Оценка техногенных воздействий на окружающую среду при проходке тоннелей, сооружаемых щитовым способом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.02, кандидат технических наук Аунг Мо Хейн

• Аунг Мо Хейн
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аунг Мо Хейн

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРОЦЕССОВ ПРОХОДКИ

ТОННЕЛЕЙ.

§1.1. Методы оценки осадки дневной поверхности грунта при проходке тоннелей.

§ 1.2. Анализ эмпирических методов оценки осадок поверхности грунта, разработанных специалистами различных стран.

§ 1.3. Анализ эмпирических методов оценки осадок поверхности грунта, разработанных российскими специалистами.

§ 1.4. Аналитические решения для оценки осадок поверхности грунта при проходке тоннелей.

§ 1.5. Определение перемещений грунтового массива при нагнетании раствора за тоннельную обделку.

§ 1.6. Численные методы.

§ 1.7. Выводы.

ГЛАВА 2. ОЦЕНКА ОСАДОК ПОВЕРХНОСТИ ГРУНТА ПРИ ПРОХОДКЕ

ТОННЕЛЕЙ ЩИТОВЫМ СПОСОБОМ.

§ 2.1. Причины осадок поверхности грунта при проходке тоннелей щитовым способом.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка техногенных воздействий на окружающую среду при проходке тоннелей, сооружаемых щитовым способом»

В настоящее время с развитием многих городов увеличивается потребность в транспортной инфраструктуре. Поскольку свободное наземное пространство в городских условиях становится все более ограниченными, наиболее эффективным средствами в обеспечении требуемой инфраструктуры становятся подземные сооружения. Во многих городах мира разрабатываются новые проекты подземных сооружений в условиях высокой плотности застройки и во многих случаях в районах, в которых расположены древние сооружения и здания, представляющие историческую ценность. Подземные сооружения имеют большое значение не только в густонаселенных регионах мира. И необходимость, и потребность в этих специализированных подземных сооружений увеличивается с ростом мирового населения.

Первая подземная железнодорожная линия была введена в эксплуатацию в Лондоне в 1863 году. С тех пор более чем в 150-ти городах мира были построены подземные транспортные системы (метрополитены), и в настоящее время более чем 50 % из них модернизируются, расширяются и удлиняются. В настоящее, сооружается транспортная сеть метро в Дубае (Объединенные Арабские Эмираты), пуск первой очереди намечался в сентябре 2009 года. Предполагается, что это будет самая протяжённая и полностью автоматизированная подземная транспортная система в мире, после завершения строительства в 2012 году.

Во многих случаях проходка тоннелей осуществляются в непосредственной близости от существующих зданий и сооружений. Проходка тоннеля неизбежно вызывает вертикальные и горизонтальные перемещения грунта, которые могут вызвать повреждения зданий и сооружений, расположенных вблизи строящихся трасс метро. Эти последствия могут быть так же весьма значительными, если строительство тоннеля осуществляется в непосредственной близости к существующим свайным фундаментом в структурно неустойчивых грунтах.

Во многих странах строительство тоннелей вблизи сооружений, представляющих историческую ценность, контролируется сотрудниками организации Green Peace, оценивающими влияние строительства на окружающую среду.

Актуальность проблемы. В последние годы руководством правительства Мьянмы принято решение о строительстве метрополитена в столице страны в городе Янгон. В условиях существующей городской застройки возникают проблемы, связанные с защитой наземных сооружений от воздействий, возникающих как при строительстве, так и при эксплуатации тоннелей метрополитена. В городе Янгон большое количество старинных зданий, исторических памятников. Особую историческую ценность представляют пагоды (ступы), построенные в древние времена. Из-за большого количества в городе этих величественных сооружений можно без преувеличения сказать, что любая проектируемая трасса метрополитена будет проходить под старинными сооружениями, либо в непосредственной близости от них. Эти сооружения особенно уязвимы и не рассчитаны на техногенные воздействия, которые могут проявляться в виде осадок поверхности грунта и, следовательно, вызывать перемещения фундаментов.

Другими опасными техногенными воздействиями являются колебания и вибрации, создаваемые режущими механизмами щитовых комплексов. Даже незначительные вибрации поверхности грунта могут повредить древние сооружения. При строительстве метро в городе Янгон предполагается использовать щитовой способ сооружения тоннелей.

Решение вопросов оценки техногенных воздействий на окружающую среду при проходке тоннелей щитовым способом, а именно, определение осадок поверхности грунта, а также оценка динамических воздействий рабочих механизмов щита на сооружения, находящихся в близости от строящихся линий для условий города Янгон, является необходимым и актуальным.

Цель и задачи работы:

• выполнить анализ существующих методов оценки техногенных воздействий при щитовой проходке тоннелей на здания и сооружения вблизи строящихся трасс метро,

• оценить осадки поверхности грунта при щитовой проходке тоннелей,

• оценить параметры динамических воздействий режущих механизмов щита на окружающий грунтовый массив.

Научная новизна работы, личный вклад в решение проблемы. Автором предложен метод оценки осадок поверхности грунта, основанный на использовании теоремы взаимности.

Решена задача распространения волн от точечных источников различного типа в бесконечном пространстве. При решении используется интегральное преобразование Фурье, аппарат обобщённых функций и асимптотические разложения. Функции, описывающие фронты распространения волн представлены в виде трёхмерных графиков с помощью пакета Матлаб.

Получена оценка уровней колебаний поверхности грунта, создаваемых различными источниками, моделирующими процесс щитовой проходки тоннеля. Для этой цели так же используется теорема взаимности.

Для получения численных результатов разработаны программы с использованием программного комплекса Матлаб.

Достоверность результатов. Для оценки достоверности полученных результатов в качестве эталонного решения используется известное решение Лява о действии сосредоточенной силы в бесконечном пространстве.

Выполнено сравнение результатов численных расчётов величины оценки осадок дневной поверхности грунта при щитовой проходке и сравнение уровней вибраций, создаваемых при щитовой проходке на поверхности грунта и при нагнетании за обделки тоннеля, с известными результатами, опубликованными в технической литературе, как в РФ, так и за рубежом.

Достоверность исследований подтверждается хорошим совпадением результатов, полученных в данной работе, с теоретическими и экспериментальными данными других авторов.

Практическая значимость и реализация работы. Полученные результаты можно использовать при оценке воздействий на сооружения, расположенные вблизи трасс метро, возникающие при строительстве и эксплуатации тоннелей.

Результаты работы предполагается использовать при проектировании и строительстве первой линии метро в городе Янгон.

Апробация работы: основные научные результаты докладывались

1. на IX научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», 2008 г, в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ).

2. на международной научно-технической конференции «Особенности освоения подземного пространства и подземной урбанизации в крупных городах мегаполиса» МВЦ «Крокус Экспо», павильон №3, зал 15. (Труды конференции - 11-12 ноября, 2008 г, Москва).

3. на юбилейной X научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», 2009 г, в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ).

4. на VII международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Тгапэ-МесЬ-Ай-СЬет» - 18-19 мая, 2010 г, в

Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ).

Публикации: по материалам диссертации опубликовано 3 печатных работ.

1. Аунг Мо Хейн. Оценка осадок поверхности грунта при проходке тоннелей, «Известия ОрелГТУ. Серия «Строительство и реконструкция». - №6/26(574) 2009. - С. 80-85.

2. Курбацкий E.H., Аунг Мо Хейн., Сан Лин Тун. Распространение волн в упругой среде от точечных источников, «Известия ОрелГТУ. Серия «Строительство и реконструкция». - №1/27(589) 2010. - С. 40-46.

3. Аунг Мо Хейн., Сан Лин Тун. Оценка колебаний поверхности грунта при щитовой проходке тоннелей, «Известия ОрелГТУ. Серия «Строительство и реконструкция». - №2/28(5--) 2010. - С. 30-35.

Заключение диссертации по теме «Основания и фундаменты, подземные сооружения», Аунг Мо Хейн

8. Результаты исследования можно использовать при сооружении в первой очереди метро в городе Янгон.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Аунг Мо Хейн, 2010 год

1. Peck, R. В. 1969. Deep excavations and tunneling in soft ground. Pages 225-290 of: Proc. of the 7th int. Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. State of the art volume. Sociedad Mexicnan de Mecanica de Suelos, A. C.

2. O'Reilly, M. P., & New, В. M. 1982. Settlements above tunnels in the United Kingdom their magnitude and prediction. Pages 55-64 of: Tunneling 82. The Institution of Mining and Metallurgy, London.

3. Attewell, P. В., & Woodman, J. P. 1982. Predicting the dynamics of ground settlement and its derivitives caused by tunnelling in soil. Ground Engineering, 15(7), 13-22 & 36.

4. Кузьменко И.А. Определение безопасных деформаций поверхности земли для зданий при строительстве тоннелй метрополитенов в песках щитовым способом: Автореф. дис. канд. техн. наук. Москва: 1988. - 11 с.

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

6. Демешко Е.А., Ходош В.А. Прогнозирование осадок поверхности при щитовой проходке тоннеля в песчаных грунтах. Метрострой, 1963, № 3-4, с. 50-53.

7. Сазонов Г.Н. Закономерности развития деформаций земной поверхности при сооружении Московского метрополитена. Тез. докл./ Геогр. об-во СССР. - Л., 1969, вып. I, с. 19-22.

8. К расчету деформаций зеномй поверхности при сооружении метрополитена/ М.А. Иофис, Р.А. Муллер, В.Ф. Подаков. Транспортное строительство, 1971, № 6, с. 44-45.

9. Лиманов Ю.А., Артюков Е.И. Осадки земной поверхности при сооружении тоннелей в четвертичных отложениях. Транспортное строительство, 1972, № 2, с. 45-47.

10. Симкин В.И. Разработка методов расчета деформаций земной поверхности, зданий и сооружений при стротельстве метрополитена мелкого заложения: Автореф. дис. канд. техн. наук. Минск: 1982. 22 е., ил. - В надзагд.: Моск. горн. ни-т.

11. Timoshenko, P., Goodier, J.N., 1970. Theory of Elasticity. McGraw-Hill, New York.

12. Verruijt, A., Booker, J.R., 1996. Surface settlements due to deformation of a tunnel in an elastic half plane. Geotechnique 46 (4), 753-756.

13. Sagaseta, C., 1987. Analysis of undrained soil deformation due to ground loss. Geotechnique 37 (3), 301-320.

14. Loganathan, N., Poulos, H.G., 1998. Analytical prediction for tunnelling-induced ground movements in clays. J. Geotech. Geoenviron. Eng. ASCE 124 (9), 846-856.

15. Lee, K.M., Rowe, R.K., Lo, K.Y., 1992. Subsidence owing to tunnelling I: estimating the gap parameter. Canada. Geotech. J. 29, 929-940.

16. Park, K.H., 2005. Analytical solutions for tunnelling-induced ground movements in clays. J. Tunnelling and Underground Space Technology 20 (2005) 249-261.

17. Franzius, J. N., 2003. Behavior of Buildings due to Tunnel Induced Subsidence, Ph.D. Thesis, Department of Civil and Environmental Engineering, Imperial College of Science, Technology and Medicine, London.

18. John, O. Bickel, Thomas R. Keusel, and Elwyn H. King, Tunnel Engineering Handbook, Chapman and Hall, 1996, 544 p.

19. Leblais, Y., 1995. Recommendations on Settlements Induced by Tunnelling. Association Française des Travaux en Souterrain (AFTES). p 132-134.

20. Hulme, T.W., Shirlaw, J.N., Hwang, R.N., Settlements during the underground constructions of the Singapore MRT, Tenth Southeast Asian Geo-technical conference, 16-20 April, 1990, Taipei.

21. Verruijt, A., 1994-2005. Soil Dynamics Elastostatics of a half space, Pages 138-139.

22. Timoshenko.S., Goodier.J.N., 1951. Theory of Elasticity 83. The Reciprocal Theroem, Pages 239-241.

23. Civil design criteria for road and rail transit systems, Rail and Engineering Groups, Singapore, 2009.

24. Wang, J.G., Kong, S.L., Leung, C.F. (2003). Twin Tunnels-Induced Ground Settlement in Soft Soils. Geotechnical Engineering in Urban Construction, Tsinghua University Press, pp.241-244.

25. Курбацкий E.H. Метод решения задач строительной механики и теории упругости, основанный на свойствах изображений Фурье финитных функций. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. МИИТ, Москва, 1995. — 205 с.

26. Love, А.Е.Н.: "A Treatise on the Mathematical Theory of Elasticity", 4th ed., Dover publications, Inc., New York, 1944.

27. Мышкис А.Д.: «Математика для втузов. Специальные курсы. М., 1971г., 632 стр.

28. Курбацкий Е.Н.: "Использование теоремы взаимности для оценки уровней вибраций поверхности упругого полупространства от точечного источника, расположенного внутри полупространства " , " Вестник МИИТа " No- 13 ,2005.

29. Cherry, J.T.,Jr. The Asimuthal and Polar Radiation Patterns Obtained from a Horizontal Stress Applied at the Surface of an Elastic Half Space, Bull. SeismologicalSoc. Am., vol. 52, pp. 27-36, 1962.I

30. Miller,G.F.,H.Pursey: The Field and Radiation Impedance of Mechanical Radiators on the Free Surface Semi-Infinite Isotropic Solid, Proc. Ro. Soc. London, Ser. A, vol. 223, pp. 521-541, 1954.

31. Z. Shangguan, L. Shouju and L. Maotian (2008), "Determining Optimal Thrust Force of EPB Shield Machine by Analytical Solution", EJGE., vol(13). С 6-8.

32. Walter Wittke, et al. «Stability Analysis and Design for Mechanized Tunneling» Aachen, 2007. WB1 print 6, p.202-250.

33. BCH-211-91 «Прогнозирование уровней вибраций в жилых домах, расположенных вблизи линий метрополитенов, и проектирование виброзащитных мероприятий». СССР, Минтранстрой, 1991.

34. Heelan, Patrick Aidan: Radiation from a Cylindrical Source of Finite Length, Geophysics, vol. 18, pp. 685-696, 1953.