сооружаемого вблизи склона на действие собственного веса пород// Известия ТулГУ. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Выпуск 2. Изд. ТулГУ. Тула. - 2004. - С. 3-11.
102. Справочник по механике и,динамике грунтов/ В:Б. Швец и«др.// Под ред. В.Б. Швеца. — Киев: Будивельник, 1987. — 232 с.
103. Строительные нормы и правила: СНиП 11-90-80. Метрополитены. М. - Стройиздат. - 1981.-64 с.
104. Строительные нормы и правила: СНиП 11-44-78. Тоннели железнодорожные и автодорожные. М: - Стройиздат. - 1978. - 28 с.
105. Строительные нормы И' правила: СНиП 2.06.09-84. Туннели гидротехнические. М. - Госстрой. - 1985. - 18 с.
106. Строительные нормы и правила:* СНиП 11-40-80. Подземные горные выработки. М. - Стройиздат. - 1982. - 239 с.
107. Трумбачев В.Ф., Славин O.K. Методика моделирования горных пород методами фотомеханики. М: - Наука. - 1974. - 99 с.
108. Тульчий В.И.,Кичигин В.Г., Сапрыкина Л.Г., Юрченко Т.А. О равновесии пластинки, с произвольно расположенными подкрепленными круговыми отверстиями// Прикладная механика. 1971. - Т.7. - №1. - С.61-67.
109. Уфлянд Я.С. Биполярные координаты в теории упругости. М., Техиздат. - 1950.
110. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М. -Недра. - 1987. - 221 с.
111. Фадеев' А.Б., Репина П.И., Абдылдаев Э.К. Метод конечных элементов при решении геотехнических задач и программа "Геомеханика". -Л:: ЛИСИ. 1982. - 72 с.
112. Филатов H.A. , Беляков В.Д., Иевлев Г.А. Фотоупругость в горной геомеханике. М. - Недра. - 1975. - 184 с.
113. Фирсанов Е.С. Разработка метода- расчета параллельных взаимовлияющих тоннелей произвольного поперечного сечения/ Автореф. дисс. канд. техн. наук. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. - 20 с.
114. Фотиева H.H. Расчет обделок тоннелей некругового поперечного сечения. М. - Стройиздат. - 1974. - 239 с.
115. Фотиева H.H. Расчет крепи подземных сооружений в сейсмически активных районах М. - Недра. - 1980. - 222 с.
116. Фотиева H.H. Аналитические методы расчета обделок тоннелей мелкого заложения// Подземное строительство России на рубеже XXI века. Труды Юбилейной научно-практической конференции, Москва, 15-16 марта 2000 г. М. - 2000: - С. 123 - 132.
117. Фотиева H.H., Анциферов C.B. Напряженное состояние полуплоскости, ослабленной круговыми отверстиями// Математическое моделирование и краевые задачи. Труды одиннадцатой межвузовской конференции. 29-31 мая 2001. Часть 1. Самара. 2001. - С. 185 - 188.
118. Фотиева H.H., Анциферова JI.H. Расчет многослойных обделок тоннелей мелкого заложения// Механика подземных сооружений. Сб. научн. трудов. ТулГУ. Тула. - 1997. - С. 9 - 25.
119. Фотиева H.H., Анциферова JI.H. Математическое моделирование взаимодействия многослойных обделок тоннелей, мелкого заложения с наземными сооружениями// Математическое моделирование и краевые задачи. Ч. 1. - Самара: СамГТУ, 1997. - С. 143-146.
120. Фотиева H.H., Афанасова 0:В. Расчет круговой крепи подземных сооружений в неоднородном^ массиве на действие собственного, веса-грунта// Подземное и шахтное строительство. 1991. - № 2. - С. 22-23.
121. Фотиева H.H., Воронина И.Ю. Расчет обделок параллельных взаимовлияющих подводных тоннелей// Геомеханика. Механика подземных сооружений/ Сборник научных трудов. Тула: Изд. ТулГУ, 2001. - С. 165 — 175.
122. Фотиева H.H. и др. Расчет обделок параллельных круговых тоннелей, сооружаемых в условиях городской застройки// Известия ТулГУ. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Вып. 4. — Тула: ТулГУ, 2006.-С. 197-204.
123. Фотиева H.H., Козлов А.Н. Расчет крепи параллельных выработок в сейсмических районах. М.: Недра, 1992. - 231 с.
124. Фотиева H.H., Саммаль A.C., Анциферов С.В. Оценка прочности обделки тоннеля мелкого заложения.при возведении вблизи него сооружения на поверхности// Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГТУ, 2001.-№Ц.-С. 136- 138.
125. Фотиева H.H., Булычев Н.С., Саммаль A.C., Деев* ШВ. Расчет обделок тоннелей, сооружаемых горным способом в городских условиях// Метро и тоннели, № 3, 2004. М.: Изд. ТАР: - С. 43-44.
126. Фотиева H.H., Булычев Н.С., Фирсанов Е.С., Деев-П.В: Оценка несущей способности параллельных тоннелей произвольного поперечного сечения / Горный информационно-аналитический бюллетень № 3. — М.: Изд. МГТУ, 2009.
127. Фотиева. H.H., Булычев Н.С., Саммаль A.C., Деев П.В. Расчет обделок тоннелей, сооружаемых горным способом в городских условиях// Метро и тоннели. 2004. - №3. - М.: ТА Инжиниринг, 2004. - С. 43 - 44.н '
128. Фотиева H.H., Фирсанов Е.С., Деев П.В. Расчет обделок параллельных тоннелей произвольного поперечного сечения// Известия ТулГУ.
129. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Выпуск 4. Тула: изд. ТулГУ, 2006. - С. 207-213.
130. Фотиева H.H., Саммаль A.C., Анциферов С.В: Расчет обделок параллельных взаимовлияющих круговых тоннелей мелкого заложения// Труды Междунар. конф. «Проблемы подземного строительства в XXI веке».- Тула: ТулГУ, 2002. С. 194 - 201.
131. Фотиева H.H., Шелепов H.H. Расчет обделок тоннелей-мелкого заложения, на- сейсмические воздействия// Горный, информационно-аналитический бюллетень/ МГГУ. 2000: - № 3. - С. 26 -30.
132. Фролов Ю.С., Крук Ю.Е. Метрополитены на4 линиях мелкого заложения. Новая концепция строительства. М.: ТИМР. 1994. - 244 с.
133. Хаймердингер М: 4-й тоннель под Эльбой// Подземное^ пространство мира. 1998'. - №2-3". - С.24 - 29.
134. Хесин Г.Л., Дмоховский A.B. Исследование методом фотоупругости напряженного состояния подземных сооружений в условиях первой* и смешанной задач теории упругости// Научные труды Гидропроекта.- М. Гидропроект. - 1970. - Сб. 18. - С. 103-120 с.
135. Чеботаев В.В; и др. Мониторинг напряженно-деформированного состояния станции «Полянка» в Москве// Метро и тоннели. Научно-техническое и информационное издание. М., - №5. — 2006: - С; 36 — 37.
136. Шейнин В.И., СавицкийШЖ Численно-аналитическое: решение контактной' задачи теории упругости о напряженном состоянии кругового кольца в неоднородной плоскости// Строительная, механика и расчет сооружений. 1990.» - №5.- С. 36-41.
137. Шейнин В.И., Савицкий В.В. Определение нагрузки на границе области при расчете подземных сооружений методом конечных элементов//1.
138. Физико-технические проблемы разработки1 полезных ископаемых. 1992. -№4.-С. 10-14.
139. Шейнин В.И. Геомеханика в расчетах и проектировании малозаглубленных подземных сооружений (особенности и проблемы)// Основания, фундаменты и механика грунтов. 1992. - №3.
140. Шерман Д.И. О напряжениях в весомой полуплоскости; ослабленной двумя; круговыми отверстиями// Прикладная математика и механика: 1951.-Т. 15.-ЖЗ:-С. 297-316.
141. Шерман Д.И. Упругая весомая полуплоскость, ослабленная; отверстием эллиптической; формы, достаточно близко расположенным от ее границы// Докл! АН СССР. -1961. Т.27. - С.527-563. ;
142. Элизбарашвили М:С. Определение напряженного состояния полуплоскости, ослабленной подкрепленным круговым отверстием// В кн.: Свойства и разрушение горных пород; Тбилиси. - 1982І - Т. 5. - С.154-158.
143. Эристов B.C. Расчет:обделок напорных туннелей в анизотропных породах// Гидротехническое строительство. -1965. -№3: -С. 28-30:
144. Юфин С.А., Циммерманн Т. Численное моделирование в подземном строительстве. Современные требования; и возможности// Метро ш тоннели. Научно-техническое- и информационное: издание. — Mi,. №2. — 2005. -- С: 36-38. . . ■ '
145. Baudendistel М. Zur Bemessung von Tunnellauskleidungen inwenig festem Gebirge// Rock Mechanics. 1973 . - Suppl. № 2. - S. 279-312.
146. Baudendistel . M. Zum Entwurf von Tunnelln mit grossen Ausbruchsquerschnitt// Rock Mechanics. 1979. - Suppl. № 8. - S. 75-100.
147. Fotievai N*N;, Antziferov«: S.V., Komeeva^: N.№ Designings tunnel; linings located near slopes// Geotechnics 99. The base of the modern technologies of constructions. Ostrava. Csech republic. 21 22 September 1999. S. 88 - 90.
148. Fotieva N.N., Bulychev MSi Design^^of sprayediconcrete;tunnel;lining upon- static and' seismic: effects// Proc.J 2" nd> Intern. Sympr om Sprayed' Concrete/ Norway, September 1996. P. 70 - 74.
149. Fotieva N.N., Bulychev N.S., Antziferov S.V. Design: of parallel mutually influencing tunnel linings// Proceedings- of the Conference- PRAGUE 13.-15.10 1997, Czech Republic. 1997. P. 123 - 125.
150. Fotieva>N.N, Sairimal A.S., Antziferov S.Y., Bulychev N.S; Seismic analysis of multiple shallow tunnels constructed in grouted.rocks// Proc. of the VII th Regional Rock Mechanics Symp. Rockmec'2006. — November 2 3, 2006, Istambul, Turkey.- P;.l- 5.
151. Fotieva> N.N., Bulychev N.S., Antziferov S.V. Designing multiple tunnel linings constructed with the application of grouting// Proc. Of the XIIIth European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Prague,tVi
152. Czech Republic, 25-28 August 2003 «Geotechnical Problems with Man-made and Man Influenced Grounds».- Vol. 2. P: 259-264.
153. Fotieva N., Antziferov S., Sammal A., Bulychev N. Design of parallel circular tunnels constructed in urban areas// Proc. of the 14th European
154. Gheung Y.K. The finite-strip methodan-the analysis ofelastic plates with two5 opposite simply supported ends// Proc. Inst. Civ. Engrs. N.Y., May, 1968.- P. 1 - 7.
155. Sammal A.S. Designing multilayer underground structures of an arbitrary cross-section// Studia Geotechnica et Mechanica. Poland. - Vol: XVII. -№3 -4.- 1995.-P. 55 - 60.
156. A.Vieira, J.V.Lemos, L.R.Sousa, P.Seko e Pinto, N.Fotieva, A.Sammal, N.Bulychev, S.Antziferov Numerical and analytical modeling of shallow tunnels under seismic loading// Proc/ of the XVth Int.Gonf. on Soil
157. Mechanics and geotechnical Engineering/Istambul. August 27-31, 2001. Balkema Publishers, Lisse, Abington, Turky, 2001.
-
Анциферов, Сергей Владимирович
-
доктора технических наук
-
Тула, 2011
-
ВАК 25.00.20
- Разработка метода расчета обделок взаимовлияющих параллельных круговых подводных тоннелей
- Развитие теории и методов расчета обделок взаимовлияющих подземных сооружений на основе математического моделирования взаимодействия подземных конструкций с массивом пород
- Разработка метода расчета обделок тоннелей мелкого заложения на сейсмические воздействия
- Разработка метода расчета некруговых обделок тоннелей мелкого заложения, в том числе сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород (грунта)
- Разработка метода расчета многослойных обделок круговых тоннелей, сооружаемых вблизи склонов
