Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 89084 10.20295/1815-588X-2024-03-609-621 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем The key-segment extrusion during the construction of large-diameter transport tunnels Выдавливание замкового блока при строительстве транспортных тоннелей большого диаметра Константинов Василий Денисович Konstantinov Vasiliy Denisovich vasyakonst213@gmail.com Новиков Анатолий Леонидович Novikov Anatoliy Leonidovich Сокорнов Антон Александрович Sokornov Anton Aleksandrovich scarlunch@mail.ru Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Saint-Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Saint-Petersburg Russian Federation 30 09 2024 30 09 2024 21 3 609 621 29 09 2024 https://atjournal.ru/en/nauka/article/89084/view

Цель: рассмотреть проблему выдавливания замкового блока, возникающую при строительстве тоннелей метрополитена в Санкт-Петербурге с использованием сборных высокоточных железобетонных обделок повышенной водонепроницаемости диаметром 10,3 м. Проанализировать возможные процессы, приводящие к этому явлению, и методы решения проблемы в условиях строительства. Определить, к каким последствиям приводят применяемые на данный момент варианты решения проблемы. Разработать аналитическую методику определения величины силы трения, действующей по плоскостям радиальных стыков контактирующих блоков на базе классических методов строительной механики. Провести математическое моделирование процесса выдавливания методом конечных элементов и сравнить его результаты с полученными аналитически. Разработать рекомендации по ликвидации выдавливания блока, которые можно как применить в условиях строительства, так и учесть при проектировании конструкций обделок. Проанализировать эффективность предлагаемых рекомендаций. Методы: использовались натурные данные с построенных объектов, аналитические расчеты и математическое моделирование методом конечных элементов. Результаты: предложена аналитическая методика определения величины усилия выталкивания замкового блока и силы трения в радиальных стыках смежных и замкового блоков. Результаты математического моделирования показали высокую сходимость результатов, получаемых двумя методами. Разработаны рекомендации по устранению явления выдавливания, оценена их эффективность. Практическая значимость: результаты исследования могут быть использованы на этапе проектирования конструкций сборных железобетонных обделок повышенной водонепроницаемости для тоннелей большого диаметра, а также в условиях строительства в момент монтажа замкового и смежных блоков.

Purpose: to consider the problem of the key-segment extrusion that occurs during the construction of subway tunnels in St. Petersburg using prefabricated high-precision reinforced concrete linings with increased water resistance with a diameter of 10.3 m. To analyze the possible processes leading to this phenomenon and methods of solving the problem in construction conditions. To determine the consequences of the currently used solutions to the problem. To develop an analytical methodology for determining the magnitude of the friction force acting on the radial joints planes of contacting segments based on classical structural mechanics methods (displacement method). To carry out mathematical modeling of the extrusion process by the finite element method and compare its results with those obtained analytically. To develop recommendations for the elimination of block extrusion, which can be both applied in construction conditions and taken into account when designing lining structures. To analyze the effectiveness of the proposed recommendations. Methods: full-scale data from constructed objects, analytical calculations and mathematical modeling by the finite element method were used. Results: an analytical method is proposed for determining the magnitude of the pushing force of the key-segment and the friction force in the radial segment joints. The results of mathematical modeling showed high convergence of the results obtained by the two methods. Recommendations have been developed to eliminate the phenomenon of extrusion, and their effectiveness has been evaluated. Practical importance: the results of the study can be used at the design stage of prefabricated reinforced concrete linings with increased water resistance for large-diameter tunnels, as well as in construction conditions at the time of installation of the key segment.

 сборная высокоточная железобетонная обделка повышенной водонепроницаемости замковый блок тоннелепроходческие механизированные комплексы тоннели большого диаметра математическое моделирование сила трения refabricated high-precision reinforced concrete lining with increased water resistance keysegment tunnel boring machine large-diameter tunnels mathematical modeling friction force

Крюкова М. С., Новиков А. Л. Автодорожный подводный тоннель под Невой // Транспорт проблемы, идеи, перспективы: сборник трудов LXXXI Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Санкт-Петербург, 19–26 апреля 2021 года). СПб.: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2021. С. 233–237. Kryukova M. S., Novikov A. L. Avtodorozhnyy podvodnyy tonnel' pod Nevoy // Transport problemy, idei, perspektivy: sbornik trudov LXXXI Vserossiyskoy nauchno-tehnicheskoy konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh (Sankt-Peterburg, 19–26 aprelya 2021 goda). SPb.: FGBOU VO PGUPS, 2021. S. 233–237. Егоров Р. А., Ледяев А. П. Первый опыт использования ТПМК Ø10,3 м в отечественном метростроении // Транспорт: проблемы, идеи, перспективы: сборник трудов LXXVIII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Санкт-Петербург, 16–23 апреля 2018 года). СПб., 2018. С. 23–27. Egorov R. A., Ledyaev A. P. Pervyy opyt ispol'zovaniya TPMK Ø10,3 m v otechestvennom metrostroenii // Transport: problemy, idei, perspektivy: sbornik trudov LXXVIII Vserossiyskoy nauchno-tehnicheskoy konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh (Sankt-Peterburg, 16–23 aprelya 2018 goda). SPb., 2018. S. 23–27. Влияние сил трения на прочность бетона / В. П. Селяев [и др.] // Региональная архитектура и строительство. 2012. № 3. С. 12–17. Vliyanie sil treniya na prochnost' betona / V. P. Selyaev [i dr.] // Regional'naya arhitektura i stroitel'stvo. 2012. № 3. S. 12–17. Ledyaev A., Kavkazskiy V., Davidenko E. Examination of the stress-strain state of service tunnels at the airport Domodedovo // International scientific siberian transport forum “TransSiberia 2021”. Trans- Siberia 2021: Lecture Notes in Networks and Systems. Springer Cham, 2022. Vol. 1. P. 28–37. Ledyaev A., Kavkazskiy V., Davidenko E. Examination of the stress-strain state of service tunnels at the airport Domodedovo // International scientific siberian transport forum “TransSiberia 2021”. Trans- Siberia 2021: Lecture Notes in Networks and Systems. Springer Cham, 2022. Vol. 1. P. 28–37. Construction strategies for a NATM tunnel in São Paulo, Brazil, in residual soil / P. M. Osvaldo [et al.] // Underground Space. 2022. Vol. 7, iss. 1. P. 1–18. DPI: 10.1016/j.undsp.2021.04.002. Construction strategies for a NATM tunnel in São Paulo, Brazil, in residual soil / P. M. Osvaldo [et al.] // Underground Space. 2022. Vol. 7, iss. 1. P. 1–18. DPI: 10.1016/j.undsp.2021.04.002. Shaposhnikov E. A., Frolov Yu. S. Substantiation of rational design factors of a metropolitan railway station without side railway platforms // Russian Journal of Transport Engineering. 2023. Vol. 10. No. 1. URL: https://t-s.today/PDF/05SATS123.pdf. DOI: 10.15862/05SATS123. Shaposhnikov E. A., Frolov Yu. S. Substantiation of rational design factors of a metropolitan railway station without side railway platforms // Russian Journal of Transport Engineering. 2023. Vol. 10. No. 1. URL: https://t-s.today/PDF/05SATS123.pdf. DOI: 10.15862/05SATS123. Numerical simulation of the thermal response of seabed sediments to geothermal cycles in Suvilahti, Finland / Marek Mohyla, et al. // Renewable Energy. 2024. Vol. 221. DOI: 10.1016/j.renene.2023.119770. Numerical simulation of the thermal response of seabed sediments to geothermal cycles in Suvilahti, Finland / Marek Mohyla, et al. // Renewable Energy. 2024. Vol. 221. DOI: 10.1016/j.renene.2023.119770. Mechanical performances of shield tunnel segments under asymmetric unloading induced by pit excavation / Gang Wei, et al // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2023. Vol. 15, iss. 6. P. 1547–1564. DOI: 10.1016/j.jrmge.2022.08.010. Mechanical performances of shield tunnel segments under asymmetric unloading induced by pit excavation / Gang Wei, et al // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2023. Vol. 15, iss. 6. P. 1547–1564. DOI: 10.1016/j.jrmge.2022.08.010. Математическое моделирование термодинамических процессов в вентиляционных шахтах метрополитена / А. А. Сокорнов [и др.] // Известия Петербургского университета путей сообщения, 2024. Т. 21, вып. 2. С. 457–469. DOI: 10.20295/1815- 588X‑2024-02-457-469. Matematicheskoe modelirovanie termodinamicheskih processov v ventilyacionnyh shahtah metropolitena / A. A. Sokornov [i dr.] // Izvestiya Peterburgskogo universiteta putey soobscheniya, 2024. T. 21, vyp. 2. S. 457–469. DOI: 10.20295/1815- 588X‑2024-02-457-469. Land Lapse Phenomenon and Surface Subsidence Law of Shield Tunnel Passing Through Rock-Bearing Formation / Y. Guangming [et al.] // Frontiers in Earth Science. 2022. DOI: 10.3389/ feart.2022.934360. Land Lapse Phenomenon and Surface Subsidence Law of Shield Tunnel Passing Through Rock-Bearing Formation / Y. Guangming [et al.] // Frontiers in Earth Science. 2022. DOI: 10.3389/ feart.2022.934360.