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.
Приведены результаты натурных исследований формирования напряженного со- стояния временной крепи из набрызгбетона при строительстве железнодорожного тоннеля СКЖД вблизи склона. Выполнено численное моделирование напряженно-деформированного состояния системы «крепь – массив» для рассматриваемых инженерно-геологических условий. Полученные результаты свидетельствуют о возможности разработки метода расчета крепей на базе данных натурных исследований в сопоставимых условиях в сочетании с моделированием НДС методом конечных элементов, адаптированного для конкретных условий.
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.
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.
Приведены результаты длительных исследований формирования напряженно-деформированного состояния (НДС) обделок Санкт-Петербургского метрополитена. Полученные данные свидетельствуют о продолжении роста нагрузок на обделки в процессе эксплуатации. Источником роста нагрузок являются вибрации, которые от источника их возникновения – подвижного состава, передаются на внешний контур обделки и способствуют виброуплотнению грунтового массива.
Процесс формирования нагрузки на обделку перегонных тоннелей в общем виде можно представить кривой, в характере развития которой выделяют три составляющие, отражающие влияние забоя и контактные условия обделки с массивом в зависимости от технологии ее возведения. Величины нагрузок зависят от расстояния от забоя, на котором обделка вступит в контакт с массивом и будет выполняться условие непрерывности перемещений контура тоннеля и обделки. Задача по определению нагрузок на крепь решается из условия совместности деформирования системы обделка - грунтовый массив. Рассматривается упругая модель взаимодействия обделки с массивом пород по Г.Н.Савину. При взаимодействии обделки с грунтом обделка вступает в работу с массивом не мгновенно, а на некотором расстоянии от забоя. Для приближения расчетных значений нагрузок к фактическим нужно учитывать влияние забоя. Решение задачи взаимодействия сводится к контактной задаче - задаче механики сплошных сред. При этом модуль деформации заменяется приведенным модулем. Предложенный метод расчета нагрузок на обделки тоннелей программно реализован в среде DELPHI for Windows. Программа позволяет производить графическую двухмерную и объемную интерпретацию расчетных данных и выводить результаты работы программы на принтер.
