Обоснование конструктивно-технологических параметров при строительстве тоннелей методом продавливания в условиях Вьетнама тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат наук Чан Ван Лой

• Чан Ван Лой
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Чан Ван Лой

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ТОННЕЛЕЙ МЕТОДОМ ПРОДАВЛИВАНИЯ

1.1. Общие положения

1.1.1. Основные особенности метода

1.1.2. Преимущества и недостатки метода, область его применения

1.1.3. Разновидности метода продавливания

1.1.4. Технико - экономическая эффективность метода

1.2. Мировой опыт строительства тоннелей методом продавливания

1.2.1. Опыт продавливания тоннелей в СССР и России

1.2.2. Зарубежный опыт продавливания тоннелей

1.3. Характерные условия строительства тоннелей методом продавливания в крупнейших городах Вьетнама

1.3.1. Градостроительные и транспортные условия

1.3.2. Климатические и топографические условия

1.3.3. Инженерно-геологические условия

1.3.4. Состояние и перспективы подземного строительства в г.г. Ханой и Хошимин

Выводы по главе

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОДАВЛИВАНИЯ ТОННЕЛЕЙ

2.1. Определение необходимого усилия продавливания

2.1.1. Общие положения

2.1.2. Определение сопротивления трения и сцепления с грунтом

2.1.3. Определение лобового сопротивления

2.2. Методы определения деформаций поверхности земли при строительстве тоннелей методом продавливания

2.2.1. Общие положения

2.2.2. Инженерные методы

2.2.3. Аналитические методы

2.2.4. Численные методы

Выводы по главе

Задачи исследований

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ «ТОННЕЛЬ - ГРУНТОВЫЙ МАССИВ» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА «PLAXIS 3D - TUNNEL»

3.1. Общие положения

3.2. Применение программного комплекса «PLAXIS 3D - TUNNEL» в геотехнических расчетах

3.3. Пространственные модели грунтового массива и конструкции тоннеля на различных этапах строительства

3.3.1. Модель грунтового массива

3.3.2. Модель конструкции тоннеля и ножевой части

3.3.3. Определение граничных условий и геометрических размеров моделей

3.4. Тестирование работоспособности математической модели

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ НА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ

3

4.1. Общие положения

4.2. Планирование численного эксперимента

4.3. Подготовка исходных данных

4.4. Результаты численного эксперимента

4.5. Исследование деформаций грунтового массива и поверхности земли по результатам численного эксперимента

4.5.1. Общие положения

4.5.2. Влияние инженерно-геологических факторов на деформации поверхности земли

4.5.3. Влияние геометрических факторов на деформации поверхности земли

4.5.4. Влияние технологических факторов на деформации поверхности земли

4.6. Определение деформаций поверхности земли с учетом совокупности варьируемых факторов

Выводы по главе

ГЛАВА 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО НАЗНАЧЕНИЮ РАЦИОНАЛЬНЫХ КОНСТРУКТИВНО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И МИНИМИЗАЦИИ НАРУШЕНИЙ ПОВЕРХНОСТНЫХ УСЛОВИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТОННЕЛЕЙ МЕТОДОМ ПРОДАВЛИВАНИЯ В УСЛОВИЯХ ВЬЕТНАМА

5.1. Общие положения

5.2. Рекомендации по назначению рациональных конструктивно-технологических параметров

5.3. Рекомендации по прогнозированию деформаций поверхности земли и меры по их ограничению при строительстве тоннелей методом продавливания

Выводы по главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время во Вьетнаме происходит процесс развития урбанизации. В крупнейших городах Ханой и Хошимин возрастают плотность населения, интенсивность уличного движения, поэтому строительство тоннелей и других подземных сооружений для решения транспортных проблем является важной потребностью.

В крупных городах тоннели метрополитена, автотранспортные и пешеходные тоннели устраивают, как правило, мелкого заложения, что требует переустройства многочисленных подземных коммуникаций. В тех случаях, когда тоннели пресекают действующие авто- и железнодорожные магистрали, необходимо обеспечение непрерывного пропуска транспортных средств в процессе строительства тоннелей.

Строительство тоннелей открытым способом требует устройства временных объездов или поэтапного ведения работ с предварительным переустройством различных подземных коммуникаций. Использование горного или щитового способов работ сопряжено с неизбежными сдвижениями и деформациями грунтового массива и нарушениями движения транспорта по пересекаемой магистрали. Кроме того, применять щитовой способ на сравнительно коротких участках длиной до 100-150 м неэффективно и неэкономично.

Метод продавливания является оптимальным для строительства городских тоннелей мелкого заложения в крупных городах Вьетнама, обладая такими преимуществами как непрерывность движения транспортных средств над строящимся тоннелем, исключение перекладки коммуникаций, сокращение срока строительства, уменьшение трудоемкости и стоимости работ, повышение уровня индустриализации и создание более безопасных условий труда и т. п.

В последние годы технология продавливания широко применяется для

строительства городских тоннелей во многих странах мира. Так, в Японии

успешно продавливают тоннели длиной до 1,2 км с применением до

промежуточных домкратных станций. В г. Бостон (США) при реализации проекта

6

BIG DIG продавливали крупногабаритные секций 24 м х 12 м, а в Москве, Россия - 19,8 м х 7,5 м. В сочетании с решением, предусматривающим закрепление грунтов, метод продавливания превосходит другие методы строительства городских тоннелей на плотно застроенных городских территория и в сложных инженерно-геологических условиях.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование конструктивно-технологических параметров при строительстве тоннелей методом продавливания в условиях Вьетнама»

Актуальность темы исследования

Широкое применение метода продавливания при проходке тоннелей под различными естественными и искусственными препятствиями требует научного обоснования ряда конструктивных и технологических параметров, в том числе необходимых усилий продавливания, прогнозирования деформаций грунтового массива и поверхности земли и др. В диссертационной работе выполнен аналитический обзор современного мирового опыта в области продавливания тоннелей и методов расчета, разработана пространственная математическая модель «тоннель - грунтовый массив» и проведены теоретические исследования взаимодействия конструкция тоннеля с грунтовым массивом на различных этапах производства работ. По результатам исследований разработаны практические рекомендации по проектированию и строительству тоннелей методом продавливания, которые могут быть использованы в условиях Вьетнама.

Степень разработанности темы исследования

Исследования в области продавливания тоннелей проводили многие ученые: П. А. Васюков, В.А. Гарбер, Е.А. Демешко, JI.B. Маковский, В.Е. Меркин, Г.В. Мосолов, А.Н. Сонии, В.В. Чеботаев, Е.В. Щекудов, Allenby D. Ropkins J.W.T., Cording, Craig, Hansmire, Najafi, Smits, Stein, Phillips N.S., John W.T.R., Taylor, Thomson James, Verruijt, Vermeer, Wallin и др.

Цель и задачи исследования

Цель исследования: обоснование конструктивно - технологических параметров и методики прогнозирования деформаций грунтового массива и поверхности земли при сооружении тоннелей мелкого заложения методом продавливания в условиях Вьетнама.

Объект исследования: транспортные тоннели, тоннели метрополитена, пешеходные тоннели, коллекторы, трубопроводы и др., сооружаемые методом продавливания.

Предмет исследования: технология продавливания тоннелей и деформации грунтового массива и поверхности земли в процессе строительства.

Задачи исследования:

разработка методики проведения теоретических исследований деформированного состояния (ДС) системы «тоннель - грунтовый массив» на различных этапах продавливания;

- создание математической конечноэлементной модели тоннеля во взаимодействии с грунтовым массивом с использованием программного комплекса «PLAXIS 3D - TUNNEL» и тестирование ее работоспособности;

- разработка матрицы планирования численных экспериментов с учетом наиболее важных геометрических, технологических и инженерно - геологических факторов;

- проведение численных экспериментов на математической модели ДС системы «тоннель - грунтовый массив» при изменении влияющих факторов;

- определение оптимальных усилий продавливания тоннелей в зависимости от геометрических, технологических и инженерно - геологических факторов;

- анализ результатов исследований и разработка рекомендаций по проектированию и строительству тоннелей методом продавливания, в условиях Вьетнама.

Научная новизна исследований

- впервые для условий Вьетнама выполнены исследования ДС грунтового массива при строительстве тоннелей методом продавливания;

разработана трехмерная математическая модель, включающая конструкцию тоннеля и окружающий грунтовый массив в виде упруго-пластической среды (модель Мора-Кулона) и имитирующая поэтапное продавливание тоннеля с учетом ряда конструктивно-технологических факторов;

- установлена корреляция вертикальных деформаций поверхности земли, обусловленных строительством тоннелей методом продавливания, от геометрических, технологических и инженерно-геологических параметров. Выявлен характер распределения деформаций в поперечном сечении тоннеля, который можно аппроксимировать функцией Гаусса с высокой степенью достоверности;

- получены зависимости деформаций поверхности земли от конструктивно-технологических факторов и созданы модели анализа нескольких линейных регрессий на основе стандартизованных данных, пригодных для интерпретации коэффициентов, ассоциированных с каждым фактором, а также для оценки участия факторов в формировании результатов;

- даны рекомендации по определению необходимых усилий продавливания, по минимизации нарушений поверхностных условий и по прогнозированию деформаций поверхности земли при строительстве тоннелей методом продавливания.

Теоретическая и практическая значимость работы

Теоретическая значимость работы: проведенные с использованием трехмерной математической модели теоретические исследования дали возможность обосновать конструктивно-технологические параметры и установить ДС грунтового массива в процессе продавливания тоннеля.

Практическая значимость работы: разработана методика определения необходимых усилий продавливания и прогнозирования деформаций грунтового массива и поверхности земли, а также рекомендации по их минимизации, которые могут быть использованы при проектировании и строительстве тоннелей мелкого заложения методом продавливания в условиях Вьетнама.

Методология и методы исследований

Исходя из теоретических предпосылок, создана математическая модель на

основе метода конечных элементов с использованием программного комплекса

«PLAXIS 3D - TUNNEL» для исследования ДС системы «тоннель - грунтовый

массив» на всех этапах продавливания тоннеля. Результаты численных расчетов

9

обработаны статистическими методами. Проведен анализ нескольких линейных регрессий для изучения связи между исследуемыми факторами и максимальной деформацией поверхности земли. Это позволило разработать рекомендации по проектированию и строительству тоннелей методом продавливания.

Положения, выносимые на защиту

- результаты анализа наиболее прогрессивных тенденций развития метода продавливания тоннелей и различных методик определения усилий продавливания и прогнозирования деформаций грунтового массива и поверхности земли;

- теоретические исследования ДС системы «тоннель - грунтовый массив»;

- математическая конечно-элементная модель системы «тоннель -грунтовый массив» для определения оптимальных усилий продавливания и прогнозирования деформаций грунтового массива и поверхности земли;

- зависимости параметров деформаций системы «тоннель - грунтовый массив» от отдельных геометрических, технологических и инженерно-геологических факторов и их совокупности;

- практические рекомендации по минимизации нарушений поверхностных условий и по прогнозированию деформаций поверхности земли при строительстве тоннелей методом продавливания.

Достоверность полученных результатов

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждены теоретическими исследованиями, базирующимися на апробированных методах теоретической и прикладной механики. Входные данные соответствуют действующим нормативным документам. Программный комплекс «PLAXIS 3D -TUNNEL» был апробирован в многочисленных расчетах тоннелей различного назначения. Тестовые расчеты деформаций грунтового массива и поверхности земли при проходке тоннеля Верной, построенного в штате Техас (США) методом продавливания, подтвердили правильность принятой методики исследования.

Апробация работы и публикации

Основные результаты работы опубликованы в 5 статьях, рекомендованных ВАК РФ для публикации материалов диссертационных работ на соискание ученой степени кандидата технических наук, доложены и одобрены на ежегодных научно-технических конференциях (2018-2019 гг.) Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ).

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 172 страницах машинописного текста и включает введение, пять глав, общие выводы, 100 рисунков, 25 таблиц, список литературы 126 наименований и 3 приложений.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ТОННЕЛЕЙ МЕТОДОМ ПРОДАВЛИВАНИЯ

1.1. Общие положения

1.1.1. Основные особенности метода

Подземные сооружения (автодорожные и пешеходные тоннели, тоннели метрополитена, коллекторы, трубопроводы) часто приходится устраивать под различными коммуникациями, авто- и железнодорожными магистралями с большой интенсивностью движения. В этих условиях важнейшим требованием является обеспечение непрерывного пропуска транспортных средств, бесперебойной и безаварийной работы коммуникаций [33].

Сооружение временных мостов, эстакад или объездных путей для пропуска транспорта, а также перекладка коммуникаций вызывают нарушение нормального функционирования транспортных и коммуникационных систем, резко повышают объемы строительных работ, значительно увеличивают стоимость строительства.

Практика показывает прогрессивность и экономическую эффективность возведения подземных сооружений под транспортными магистралями и коммуникациями методом продавливания.

В сравнении с другими способами (щитовая проходка, перекладка коммуникаций или железнодорожных путей, укрепление грунтов) продавливание позволяет сохранить бесперебойную эксплуатацию коммуникаций над строящимися тоннелями, обеспечивая при этом высокую степень безопасности работ, быстрое продвижение забоя тоннеля, значительное снижение стоимости и трудоемкости, а также сокращение сроков строительных работ [8, 33].

В последние годы технология работ по продавливанию значительно усовершенствована. Освоен выпуск мощных и надежных агрегатов для продавливания, разработаны, эффективные технические меры по снижению усилий продавливания, укрупнению продавливаемых секций и увеличению

длины продавливания. Эти обстоятельства способствуют все более широкому распространению метода продавливания.

Сущность метода продавливания состоит в продвижении тоннельной обделки сквозь грунтовый массив при помощи домкратной установки с наращиванием очередной секции обделки после отвода штоков домкратов в исходное положение. Домкратную установку размещают в открытом котловане, а секции обделки опускают с поверхности (рисунок 1.1).

дорогой: 1 - железнодорожные пути; 2 - тоннельная секция; 3 - вагонетка с грунтом; 4 - автокран; 5 - тоннелепроходческая машина; 6 - ножевая часть; 7 -распорка; 8 - ограждение стен котлована; 9 - упорая стенка; 10 - домкратная

установка

Секции обделки имеют разнообразную форму (круглую, овальную, прямоугольную) и различную конструкцию (из отдельных элементов, сплошную замкнутую, металлическую, железобетонную и т.д.). Головное звено обделки оснащается ножевым устройством, под защитой которого разрабатывают грунт, транспортируемый далее по готовому участку тоннеля на поверхность.

Применение цельносекционной тоннельной обделки обеспечивает повышение темпов строительства и снижение его стоимости. При этом достигается высокая степень индустриализации работ [33. 36].

13

Метод продавливания осуществим в широком диапазоне инженерно-геологических условий. Он был применен во многих странах мира при строительстве тоннелей, протяженностью от нескольких десятков до сотен метров [33, 88, 95, 98].

1.1.2. Преимущества и недостатки метода, область его применения

Метод продавливания в сравнении с другими методами сооружения тоннелей под транспортными магистралями и подземными коммуникациями обладает следующими преимуществами [8, 9]:

- практическое отсутствие деформаций при тщательной разработке забоя и возможность в связи с этим вести работы без перерыва движения поездов или перекладки коммуникаций;

- эффективная технология производства работ, при которой процесс монтажа обделки вынесен из тоннеля и ведется в котловане; при этом не требуется транспортировка элементов обделки по тоннелю и исключается первичное нагнетание раствора за обделку;

высокая степень индустриализации работ при использовании крупногабаритных железобетонных секций обделки;

- сокращение объемов разрабатываемого грунта в результате уменьшения строительного зазора;

- возможность устройства в котловане водонепроницаемых стыков для железобетонных цельносекционных обделок.

Метод продавливания обладает наибольшей эффективностью в случаях устройства тоннелей относительно небольшой длины. Это же относится и к туннелям для пропуска инженерных коммуникаций под действующими автомобильными и железными дорогами, к прокладке коммуникаций в условиях плотной городской застройки, при расположении поблизости сооружений и подземных объектов.

Особенно высока эффективность метода продавливания в случае строительства подземных сооружений при наличии искусственных или

естественных преград в стесненных условиях города, а также при небольшом заглублении относительно дневной поверхности. Метод продавливания нашел широкое применение при прокладке пешеходных тоннелей под рельсовыми путями в обеих столицах (в Москве и Санкт-Петербурге) и в ряде российских городов и в других странах. Разработана и внедрена технология сооружения этим методом тоннелей метрополитена со сборной круговой обделкой.

Способ продавливания крупногабаритных секций и сложных тоннельных конструкций распространен в практике подземного строительства ФРГ, США, Японии и Англии. Так, в ФРГ методом продавливания сооружен автодорожный тоннель длиной 126 м площадью поперечного сечения 324 м2. В США при сооружении обделки тоннеля сечением 24x12 м был применен метод продавливания для проходки тоннеля длиной 107 м. В Японии под действующей скоростной железнодорожной линией сооружен тоннель из трех железобетонных секций длиной 24,5 м каждая и сечением 27,2x7,4 м [35, 33].

Метод продавливания используется также для строительства водопропускных тоннелей, которые должны проходить через важные узлы, взлетно-посадочные полосы аэропортов и т.д. Наиболее эффективен метод продавливания в устойчивых связных грунтах - глинах, суглинках, а также в уплотненных несвязных грунтах. В слабоустойчивых и неустойчивых грунтах требуется их предварительное закрепление, а в водонасыщенных грунтах и гравелистых отложениях необходимо предварительное понижение уровня грунтовых вод.

К недостаткам метода продавливания следует отнести:

- ограничение длины продавливания из-за возрастания величины усилий;

- трудности продавливания тоннелей на кривых участках в плане и профиле;

- ограничение области применения мягкими и слабыми грунтами.

1.1.3. Разновидности метода продавливания

Выбор технологии продавливания определяется видом пересекаемого препятствия, протяженностью тоннеля, конструкцией и размерами поперечного

сечения обделки, глубиной заложения тоннеля, свойствами грунтов в месте пересечения [33, 82, 95]. Наиболее распространенная схема продавливания включает следующие этапы (см. рисунок 1.1)

- устройство «забойных» шахт (или котлованов);

- установка упорной стенки для домкратов;

- создание геодезической сети для обеспечения заданного направления продавливания;

- установка ножевой части и оборудования для разработки грунта;

- монтаж секции тоннеля и её продавливание.

8 \

Л

/>*/)*1>/ г/1 >//}{/У// />/

5 6

у /// ///\/\г /// /// ,

' /// //? /// /// /// /V/ ///

3 1

2

¥4

/// /// /// />/ /// /// ///'/// /<

Яг/^М т //г}*/// г/г )!г Л

У

— —

//П}7--_ _

4 5 6

\/// /// /// /// /// /// /// /// ///

// /// /// /// /п /// ш /// /// /// т >>

Рисунок 1.2. Схемы продавливания тоннеля под насыпью железной дороги {а, б) и под рекой (в): 1 - «забойный» котлован; 2 - упор; 3 - домкраты; 4 -распределительный элемент; 5 - секции обделки; 6 - ножевая часть; 7 -«забойная» шахта; 8 - грунтовая обсыпка

«Забойные» шахты и котлованы чаще всего имеют прямоугольное очертание в плане и размеры, достаточные для размещения секции тоннеля и оборудования, необходимого для продавливания. В ряде случаев работы по продавливанию выполняют в уровне земли перед пересекаемым препятствием (рисунок. 1.2, а). Если глубина заложения тоннеля не превышает 3-5 м, устраивают «забойный» котлован (рисунок 1.2, б), а при более глубоком заложении продавливание ведут из шахтных стволов (рисунок 1.2, в).

Массивный упор из железобетона воспринимает и передает на грунт усилия гидравлических домкратов. Для равномерной передачи усилий на обделку между штоками домкратов и торцовой поверхностью секции помещают распределительный элемент в виде кольца или прямоугольной рамы, выполненных из стальных прокатных профилей или из железобетона. Головное звено тоннеля скреплено с ножевой участью (по типу проходческого щита), предотвращающей обрушение грунта в забое и подрезающей контур выработки. Конструкция и размеры ножевой части определяются главным образом свойствами грунтов. Соединение ножевой части с головным звеном обделки может быть жестким или податливым, что дает возможность некоторого перемещения ножа как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях для корректировки направления продавливания.

Для снижения усилий продавливания за обделку нагнетают глинистый раствор, чтобы уменьшить трение. В ряде случаев оказывается целесообразным применение упругих мембран в виде полиэтиленовых, стальных или алюминиевых лент, помещаемых между грунтом и перекрытием тоннельных секций [33, 38, 70, 85].

Усилия домкратной установки по мере продавливания непрерывно

возрастают, что ограничивает длину участка продавливания. Чтобы увеличить

длину продавливания, используются промежуточные домкратные установки [6, 7,

33] (рисунок 1.3). Каждая такая установка состоит из стальной обоймы с

гидроцилиндрами по периметру, форма и размеры которой соответствуют форме

и размерам тоннельных секций. На определенном этапе продавливания в камеру

17

вместо очередной секции ооделки опускают промежуточную домкратную установку, а за ней - секции второго участка обделки. Далее ведут проходку, поочередно включая гидроцилиндры промежуточной и основной установок. Если сопротивление вдавливанию в забой велико, то промежуточную домкратную установку следует располагать ближе к головной секции.

Рисунок 1.3. Схема продавливания тоннеля с промежуточной домкратной установкой: 1 - упор; 2 - основная домкратная установка; 3 - «забойный» котлован; 4 - распределительный элемент; 5 - секции обделки тоннеля; 6 -промежуточная домкратная установка; 7 - ножевая часть

В зависимости от конкретных условий строительства наряду с типовыми могут быть реализованы нестандартные технологические схемы [33]:

- одностороннее продавливание крупногабаритных тоннельных секций (в том числе «телескопическое»);

поочередное продавливание отдельных элементов тоннельной конструкции;

- бездомкратное продавливание;

- продавливание под экраном из труб.

В число основных технологических схем входит продавливание крупногабаритных секций (рисунок 1.4). В этом случае изготовление секций ведется на предварительно подготовленном основании в котловане, в непосредственной близости от места продавливания. Ввиду значительной массы крупногабаритных секций домкраты располагают так, чтобы они упирались только в днище секции.

Рисунок 1.4. Схема продавливания крупногабаритных секций: 1 -железобетонный упор; 2 - домкратная группа; 3 - коробчатые блоки; 4 -железнодорожные пути; 5 - секция тоннеля; 6 - ножевая часть

Тоннельная секция оснащается ножевой частью, а ее продавливание выполняется за один прием. Учитывая, что длина продавливания значительно превышает ход домкратов, передачу усилия осуществляют, последовательно присоединяя новые коробчатые блоки [11,14, 32, 33].

Одним из недостатков технологии продавливания крупногабаритных секций является длина участка продавливания, по мере увеличения которой и возрастающего сопротивления продавливанию эффективная мощность домкратов уменьшается.

Этот недостаток можно устранить, установив в межсекционных стыках дополнительные группы домкратов, позволяющие циклично перемещать обделки, тем самым с помощью реактивного усилия, возникающего вследствие продавливания каждой следующей группы секций, уравновешивая силу трения неподвижных секций по грунту.

Другой распространенной технологией является метод «протаскивания» (рисунок 1.5). Он предусматривает для передачи усилий от домкратов на обделку применение стальных тяговых канатов, проходящих в продольных каналах, предварительно пробуренных в массиве грунта (в теле насыпи) и устроенных в обделке [28, 33, 37].

ТТТТ^

т ЖфЬ да >п)р >,

2 _9 8

ш /{/ /// ^уУУ/ /// /// ///

а/ а; п) и) /И пг ш л/ ш ш т ш и,' п>

»Г77> !!/!!/ ЛГпГ/?/ Ш77/ ?/Г77Г7>

I I I

, * I* I .*!*■

Рисунок 1.5. Схема одностороннего (а) и встречного (б) «протаскивания»: 1 - кран;

2 - тоннельная секция; 3 - скважина; 4 - канат; 5 - упор; 6 - траверса; 7 -домкрат; 8 - направление «протаскивания»; 9 - ножевая часть Недостатками «протаскивания» по встречной схеме являются необходимость проведения значительного объема предварительных работ, концентрации существенно больших усилий, а также ограниченная протяженность тоннеля.

Для увеличения длины продавливания крупногабаритных секций фирмой «Вайс унд Фрайтаг» (Германия) разработан способ «телескопического» продавливания [33, 36]. Он заключается в том, что вначале продавливают секции увеличенного поперечного сечения, размеры которых в свету несколько превышают наружные размеры поперечного сечения тоннеля. Затем через них проталкивают, а далее продавливают в грунте секции с уменьшенными размерами сечения (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6. Схема «телескопического» продавливания: 1 - железобетонный упор; 2 - домкратная группа; 3 - коробчатые блоки; 4 - секции с уменьшенными размерами сечения; 5 - секции увеличенного поперечного сечения; 6 -железнодорожные пути; 7 - упор; 8 - домкрат; 9 - траверса

%-- Ь- | ^- < ■а,- -А

1 м--- < ^-- | ^-- ■а-/ / ^ о

- 1 -1 Т.

и-'

-— (ОД ^_ 1 -Г—N

— ■¡X- -г— 1-

"а- Ь- ¡ь- ; (1

4 1- 4 ъ-- ь- ) \ ■ <

1 а- | ^-- * ^-- ^-

<1- <1- ■а- ' 1—7

Ъ- Ъ- -

^_

*к- Ь- а— < ь- —1

1 Ъ-- ^-- ■ **— ■ 4-7

к ^ /

4 М

Рисунок 1.7. Схема бездомкратного продавливания секций тоннеля сжатым воздухом; 1,2, 3 - трубопроводы для подачи и удаления сжатого воздуха

Английская компания «Маркой Интернешнл» применяет «червячный метод» (Unitunnel Earthworm) бездомкратного продавливания тоннелей малого диаметра (рисунок 1.7).

По этой технологии предусмотрено устройство полых торовых камер в промежутках между последовательными тоннельными секциями. В эти камеры попеременно подается сжатый воздух, вызывающий вдавливание секций в грунт. На головной секции размещают ножевую оболочку, а также рабочий орган роторного или экскаваторного типа.

К преимуществам такой технологии относятся отказ от применения гидромеханических устройств, характеризуемых сложностью и высокой стоимостью, и от необходимости устраивать в котловане мощный упор; уменьшение сил сопротивления продавливанию, деформаций массива грунта и поверхности земли; ускорение темпов проходки [33, 36, 62].

Применение такой технологии дает возможность продавливать с высокой скоростью на небольших глубинах (мелкое заложение) тоннели кругового сечения на длину до полукилометра. Это подтверждено опытом бездомкратной прокладки трех участков тоннельного коллектора в британском Эктоне [65].

Рисунок 1.8. Схема продавливания тоннеля с использованием технологии Antidrag

system (ADS): 1 - упор; 2 - контейнер; 3 - вентилятор; 4 - закрепление ленты

(сверху); 5 - крепь котлована; 6 - поезд; 7 - грунт; 8 - основная домкратная

установка; 9 - тоннельная секция; 10 - промежуточная домкратная установка; 11 -

закрепление ленты (снизу); 12 - тоннелепроходческая машина; 13 - ножевая часть

22

Представляет интерес метод продавливания тоннелей с использованием технологии Antidrag system (ADS) (рисунок 1.8) [85, 88].

Эта технология предусматривает для уменьшения сил трения применение заводимых за ножевую часть стальных канатов вдоль секций. Канаты внутри секций прикрепляют к перекрытию и в лотке к барабану. Там канаты, продвигаясь по тоннелю, раскручиваются, вследствие чего во время проходки в результате уменьшения трения по грунту предотвращается перемещение его массива [66].

На Московском метрополитене (Краснопресненский радиус) в процессе устройства пешеходного прохода со ст. «Пушкинская» под путями железной дороги уменьшение сил трения было достигнуто путём установки по поверхности тоннельной секции дюралюминиевых лент, которые в торце секции сматывались с барабана и выходили через направляющее устройство в ножевой части по мере продавливания первой секции. Пара «металл-металл» на втором тоннеле создавалась с помощью дополнительно используемых страховочных лент. Указанные мероприятия позволили уменьшить силы сопротивления продавливанию и довести до минимума деформации рельсового пути [54, 95].

В качестве страховочного мероприятия с целью ограничения нарушений земной поверхности, существенного снижения сопротивления, удлинения участка продавливания, достижения заданной точности и максимальной безопасности производства работ метод продавливания применяют с предварительным устройством защитного экрана из труб. В связи с этим технология продавливания предусматривает в опережающем порядке задав лив ание или проталкивание в массив грунта выше перекрытия либо по всему контуру подлежащего устройству тоннеля труб, формирующих защитный экран, прикрывающий разработку грунтового ядра и сооружение тоннельных конструкций. В результате замены трения обделки о грунт трением по стали становятся меньше деформации земной поверхности, уменьшаются силы продавливания [33, 35, 85].

1.1.4. Технике - экономическая эффективность метода

Метод продавливания тоннелей - индустриальный метод, поскольку в большинстве случаев предполагает изготовление тоннельных секций на заводах железобетонных конструкций, а монтаж обделки в специально оборудованной для этой цели рабочей камере. Поэтому во многих случаях строительство тоннелей методом продавливания обходится дешевле, чем другими методами. Если еще учесть, что при этом методе не требуется перекладка действующих коммуникаций, устройство объездов, укрепление железнодорожного пути, обеспечивается бесперебойная эксплуатация и сохранность существующих зданий и сооружений, то его эффективность получается достаточно высокой.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чан Ван Лой, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адлер Ю.П. Введение в эксперимент / Ю.П. Адлер. - М.: Наука, 1972. - 157 с.

2. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 280 с.

3. Ашмарин И.П. Быстрые методы статистической обработки и планирование экспериментов / И.П. Ашмарин, H.H. Васильев, В.А. Амбросов. - Л.: Издательство Ленинградского университета, - 1971.

4. Березанцев В.Г. Осесимметричная задача теории предельного равновесия сыпучей среды / В.Г. Березанцев. - М.: Гостехиздат, 1952. - 120 с.

5. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений / Н.С. Булычев. - М.: Недра, 1994.-382 с.

6. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах / Н.С. Булычев. -М.: Недра, 1989.-231 с.

7. Васильев H.B. Расчёт усилий для прокладки трубопроводов способом прокола и продавливания / H.B. Васильев, Д.И. Шор. - М.: Госгортехиздат, 1961. -с. 204-221.

8. Васюков П. А. Опыт мосметростроя по сооружению тоннелей способом продавливания / П. А. Васюков, Е. А. Демешко, А. Н. Кривошеин и В. В. Торгалов. - М.: Оргтрансстрой, 1978. - 16 с.

9. Васюков П. А. Сооружение тоннелей и трубопроводов способом продавливания (зарубежный опыт) / П. А. Васюков, Е. А. Демешко, А. Н. Кривошеин и В. В. Торгалов. - М.: Оргтрансстрой, 1978. - 16 с.

10. Васюков П. Расчет усилий продавливания тоннелей / П. Васюков. Метрострой. - 1981. - № 4. - С. 19-21.

11. Величкин Е.А., Строительство тоннелей и метрополитенов / Е.А. Величкин, П.Т. Ленец. - М.: Транспорт, 1971. - 390 с.

12. Волохов Е.М. Прогноз сдвижений и деформаций массива горных пород и земной поверхности при сооружении городских тоннелей глубокого заложения :

дис. ... канд. тех. наук : 05.00.16 / Волохов Евгений Михайлович. - Санкт-Петербург, 2004. - 360 с.

13. Герсеванов Н.М. Теоретические основы механики грунтов / Н.М. Герсеванов, Д.Е. Полыпин. - М.:Стройиздат, 1948. - 248 с.

14. Голицынский Д.М. Строительство тоннелей и метрополитенов / Д.М. Голицинский, Ю.С. Фролов, Н.И. Кулагин. - М.: Транспорт, 1989. - 319 с.

15. Голубев А.И. Выбор модели грунта и её параметров в расчетах геотехнических объектов / А.И. Голубев , A.B. Селецкий. URL: http://www.nipinfor.ru/publications/10063/

16. Григорьев A.C. Обоснование выбора параметров продавливающих установок в зависимости от длины проходки / A.C. Григорьев., сб. науч. тр. МГГУ, №4 - M.: МГТУ, 2004 - С. 133-136.

17. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты / Б.И. Далматов. - Л.:Стройиздат, 1988. - 415 с.

18. Демешко Е.А. Аналитический метод расчёта усилий внедрения щитов в грунт / Е.А. Демешко // Тезисы доклада конференции молодых специалистов ЦНИИподземшахтстроя и ЦНИИСМинтрансстроя по подземному и шахтному строительству. - М., 1961. - С. 23-38.

19. Демешко Е.А. Интегрирование уравнений предельного равновесия грунтовой среды при нелинейной аппроксимации характеристик / Е.А. Демешко // Строительная механика и расчёт сооружений. - 1989. - №6.

20. Демешко Е.А. Проходческие щиты для сооружения тоннелей / Е.А. Демешко, А.И. Мазурчик. - М.: МИИТ, 1987. - 52 с.

21. Демешко Е.А. Рекомендации по производству работ при строительстве тоннелей метрополитенов методом продавливания / Е.А. Демешко, И.М. Малый, Ю.Н. Малоян Д.И. Беккер, Э.А. Горштейн. - M.: ЦНИИС, 1988. - 47 с.

22. Демешко Е.А. Теоретические основы и методы расчёта взаимодействия проходческих щитовых агрегатов и нескальной грунтовой среды : дис. ... канд. тех. наук : 05.23.15 / Демешко Евгений Андреевич. - М.,1988. - 561 с.

23. Добров Э.М. Механика грунтов : учебное пособие / Э.М. Добров. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 272 с.

24. Долгих М.В. Сдвижепия земной поверхности при строительстве объектов метрополитена Санкг-Пертербуага : дис. ... канд. тех. наук : 05.15.01 / Долгих Михаил Владимирович. - Санкг-Пертербуага, 1999. - 168 с.

25. Зиборов М.А. Напряженно-деформированное состояние системы «конструкция тоннеля - грунтовый массив» при строительстве тоннелей мелкого заложения полуоткрытым способом : дис. ... канд. тех. наук : 05.23.11 / Зиборов Максим Андреевич. - М.,2010. - 120 с.

26. Коренев Б.Г. Вопросы расчёта балок и плит на упругом основании / Б.Г. Коренев. - М.: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре, 1954. -231 с.

27. Космин В.В. Основы научных исследований: Учебное пособие / В.В. Космин - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 271 с.

28. Кривенко A.A. Способ проталкивания тоннелей / A.A. Кривенко // Метрострой. - 1985. - №8. - С. 12 - 14.

29. Лиманов Ю.А. Деформаций земной поверхности при сооружении тоннелей в кембрийских глинах / Ю.А. Лиманов. -Л.: ЛИИЖТ, 1957. - 238 с.

30. Лиманов Ю.А. Деформаций земной поверхности при сооружении тоннелей в четвертичных отложениях / Ю.А. Лиманов, Е.И. Артюков // Транспортное строительство. - 1972. - № 2. - С. 45-47.

31. Лучковский И. Я. Рекомендации по проектированию тоннелей мелкого заложения, возводимых методом продавливания / И. Я. Лучковский, Ю. К. Перцель, и др. - г. Харьков, 1987. - 107 с.

32. Маковский И.В. Современные способы строительства транспортных тоннелей мелкого заложения в больших городах / И.В. Маковский, Л.В. Маковский, Э.А. Малоян, B.E. Меркин. - М.: МГЦНТИ, 1983, - № 15. - с.27

33. Маковский Л.В. Городские подземные транспортные сооружения / Л.В.

Маковский. - М: Стройиздат, 1985 - 439 с.

157

34. Маковский Jl.В. Определение осадок поверхности земли при строительстве тоннлей методом продавливания с учетом совокупности варьируемых факторов / Л.В. Маковский, Чан Ван Лой. - M.: Вестник, - 2018. - № 4. - С. 75-79

35. Маковский Л.В. Современная технология строительства тоннелей методом продавливания / Л.В. Маковский, Чан Ван Лой. - M.: Вестник, - 2018. - № 2. - С. 98-103

36. Маковский Л.В. Строительство автодорожных и городских тоннелей: учебное пособие / Л.В. Маковский, E.B. Щекудов, E.H. Петрова. - M.: Риор, 2014. - 396 с.

37. Меркин B.E. Прогрессивный опыт и тенденции современного тоннелестроения / B.E. Меркин, Л.В. Маковский. - M.: ТИМР, 1997. - 192 с.

38. Мосолов Г.В. Методика определения усилия лобового сопротивления при сооружении тоннелей способом продавливания : дис. ... канд. тех. наук : 05.23.11 / Мосолов Георгий Владимирович. - M., 2013. - 136 с.

39. Налимов B.B. Теория эксперимента / B.B. Налимов. - M.: Наука, - 1971. -208 с.

40. Программный комплекс PLAXIS 3D : http://www.nipinfor.ru/publications/10059

41. Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции, 1998. Правительство Москвы, Москомархитектура. - M., 1998. -89 с.

42. Речицкий B.B. Прогнозирование деформаций дневной поверхности при проходке тоннелей : дис. ... канд. тех. наук : 05.23.02 / Речицкий Виктор Владимирович. - М.,2005. - 156 с.

43. Самойлов В.П. Усилия, возникающие в процессе внедрения в грунт головной части щитов и продавливаемых трубопроводов / В.П. Самойлов // Водоснабжение и санитарная техника. - 1957. - №10. - С. 19-26.

44. Самойлов В.П. Экспериментальные исследования - важный этап создания щитовых тоннелепроходческих машин / В.П. Самойлов. - М.: ОАО ЦНИИС, 2007. - 154с.

45. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Том I / Л.И. Седов. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1976. - 536 с.

46. СенВенан Б. Об установлении уравнений внутренних движений, возникающих в твердых пластических телах за пределами упругости / Б. СенВенан // Сб. Теория пластичности. - М.: Гос. изд-во иностр. лит-ры, 1948.

47. СНиП 2.01.09 - 91. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. - М.: Издательство стандартов, 1991. - 44 с.

48. СНиП П-44-78. Нормы проектирования. Тоннели железнодорожные и автодорожные. М.: Стронйиздат, 1978. - 23 с.

49. СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85». Нагрузки и воздействия. - М:. -2012. - 96 с.

50. СП 122.13330.2012 «СНиП 32.04.97». Тоннели железнодорожные и автодорожные. - М:. - 2012. - 112 с.

51. СП 35.13330.2011 «СНиП 2.05.03-84». Мосты и трубы. - М:. - 2011. - 347 с.

52. Соколовский В.В. Определьном равновесии сыпучей среды / В.В. Соколовский //Прикл. матем. и мех., т. XV, вып. 6, 1951.

53. Соколовский В.В. Устойчивость оснований и откосов / В.В. Соколовский Изв.АН СССР, №8, - 1952.

54. Специальные способы строительства подземных сооружений и шахт // Сборник научных трудов МГИ, 1984. - 166 с.

55. Строкова Л.А. Определение параметров для численного моделирования поведения грунтов // Л.А. Строкова. // Известия Томского политехнического университета. - 2008. - Т. 313. №1. - С. 69-74.

56. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике / А.Б. Фадеев. - М.: Недра, 1987.-221 с.

57. Фам Ань Туан. Выбор и обоснование эффективнб1х методов строительства автотранспортных тоннелей в крупнейших городах Вьетнама : дис. ... канд. тех. наук : 05.23.11 / Фам Ань Туан. - М.,2006. - 206 с.

58. Хаар А. К теории напряжённых состояний в пластических и сыпучих средах / А. Хаар, Т. Карман // Теория пластичности. Сб. статей. - М.: Издтво иностранной литературы, 1948.

59. Цытович Н.А. Механика грунтов. / Н.А. Цытович. 4-е изд. перераб. доп. -M.: Стройиздат, 1963. - 638 с.

60. Цытович Н.А. О проектировании фундаментов по предельным состояниям грунтовых оснований / Н.А. Цытович // Сб.науч.док. Чешской высшей школы. -Прага, 1958.-С. 53-65.

61. Чан Ван Лой. Строительство тоннелей мелкого заложения методом продавливания / Чан Ван Лой. - M.: Наука, - 2019. - № 2. - С. 22-24.

62. Черняховская С. Сооружение транспортных тоннелей способом продавливания / С. Черняховская, M. Карамышев // Метрострой. - 1985. - № 6, -С. 27-30.

63. Яровой Ю.И. Прогноз деформаций земной поверхности и защита городской застройки при строительстве метрополитена на Урале / Ю.И. Яровой. -Екатеринбург: УрГАПС, 1999.-258 с.

64. Alex Nitschke. Modeling of pipe arch canopies in shallow soft ground tunnels constructed by sequential excavation methods / Alex Nitschke, Vojtech Gall, Vishwajeet // 2nd International Conference on Computational Methods in Tunnelling, Ruhr University Bochum, 2009. - P. 1 - 8.

65. Allenby D., Ropkins J.W.T. Geotechnical aspects of large section jacked box tunnels. Proceedings of the Transportation Geotechnics Symposium 2003 / Allenby D., Ropkins J.W.T. // Nottingham, Thomas Telford Publishing. - London, 2003. - P. 39-66.

66. Allenby D., Ropkins J.W.T., Jacked box tunneling using the Ropkins System, 2007, Institution of Mechanical Engineers, p. 24.

67. Analysis reference of MIDAS GTS NX 2014

68. Analysis reference of PLAXIS 3D TUNNEL 2016

160

69. Attewell P. B., Mice, Woodman J. P. Predicting the dynamics of ground settlement and its derivatives caused by tunneling in soil / Attewell P. B., Mice, Woodman J. P // Ground Engineering. - November 1982. - P. 13-36

70. Babak Haji Mohammad Hasan Mamaqani. Numerical modeling of ground movements associated with trenchless box jacking technique : PhD Thesis / Babak Haji Mohammad Hasan Mamaqani. - The university of Texas, - 2014. - 200 p.

71. Barbara Bitetti. Effects of tunnelling in urban area : PhD Thesis / Barbara Bitetti. -Napoli, 2010.-169 p.

72. Bhaumi Bhavan Chaurasia. Identifying issues impacting productivity of box jacking projects : M.S. Thesis / Bhaumi Bhavan Chaurasia. - University of Texas, 2012. - 103 p.

73. C. Jeremy Hung. Technical manual for design and construction of road tunnels -civil elements / C. Jemery Hung, James Monsees [et al]. - U.S. Department of Transportation. Federal Highway Administration, - 2009. - 702 p.

74. C. Vogt. Analyses of NATM-tunnels with 2D and 3D finite element method / C. Vogt, P. Bonnier, P.A. Vermeer // Proceedings of the Fourth European Conference on Numerical Methods in Geotechnical Engineering Numge98 udine, Italy October 14—16, 1998.-P. 211-219

75. Charles Edward Augarde. Numerical modeling of tunneling processes for assessment of damage to buildings : PhD Thesis / Charles Edward Augarde. - Oxford, 1997. - 262 p.

76. Chi S.Y., Chem J.Ch., Lin Ch.Ch. Optimized back-analysis for tunneling-induccd ground movement using equivalent ground loss model // Tunneling and Underground Space Technology. - 2001. - Vol. 16. № 3. - P. 159-165.

77. Chou W.L, Bobet A. Predictions of ground deformations in shallow tunnels in clay // Tunneling and Underground Space Technology. - 2001. - Vol. 17. №1. - P. 3-19.

78. David M.Potts. Finite element analysis in geotechnical engineering: Application / David M.Potts, Lidiga Zdravkovic. - London: Thomas Telford, 2001. - 427 p.

79. David M.Potts. Finite element analysis in geotechnical engineering: Theory /

David M.Potts, Lidiga Zdravkovic. - London: Thomas Telford, 1999. - 440 p.

161

80. David M.Potts. Guidelines for the use of advanced numerical analysis / David M.Potts, Kennet Axelsson [et al]. - London: Thomas Telford, 2002. - 177 p.

81. Ercelebi S.G., Copur H., Bilgin N., Feridunoglu C. Surface settlement prediction for Istanbul metro tunnels via 3D FE and empirical methods / Proceedings of Conference on Underground Space Use. London: Taylor & Francis group, 2005. - P. 163-169.

82. Eric Leca, Animatuer, Barry New. Settlement induced by tunnelling in soft ground / Eric Leca, Animatuer, Barry New // General Reporter, ITA/AITES Report. -2006. - 204 p.

83. G.R. Dasari. Numerical modeling of a NATM tunnel construction in London Clay / G.R.Dasari, C.G.Rawlings, M.D.Bolton // Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, Rotterdam, 1996. - P. 491-496

84. Gioda G., Swoboda G. Developments and applications of the numerical analysis of tunnels in continuous media // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. - 1999. - Vol. 23. №13. - P. 1393-1405.

85. Hung, C. J. Technical manual for design and construction of road tunnels civil elements / C. J. Hung, M. James // National highway institute U.S. Department of Transportation federal highway administration, Washington, D.C.20590, 2009. - 702 p.

86. Jan Niklas Franzius. Behaviour of buildings due to tunnel induced subsidence : PhD Thesis / Jan Niklas Franzius. - London: Imperial College of Science, Technology and Medicine., 2003. - 225 p.

87. John Anthony Pickhaver. Numerical modelling of building response to tunnelling : PhD Thesis / John Anthony Pickhaver. - Oxford, 2006. - 285 p.

88. John, W. T. R. Jacked Box Tunnelling using the Ropkins System™, a non-intrusive tunnelling technique for constructing new underbridges beneath existing traffic arteries / W. T. R. John // Institution of Mechanical Engineers, England. - London, 2008. - 24 p.

89. Julio B. Martins. A short survey on construction problems and numerical modelling of shallow tunnels / Julio B. Martins // Engenharia Civil - UM. - 2011. - № 11.-P. 8-20

90. Karakus. M. Numerical modeling for NATM in soft ground / Karakus. M. -Adelaide: Lambert Academic Publishing, 2012 - 235 p.

91. Kutner M., Nachtsheim C., Neter J., and Li W. Applied Linear Statistical Models / Kutner M., Nachtsheim C., Neter J., and Li W. // 5th ed., McGraw-Hill. New York. -2004.

92. Liu, W.T., & Lu, X.Y. 3D Numirical Analysis of Soil Structure Interaction Behaviors of Pipe Jacking Construction / Liu, W.T., & Lu, X.Y. // Applied Mechanics and Materials. - 2012. - P. 534-538.

93. Loganathan N., Poulos H.G. Analytical prediction for tunneling-induced ground movements in clays // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. -1998. - Vol. 124. №9. - P. 846-856.

94. Mair, R., Taylor, R. & Bracegirdle. Subsurface Settlement Profiles Above Tunnels in Clays / Mair, R., Taylor, R. & Bracegirdle // Geotechnique. - 1993. - P. 315-320.

95. Mamaqani, B. Settlement Analysis of Box Jacking Projects / B. Mamaqani, M. Najafi // ASCE Pipeline, USA. - Portland, 2015. - 196 p.

96. Mamaqani, B., & Najafi, M. Settlement Analysis of Box Jacking Projects / Mamaqani, B., & Najafi, M. // Conference Pipeline, ASCE Book series : Portland, Oregon. - 2014. - P. 684-698.

97. Potts D.M., Zdravkovic' L. Finite Element Analysis in Geotechnical Engineering Application / Potts D.M., Zdravkovic' L. Thomas Telford, - London. - 2001. - 427 p.

98. Phillips, N. S. Disaggregation of soil during slurry pipe jacking / N. S. Phillips // PhD Thesis, City University London, England, - London, 2016. - 193 p.

99. Rabcewicz L.V. New Austrian Tunnelling Method: Part Two / Rabcewicz L.V // Water Power. - 1964. - December. - P. 511 - 515.

100. Rowe P. W. The Stress-Dilatancy Relation for Static Equilibrium of an Assembly of Particles in Contact / Rowe P. W // Royal Soc. - 1962. - P. 500-527.

101. S.C. Moller. On design analyses of NATM-tunnels / S.C. Moller, P.A.

Vermeer // Underground Space Use: Analysis of the Past and Lessons for the Future,

Taylor & Francis Group. - 2005. - P. 233-238.

163

102. Schanz. The hardening soil model: Formulation and verification / Schanz, Vermeer T. [et al] // Beyond 2000 in Computational Geotechnics - 10 years of Plaxis, Rotterdam, 1999. 16 p.

103. Seven Muller. Tunnel induced settlements and structural forces in linings : PhD Thesis / Seven Muller. - Stuttgart: University of Stuttgart., 2006. - 170 p.

104. Stein, D. Trenchless Technology for Installation of Cables and Pipelines / Stein & Partnet GmbH. - 2005.

105. Terzaghi, K., Peck, R. B., & Mesri, G. Soil Mechanics in Engineering Practice / Terzaghi, K., Peck, R. B., & Mesri, G. New York: John Wiley & Sons, Inc. - 1996.

106. Tomas Janda. Modeling successive excavation within two dimensional finite element mesh / Tomas Janda, Michal Sejnoha, Jiri Sejnoha // Acta Geodyn Geomater. -2011.-Vol 8, № 1. - P. 69-78

107. Tomas Svoboda. Optimisation of parameters for simulating a NATM tunnel in stiff clays based on a 3D model of exploratory adit / Tomas Svoboda, David Masin // 2nd International conference on Computational methods in tunneling Ruhr University Bochum, 9-11 September, 2009. - P. 1-4

108. Thomson James. Pipe Jacking and Microtunnelling, Blackie Academic & Professional / Thomson James. - London. - 1995. - 395 c.

109. Verruijt A. A complex variable solution for a deforming circular tunnel in an elastic half-plane / Verruijt A. // International journal for numerical and analytical methods in geomechanics. - 1997. - № 21. - P. 77- 89.

110. Verruijt A. Surface settlements due to deformation of a tunnel in an elastic haft plane / Verruijt A., J. R. Booker. // Geotechnique. - 1996. - №4. - P. 753-756.

111. Vlasov S.N. Accidents in Transportation and Subway Tunnels: Construction to Operation / Vlasov S.N., Makovsky L.V. [et al.]. - Moscow: Elex-KM Publishers, 2001.-200 p.

112. Vojtech Gall. Considerations for very shallow conventional (SEM) tunneling in urban settings / Vojtech Gall, Jogn Rudolf, Timonthy O'Brien // RETC Conference, 6. -2011.-P. 1281-1296.

113. Walter Wittke. New Austrian Tunneling Method (NATM): Stability Analysis and Design / Walter Wittke, Berndt Pierau, Claus Erichsen. - Essen Geotechnical Engineering in Research and Practice WBI-PRINT 5, - 2002. - 409 p.

114. Wolfgang Stipek. 50 years of NATM / Wolfgang Stipek, Robert Galler, Manfred Bauer. Wien: ITA - Austria, 2012. - 231 p.

115. Yoo Ch., Kim J.H. A web-based tunneling-induced building / utility damage assessment system: TURISK// Tunneling and Underground Space Technology. - 2003. -Vol. 18. №5.-P. 497-511.

___ >

116. Bao cao kha thi du an Ve sinh moi trucmg TP. Ho Chi Minh giai doan 1, goi

A F t r F \ _________ _________A

thau so 7, kich day tuyen ong ngam Kenh Nhieu Loc-Thi Nghe. - So GTVT TP. Ho Chi Minh 2011.

117. Bao cao kha thi du an xay dung ham Kim Lien. - Ha Noi : Bo Giao thong van tai, 1996.

118. Nguyen Ngoc Hoa. Dia chit va Khoang san. - Ha Noi: Cue dia chit Viet Nam, 1996.

W r _________

119. Nguyen Viet Trung, Hoang Ha, Le Quang Hanh. Tinh toan ki thuat xay dung

IV r ___

tren Excel / Nguyen Viet Trung, Hoang Ha, Le Quang Hanh. - Ha Noi : NXB Xay dung, 2004.

120. Pham Ngoc Toan, Phan Tat D&c. Khi hau Viet Nam. - Ha Noi: NXB Khoa hoc vaKI thuat, 1993.

121. Quy hoach chung Thu do Ha Noi den nam 2030 va tam nhin den nam 2050. -Ha Noi: Bo Xay dung, 2011.

? r \

122. Quy hoach phat trien Giao thong van tai Thu do Ha Noi den nam 2030 va tam nhin den nam 2050. - Ha Noi: Bo Giao thong van tai, 2010.

123. Quy hoach phat trien Giao thong van tai Viet Nam den nam 2020 va tam nhin

den nam 2030. - Ha Noi: Bo Giao thong van tai, 2009.

___ ' ' ^

124. Tai lieu thiet ke ham chui nut nga tu Vong. - Ha Noi: Bo Giao thong van tai.

125. TCVN 4527:1988. HSm duong sit va him duong o to - Tieu chuin thiet ke. -Ha Noi. - 1998.-32 p.

126. TCVN 2737:1995. Tâi trong và tác dông - Tiêu chuán thiét ké. - Hà Nôi. -1995. - 56 p.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Усилие для преодоления сил трения грунта на поверхности обделки тоннеля (Р{)

Усилие для преодоления сил трения грунта на поверхности обделки тоннеля (Р]) можно определить по формуле:

Р1= к.{[2(Ч.В+р.Н) + 0]./о+ (В + Н).с0}.Ь где к= 1,1 - коэффициент надежности;

/о = 0,53 - коэффициент трения пары «бетон-грунт».

Результаты расчета показаны в таблице

№> (М) Дт (М) Ео (мПа) Ф (град) с (кПа) (м) £ (кН/м) Ч (кН/м) Р (кН/м) Р1 (кН)

1 3,6 3,0 20 34 20 5 45.4 176.0 49.8 953.4*1

2 5,0 3,0 20 34 20 5 64.3 176.0 49.8 1242.7* I.

3 8,0 3,0 20 34 20 5 101.8 176.0 49.8 1861.1*1.

4 3,6 4,5 20 34 20 5 65.1 209.0 59.1 1233.8*1

5 3,6 6,0 20 34 20 5 88.3 242.0 68.4 1544.7* 1

6 3,6 3,0 10 34 20 5 45.4 176.0 49.8 953.4*1

7 3,6 3,0 15 34 20 5 45.4 176.0 49.8 953.4*1

8 3,6 3,0 25 34 20 5 45.4 176.0 49.8 953.4*1

9 3,6 3,0 30 34 20 5 45.4 176.0 49.8 953.4*1

10 3,6 3,0 35 34 20 5 45.4 176.0 49.8 953.4*1

11 3,6 3,0 20 30 20 5 45.4 176.0 58.7 980.7*1

12 3,6 3,0 20 32 20 5 45.4 176.0 54.1 966.6*1

13 3,6 3,0 20 36 20 5 45.4 176.0 45.7 940.9*1

14 3,6 3,0 20 38 20 5 45.4 176.0 41.9 929.1*1.

15 3,6 3,0 20 40 20 5 45.4 176.0 38.3 918.0*1

16 3,6 3,0 20 34 1 5 45.4 176.0 49.8 865* 1

17 3,6 3,0 20 34 5 5 45.4 176.0 49.8 902* 1_

18 3,6 3,0 20 34 15 5 45.4 176.0 49.8 921.4* I.

19 3,6 3,0 20 34 25 5 45.4 176.0 49.8 985.3*1

20 3,6 3,0 20 34 30 5 45.4 176.0 49.8 1017.2*1

21 3,6 3,0 20 34 20 3 45.4 132.0 37.3 752.7* 1_

22 3,6 3,0 20 34 20 7 45.4 220.0 62.2 1154.0*1

23 3,6 3,0 20 34 20 11 45.4 308.0 87.1 1555.2* I.

24 3,6 3,0 20 34 20 5 45.4 176.0 49.8 953.4*1

25 3,6 3,0 20 34 20 5 45.4 176.0 49.8 953.4*1

26 3,6 3,0 20 34 20 5 45.4 176.0 49.8 953.4*1

27 3,6 3,0 20 34 20 5 45.4 176.0 49.8 953.4*1

28 3,6 3,0 20 34 20 5 45.4 176.0 49.8 953.4*1

29 3,6 3,0 20 34 20 5 45.4 176.0 49.8 953.4*1

где: Вт> Нт - ширина и высота тоннеля (м); (р - угол внутреннего трения (град); с -сцепление грунта (кПа); Е0 - модуль деформации грунта; у - удельный вес грунта <3 (кН/м ); Н] - глубина заложения тоннеля (м); Ь - длина участка продавливания (м); g -вес единицы длины обделки; # - вертикальное равномерно распределенное давление грунта на обделку (см. формулу 2.6); р - горизонтальное равномерно распределенное давление грунта (см. формулу 2.7).

Приложение 2. Лобовое усилие продавливания Р2

Р2 = k-(Rk + Rl + Rb+ F.Q), где к =1,1 - коэффициент надежности; F - площадь забоя, м .

* Rk~ усилия внедрения козырька ножевой части, кН;

Rk = q • sin(a+ 6) ■ (I/ cosa) ■ Вт, где Вт - наружная ширина ножевой части, м; I - текущая глубина внедрения клина, м; a - угол заострения козырька ножевой части, град; 8 - угол трения грунта по металлу, град;

q - приведенное наклонное давление на козырьке ножевой части,

кН/м2,

* R¡ - усилия внедрения лотка ножевой части, кН;

Ri= Qi ■ sin(a + б)(//cosa) ■ Вт, где Вт - наружная ширина ножевой части, м; I - текущая глубина внедрения клина, м; a - угол заострения клиновидного элемента лотка, град; 5 - угол трения грунта по металлу, град;

Qi - сдвигающая равнодействующая сила предельного давления по контактной плоскости лотка ножевой части, кН,

* Rb~ усилия внедрения вертикальных элементов ножевой части, Кн;

Усилие внедрения вертикальных элементов ножевой части, рассчитывается на последнем этапе, когда нож полностью переместилась в грунтовой массе, при напряжении в грунтовом массе достигает предельного состояния, определяется по формуле [38]:

Rb = Ra ' 0А ' sin(a + 5) ■ Я, где qa - распределенная нагрузка на плоскость клина, кН/м, О А - контактная плоскость ножевой части и грунта, м; Н - высота расчетной ступени, м;

а - угол заострения клиновидного элемента лотка, град; 8 - угол трения грунта по металлу, град; * (2 - давление в рабочем забое для поддержания давления в грунте и удерживания его от обрушения внутри тоннеля, кН/м ;

Давление пригруза в рабочем забое £), прикладываемое вручную, механически или сжатым воздухом в рабочем забое для поддержания давления в грунте и удержания его от обрушения внутри тоннеля. Давление пригруза должно уравновешивать горизонтальное давление грунта, определяется по формуле:

где р - горизонтальное давление грунта в забое (см. формулу 2.7).

Результаты расчета показаны в таблице

№ Вт (м) Нт (м) Ео мПа с (кН/м2) <Р (град) Я2 (м) е (кН/м2) (кН) Дл (кН) Яь (кН) Р2 (кН)

1 3,6 3,0 20 20 34 5 49.8 90.5 108.3 72.4 889.4

2 5,0 3,0 20 20 34 5 49.8 169.3 175.5 84.4 1293.2

3 8,0 3,0 20 20 34 5 49.8 351.2 320.9 96.5 2159.1

4 3,6 4,5 20 20 34 5 59.1 121.9 150.1 84.4 1445.0

5 3,6 6,0 20 20 34 5 68.4 158.0 198.6 96.5 2124.0

6 3,6 3,0 10 20 34 5 49.8 90.5 108.3 53.4 868.5

7 3,6 3,0 15 20 34 5 49.8 90.5 108.3 61.2 877.1

8 3,6 3,0 25 20 34 5 49.8 90.5 108.3 77.9 895.5

9 3,6 3,0 30 20 34 5 49.8 90.5 108.3 84.1 902.3

10 3,6 3,0 35 20 34 5 49.8 90.5 108.3 94.1 913.3

11 3,6 3,0 20 20 30 5 58.7 70.7 127.7 73.7 996.3

12 3,6 3,0 20 20 32 5 54.1 79.8 117.7 72.7 939.7

13 3,6 3,0 20 20 36 5 45.7 103.1 99.5 72.7 845.6

14 3,6 3,0 20 20 38 5 41.9 118.1 120.7 73.6 841.0

15 3,6 3,0 20 20 40 5 38.3 136.2 83.3 75.3 778.9

16 3,6 3,0 20 1 34 5 49.8 172.4 108.3 72.4 980.1

17 3,6 3,0 20 5 34 5 49.8 120 108.3 72.4 922.3

18 3,6 3,0 20 15 34 5 49.8 95.7 108.3 72.4 895.1

19 3,6 3,0 20 25 34 5 49.8 87.4 108.3 72.4 886.0

20 3,6 3,0 20 30 34 5 49.8 85.4 108.3 72.4 883.8

21 3,6 3,0 20 20 34 3 37.3 90.5 81.2 50.1 687.3

22 3,6 3,0 20 20 34 7 62.2 90.5 135.4 94.6 1091.5

23 3,6 3,0 20 20 34 11 87.1 90.5 250.9 139.2 1563.1

24 3,6 3,0 20 20 34 5 49.8 90.5 108.3 72.4 889.4

25 3,6 3,0 20 20 34 5 49.8 90.5 108.3 72.4 889.4

26 3,6 3,0 20 20 34 5 49.8 90.5 108.3 72.4 889.4

27 3,6 3,0 20 20 34 5 49.8 90.5 108.3 72.4 889.4

28 3,6 3,0 20 20 34 5 49.8 90.5 108.3 72.4 889.4

29 3,6 3,0 20 20 34 5 49.8 90.5 108.3 72.4 889.4

где: Вт, Нт- ширина и высота тоннеля (м); Ео - модуль деформации (мПа); ср - угол внутреннего трения (град); с - сцепление грунта (кПа); Я; - глубина заложения тоннеля (м); <2 - давление в рабочем забое для поддержания давления в грунте и удерживания его от обрушения внутри тоннеля, кН/м ; Як — усилия внедрения козырька ножевой части (кН); - усилия внедрения лотка ножевой части (кН); -усилия внедрения вертикальных элементов ножевой части (кН); Р2 - лобовое усилие продавливания.

Приложение 3. Усилие продавливания

№ N = P1+P2 (кН) № N = Р1 + Р2 ( кН)

1 953*1 + 890 16 865*1 + 980

2 1243*1+1293 17 902*1 + 922

3 1861 * Ь + 2159 18 921* 1 + 895

4 1234* 1_ + 1445 19 985*1 + 886

5 1545*1.+ 2124 20 1017*1 + 884

6 953*1 + 869 21 753*1+687

7 953*1 + 877 22 1154*1+1092

8 953*1 + 896 23 1555*1+1563

9 953*1 + 902 24 953*1 + 890

10 953*1 + 913 25 953*1 + 890

11 981*1- + 996 26 953*1 + 890

12 967*1 + 940 27 953*1 + 890

13 941*1_ + 845 28 953*1 + 890

14 929*1 + 841 29 953*1 + 890

15 918*1+779

где: Ь=пхЬ - длины участка продавливания (м); г - глубина заходки;