Рассмотрены данные нормативных документов в части рекомендуемых методов расчета нагрузок на обделки тоннелей и результаты натурных исследований напряженно-деформированного состояния системы «обделка – горный массив», полученные при проведении геотехнических мониторингов во время сооружения тоннелей в различных инженерно-геологических условиях. Основу нормативных документов в части расчета обделок тоннелей составляют рекомендации по использованию методов расчета на основе свода обрушения, но при этом никак не учитывается природное поле напряжений и деформативные характеристики грунтового массива, которые в значительной степени влияют на напряженно-деформированное состояние обделок и крепей. Как показывают результаты натурных исследований, проводимых в рамках геотехнических мониторингов при строительстве транспортных тоннелей с применением технологий, обеспечивающих исключение смещений лба забоя и контура тоннеля, сохраняется сплошность грунтового массива, чем исключается возможность сводообразования. Это касается и водонасыщенных четвертичных отложений при строительстве перегонных и эскалаторных тоннелей Петербургского метрополитена с помощью тоннелепроходческих механизированных комплексов с гидравлическим и грунтовым пригрузом забоя. Во многих случаях строительства тоннелей различного назначения, где смещения грунтового массива не нарушают сплошности, следует вести расчеты крепей и обделок методами механики сплошной среды.
Повсеместно в Санкт-Петербурге верхние слои представлены четвертичными отложениями, уровень грунтовых вод находится примерно в 2,5 м от поверхности. Ниже четвертичных отложений на глубине 40-60 м находятся кембрийские (протерозойские) глины. На дневной поверхности много старинных зданий, имеющих историческую и архитектурную ценность, которые не терпят осадок дневной поверхности. Строительство станций и эскалаторных наклонных тоннелей вызывает осадки поверхности. В Петербурге разработаны технологии сооружения эскалаторных тоннелей и станционных тоннелей, минимизирующих осадки дневной поверхности.
Приведена интеллектуальная технология проектирования конструкции пилонной станции метрополитена, сооружаемой по малоосадочной технологии, в которой учитываются основные этапы ввода элементов конструкций в работу. В качестве исходной принята схема взаимодействия системы «обделка – грунтовый массив». Расчет напряженного состояния конструкций выполнен методом конечных элементов.
Передовой метод сверхширокополосного электромагнитного исследования получил дальнейшее развитие. Он позволяет производить георадиолокационные изыскания в ходе строительства туннелей до глубины 100 м и в специальных случаях еще глубже. Портативное оборудование малой массы (не более 15 кг) используется для подземных радарных измерений. Время измерения сокращено, обработка данных занимает около 3 ч при обследовании глубин в 70 м.
Приведены результаты длительных исследований напряженно-деформированного состояния (НДС) констуктивных элементов станций Санкт-Петербургского метрополитена. Полученных данные свидетельствуют о продолжении роста нагрузок на обделки в процессе эксплуатации. При установившемся горном давлении на конец наблюдений продолжается перераспределение напряженного состояния в поперечном сечении станций.
