Разработка метода расчета некруговых обделок тоннелей мелкого заложения, в том числе сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород (грунта)

Деев, Петр Вячеславович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка метода расчета некруговых обделок тоннелей мелкого заложения, в том числе сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород (грунта)
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Разработка метода расчета некруговых обделок тоннелей мелкого заложения, в том числе сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород (грунта)"

Тульский государственный университет

На правах рукописи

ДЕЕВ Петр Вячеславович

Р-ЧЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА НЕКРУГОВЫХ ОБДЕЛОК ТОННЕЛЕЙ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ, В ТОМ ЧИСЛЕ СООРУЖАЕМЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИНЪЕКЦИОННОГО УКРЕПЛЕНИЯ ПОРОД (ГРУНТА)

25 00.20 Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2004

Работа выполнена в Тульском государственном университете

Научный руководитель - доктор технических наук, <

профессор Фотиева Нина Наумовна

Официальные оппоненты доктор технических наук,

профессор Шейнин Владимир Исаакович,

кандидат технических наук, доцент Копылов Сергей Иванович

Ведущее предприятие - ОАО Специальный проектно-изыскательский институт «Гидроспецпроект»

Защита диссертации состоится « 0 » февраля 2005 г в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212 271.04 Тульского государственного университета по адресу

300600 г. Тула, пр. Ленина 92, учебный корпус 6, ауд 331_

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета

Автореферат разослан « » декабря 2004 г.

тет

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из вариантов решения транспортных и коммунальных проблем, связанных с ростом крупных городов, является комплексное освоение подземного пространства, включающее строительство тоннелей различного назначения, часть из которых сооружается на небольшой глубине.

При проектировании обделок тоннелей неглубокого заложения необходимо учитывать влияние земной поверхности и находящихся на ней зданий и сооружений, а также движущегося по поверхности транспорта на их напряженное состояние. Влияние земной поверхности необходимо учитывать и в других случаях, например, при расчете обделок припортальных участков тоннелей.

При сооружении тоннелей в сложных горно-геологических условиях часто применяется предварительное инъекционное укрепление массива путем нагнетания скрепляющих растворов с поверхности или из забоя тоннеля. При этом вокруг выработки образуется зона пород (грунта) с отличными от остального массива деформационными характеристиками, что может оказывать существенное влияние на напряженное состояние обделки и должно учитываться при ее расчете.

Имеющиеся в настоящее время аналитические методы позволяют производить расчет обделок тоннелей произвольного поперечного сечения, расположенных на значительной глубине (когда влиянием земной поверхности можно пренебречь), а также круговых обделок тоннелей мелкого заложения, в том числе -при наличии вокруг тоннеля зоны укрепленных пород. Эти методы основаны на современных представлениях механики подземных сооружений о взаимодействии подземной конструкции и массива пород (грунта) как элементов единой деформируемой системы.

Аналогичных методов, дающих возможность производить расчет обделок некруговых тоннелей мелкого заложения, тем более - с учетом влияния зоны укрепленных пород, до настоящего времени не имелось.

В связи с этим разработка аналитического метода расчета обделок тоннелей мелкого заложения, имеющих произвольное поперечное сечение, в том числе -сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород (грунта), является актуальной.

Работа выполнена при поддержке фантами Министерства образования РФ АОЗ-2.13-23 и Совета Программы государственной поддержки ведущих научных школ НШ-1013.2003.5.

Цель работы состоит в разработке аналитического метода расчета обделок некруговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых закрытым способом, в том числе - с применением инъекционного укрепления массива, на действие собственного веса пород, давления грунтовых вод, веса зданий и сооружений, как существовавших до проведения тоннеля, так и возводящихся вблизи уже построенного тоннеля, а также нагрузок от движущихся по поверхности транспортных средств.

Идея работы заключается в рассмотрении обделки тоннеля мелкого заложения, зоны укрепленных пород (грунта) и окружающотв-маесива как элементов

единой деформируемой системы и получении полагаемых в основу разрабатываемого метода расчета новых аналитических решений соответствующих плоских задач теории упругости для полубесконечной линейно-деформируемой среды, моделирующей массив пород, ослабленной отверстием произвольной формы (с одной осью симметрии), подкрепленным двухслойным кольцом, наружный слой которого моделирует зону укрепленных пород, а внутренний - обделку тоннеля.

Методы исследования включают решение плоских задач теории упругости с использованием теории аналитических функций комплексного переменного, аналитического продолжения искомых комплексных потенциалов Колосова-Мусхелишвили через границу полуплоскости, аппарата конформных отображений и комплексных рядов, разработку программного обеспечения, выполнение многовариантных расчетов с целью установления зависимости напряженного состояния обделки от основных влияющих факторов, сравнение результатов расчета с аналитическими решениями частных задач, полученными другими авторами, и данными численного моделирования.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

- разработана математическая модель взаимодействия обделки произвольного поперечного сечения тоннеля мелкого заложения, сооружаемого закрытым способом с применением инъекционного укрепления пород, с окружающим массивом при действии собственного веса пород, давления грунтовых вод, веса зданий и сооружений, как существовавших до проведения тоннеля, так и возводящихся вблизи уже построенного тоннеля, а также нагрузок от движущихся по поверхности транспортных средств;

- получены решения соответствующих плоских задач теории упругости для полубесконечной линейно-деформируемой весомой среды, моделирующей массив пород, ослабленной отверстием произвольной формы с одной осью симметрии, подкрепленным двухслойным кольцом, наружный слой которого моделирует зону укрепленных пород, внутренний - обделку тоннеля;

- на основе полученных решений разработан новый метод расчета обделок некруговых тоннелей мелкого заложения, в том числе - сооружаемых с применением инъекционного укрепления массива, на действие собственного веса пород, давления грунтовых вод, веса зданий и сооружений, как существовавших до проведения тоннеля, так и возводящихся вблизи уже построенного тоннеля, нагрузок от движущихся по поверхности транспортных средств;

- разработаны алгоритмы и комплекс компьютерных программ, реализующий предлагаемый метод расчета;

- выполнена проверка точности удовлетворения граничных условий рассмотренных задач, определено количество удерживаемых членов разложений комплексных потенциалов Колосова-Мусхелишвили в ряды, обеспечивающее удовлетворение граничных условий с погрешностью, не превышающей 5 %;

- произведено сравнение результатов расчета по предлагаемому методу с имеющимися решениями частных задач, полученными другими авторами, и данными численного моделирования;

- установлены зависимости максимальных сжимающих и растягивающих нормальных тангенциальных напряжений на внутреннем контуре поперечного сечения обделки от основных влияющих факторов, в том числе - толщины зоны укрепленных пород и степени укрепления. Достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждается высокой точностью (погрешность не превышает 5 %) удовлетворения граничных условий задач, решения которых положены в основу разработанного метода расчета, полным совпадением получаемых в частных случаях результатов с аналитическими решениями других авторов и хорошим согласованием (отличия не превышают 14 %) получаемых результатов с данными численного моделирования методом конечных элементов.

Научное значение диссертационной работы состоит в разработке математической модели взаимодействия обделки некругового тоннеля мелкого заложения, сооружаемого с применением инъекционного укрепления пород, с окружающим массивом; получении новых аналитических решений соответствующих плоских задач теории упругости для полубесконечной весомой среды, ослабленной отверстием произвольной формы, подкрепленным двухслойным кольцом; разработке на основе полученных решений нового аналитического метода расчета обделок тоннелей произвольного поперечного сечения, сооружаемых на небольшой глубине с применением инъекционного укрепления пород; установлении зависимостей максимальных сжимающих и растягивающих нормальных тангенциальных напряжений, возникающих на внутреннем контуре поперечного сечения обделки, от основных влияющих факторов.

Практическое значение диссертации состоит в разработке алгоритмов и комплекса компьютерных программ, позволяющих производить многовариантные расчеты обделок тоннелей мелкого заложения, имеющих произвольное поперечное сечение, в том числе - сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород, в целях практического проектирования.

Реализация результатов работы. Разработанный в диссертации метод расчета использовался ОАО «Гидроспецпроект» (г. Москва) при проектировании обделок припортальных участков технологического тоннеля между нефтебазами «Шесхарис» и «Грушевая» в г. Новороссийск.

Результаты диссертационной работы использованы также ЗАО «Бестраншейные технологии» (г. Волгоград) при расчете обделки тоннеля тепломагист-рали котельной Волгоградского завода буровой техники.

Метод расчета принят ОАО «Гидроспецпроект» и ЗАО «Бестраншейные технологии» к дальнейшему внедрению при практическом проектировании.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Всероссийских научных конференциях «Современные проблемы математики, механики, информатики» (г. Тула, 2002, 2003 г.г.), на Международном симпозиуме «Форум горняков - 2003» (г. Днепропетровск, Украина, 2003 г.), на 1-й Международной конференции «Социально-экономические и экологические проблемы

горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, 2003 г.), на Международной конференции «Проблемы геомеханики и механики подземных сооружений» (г. Тула, 2003 г.), на Международных конференциях «Проблемы подземного строительства в XXI веке» (г. Тула, 2002, 2004 г.г.), на Международной конференции «Геомеханические проблемы строительства крупномасштабных и уникальных объектов» (г. Алматы, Казахстан, 2004 г.), на научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, МГТУ, 2004 г.), на Международной научно-технической конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация подземных сооружений» (г. Екатеринбург, 2004 г.), на Всероссийской научной конференции «Математические модели и краевые задачи» (г. Самара, 2004 г.), на VI-й Международной конференции «Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте» (г. Санкт-Петербург, 2004 г.), на научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников Тульского государственного университета (г. Тула, 2002, 2003, 2004 г.г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения, содержит 220 е., включая 52 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 195 наименований и два приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вопросам расчета и проектирования обделок тоннелей и крепи подземных сооружений посвящены работы Ю.Н. Айвазова, Ш.М. Айталиева, C.B. Анциферова, JI.H. Анциферовой, И Г. Арамановича, Б.З. Амусина, И.В Баклашова, К.П. Безродного, Н.С. Булычева, И.Ю. Ворониной, В.А. Гарбера, Д.М. Голицин-ского, A.C. Городецкого, P.A. Дунаевского, Ж.С. Ержанова, К.Е. Залесского, О.Н. Золотова, В.Н. Каретникова, Б.А. Картозия, H.A. Кассировой, Ю.И. Климова, А.Н. Козлова, С.А. Константиновой, С.И. Копылова, H.H. Корнеевой, И.Х. Костина, В.А. Латышева, Ю.М. Либермана, Ю.А. Лиманова, В.В. Макарова, Л.В. Маковского, Ж.К. Масанова, В.Е. Меркина, В.М. Мосткова, O.K. По-стольской, А.Г. Протосени, К.В. Руппенейта, Н.И. Савина, A.C. Саммаля, Т.Г. Саммаль, В.А. Трофимова, H.H. Фотиевой, Г.Л. Хесина, В.В. Чеботаева, В.И. Шейнина, В.Г. Эристова, С А Юфина, T. Addenbroke, G. Beer, G. Canetta, M. Farias, S. Fricker, T. Nomoto, R. Kochen, D. Potts, D. Reddish, W. Wittke, T. Zimmerman и др., в которых для исследования напряженного состояния подземных конструкций применялись аналитические методы расчета, численное моделирование, моделирование на эквивалентных материалах, поляризационно-оптический метод.

В настоящее время имеются аналитические методы определения напряженного состояния обделок произвольного поперечного сечения тоннелей глубокого заложения и круговых обделок тоннелей мелкого заложения, в том числе - сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород, основанные на рассмотрении обделки и массива пород (грунта) как элементов единой деформируемой системы. Аналогичных методов расчета, позволяющих определять на-

пряженное состояние обделок некруговых тоннелей мелкого заложения, до настоящего времени не имелось.

В связи с этим целью диссертации явилась разработка аналитического метода расчета обделок некруговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых закрытым способом, в том числе - с применением инъекционного укрепления пород (грунта).

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе сформулирована математическая модель взаимодействия обделки тоннеля мелкого заложения произвольной формы поперечного сечения (с одной осью симметрии), сооружаемого с применением инъекционного укрепления пород, с окружающим массивом при действии собственного веса пород, давления грунтовых вод, веса зданий и сооружений, как существовавших на поверхности до проведения тоннеля, так и возводящихся вблизи уже построенного тоннеля, а также нагрузок от движущегося наземного транспорта.

Для реализации модели рассматривается ряд плоских задач теории упругости для полубесконечной линейно-деформируемой среды, моделирующей массив пород (грунта), ослабленной отверстием произвольной формы с одной осью симметрии, подкрепленным двухслойным кольцом (наружный слой моделирует зону укрепленных пород, внутренний - обделку тоннеля). Общая расчетная схема представлена на рис. 1.

Рис. 1. Общая расчетная схема

Здесь однородная линейно-деформируемая полубесконечная среда 50, механические свойства которой характеризуются модулем деформации Е0 и коэффициентом Пуассона у0, ослабленная отверстием, подкрепленным двухслойным кольцом, моделирует массив пород (фунта). Слои кольца Я, (у = 1, 2) из материалов с деформационными характеристиками , V^ (у = 1,2) моделируют соответственно зону укрепленных пород и обделку тоннеля. Полагается, что окружность, описанная вокруг наружного контура ¿0 кольца, не пересекает и не

касается фаницы полуплоскости Ь'0.

Среда и слои кольца деформируются совместно, то есть на линиях контакта LJ а = 0,1) выполняются условия непрерывности векторов смещений и полных

напряжений, внутренний контур кольца 12 свободен от действия внешних сил.

Действие собственного веса пород моделируется наличием в среде 50 и слое 5, начальных напряжений, линейно изменяющихся по глубине, определяемых формулами:

а<Л°>=-ЩН-у), оУ*0)=-у(Я-Л, т^»=0 (/ = 0,1), (1) где Н - глубина заложения тоннеля, отсчитываемая от начала координат, выбираемого примерно в центре окружности, описанной вокруг контура ¿2, у-удельный вес пород (грунта), К - коэффициент бокового давления пород в ненарушенном массиве.

Давление фунтовых вод (зона укрепленных пород считается водонепроницаемой) моделируется наличием в среде 50 начального поля напряжений

С(0Х0> = ¿от = _уЛНк _у)) т<оио, = о (, < Я„), (2)

где уж - удельный вес воды, Нп - уровень грунтовых вод, отсчитываемый от начала координат (Н„ > Н0> Нй - ордината верхней точки контура ¿0).

Действие веса здания или сооружения моделируется вертикальной нафуз-кой интенсивности Р, равномерно распределенной на произвольном участке а0<х<Ь0 прямолинейной фаницы полуплоскости Рассматривается два сличая - когда здание возводится вблизи уже построенного тоннеля, и когда здание существовало до проведения тоннеля. В последнем случае смещения основания, произошедшие до проведения тоннеля, из рассмотрения исключаются.

Для приближенного учета влияния расстояния /0 от сооружаемой обделки до забоя выработки в результаты расчета конструкции на действие собственного веса пород и веса здания, существовавшего до проведения тоннеля, вводится корректирующий множитель а*, определяемый по формуле, предложенной Н.С. Булычевым на основе численного моделирования пространственной осе-симметричной задачи:

а* =0,6ехр(-1,38/0//?), (3)

где Я - средний радиус выработки.

Для приближенного учета влияния пространственного характера задачи, обусловленного ограниченным размером здания или сооружения в направлении оси тоннеля, используется приближенный прием, предложенный H.H. Фотиевой, согласно которому в результаты решения плоской задачи вводится корректирующий множитель к, получаемый как отношение вертикальных напряжений в точке сплошного полупространства, соответствующей центру рассматриваемого поперечного сечения обделки, вызываемых поверхностной нагрузкой, распределенной по прямоугольной площади b" х/ и по бесконечной полосе (/ = °о, что соответствует условию плоской деформации). Указанные напряжения определяются на основе точного решения Лява с использованием метода угловых точек.

Для определения напряженною состояние обделки, вызываемого движением по поверхности транспортных средств в направлении, параллельном тоннелю, используется решение задачи для нагрузки, приложенной после сооружения тоннеля, с введением динамического коэффициента к , определяемого по известным формулам В случае, когда транспортное средство движется в направлении, перпендикулярном оси тоннеля, напряженное состояние обделки определяется с учетом динамического коэффициента к при разных положениях нагрузки относительно тоннеля, и на основе многовариантных расчетов строятся огибающие эпюры по максимальным значениям растягивающих (положительных) и сжимающих (отрицательных) нормальных тангенциальных напряжений на внутреннем контуре поперечного сечения обделки. При этом напряжения в точках наружного контура определяются при тех положениях нагрузки, при которых напряжения в соответствующих точках внутреннего контура экстремальны.

Таким образом, математическое моделирование взаимодействия обделки тоннеля с окружающим массивом пород при рассматриваемых нагрузках и воздействиях может быть реализовано путем решения следующих четырех плоских задач теории упругости, общая расчетная схема которых показана на рис. 1, при граничных условиях, отражающих:

- наличие в среде 5(1 и слое кольца S1, начальных напряжений (1), обусловленных действием собственного веса пород (задача 1);

- наличие в среде S0 начальных напряжений (2), обусловленных давлением грунтовых вод (задача 2);

- действие на произвольном участке границы l!0 равномерно распределенной вертикальной нагрузки, приложенной после образования подкрепленного отверстия, моделирующей вес здания, возводящегося вблизи тоннеля, или вес движущегося транспортного средства (задача 3 а);

- действие на произвольном участке границы ¿'0 равномерно распределенной вертикальной нагрузки, приложенной до образования отверстия, моделирующей вес здания, существовавшего до проведения тоннеля (задача 3 б). Решения поставленных задач теории упругости получены с использованием

теории аналитических функций комплексного переменного, аналитического

продолжения искомых комплексных потенциалов Колосова-Мусхелишвили в верхнюю полуплоскость через прямолинейную границу //0, аппарата конформных отображений и комплексных рядов.

Полные напряжения в областях 50 и представляются в виде сумм начальных напряжений, определяемых формулами (1) или (2) и дополнительных напряжений, обусловленных наличием отверстия. Смещения рассматриваются только дополнительные, за исключением случая, когда нагрузка приложена после образования отверстия.

После введения комплексных потенциалов сру(г), ф7(г) (у = 0,1,2), связанных с напряжениями и смещениями известными формулами Колосова-Мусхелишвили, регулярных соответственно в областях SJ (у = 0,1,2), граничные условия рассматриваемых задач для дополнительных напряжений и смещений имеют вид

Фо(0 + 'Фо(0 + 9о(0=/о"(0 на 4, (4)

на£; (у = 0,1), (5)

Ф,+, (О + (О + (/) = ф, (О + (/) + <?,(/) + /, (О,

(8)

(О - 'Ф,ч. СО - (0 = (О - ^ (О - ф, (/)

Ф2(0 + <Ф/2(0 + Я'2(') = 0 на Ь2, (6)

где

ае,=3-4у,, ц (у = 0,1,2), (7)

2(1+ уу)

jx + Ш на ¿о, ~[яй(д,а) на£, (у = 0,1,2). Аффиксы точек контуров (у = 0,1, 2) записаны в криволинейной системе координат р, 0, связанной с конформным отображением внешности круга радиусом /?2 < 1 в области переменного С, на внешность контура Ь2 в области переменного г, с помощью рациональной функции

й+1

г = /?5(0, = С = Р<*, о = е'9, (9)

построенным таким образом, чтобы окружность радиусом Н0 --1 перешла в контур ¿0. При этом окружность радиусом Я2 < Я, < /?0 переходит в контур /.,.

Функции /о (/),/ДО (у = 0,1) определяются в зависимости от рассматриваемой задачи по формулам: - в задаче 1

/о (0 = 0, /0(О = 0,

/| (О = i + = -Г

1-Х 1 + Л

„, 1 + X 1-Х-Л /1 + Я 2 l-Ä.-2l

н\ -j~t+~Y't —

(10)

tdt-^-^-tdt 4 4

- в задаче 2

/о" (0 = 0,/, (0 = 0,

/о(0 =' f(*<0) + iY^)ds0 - у K\HJ + J/л);

- в задачах За, 36

/о(0 =

- Pt при а0 Sx<ft0,

/о(0 = о, /,(0=0.

(И)

(12)

[О прих<а0, х>Ь0; После вычисления интегралов с учетом представления (8) полу<

чим выражения для функций /;(0 (у = 0,1) в преобразованной области: - в задаче 1

где

V*=l А "О

УЕ

в задаче 2

2(1-*) . I '

MO = f0(R0o) = -K\ -/FIna

*=i

где

й+1

£ 4-0

(13)

(14)

(15)

(16)

коэффициенты 0,1) определяются через коэффициенты

q[]) (к = 0,..., п +1) отображающей функции (9), радиусы (j = 0,1), коэффициент бокового давления пород в ненарушенном массиве X и величину h = H/R.

Учитывая, что при принятом обходе контура против хода часовой стрелки Ina приобретает приращение 2ти, получим значение главных векторов действующих усилий в задачах 1,2

X + iY = j(X„+iY„)ds=:2mKF. (17)

С учетом того, что главные векторы действующих усилий в задачах 1, 2 не равны нулю, после выделения в задачах 3 а, 3 б комплексных потенциалов, характеризующих напряженное состояние нагруженной на участке

границы сплошной полуплоскости (без отверстия), искомые комплексные потенциалы <р0(г), Фо(г) отыскиваются в виде

Фо(г) = Фо(г) + Фо°'(г), Ф0(г) = + Ф(00)(г), (18)

где Фо(г), Фо(г) ~ комплексные потенциалы, регулярные в нижней полуплоскости вне отверстия, включая бесконечно удаленную точку, ¡КГ

чЛН

1 + аеь 2 п

1п—+ж01п

я и Л

-I-

— а ]1п

'г

— а

в задачах 1,2; в задачах За, 36;

(19)

«У , г , (г ...

- ае0 1п — + 1п--2/А

1 + ЗЕо [ Я

ащ— -а|-Мп|— -Ь 271 ) (Я

в задачах 1,2; в задачах За, 36;

(20)

а = — + Ш, Ь = ^ + 1А. (21)

Я П '

Осуществляя далее предложенное И.Г. Арамановичем аналитическое продолжение комплексных потенциалов Фо(г), Фо(г) в верхнюю полуплоскость через прямолинейную границу Ь'0 и отбрасывая константы, не влияющие на напряженное состояние, приходим к выражениям:

Ф0(г) = Ф0(г)-г^(г-2/Я)-^(г-2/Я) + 2ЛГ"^-2/А) + ф<0)(г), (22)

Фо(г) = М»0(г) - Фо(г - 2 /Я) + (г - Ш)

ф£(г- 2Ш) +

+ гфо (г - 2/Я) + - ПН)

+ 2К

(23)

~ - 2/й | +ч/<0)(г),

где ф0(г), ч/0(г) - комплексные потенциалы, регулярные в полной плоскости

вне отверстия, отыскиваемые в виде -к

Фо(г) = 2>:

"К0''-1 =

Фо(г-2/я)=£3,ж,>НЬ2Ч - ч>о(г-2/я)=£с<

*=1

-к

■■ =-(2)(0)

(1-

2/А

-к

К =

КЕА

1 + аг„

в задачах 1,2;

(24)

(25)

(26)

в задачах За, 36.

Используя далее разложения получим следующие выражения для комплексных потенциалов ф0(г), :

к=1

йю-М*4^)

где

г - \к

.(4X0)

*=1

1 + ж0 Л 1 + ж0 Я

(30)

Я=1

(А = 1, ...,оо) (31)

а коэффициенты сА(3)<0>, с/4><0) (А = 1, ...,оо) определяются по формулам: - в задачах 1, 2 (в долях величины К)

гОХО) _

2^ /Ле0 (-1)*

"'А,! +

1 + ае0 ' 1 + х0

?(4Х0) _

2РЪ 1 + х,

^ (-1)*

1 + ае0 к

'О,*'

Л),*'

(32)

- в задачах 3 а, 3 б (в долях

2 п

Г(ЗКО) .

Г(4Х0) .

л . а *,1 ь

1 5:

1 1

к к-ХКа1"1 Ьк']

о, Я.4>у =

а А Ьк

1 при к = V,

Vя 6 у

О при

5.„ =

1 при Я < V, О при п > V. г

(33)

(34)

Подставляя в формулы (30) выражение — = ю(0 и используя форму-

лы, предложенные Д.И. Шерманом

\ х к i

2 1 V . (*> V-V V _(*) f v I Z

, , = Ifíir + . i - Itö'cv (* - ■1. ). (35)

l-"/ V—J v-0 V-"/ v=*

где

^"=1, = (v = l,...,oo), (36)

ли

íH^Érf-W. (А = 2, ...,oo;v = 0, ...,оо), (37)

я=0 я=0

и разложение

Ln^=lnC + ¿/,C-ft. .«fr0, (38)

Я S látáa (v-m)\m\

найдем выражения искомых комплексных потенциалов в преобразованной области переменного С,:

Ф0(О=|>Г'С* ^^ГГ* фГГ +¿4,X0>C*

A=1 А= 1 A=l A=l A=1 1 +

» ao 00 ЭС 00 ¡ fTrr,

vAQ = Z°l2mZ~k + I>f(0)C* +Z44K0,C< -f^mc,

/Ы 1Ы *=1 4=1 *=1 1 + 3E0

(39)

где

Й0Х0, = ¿c(.)(0)9<:v,; „W» = ¿c.(2K0,9(-v, (40)

v=l v=0

«i1>(0) = , sr(0> = ±cl4md:\ , (41)

v=0 v=0

a(3,(0, = ¿.HXO.^V) t fl(4,(0) = ¿^¡v, (42)

v=A v=A

а коэффициенты s¿J)(0> (у = 1,..., 4) определяются формулами: - в задачах 1, 2

iF . „,im /Fae,

(1X0) _ " f .(2X0) _ " / _О)<0) _ (4X0) _

- -lk, sk ---lk, Sk -sk -и, (.UJ

1Л ' ft ,

+ х0 1 -f- ае0

- в задачах 3 а, 3 б

5с.)(0) = ¿гохо,^) s(2)«o, = 5 (44)

v=] v=0

= = (45)

V к V к

Комплексные потенциалы Фу(г), ч/у(г), регулярные в слоях кольца (у = 1,2), отыскиваются в виде:

- в задаче 1

*=1 I + Ж0

ШС;

¡ы ¡Й 1 + ае о

- в задачах 2 и 3 а

Ф/О-1««-* , ; (47)

*=1 /Ы Л=|

- в задаче 3 б

ф/с) - ±*гкк+++i>i3,,0,c*

jm *-i v*-i *=I

JU1 *=1

V*=i *=i

(48)

В полученных выражениях (39) ряды с неизвестными коэффициентами а]'"0',«*2"0', aj,3)<°\ а[4)(0) отражают влияние границы полуплоскости, что позволяет, подставив выражения (13), (15), (41), (46) - (48) в граничные условия (4) -(6), записанные для преобразованной области С,, свести решение рассматриваемых задач к итерационному процессу, предложенному H.H. Фотиевой, в каждом приближении которого используется решение соответствующей задачи для двухслойного кольца произвольной формы, подкрепляющего отверстие в полной плоскости, при граничных условиях, содержащих дополнительные слагаемые, отражающие влияние границы полуплоскости, представленные в форме рядов Лорана, коэффициенты которых, полагаемые в нулевом приближении равными нулю, затем уточняются на основе предыдущих итераций.

Путь решения задач, составляющих основу итерационного процесса, аналогичен предложенному в работах A.C. Саммаля, с некоторой модификацией, связанной с наличием дополнительных рядов Лорана и учетом неравенства нулю главного вектора действующих усилий, и состоит в построении рекуррентных формул, связывающих коэффициенты разложения в ряды комплексных потенциалов Колосова-Мусхелишвили, регулярных в областях Sj (j = 0,1, 2), что позволяет прийти к системе линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных коэффициентов aj1)<0\ а*2"01.

Итерационный процесс построен следующим образом. В нулевом приближении полагаются «¿1)<01 = а|2Н0) = - я{4)<0) = 0 и из решения системы уравнений, соответствующем образом укороченной, определяются неизвестные а£'(0),<42)(0). Далее определяются коэффициенты cjl,<0), cj2,<0) по формулам

сГ>=аГ>- 1ЛГЛ (k = l..,N), (49)

v=l v=0

а затем, с использованием формул (31) вычисляются коэффициенты 4"т (и = 3, 4; к = 1,..., А') и находятся из соотношений (41), (42) коэффициенты а[Ут,а[1){0), я*3,<0\ я£4И0) в первом приближении. Далее снова решается система уравнений, и определяются коэффициенты а^><0>, а^2Н0> в первом приближении и т.д. Итерационный процесс продолжается до тех пор, пока отличия коэффициентов а[пт(п = 1, 2; к = 1, ...,ЛГ), полученных в двух соседних приближениях,

не станут меньше заданной величины г = Ю-6.

После завершения итерационного процесса на основе упомянутых выше рекуррентных формул определяются коэффициенты разложения в ряды комплексных потенциалов, регулярных в слоях кольца 5,, , и по формулам Колосова-Мусхелишвили - напряжения во внутреннем слое кольца 52, моделирующем обделку тоннеля.

Произведенная проверка точности удовлетворения граничных условий решенных задач показала, что даже в случае, когда расстояние от верхней точки контура ¿0 до границы полуплоскости составляет Н-Н0- 0,ЗЛ0 ( Яа - радиус описанной вокруг контура Ь0 окружности), при удержании в рядах разложений комплексных потенциалов числа членов Аг = 80 погрешность не превышает 5 %.

На основе полученных решений разработаны алгоритмы и комплекс компьютерных программ, позволяющий производить многовариантные расчеты обделок тоннелей произвольного поперечного сечения с учетом влияния земной поверхности и находящихся или возводимых вблизи тоннеля зданий и сооружений, а также наличия вокруг выработки зоны укрепленных пород.

Влияние реологических свойств пород (грунта) может быть учтено на основе теории линейной наследственной ползучести с использованием метода переменных модулей, согласно которому входящие в решение задачи теории упругости деформационные характеристики среды, моделирующей массив, представляются как функции времени.

Ниже в качестве иллюстрации приведены результаты расчета бетонной обделки автодорожного тоннеля, поперечное сечение которого показано на рис. 2, на действие собственного веса пород, давления грунтовых вод, веса здания, существовавшего до проведения тоннеля, и нагрузки от грузовой автомашины, движущейся по поверхности со скоростью V = 120 км/ч.

Общие исходные данные при расчетах принимались следующими: у = 0,025 МН/м3, Е0 = 1000 МПа, £,=1500 МПа, £2 =23000 МПа, у0=0,3, V, = 0,3, у2=0,2, /0 = 1,0м, Н = 12,0 м. Результаты расчетов представлены на рис 3-5. Сплошные и пунктирные линии соответствуют случаям, когда тоннель сооружается с применением и без применения инъекционного укрепления пород (в последнем случае значения напряжений даны в скобках).

На рис. 3 а, б приведены эпюры нормальных тангенциальных напряжений 0(6'л>, а^' соответственно на внутреннем и наружном контурах поперечного сечения обделки, вызываемых действием собственного веса пород (рис. 3 а) при X = 0,4 и давлением грунтовых вод (рис. 3 б) с уровнем Нк = 12,0 м.

Рис. 3. Напряжения Оо"1', Од"', возникающие на контурах поперечного сечения обделки от действия собственного веса пород (а) и давления грунтовых вод (б)

На рис. 4 а, б показаны эпюры напряжений а'0'"', а'"' соответственно на внутреннем (а) и наружном (б) контурах поперечного сечения обделки от действия веса здания размерами Ь' х / = 20 м х 20 м, существовавшего до проведения тоннеля (Р = 0,2 МПа, /, = 10м).

Рис. 4. Напряжения на внутреннем (а) и наружном (б) контурах поперечного сечения обделки, вызываемые весом здания, существовавшего до проведения тоннеля

На рис. 5 а, б, в, г даны эпюры максимальных сжимающих (а) и растягивающих (в) напряжений , возникающих на внутреннем контуре поперечного сечения обделки за все время движения автомашины размерами Ь* х / = 6,2 м х 7,3 м в направлении, перпендикулярном оси тоннеля, и соответствующих им напряжений о^*' на наружном контуре (рис. 5 б, рис. 5 г). Давление, передаваемое на грунт, принималось равным Р = 0,035 МПа.

Рис. 5. Максимальные сжимающие (а) и растягивающие (в) напряжения, возникающие на внутреннем контуре поперечного сечения обделки за все время движения грузовой автомашины, и соответствующие им напряжения на наружном контуре (б), (г).

С использованием разработанного программного комплекса путем многовариантных расчетов установлены зависимости максимальных сжимающих и растягивающих напряжений на внутреннем контуре поперечного сечения обделки рассмотренного выше тоннеля от основных влияющих факторов - глубины заложения тоннеля, отношения модулей деформации пород и материала обделки, толщины обделки, коэффициента бокового давления пород в ненарушенном массиве, положения здания относительно тоннеля, как в случае, когда здание

существовало до проведения тоннеля, так и в случае, когда здание возводится вблизи уже построенного тоннеля.

В качестве иллюстрации на рис 6 приводятся зависимости экстремальных

напряжений Og^. /Р от положения здания L (см. рис. 2) размерами

Ь* х / = 20 м х 60 м, возведенного вблизи тоннеля, сооруженного без применения инъекционного укрепления пород. Отношение модулей деформации пород и материала обделки р = Е0 ¡Е2 = 0,05. Рассматривались три варианта глубины

заложения тоннеля (//' =2 м; 5 м; 10 м), которым на рис. 6 соответствуют сплошные, пунктирные и штрихпунктирные линии.

Ст(и) /р

5 0 -5 -10

-15

-20 -25 -30 -35

10 20 30

s у

Ч -• _ . ✓ ' jf

L, м

Рис. 6. Зависимости экстремальных напряжений / Р на внутреннем контуре поперечного сечения обделки от расстояния Ь, характеризующего положение здания относительно тоннеля

Из рис. 6 видно, что зависимости максимальных сжимающих и растягивающих напряжений о^,, / Р имеют экстремальный характер, причем наибольшие сжимающие напряжения имеют место при /. я 10 м, что соответствует случаю, когда край здания расположен над центром тоннеля, а наибольшие растягивающие напряжения возникают в случае ¿«15 м.

Установлены также зависимости экстремальных напряжений, возникающих на внутреннем контуре поперечного сечения обделки тоннеля, сооружаемого с применением инъекционного укрепления пород, от толщины укрепленной зоны и степени укрепления.

В качестве иллюстрации на рис. 7 приведены зависимости максимальных сжимающих напряжений Сто^1 (растягивающих напряжений в рассматриваемом случае не возникает), вызываемых давлением грунтовых вод, от толщины зоны укрепленных пород А, при различных отношениях модулей деформации пород в ненарушенном массиве и материала обделки р = Е0/Е2 = 0,01; 0,1; 0,5,

которым на рис. 7 соответствуют сплошные, пунктирные и штрихпунктирные линии. При расчетах принимались следующие исходные данные: высота налегающей толщи Н' = 8 м, уровень грунтовых вод, отсчитываемый от щелыги свода обделки, Н„ = 6 м, степень укрепления пород р = Е1 /Е0 = 1,5.

-10

Рис. 7. Зависимости максимальных сжимающих напряжений Og'^j', вызываемых давлением фунтовых вод, от толщины зоны укрепленных пород

Из рис. 7 следует, что увеличение размера зоны укрепленных пород А, приводит к снижению максимальных сжимающих напряжений. Так, при увеличении толщины зоны укрепленных пород от 0 до 5,0 м максимальные сжимающие напряжения в случае, когда тоннель пройден в относительно слабых породах (ß = 0,01), уменьшаются на 14,9 %, в более крепких (ß = 0,1) - на 16,8 %, в крепких породах ( ß = 0,5) - на 21,3 %.

С целью оценки достоверности результатов, получаемых с использованием разработанного метода, помимо проверки точное!и удовлетворения фаничных условий производилось сравнение напряжений и усилий в обделках с результатами, полученными аналитическим путем H.H. Фотиевой, A.C. Саммалем и Л.Н. Анциферовой при решении частных задач (рассматривались обделки тоннеля некругового поперечного сечения глубокого заложения и кругового тоннеля мелкого заложения, сооружаемых с учетом наличия зоны укрепленных пород), а также с данными численного моделирования методом конечных элементов, любезно предоставленными H.A. Самоделкиной (Горный институт УрО РАН, г. Пермь).

Высокая точность удовлетворения фаничных условий (пофешность не превышает 5 %), полное совпадение получаемых результатов с аналитическими решениями частных задач и хорошее согласование с данными численного моделирования (отличия не превышают 14 %), свидетельствуют о возможности ис-

пользования разработанного метода расчета при проектировании обделок тоннелей произвольного поперечного сечения, в том числе - сооружаемых на небольшой глубине с применением инъекционного укрепления пород (грунта).

Разработанный в диссертации метод расчета использовался ОАО «Гидро-спецпроект» (г. Москва) при проектировании обделок припортальных участков технологического тоннеля между нефтебазами «Шесхарис» и «Грушевая» в г. Новороссийск. Результаты диссертационной работы использованы также ЗАО «Бестраншейные технологии» (г. Волгоград) при расчете обделки тоннеля теп-ломагистрали котельной Волгоградского завода буровой техники. Метод расчета принят ОАО «Гидроспецпроект» и ЗАО «Бестраншейные технологии» к дальнейшему внедрению при практическом проектировании.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится решение задачи разработки аналитического метода расчета обделок некруговых тоннелей мелкого заложения, в том числе - сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород (грунта), испытывающих действие собственного веса пород, давления грунтовых вод, веса зданий и сооружений, как существовавших на поверхности до проведения тоннеля, так и возводимых вблизи уже построенного тоннеля, а также нагрузок от движущихся по поверхности транспортных средств, имеющей существенное значение для подземного строительства, в том числе - в условиях городской застройки.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Сформулирована математическая модель взаимодействия обделки некругового тоннеля мелкого заложения, сооружаемого закрытым способом с применением инъекционного укрепления, с массивом пород при основных видах нагрузок и воздействий.

2. С целью реализации математической модели получены новые аналитические решения соответствующих плоских задач теории упругости для двухслойного кольца произвольной формы (с одной осью симметрии), моделирующего обделку тоннеля и зону укрепленных пород, подкрепляющего отверстие в полубесконечной линейно-деформируемой среде, моделирующей массив, при наличии в среде и наружном слое кольца начальных напряжений, линейно изменяющихся по глубине, обусловленных собственным весом пород или давлением грунтовых вод, а также действии вертикальной нагрузки, равномерно распределенной на произвольном участке границы полуплоскости, приложенной до образования отверстия или после образования подкрепленного отверстия, моделирующей действие веса здания или сооружения, существовавшего до проведения тоннеля или возводящегося вблизи существующего тоннеля.

вавших на поверхности до проведения тоннеля, так и возводящихся после его проходки и крепления, а также нагрузок от движущихся по поверхности транспортных средств.

4. Разработаны алгоритмы и комплекс компьютерных программ, позволяющий производить многовариантные расчеты обделок тоннелей произвольного поперечного сечения, в том числе - сооружаемых на небольшой глубине с применением инъекционного укрепления пород.

5. С целью оценки достоверности получаемых результатов произведена проверка точности удовлетворения граничных условий рассмотренных задач, выполнено сравнение результатов расчетов с решениями частных задач, полученными другими авторами, и с данными численного моделирования методом конечных элементов. Высокая точность удовлетворения граничных условий (погрешность не превышает 5 %), полное совпадение с аналитическими решениями частных задач и хорошее согласование с данными численного моделирования (отличия результатов не превышают 14 %), свидетельствуют о возможности практического применения разработанного метода при проектировании тоннелей.

6. Установлены зависимости максимальных сжимающих и растягивающих нормальных тангенциальных напряжений, возникающих на внутреннем контуре поперечного сечения обделки, от основных влияющих факторов - глубины заложения тоннеля, отношения модулей деформации пород и материала обделки, толщины обделки, коэффициента бокового давления пород в ненарушенном массиве, положения здания относительно тоннеля, толщины укрепленной зоны, степени укрепления пород.

7 Разработанный в диссертации метод расчета использовался ОАО «Гидроспецпроект» при проектировании обделок припортальных участков технологического тоннеля между нефтебазами «Шесхарис» и «Грушевая» в г. Новороссийск Результаты диссертационной работы использованы также ЗАО «Бестраншейные технологии» (г. Волгоград) при расчете обделки тоннеля тепломагистрали котельной Волгоградского завода буровой техники. Метод расчета принят ОАО «Гидроспецпроект» и ЗАО «Бестраншейные технологии» к дальнейшему внедрению при практическом проектировании.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1 Деев П В Концентрация напряжений около некругового отверстия в упругой полуплоскости, контур которого нагружен равномерным давлением/ Математическое моделирование и краевые задачи. Труды двенадцатой межвузовской конференции 29-31 мая 2002 г. Часть 1. Секция «Математические модели механики, прочность и надежность конструкций». - Самара, 2002. - С. 58-61.

2. Деев П.В. Определение напряженного состояния некругового кольца, подкрепляющего отверстие в упругой полуплоскости, при действии на внутреннем контуре кольца равномерного давления/ Всероссийская научная конференция «Современные проблемы математики, механики, информации». Тезисы докладов. - Тула: Изд. ТулГУ, 2002. - С. 97-98.

3. Деев П В. Моделирование взаимодействия некруговой обделки тоннеля мелкого заложения с массивом грунта/ Информационные технологии в науке, проектировании и производстве. Материалы седьмой Всероссийской научно-технической конференции Декабрь 2002 г Нижний Новгород - Нижний Новгород, 2002. - С. 26.

• 4 Деев П.В. Определение напряженного состояния обделки тоннеля мелко-

го заложения, имеющей произвольную форму поперечного сечения, при действии нагрузки от подвижного транспорта/ Известия ТулГУ Серия «Геомеханика.

> Механика подземных сооружений». Выпуск 1 - Тула, 2003 - С 78-84

5 Деев П В Определение напряженного состояния двухслойного некругового кольца, подкрепляющего отверстие в весомой полуплоскости' Тез докл Международной научной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» Россия, Тула, 18-21 ноября 2003 г. - Тула: Изд. ТулГУ, 2003.-С. 130-131.

6 Фотиева Н.Н , Саммаль А С , Деев П В Расчет обделок тоннелей мелкого заложения/ Сборник научных трудов Национального горного университета - № 17, том 1. - Днепропетровск, 2003. - С. 413-417.

7. Деев П.В. Определение напряженного состояния обделки тоннеля мелкого заложения, имеющей произвольную форму поперечного сечения, при действии веса зданий и сооружений на поверхности/ Материалы 1-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики Тула, 28 октября - 1 ноября 2003. - Тула. Изд. ТулГУ, 2003 - С. 143-148.

8. Деев П.В. Определение напряженного состояния некругового кольца, подкрепляющего отверстие в упругой полуплоскости/ Известия ТулГУ. Серия «Математика, механика, информатика». Том 9 Выпуск 2. - Тула: Изд. ТулГУ, 2003.-С. 53-62.

9. Деев П.В. Расчет некруговых обделок тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород, на действие собственного веса пород и давления грунтовых вод/ Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений. Труды международной конференции. Екатеринбург, 18-20 мая 2004. - Екатеринбург Изд УГГГА, 2004 -С. 156-160

10. Фотиева Н.Н., Саммаль А С., Булычев Н.С., Деев П.В. Аналитические методы определения напряженного состояния обделок тоннелей с учетом влияния земной поверхности/ Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте. Труды VI Международной конференции, посвященной 150-летию первой в России Механической лаборатории им Н А. Белелюбского ПГУПС МПС России, 28-29 января 2004 - Санкт-Петербург, 2004. - С. 381-390.

11. Деев П.В. Напряженное состояние двухслойного некругового кольца, подкрепляющего отверстие в упругой полуплоскости, к участку границы которой приложена равномерная нагрузка/ Математическое моделирование и краевые задачи. Труды Всероссийской научной конференции 26-28 мая 2004 г, Самара Часть 1. Секция «Математические модели механики, прочность и надежность конструкций» - Самара- Изд СамГТУ, 2004 - С. 73-75.

»-1007

12. Фотиева Н.Н., Булычев Н.С., Саммаль А.С., Деев П.В. Расчет обделок тоннелей, сооружаемых горным способом в городских условиях/ Метро и тоннели, № 3, 2004. - М.: Изд. ТАР, - С. 43-44.

13. Деев П.В. Исследование влияния толщины зоны укрепленных пород на напряженное состояние некруговой обделки тоннеля мелкого заложения при действии собственного веса пород/ Известия ТулГУ. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Выпуск 2. - Тула: Изд. ТулГУ, 2004. - С. 86-91.

14. Фотиева Н.Н., Саммаль А.С., Булычев Н.С., Деев П.В. Влияние сооружения зданий на напряженное состояние и несущую способность обделки тоннеля произвольного поперечного сечения/ Геомеханические проблемы строительства крупномасштабных и уникальных объектов. Труды Международной геотехнической конференции 23-25 сентября 2004 г. Алматы, Казахстан. - 2004. - С. 450454.

15. Деев П.В. Расчет некруговых обделок тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород/ Горный информационно-аналитический бюллетень № 9, 2004. - М.: Изд. МГГУ, 2004. - С. 293297.

ló.Fotieva N.. Bulychev N., Sammal A., Deev Р. Design of Non-circular Shallow Tunnel Linings under the Action of the Soil Own Weight/ Gornicstvo i Geoingeneria. Kwartalnik Academii Gorniczo-Hutniczej im. Stanislawa Sfaszica w Krakowie 2003 Rok 27, Zeszyt 3-4, Uczelniane Widawnictwa Nawkowo-dydaktyczne. - Kracow, 2003.-c. 283-288.

РНБ Русский фонд

Пи mu jIP Xj 0204(10 oí 12 02 97 II,

Фо p м ti i ov vial и (10x84'' K\ uní .i n<hi.cf пая

1\1п,с1чии HKv.iapcтемный > mmcpui ici 400600 ¡ 1 \j¡л пр Ленина 92

Ошечагапо н Hi laicii.cinc l\ ibCKOIO IOC\ Uipí-IHCIIMOKl \ мит-ритла

400600 i I \ ía \.i bo i nina

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Деев, Петр Вячеславович

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕКРУГОВОЙ ОБДЕЛКИ ТОННЕЛЯ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

С УКРЕПЛЕННЫМ МАССИВОМ ПОРОД

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ НЕКРУГОВЫХ ОБДЕЛОК ТОННЕЛЕЙ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ, СООРУЖАЕМЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИНЪЕКЦИОННОГО

УКРЕПЛЕНИЯ ПОРОД (ГРУНТА)

3.1. Решение задачи о напряженном состоянии двухслойного кольца, подкрепляющего отверстие произвольной формы в полуплоскости, имеющей начальное поле напряжений, моделирующее действие собственного веса пород

3.2. Решение задачи о напряженном состоянии двухслойного кольца, подкрепляющего отверстие произвольной формы в полуплоскости, имеющей начальное поле напряжений, моделирующее действие давления грунтовых вод

3.3. Решение задачи о напряженном состоянии двухслойного кольца, подкрепляющего отверстие произвольной формы в полуплоскости, участок границы которой нагружен равномерно распределенной нагрузкой

3.4. Алгоритм расчета

3.5. Проверка точности удовлетворения граничных условий

3.6. Примеры расчета

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ НЕКРУГОВОЙ ОБДЕЛКИ ТОННЕЛЯ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ ОТ ОСНОВНЫХ ВЛИЯЮЩИХ ФАКТОРОВ

4.1. Зависимости экстремальных напряжений, возникающих на внутреннем контуре поперечного сечения обделки при действии собственного веса пород, от основных влияющих факторов

4.2. Зависимости экстремальных напряжений, возникающих на внутреннем контуре поперечного сечения обделки при действии давления грунтовых вод, от основных влияющих факторов

4.3. Зависимости экстремальных напряжений, возникающих на внутреннем контуре поперечного сечения обделки тоннеля при действии веса здания, от основных влияющих факторов

4.4. Зависимости экстремальных напряжений, возникающих на внутреннем контуре поперечного сечения обделки при движении по поверхности железнодорожного транспорта, от основных влияющих факторов

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИНЪЕКЦИОННОГО УКРЕПЛЕНИЯ ПОРОД (ГРУНТА) НА НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОБДЕЛКИ ТОННЕЛЯ 1 об

6. СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ С ДАННЫМИ, ПОЛУЧЕННЫМИ ДРУГИМИ АВТОРАМИ. ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТАННОГО МЕТОДА РАСЧЕТА

6.1. Сравнение результатов расчета с данными, полученными другими авторами при решении частных задач и численном моделировании

6.2. Расчет обделки тоннеля тепломагистрали котельной Волгоградского завода буровой техники

Ш 6.3. Расчет обделок припортальных участков коммуникационного тоннеля от нефтебазы «Грушовая» до нефтебазы «Шесхарис» г. Новороссийск)

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка метода расчета некруговых обделок тоннелей мелкого заложения, в том числе сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород (грунта)"

Рост крупных городов, сопровождаемый увеличением плотности застройки и дефицитом свободных площадей на поверхности, привел к необходимости комплексного освоения подземного пространства, включающего строительство тоннелей различного назначения. В настоящее время на территории Российской Федерации увеличилось количество строящихся тоннелей, что обусловлено возведением новых объектов, требующих подведения коммуникаций, реконструкцией дорожных сетей и развитием подземного транспорта. Так, в Москве недавно завершено ^ строительство автодорожного тоннеля длиной 2,2 км и наружным диаметром 14,3 м (Лефортово), ведется строительство комплекса тоннелей длиной 3 км (Серебряный Бор), в Уфе строится автодорожный тоннель длиной 1,25 км, работы по строительству станций и перегонных тоннелей метрополитенов ведутся в Москве, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Самаре, Казани, Нижнем Новгороде, Новосибирске, Красноярске.

В условиях плотной городской застройки широкое распространение получило строительство тоннелей закрытым способом, позволяющим сооружать тоннели под зданиями без риска повреждения существующих щ конструкций, под железнодорожными путями и автомобильными дорогами без прекращения движения транспорта.

При проектировании тоннелей большое внимание уделяется расчету обделок на нагрузки и воздействия, которым они подвергаются как в процессе эксплуатации, так и во время строительства тоннеля, поскольку разрушение обделки даже на одном участке может повлечь за собой весьма тяжелые последствия.

В Тульском государственном университете в течение ряда лет ведутся исследования в области разработки теории и новых аналитических методов расчета обделок тоннелей, сооружаемых закрытым способом, в том числе - тоннелей мелкого заложения. Разрабатываемые методы основаны на современных представлениях механики подземных сооружений о взаимодействии подземных конструкций и массива пород (грунта) как элементов единой деформируемой системы. На основе этого подхода разработаны методы расчета обделок тоннелей произвольной формы поперечного сечения, расположенных на значительной глубине (при расчете не учитывается влияние поверхности), а также круговых обделок тоннелей мелкого заложения на основные виды нагрузок и воздействий. Аналогичных методов расчета, позволяющих определять напряженное состояние обделок некруговых тоннелей, расположенных на небольшой глубине, до настоящего времени не имелось.

При сооружении тоннелей в сложных горно-геологических условиях часто применяется предварительное инъекционное укрепление пород путем нагнетания в массив скрепляющих растворов с поверхности или из забоя тоннеля с-целью повышения устойчивости массива пород, окружающих выработку, и уменьшения водопритока. Инъекционное укрепление приводит к образованию вокруг выработки зоны пород (грунта) с отличными от остального массива деформационными характеристиками, что оказывает влияние на напряженное состояние обделки тоннеля и должно учитываться при ее расчете.

В связи вышесказанным, целью диссертации является разработка аналитического метода расчета некруговых обделок тоннелей мелкого заложения, в том числе - сооружаемых с применением инъекционного укрепления, на действие собственного веса пород (грунта), давления грунтовых вод, веса зданий и сооружений, как существовавших до проведения тоннеля, так и возводящихся вблизи уже построенного тоннеля, а также нагрузок от движущихся по поверхности транспортных средств.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи: разработана математическая модель взаимодействия обделки тоннеля произвольного поперечного сечения, расположенного на небольшой глубине, с окружающим массивом при действии собственного веса пород, давления грунтовых вод, веса зданий и сооружений, как существовавших до проведения тоннеля, так и возводящихся вблизи уже построенного тоннеля, нагрузок от движущихся по поверхности транспортных средств, позволяющая учитывать влияние инъекционного укрепления пород на напряженное состояние обделки; получены новые аналитические решения соответствующих плоских задач теории упругости для двухслойного кольца произвольной формы, внутренний слой которого моделирует обделку тоннеля, а наружный - зону укрепленных пород, подкрепляющего отверстие в линейно-деформируемой полубесконечной среде, моделирующей массив пород (грунта); на основе полученных решений разработан аналитический метод расчета обделок некруговых тоннелей мелкого заложения, в том числе -сооружаемых с применением инъекционного укрепления, на указанные нагрузки и воздействия; разработаны соответствующие алгоритмы и комплекс компьютерных программ, позволяющий производить расчет обделок произвольного поперечного сечения тоннелей мелкого заложения, в том числе - сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород; произведена проверка точности удовлетворения граничных условий, определено минимальное число удерживаемых членов в рядах разложения комплексных потенциалов Колосова-Мусхелишвили, обеспечивающее удовлетворение граничных условий с погрешностью, не превышающей 5 %; выполнено сравнение результатов, полученных с помощью разработанного метода, с имеющимися решениями частных задач и данными, полученными с использованием численного моделирования методом конечных элементов; установлены зависимости максимальных растягивающих и сжимающих нормальных тангенциальных напряжений на внутреннем контуре поперечного сечения обделки тоннеля, сооружаемого без применения инъекционного укрепления окружающего массива, при действии собственного веса пород, давления грунтовых вод, действия веса зданий и сооружений на поверхности, нагрузок, вызываемых движением транспортных средств на поверхности, от основных влияющих факторов - глубины заложения тоннеля, коэффициента бокового давления пород в ненарушенном массиве, уровня грунтовых вод, отношения модулей деформации пород и материала обделки, толщины обделки, положения здания относительно тоннеля; установлены.зависимости максимальных сжимающих и растягивающих нормальных тангенциальных напряжений на внутреннем контуре поперечного сечения обделки тоннеля от толщины зоны укрепленных пород и степени укрепления при рассматриваемых воздействиях. Диссертационная работа поддержана грантами Министерства образования РФ АОЗ-2.13-23 и Совета Программы государственной поддержки ведущих научных школ НШ-1013.2003.5.

Разработанный в диссертационной работе метод расчета использовался ОАО «Гидроспецпроект» (г. Москва) при проектировании обделок припортальных участков технологического тоннеля между нефтебазами «Шесхарис» и «Грушевая» в г. Новороссийск. Результаты диссертационной работы использованы также ЗАО «Бестраншейные технологии» (г. Волгоград) при расчете обделки тоннеля тепломагистрали котельной Волгоградского завода буровой техники. Метод расчета принят ОАО «Гидроспецпроект» и ЗАО «Бестраншейные технологии» к дальнейшему внедрению при практическом проектировании.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Деев, Петр Вячеславович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, посвященной разработке нового аналитического метода расчета некруговых обделок тоннелей мелкого заложения, в том числе - сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород (грунта) на действие собственного веса пород, давления грунтовых вод, веса зданий и сооружений на поверхности (как существовавших до проведения тоннеля, так и возведенных после его проходки), действие нагрузок от транспортных средств, движущихся по поверхности, который позволяет быстро и эффективно производить многовариантные расчеты тоннельных обделок, что имеет существенное значение при проектировании тоннелей, в том числе - сооружаемых в условиях городской застройки.

Основные полученные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

2. С целью реализации математической модели получены новые аналити-^ ческие решения соответствующих плоских задач теории упругости для двухслойного кольца произвольной формы (с одной осью симметрии), моделирующего обделку тоннеля и зону укрепленных пород, подкрепляющего отверстие в полу бесконечной линейно-деформируемой среде, моделирующей массив, при наличии в среде и наружном слое кольца начальных напряжений, линейно изменяющихся по глубине, обусловленных собственным весом пород или давлением грунтовых вод, а также действии вертикальной нагрузки, равномерно распределенной на произвольном участке границы полуплоскости, приложенной до образования отверстия или после образования подкрепленного отверстия, моделирующей действие веса здания или сооружения, существовавшего до проведения тоннеля или возводящегося вблизи существующего тоннеля.

3. На основе полученных решений разработан новый метод расчета обделок некруговых тоннелей мелкого заложения, в том числе - сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород (грунта), на действие собственного веса пород, давления грунтовых вод, веса зданий или сооружений, как существовавших на поверхности до проведения тоннеля, так и возводящихся после его проходки и крепления, а также нагрузок от движущихся по поверхности транспортных средств.

5. С целью оценки достоверности получаемых результатов произведена проверка точности удовлетворения граничных условий рассмотренных задач, выполнено сравнение результатов расчетов с решениями частных задач, полученными другими авторами, и с данными численного моделирования методом конечных элементов. Высокая точность удовлетворения граничных условий (погрешность не превышает 5 %), полное совпадение с аналитическими решениями частных задач и хорошее согласование с данными численного Моделирования (отличия результатов не превышают 14 %), свидетельствуют о возможности практического применения разработанного метода при проектировании тоннелей.

7. Разработанный в диссертации метод расчета использовался ОАО «Гидроспецпроект» при проектировании обделок припортальных участков технологического тоннеля между нефтебазами «Шесхарис» и «Грушевая» в г. Новороссийск. Результаты диссертационной работы использованы также ЗАО «Бестраншейные технологии» (г. Волгоград) при расчете обделки тоннеля тепломагистрали котельной Волгоградского завода буровой техники. Метод расчета принят ОАО «Гидроспецпроект» и ЗАО «Бестраншейные технологии» к дальнейшему внедрению при практическом проектировании.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Деев, Петр Вячеславович, Тула

1. Амусин Б. 3., Линьков A.M. Об использовании метода переменных модулей для решения одного класса задач линейной наследственной ползучести// Изв. АН СССР/ Механика твердого тела. 1974. -№ 6. - С. 162-166.

2. Амусин Б. 3., Фадеев А. Б. Метод конечных элементов при решении задач горной геомеханики. М.: Недра. - 1975. - 144 с.

3. Анциферов С.В. Расчет обделок параллельных круговых тоннелей мелкого заложения, сооружаемых с применением укрепительной цементации// Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.: Изд. МГГГУ, 2003 г. №5. - С. 183-186.

4. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика подземных сооружений и конструкций крепей. М.: Недра, 1992. - 200 с.

5. Барях А.А., Самоделкина Н.А. Сдвижение земной поверхности при сооружении участка метрополитена// Проблемы подземного строительства в XXI веке. Труды международной конференции. Тула, Россия 25-26 апреля 2002 г. Тула: Изд. ТулГУ, 2002. - С. 19 - 22.

6. Бате К., Вильсон Е. Численные методы анализа и метод элементов. М: Стройиздат. - 1982. - 442 с.

7. Бодров Б.П., Матэри Б.Ф. Кольцо в упругой среде// Метропроект/ Отдел типового проектирования. 1936. - Бюл. №24.

8. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений: учебник для вузов. М.: Недра. - 1994. - 382 с.

9. Булычев Н.С. О новых методах расчета крепи капитальных горных выработок//Шахтное строительство, 1985.-№ 2.-С .7-8.

10. Булычев Н.С. О расчете обделок тоннелей в очень слабых грунтах//

11. Щс Проблемы подземного строительства в XXI веке. Труды междунат родной конференции. Тула, Россия 25-26 апреля 2002 г. Тула:

12. Изд. ТулГУ, 2002. С. 35 - 37.

13. Булычев Н.С. Основы методики научных исследований в подземном строительстве// текст лекций. Тула, 1986. - 58 с.

14. Булычев Н.С., Демин Н.Н., Макаров В.В. Расчет обделок напорных коллекторных тоннелей вблизи земной поверхности//Шахтное строительство. 1984. - N 9. - С. 18-19.

15. Булычев Н.С., Оловянный Г.А. Расчет двуслойной крепи выработок кругового сечения при неравномерной нагрузке/ Исследование проявлений горного давления на глубоких горизонтах.

16. Булычев Н.С., Фотиева Н.Н., Стрельцов Е.В. Проектирование и расчет крепи капитальных выработок. М.: Недра. - 1986. - 288 с.

17. Воронина И.Ю. Напряженное состояние обделок параллельных взаимовлияющих подводных тоннелей в водонасыщенном массиве пород//Труды НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. Серия: Инженерная

18. Ф механика, материаловедение и надежность оборудования/ РХТУим. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт. Новомосковск,2002. Вып. №4(7). С. 119-122.

19. Гарбер В.А. Научные основы проектирования тоннельных конструкций с учетом технологии их сооружения// Научно-исследов. Центр "Тоннели и метрополитены" АО ЦНИИС. В 2-х кн. М. -1996.

20. Глушихин Ф.П., Кузнецов Г.Н. и др. Моделирование в геомеханике. М: Недра. - 1991. - 240 с.

21. Городецкий А.С. Метод конечных элементов в проектировании транспортных сооружений. М.: Транспорт. - 1981. - 233 с.

22. Григорьев А.Е. Моделирование системы «протяженная выработка -целик протяженная выработка» на эквивалентных материалах//

23. Известия Тульского государственного университета. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Выпуск 1. Тула: Изд. ТулГУ, 2003 - С. 73 - 77.

24. Давыдов В.В., Белоусов Ю.И. Химический способ упрочнения горных пород М.: Недра, 1977 - 228 с.

25. Донец М.Н. Расчет двухслойной бетонной крепи ствола/ Механика подземных сооружений.-Тула: ТулГТУ, 1994- С.118-127.

26. Дунаевский Р.А. Расчет обделок комплекса некруговых параллельных тоннелей на внутреннее равномерно распределенное давление/ Деп. ВНИИС Госстроя СССР, № 4978. М., 1984. - 13 с.

27. Дунаевский Р.А. Расчет обделок комплекса параллельных тоннелей мелкого заложения/ Исследование проблем механики подземных сооружений// Сборник научных трудов. Тула: Изд. ТулПИ, 1987. -С. 38-42.

28. Дюрелли А., Райли У. Введение в фотомеханику (поляризационно-оптический метод). Пер. С англ. М.: Мир. - 1970. - 430 с.

29. Ержанов Ж.С. Теория ползучести горных пород и ее приложения. -Алма-Ата: Наука, 1964.- 173 с.

30. Ержанов Ж.С., Айталиев Ш.М., Масанов Ж.К. Сейсмонапряженное состояние подземных сооружений в анизотропном слоистом массиве. Алма-Ата: Наука. - 1980. - 212 с.

31. Ержанов Ж.С., Каримбаев Г.Д. Метод конечных элементов в задачах механики горных пород. -Алма-Ата:Наука, 1975.- 217 с.

32. Завьялов Р.Ю. Расчет анкерной крепи тоннелей круглого сечения/ Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте// Сборник трудов IV Международной конференции 29-30 июня 1999 г. СПб: Изд. ПГУПС, 1999. - С. 164-170.

33. Залесский К.Е. Расчет многослойных обделок круговых туннелей в трансверсально-изотропном массиве горных пород на действие тектонических сил в массиве/ Механика подземных сооружений. Тула: ТулГУ. 1997. - С.164 - 172.

34. Заславский И.Ю., Бородуля Н.Ф. Новые способы тампонажа за-крепного пространства горных выработок //Шахтное строительство 1985. - №1.- С. 11-14.

35. Зенкевич О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошной среды. М.: Мир, 1974.-239 с.

36. Золотов О.Н., Ксенофонтов В.К. Расчет подземных гидротехнических сооружений методом конечных элементов в нелинейной постановке// Гидротехническое строительство. 1983. - №12. - С. 1319.

37. Иванов Г.М. Напряженное состояние изотропной эллиптической пластинки, ослабленной эллиптическими отверстиями //Прикладная механика, 1972. Том VIII, в. 11- С. 82-87.

38. Инструкция по расчету и применению облегченных видов крепей с анкерами в вертикальных стволах. РД 12.18.089-90. Минуглепром СССР. Харьков, 1990.-75 с.

39. Инъекционное упрочнение горных пород/ Заславский Ю.З., Лопухин Е.А. и др. М.: Недра, 1984.-176 с.

40. Калоеров С.А. Напряженно^ состояние анизотропной полуплоскости с конечным числом эллиптических отверстий// Прикладная механика. -1966. Т.2. - №10. - С.78-82.

41. Калоеров С.А. Распределение напряжений в анизотропной полуплоскости с подкрепленным круговым отверстием// Известия АН

42. АрмССР. Механика. 1969. - Т. 22. - № 3. - С. 18-24.

43. Каретников В.Н., Клейменов В.Б., Нуждихин А.Г. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок. М.: Недра. -1989. - 570 с.

44. Каретников В.Н., Степеннов А.В. Расчет крепи подготовительных горных выработок при искусственном упрочнении горных пород// Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов. Тула: ТулПИ. - 1979. - С.74-79.

45. Кассирова Н.А. Зависимость напряженного состояния обделкикругового туннеля от степени ее дренирования// Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1975.-Т. 106 С.99-108.

46. Кассирова Н.А. Влияние противофильтрационной цементации на статическую работу обделки туннеля под давлением подземных вод// Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева.- Л.: Энергия, 1979.-Т. 130.-С.45-51.

47. Кассирова Н.А., Артемьева Е.Б. Расчет обделок туннелей на внутреннее давление воды с учетом зон разуплотнения иф цементации окружающего горного массива// Известия ВНИИГ им.

48. Б.Е.Веденеева.- Л.:Энергия, 1980.-Т. 137.-C.3—32.

49. Киреева Г.Б., Залесский К.Е. Напряженное состояние обделки кругового туннеля в анизотропном массиве при действии собственного веса пород// Механика подземных сооруже-ний.-Тула: ТулПИ. 1991. -С.10-16.

50. Климов Ю.И., Капунова Н.А. Влияние укрепительной цементации пород на напряженное состояние обделок тоннелей, расположенных в тектонически активных массивах/ Механика подземных сооружений. Тула: ТулПИ, 1992. - С.52-58.

51. Козел A.M., Сердюков Л.И. Определение расчетных гидростатических нагрузок на крепь вертикальных стволов// Шахтное строительство. 1976. - №7. С. 5-7.

52. Козлов А.Н. Задача минимизации расстояния между параллельными выработками в сейсмических районах//

53. Аналитические методы и применение ЭВМ в механике горныхи применение ЭВМ в механике горных пород. Новосибирск. -1982. - Вып.2. - С. 169-171.

54. Козлов А.Н. Определение необходимых размеров целиков между напорными гидротехническими туннелями// Механика подземных сооружений. Тула: ТулПИ. - 1984. - С. 50-57.

55. Козлов А.Н. Расстояние между тоннелями в сейсмически активных районах// Транспортное строительство. 1983.- №8. - С. 16-17.

56. Комплексный метод тампонажа при строительстве шахт/ Э.Я.Кипко, Ю.А.Полозов, О.Ю.Лушникова и др. М.: Недра, 1984. - 280 с.

57. Константинова С.А., Гуляев А.А. О проектировании подземных сооружений неглубокого заложения на территории эксплуатируемых месторождений полезных ископаемых. Тула, Россия 25-26 апреля 2002 г. Тула: Изд. ТулГУ, 2002. - С. 102

58. Копылов С.И. Повышение несущей способности многослойной круговой обделки с анкерной крепью замкового типа// Геомеханика. Механика подземных сооружений. Сб. научн. трудов. Тула: Изд. ТулГУ. - 2001. - С. 102 - 107.

59. Корнеева Н.Н. Расчет обделок тоннелей, сооружаемых вблизи склонов, на действие собственного веса пород// Горный информационно-аналитический бюллетень, №10, 2000. М.: Изд. МГГУ, 2000. - с. 110-112.

60. Корнеева Н.Н. Расчет обделок тоннелей, сооружаемых вблизи склонов, на действие собственного веса пород// Горный информационно-аналитический бюллетень №10/2000 г. Москва, Изд. МГГУ. -С. 106-109.

61. Космодамианский А. С. Напряженное состояние анизотропных сред с отверстиями или полостями. Киев: Виша школа. - 1976. -200 с.

62. Космодамианский А.С., Калоеров С.А. Температурные напряжения в многосвязных пластинках. Киев; Донецк: Вища школа. Головное изд-во, 1983:-160 с.

63. Космодимианский А.С. Приближенный метод определения напряженного состояния изотропной пластинки с конечным числом круговых отверстий// Изв. АН СССР, ОТН. Механика и машиностроение. 1960. - №2. - С. 132-135.

64. Курленя М.В., Миренков В.Е. Методы расчета подземных сооружений. Новосибирск: Наука. - 1986. - 232 с.

65. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Методы теории функций комплексного переменного// Изд. 4-е испр./ Учеб. пособие. М.: Наука, 1973.- 736 с.

66. Лехницкий С. Г. Теория упругости анизотропного тела. М.: Гос-техиздат, 1977. 367 с.

67. Лехницкий С.Г. Распределение напряжений вблизи горизонтальной выработки эллиптического сечения в трансверсально-изотропном массиве с наклонными плоскостями изотропии// Механика деформируемого твердого тела. 1966. - №2. - С. 54-62.

68. Лиманов Ю.А. Моделирование статической работы туннельных обделок методом эквивалентных материалов// Труды Гидропроекта. Сб. 18.- 1979. - С. 46-54.

69. Макаров В.В. Разработка методики расчета обделок коллекторных тоннелей неглубокого заложения с учетом контактного взаимодействия с массивом пород// Автореф. дис. канд. техн. наук. Тула: ТулПИ. - 1985. - 127 с.

70. Маковский Л.В. Городские подземные транспортные сооружения. -М.: Стройиздат. 1985. - 472 с.

71. Мелентьев П.В. Приближенные вычисления. М.: Физматгиз, 1962.- 570 с.

72. 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.

73. Методические рекомендации по расчету крепи горных вырботок в упрочненном массиве/ Минуглепром СССР. Донецк: ЦБНТИ, 1989 40 с.

74. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М. - Наука. - 1966. - 707 с.

75. Насонов И.Д., Митраков В.И. Химическое упрочнение мелкопористых и тонкотрещиноватых пород в горно-строительной практике// Шахтное строительство. 1973.-№ 10, -С. 23-26.

76. Оловянный А.Г. Расчет крепи стволов на гидродинамического давление фильтрующей воды/ Устойчивость и крепление горных выработок.-Д., 1979 Вып. 3-е.88-94.

77. Пониматкин П.У. Расчет круговой обделки туннеля с учетом фильтрации через обделку и зону укрепительной цементации// Гидротехническое строительство. -1972.-№3.-С.35-38.

78. Применение тампонажных растворов с использованием веществ для гидроизоляции и укрепления горных пород/ Сафрыкин Ю.С., Борейко В.Н., Травнина Л.И. и др./ Обзорная информация. М.: 1986. 20 с.

79. Проектирование и технология инъекционного закрепления грунтов при строительстве транспортных тоннелей/ Мацегора А.Г., Безродный К.П., Саммаль А.С., Фотиева Н.Н. М.: АО "Ленметрогипрот-ранс", 1997.-90 с.

80. Рекомендации по проектированию и строительству тоннелей с применением арочно-бетонной крепи, учитываемой в составе постоянной обделки. М.: Всес. ин-т н.-и. трансп. стр-ва., 1992.-51 с.

81. Розанов Н.С., Кассирова Н.А., 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.

82. Руководство по проектированию гидротехнических туннелей. М. -Стройиздат. - 1982. - 287 с.

83. Руководство по проектированию коммуникационных тоннелей. -М. Стройиздат. - 1979. - 70 с.

84. Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчету крепи. М. - Стройиздат. - 1983. - 273 с.

85. Рыжевский М. Инъекционное закрепление грунтов в тоннелях, строящихся с помощью ТПМК// Метро и тоннели. М: «ТА Инжиниринг» №6, 2003 . - с. 18-21.

86. Савин Г.Н. Распределение напряжений около отверстий. Киев: Наукова думка. - 1968. - 887 с.

87. Савин Н.И. Расчет многослойной крепи стволов, сооружаемых с применением комплексного метода тампонажа трещиноватого массива /Механика подземных сооружений. Тула: ТулПИ.-1987.-С.15-21.

88. Савин Н.И. Экспериментально-аналитический метод расчета крепи по результатам измерений нормальных тангенциальных напряжений/ Исследование проблем механики подземных сооружений// Сборник научных трудов. Тула: Изд. ТулПИ, 1987. - С. 31-34.

89. Савицкий В.В., Шейнин В.И. Назначение граничных условий и порядок расчета МКЭ мелкозаглубленных сооружений// Основания, фундаменты и механика грунтов. 1996. -№ 6. - С. 14

90. С&лшаль А.С. Взаимодействие крепи подземных сооружений с упрочненным массивом пород// Механика подземных сооружений Тула: ТулПИ.-1986. С. 12-19.

91. Саммаль А.С. Расчет многослойных подземных конструкций несимметричного сечения на действие гравитационных и тектонических сил в массиве// Механика подземных сооружений/ Сборник научных трудов. Тула: Изд. ТулГУ, 1997. - с. 133-145.

92. ПО.Саммаль А.С. Расчет обделок туннелей на действие давления подземных вод с учетом укрепительной цементации пород /Механика подземных сооружений Тула: ТулПИ.- 1987.- С. 17-23.

93. Саммаль А.С., Яковлева О.В. Расчет крепи горных выработок с предварительным упрочнением пород// Механика подземных сооружений. Тула: ТулПИ, 1988. - С. 65-73.

94. Сапегин Д.Д. Влияние цементации на деформационные свойства трещиноватых горных пород// Гидротехническое строительство, -1965.-№ 5- С. 26-30.

95. Сергеев С.В. Деформирование элементов тюбинговой крепи// Известия Тульского государственного университета. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Выпуск 1. Тула: Изд. ТулГУ, 2003. - С. 273 - 275.

96. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы/ Госстрой СССР. М.: ИТП Госстроя СССР, 1985. - 200 с.

97. СНиП 2.06.09-84 Туннели гидротехнические.- М.: Госстрой, 1985. -17 с.

98. СНиП 2.06.14-85 Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. -40 с.

99. СНиП Н-44-78 Тоннели железнодорожные и автодорожные.- М.: Стройиздат, 1979. -28 с.

100. СНиП П-94-78 Подземные горные выработки.- М.: Стройиздат, 1982. -30 с.

101. Справочник по механике и динамике грунтов// Швец В.Б., Гинзбург Л.К., Гольдштейн В.М./ под. ред. В.Б. Швеца. Киев: Буди-вельник, 1987. - 232 с.

102. Трумбачев В.Ф., Славин O.K. Методика моделирования горных пород методами фотомеханики. М. - Наука. - 1974. - 99 с.

103. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. JI.: Недра, 1989. - 488 с.

104. Угодчиков А.Г. Построение конформно отображающих функций при помощи электромоделирования и интерполяционных полиномов Лагранжа. Киев: Наукова Думка, 1966.- 99 с.

105. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. -М.: Недра, 1987. -221 с.ф 132. Филатов H.A. , Беляков В.Д., Иевлев Г.А. Фотоупругость в горной геомеханике. М.: Недра. - 1975. - 184 с.

106. Фильчаков П.Ф, Приближенные методы конформных отображений: Справочное руководство. Киев: Наукова Думка, 1964.- 530 с.

107. Фотиева Н.Н. Влияние строительства зданий на напряженное состояние и несущую способность обделок близко расположенных тоннелей// Вестник «Технология и проектирование подземного строительства». Донецк: Норд-Пресс, 2003. - Вып.З. - С. 42-52.

108. Фотиева Н.Н. Расчет крепи подземных сооружений в сейсмически активных районах М. - Недра. - 1980. - 222 с.

109. Фотиева Н.Н. Расчет обделок тоннелей некругового поперечного сечения. М.: Стройиздат, 1974.- 240 с.

110. Фотиева Н.Н., Анциферова JI.H. Расчет многослойных обделок тоннелей мелкого заложения// Механика подземных сооружений. Сборник научных трудов. Тула: Изд. ТулГУ, 1997. - с. 9-25.

111. Фотиева Н.Н., Афанасова О.В. Расчет круговой крепи подземных сооружений в неоднородном массиве на действие собственного веса грунта// Подземное и шахтное строительство. 1991. - №2. - С. 22-23.

112. Фотиева Н.Н., Безродный К.П., Саммаль А.С. Расчет инъекционного упрочнения грунтов зон тектонических разломов// Методы искусственной стабилизации грунтов при строительстве Северо-Муйского тоннеля. Сб. научн.трудов.-М.: ВНИИС.- С. 13-29.

113. Фотиева Н.Н., Воронина И.Ю. Расчет обделок параллельных взаи-мовлияющих подводных тоннелей// Геомеханика. Механика подземных сооружений/Сборник научных трудов/ ТулГУ, Тула 2001. -С.165-176.

114. Фотиева Н.Н., Казакевич Э.В., Саммаль А.С. Определение области применения облегченной крепи с использованием набрызгбетона// Шахтное строительство, 1986.-№4.-С.9-11.

115. Фотиева Н.Н., Климов Ю.И. Алгоритм расчета обделок туннелей из набрызгбетона в сочетании с анкерами на сейсмические воздействия// Механика подземных сооружений. Тула: ТулГТУ, 1993.-С.15-26.

116. Фотиева Н.Н., Козлов А.Н. Расчет крепи параллельных выработок в сейсмических районах.-М.: Недра, 1992. -231 с.

117. Фотиева Н.Н"., Саммаль А.С., Климов Ю.И. Расчет многослойных конструкций крепи горных выработок некругового поперечного сечения/ Вопросы разработки месторождений Дальнего Востока (Межвузовский сборник научн. трудов) Владивосток, 1990. - С. 19-29.

118. Фотиева Н.Н., Саммаль А.С. Напряженное состояние массива вокруг выработки произвольной формы с учетом технологической неоднородности пород/ Проблемы механики горных пород. "Материалы 8 Всес. конф. по механике горных пород". М., 1987.- С. 82-89.

119. Фотиева Н.Н., Саммаль А.С. Расчет многослойной обделки некруговых гидротехнических туннелей// Технология и механизация горных работ/ Сб. научн. трудов,- М.: Изд-во АГН, 1998.- С. 83-88.

120. Фотиева Н.Н., Саммаль А.С. Расчет набрызгбетонной крепи в сочетании с анкерами на сейсмические воздействия// Горный информационно-аналитический бюллетень. № 8, 2004. - М.: Изд. МГГУ. -с. 179-181.

121. Фотиева Н.Н,, Саммаль А.С. Расчет обделок напорных туннелей с учетом укрепительной цементации пород// Гидротехническое строительство.-1987 .-№ 1 .-С .17-19.

122. Фотиева Н.Н., Саммаль А.С., Петренко А.К., Яковлева О.В. Определение эффективных параметров закрепленных зон разломов и расчет обделок тоннелей с учетом закрепления// Шахтное строительство. -№4. ~ 1989 С. 11-14.

123. Фотиева Н.Н., Саммаль А.С., Хомякова О.А. Расчет круговых набрызгбетонных обделок в сочетании с анкерами на сейсмические воздействия// Механика подземных сооружений. Тула: ТулПИ, 1992.- 17-28.

124. Хесин Г.Л., Дмоховский А.В. Исследование методом фотоупругости напряженного состояния подземных сооружений в условиях первой и второй смешанной задачи теории упругости.//Труды Гидропроекта, М.: Недра, 1970. № 18.- С. 103-120.

125. Шейнин В.И. Геомеханика в расчетах и проектировании малоза-глубленных подземных сооружений (особенности и проблемы)// Основания, фундаменты и механика грунтов. 1992. - №3.

126. Шейнин В.И., Савицкий В.В. Численно-аналитическое решение контактной задачи теории упругости о напряженном состоянии кругового кольца в неоднородной плоскости. 1990. - №5. - С. 3641.

127. Шерман Д.И. О напряжениях в весомой полуплоскости, ослабленной двумя круговыми отверстиями// Прикладная математика и механика. 1951. - Т. 15. - №3. - С. 297-316.

128. 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.

129. Юркевич П. Геомеханические модели в современном строительстве// Подземное пространство мира. М.: ТИМР, №1-2, 1996. - С. 10-33.

130. Bernat S., Cambou В., Dubois P. Numerical modelling of tunneling in soft soil//Proceedings of the international symposium on Geotechnical aspects of underground Construction in soft Ground/London/UK/15-17 April 1996/A.A.Balkema/1996. P.465-470.

131. Canetta G., Cavagna В., Nova R. Experimental and Numerical Tests on the Excavation of a Railway Tunnel in Grouted Soil in Milan// Proc. Int. Symp. Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, London, 1996. p. 479 - 484.

132. Farias M.M., Assis A.P. Numerical simulation of a tunnel excavated in a porous collapsible soil// Proc. of the Int. Symp. on Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground. 19-21 July 1999. -Tokyo, Japan. Balkema, 2000. - pp. 501-506.

133. Fotieva N.N., Antziferov S.V., Korneeva N.N. Designing tunnel linings located near slopes// Geotechnics 99 "The base of the modern technologies of constructions" Ostrava, Czech Republic, 21-22 September, 1999. - p. 88-90.

134. Fotieva N.N., Bulychev N.S., Sammal A.S. Design of shallow tunnel linings. Proceedings of the ISRM International Symposium Eurock'96: Rotterdam: Balkema, 1996. p. 677-680.

135. Fotieva N.N., Bulychev N.S., Sammal A.S., Fowell R.J. The influence of gas corrosion on the bearing capacity of sewer tunnel linings/ Underground construction 2003. Jnt. Conf. and Exibition, London, Docklands, UK, 2003. p.135-141.

136. Fotieva N.N., Bulychev N.S., Sammal A.S., Voronina I.Y. Design of parallel mutually influencing undersea and under-river tunnel linings//

137. Ф Claiming the Underground Space/ Proc. of the ITA World Tunneling

138. Congress 2003, 12-17 April 2003, Amsterdam, the Netherians, Vol. 2, p. 1123-1125.

139. Fotieva N.N., Voronina I. Yu. Study of parallel undersea or under-river tunnel linings stress state/ Proceedings of the VHth Regional Rock-Mechanics Symposium, 21-22 October 2004, Sivas. Turkey 2004. p. 389-393.

140. Fricker S.O., Alder A.J. The use of 3-dimentional numerical analysis in tunnel design// Underground Construction 2001/ International Exibition&Simposium 18-20 September 2001, EXCEL, London, Doclands, UK.-pp. 449-461.

141. Fujii Т., Hagiwara Т., Kusukabe O. Active failure mechanism of a deep circular shaft in dry sand/ Proc. Int. Symp. Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, London, 1996. p. 137-142.

142. Hergarden H.J.A.M., Van der Poel J.T., Van der Schrier J.S. Ground moverment due to tunneling: influence of shallow and pile foundations/ Proc. Int. Symposium Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground. London

143. Kochen R., Negro Jr. Numerical modelling of a tunnel in soft porous clay/ Proc. Int. Symp. Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, London, 1996. p. 549-552.

144. Leca E. Modelling and prediction for bored tunnels// Proc. Int. Symp. Geotechnical -Aspects of Underground Construction in Soft Ground, London, 1996. p. 27-41.

145. Potts D.M., Addenbroke T.I. The influence of an existing surface structure on the ground movements due to tunneling/ Proc. Int. Symp. Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, London, 1996. p. 573-578.

146. Pracovsky J. Some aspects of contact stress measurements around tunnels/ Proc. Int. Symp. Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, London, 1996. p. 307-310.

147. Reddish D.J., Benbia A., Thomson J.F.K. A multi-stage finite element analysis of a complex tunnel section in London CI ay/ Proc. Int. Symp. Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, London, 1996. p. 579-584.

148. Sammal A.S. Designing multi-layer underground structures of arbitrary cross-section shape/ Studia Geotechnica et Mechanica, Poland. Vol. XVII, No 3-4, 1995. - p.55-60.

149. Simpson В., Atkinson J.H., Jovicic V. The influence of anisotropy on calculations of ground settlements above tunnels/ Proc. Int. Symp. Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, London, 1996. p. 591-594.

Информация о работе

Деев, Петр Вячеславович
кандидата технических наук
Тула, 2004
ВАК 25.00.20

Диссертация

Разработка метода расчета некруговых обделок тоннелей мелкого заложения, в том числе сооружаемых с применением инъекционного укрепления пород (грунта) - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы