Россия
Россия
Цель: выполнить верификацию математической модели участка сопряжения перегонного и станционного тоннеля метрополитена путем создания физической модели методом эквивалентных материалов. Проанализировать формирование вертикальных нагрузок от горного давления на обделку тоннелей с учетом выбранной последовательности производства работ. По результатам моделирования сделать вывод о влиянии станционного тоннеля и торцевой стены на напряженно-деформированное состояние обделки перегонного тоннеля, определить размеры этой области влияния. Методы: метод конечных элементов в комбинации с аналитическим методом (математическое моделирование), метод эквивалентных материалов (физическое моделирование). Результаты: выявлены закономерности распределения нагрузок от вертикального горного давления на обделку перегонного тоннеля на участке сопряжения с пилонной станцией глубокого заложения. Установлено, что на подходе к торцевой стене станции обделка перегонного тоннеля воспринимает вертикальную нагрузку от горного давления, превышающую нагрузку на обделку вне области влияния станции примерно в 2–4 раза. При этом установлено, что начальные деформации станционной выработки приводят к увеличению нагрузки на перегонный тоннель. Таким образом, прогноз нагрузки от горного давления на обделку перегонного тоннеля рационально выполнять с учетом начальных деформаций станционной выработки. Установлено, что граница области влияния станционного тоннеля на напряженно-деформированное состояние обделки перегонного тоннеля на участке их сопряжения практически не зависит от глубины заложения и может быть принята равной 7 м. Практическая значимость: результаты исследования могут быть использованы на этапе проектирования узла сопряжения перегонного и станционного тоннелей для определения протяженности участка перегонного тоннеля с усиленной обделкой.
метод конечных элементов, метод эквивалентных материалов, метрополитен, перегонный тоннель, станционный тоннель
1. Моделирование проявлений горного давления / Г. Н. Кузнецов [и др.]. Ленинград: Недра, 1968. 280 с.
2. Huang G., Qiu W., Zhang H. Numerical simulation of mechanism behavior of the horizontal stratum tunnel adopting 3 Dimensional Element Code (3DEC) // Underground — the way to the future! World Tunnel Congress. Geneva, 2013. P. 830–835.
3. Hwang Ch. H., Jung Ch. G., Lee S. D. Behaviour of the cut-and-cover tunnel in unsymmetrical condition // World Tunnel Congress “Safe Tunnelling for the City and for the Environment”. The 35th ITA-AITES general assembly. Hungary, 2009.
4. Фролов Ю. С., Коньков А. Н., Ларионов А. А. Решение задач геомеханики методом физического моделирования при строительстве метрополитена в Санкт-Петербурге // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 9. C. 71–73.
5. Frolov Y. S., Konkov A. N., Larionov Frolov A. A. Scientific substantiation of constructivetechnological parameters of St. Petersburg subway underground structures // Transportation Geotechnics and Geoecology, TGG 2017 (17–19 May 2017). Saint Petersburg, 2017. P. 673–680.
6. Dong K. K., Bum J. O., Lee S.-D. Optimal pillar width of twin tunnels in horizontal jointed rock // World Tunnel Congress “Safe Tunnelling for the City and for the Environment”. The 35th ITA-AITES general assembly. Hungary, 2009.
7. Kim H.-M., Lee S.-D. Load on pillar and block displacement during two-arch tunnel excavation in jointed rock mass // World Tunnel Congress “Safe Tunnelling for the City and for the Environment”. The 35th ITA-AITES general assembly. Hungary, 2009.
8. A study of the invert tunnel’s behavior in a weathered-rock using laboratory model test and numerical analysis / K. J. Kim [at al.] // Underground Space — the 4th Dimension of Metropolises. Barták, Hrdina, Romancov & Zlámal, 2007. P. 501–506.
9. Loads on the center pillar of two-arch tunnel under the influence of discontinuity planes in the ground // S. D. Lee [at al.] // Underground Space — the 4th Dimension of Metropolises. Barták, Hrdina, Romancov & Zlámal, 2007. P. 533–537.
10. Structural forces in segmental linings: processoriented tunnel advance simulations vs. conventional structural analysis / A. Marwan [at al.] // Tunnelling and Underground Space Technology. 2021. Vol. 111.
11. Study on Mechanical Behavior and the Model Test of Segmental Linings for the Shield Tunnel Undercrossing the Yellow River / Y. Fang [at al.] // Procedia Engineering. 2016. Vol. 166. P. 19–31.
12. Simulating tunnel support integrity using FEM and FDEM based on laboratory test data / H. Johnson [at al.] // Tunnelling and Underground Space Technology. 2021. Vol. 111.
13. Study on the long-term performance of cementsodium silicate grout and its impact on segment lining structure in synchronous backfill grouting of shield tunnels / Sh. Wang [at al.] // Tunnelling and Underground Space Technology. 2019. Vol. 92.
14. Minimum cover depth estimation for underwater shield tunnels / G. Panpan [at al.] // Tunnelling and Underground Space Technology. 2021. Vol. 115.
15. Analysis of ground surface settlement induced by the construction of mechanized twin tunnels in soilrock mass mixed ground / Z. Zhong [at al.] // Tunnelling and Underground Space Technology. 2021. Vol. 110.
16. Коньков А. Н., Сокорнов А. А. Анализ результатов математического моделирования тюбинговых тоннельных обделок при использовании приведеных сечений // III Бетанкуровский международный инженерный форум: сборник трудов: в 2 т. СПб.: ПГУПС, 2021. Т. 1. С. 207–209.
17. Konkov A. N., Sokornov A. A., Korolev K. V. The results analysis of the tubing tunnel facing mathematical modeling using the reduced sections // International Scientific Siberian Transport Forum TransSiberia 2021. Lecture Notes in Networks and Systems. Vol. 402. Springer, Cham, 2022. Vol. 1. P. 568–576.
18. Сокорнов А. А., Коньков А. Н. Моделирование проходки тоннеля глубокого заложения в методе конечных элементов // Путевой навигатор. 2022. № 50 (76). С. 36–44.
19. Кулагин Н. И. Исследование рациональных методов сооружения односводчатых станций метрополитена в протерозойских глинах: дисс. … канд. техн. наук. Ленинград: ЛГИ, 1977.
20. Безродный К. П. Исследование особенностей статической работы элементов конструкции односводчатых станций метрополитена в протерозойской глине: дисс. … канд. техн. наук. Ленинград: ЛГИ, 1978.
21. Деменков П. А. Геомеханическое обоснование метода расчета нагрузок на станции колонного типа метрополитена глубокого заложения: дисс. … канд. техн. наук. СПб.: СПбГГИ, 2004.22. Sokornov A. A., Shaposhnikov E. A., Konkov A. N. Laboratory test of equivalent material as artificial ground // E3S Web Conf. Vol. 157. Key Trends i Transportation Innovation (KTTI-2019), 2020.
22. Сокорнов А. А., Шапошников Е. А., Коньков А. Н. Лабораторные испытания искусственных грунтов // Путевой навигатор. 2019. № 41 (67). С. 49–55.
23. Определение добавочного давления на подземные сооружения метрополитена от наземного строительства / А. А. Сокорнов [и др.] // Путевойнавигатор. 2020. № 42 (68). С. 36–41.
