Введение к работе
Актуальность проблемы
В современном крупном городе развитие внутренних транс-ГіОртньк связей между отдельными районами имеет крайне заяаое значение. К городскому транспорту в этом случае предъявляют требования оптимальной и безопасной скорости доставки грузов и пассажиров, миникальййх затрат зрэмени на ожидание транспорта, максимального снижения уровня загрязнения окружающей среда и шума от движущихся транспортных средств.
Удовлетворение перечисленных требований в значительней степени зависит от рациональной маршрутизации и интенсивности движения городского транспорта. Применительно к автомобильному транспорту (а на сегодняшний день на его долю падает наибольшая нагрузка от внутригородских перевозок) можно также добавить, что оптимальная маршрутизация в свою очередь определяется пропускной способностью уличной сети города.
В городах с исторически сложившимся центром, ценным В &ГЛ&І-тектурпом и градостроительном отношении и с у е определившейся уличной сетью, наиболее узким местом является транзитный проезд центра города ввиду сравнительно небольшой пропускной способности о той части уличной сети. Особую остроту проблема совершено-тзования транспортной системы приобретает для центра С.-Петербурга. охватившего территорию более 150 кв.км. По данным департамента транспорта насчитывается около 60 пересечений автомагистралей, пропускная способность которых в настоящее время исчеркана. Специфика С.-Петербурга заключается также в том, что сообщения между отдельными частями гооодз, оазійлсняьиїї о. Невой и ее дельтой, осуществляются через разводные мосты и конфликт между наземным транспортом и потребностями Волго-Балтийского водного пути постоянно обостряется. Сооружение подводных автотранспортных тоннелей обеспечит город постоянными и надежными транспортными СВЯЗЯМИ В любое время суток.Требования охраны исторической застройки и ландшафта центральных: районов С. -Петербурга исключают возможность сооружения в этой части города транспортных эстакад, в то время как непрерывный рост интенсивности движения транспорта неизбежно приведет к необходимости формирования системы внеуличных автомагистралей, включающей подводные транспортные тоннели в цер(тральных районах города.
Генеральным планом развития С.-Петербурга предусмотрено размещение тоннелей, главным образом, на трассах будущих автомобильных магистралей регионального значения, которые должны составить единую систему", связывающую между собой все элементы петербургской системы расселения: центральные районы города, промышленный пояс, районы нового жилищного строительства, пригородную зону и выходящие на ее внешне границы автомобильные дороги. Радиальные внешние направления предполагается объединить кольцевой автомобильной дорогой, которая в западной своей части пройдет по трассе строящихся сооружений защиты города от наводнений. В пределах городской черты С.-Петербурга систему региональных магистралей предусмотрело формировать как в меридиальном. так и в широтном направлениях, no-возможности, в единых транспортных коридорах с железнодорожными линиями, с обеспечением непрерывного движения транспорта.
Актуальность диссертационной работы определяется необходимостью научного обоснования оптимального оасположения подводных автотранспортных тоннелей о транспортной системе С.-Петербурга, а такие разработки "рекомендаций по выбору эффективных технических и технологических реиений по кх сооружению в дельте р. Невы. Актуальность подтверждается "Генеральной схемой планировочной организацией и использования подземного пространства Ленинграда" (редакция 1982 г.), "Генеральным планом развития С. Петербурга до 2005 года", целевой научно-исследовательской программой "Усо аврышшвеэазгля кетсдев строительства подводных тоннелей с применением специальных цитовых агрегатов и спускных крупногабаритных секций", а также заказом Комитета по управлению городским хозяйством и Комитета по градостроительству и архитектуре мэрии С.-Петербурга на выполнение научных исследований по теме "Разработка схемы размещения объектов городской инфраструктуры и многофункциональных комплексов при освоении подземного пространства С.-Петербурга".
Цель работы - разработка, научное обоснование и внедрение н практику проектирования и строительства городских автотранспортных тоннелей эффективных технических и технологических решений с учетом специфики расположения их в дельте р.Невы, сбеепечязазйях выбор оптимального их местоположения с определением требуемой пропускной способности, протяженности и типов поперечных сечений, Разработка классификации способов производства работ в условиях С. -Петербурга. Оценка особенностей статической работы конструкций подводных тоннелей из опускных секций во взаимодействии с окружавшей сре;:с/ и г.ропюзиродапу.е их сса&с-к как в .период строительства, так и в процессе последующей эксплуатации.
Идея работы:
Создание единой двухуровневой транспортной системы Петербурга, включающей помимо наземной сети и автотранспортные тоннели преимущественно мелкого заложения, строительство которых осуществить методами, эффективными в условиях ценной в архитектурном и историческом отношении застройки дельты р.Невы. Использовать преимущество подземных конструктивных и объемно-планировочных решений, которые позволят сэкономить определенную часть городской территорий и одновременно получить значительный объем помещений в околотоннельном пространстве для развития городской инфраструктуры.
Задачи исследований:
- анализ возможных путей улучшения работы транспортной сети С.-Петербурга на основе отечественного и зарубежного опыта;
- разработка методики выявления участков с предельной про-пускной способностью в автотранспортной системе С.-Петербурга и определения мест оптимального расположения автотранспортных тоннелей;
- обоснование эффективных конструктивных и технологических решений с учетом инженерно-геологических и градостроительных условий района расположения автотранспортных тоннелей в дельте р. Невы;
- установление расчетных схем конструкций автотранспортных тоннелей на участках пересечения водотоков и исследование их напряженно-деформированного состояния;
- выявление закономерностей, связывающих нагрузки на основные элементы констоукиии автотоансшгатных тоннелей и их осадки. как во время строительства. так и в эксплуатационной период;
- разработка и внедрение рекомендаций по конструктивным "и технологическим решениям автотранспортных тоннелей в единой транспортной системе С.-Петербурга с учетом плотности и кстори ко-архйтектурнсй ценности городской застройки, научна большого количества водотоков и других контурных препятствий.
Метода исследований:
В работе применен комплекс методов исследований, включающий анализ и обобщение материалов проектных и строительных организаций, а также данных, опубликованных в технической литературе отечественными и зарубежными учеными и специалистами по конструктивно-технологическим решениям автотранспортных тоннелей. методам математического моделирования транспортных потоков и расчетам тоннельных конструкция: математическое моделирование городской автотранспортной сети: математическое и физическое моделирование напряженно-деформированного состояния тоннельных конструкций; лабораторные исследования на физических моделях из эквивалентных материалов взаимных перемещений и ссадок элементов конструкции; сравнительный анализ результатов математического и физического моделирования. Такой комплексный подход позволил научно обосновать предложенные автором технические и технологические решения.
Автор защищает;
- концепцию создания адиной двухуровневой транспортной сети Петербурга, основанной на использовании подземного пространства для совеошенстзования системы тоанспостных связей в центральных работах города, расположенных в дельте реки Невы;
- научные и инженерные результаты и их практическое осуществление при разработке проектных решений автотранспортных тоннелей, предусмотренных выдвинутой концепцией;
- методику определения мест расположения и требуемой пропускной способности автотранспортных тоннелей;
рекомендации по конструктивно-технологическим решениям автотранспортных тоннелей в конкретных инженерно-геологических. гидрогеологических-и градостроительных условиях их сооружения;
- выявленную по результатам математического и физического моделирования совокупность факторов, определяющих напряженно-деформированное состояние основных конструкций подводных автотранспортных тоннелей;
- необходимость проведения расчетов конструкций тоннельных секций в трехмерной (объемной) постановке задачи;
- рекомендации по методике и технике физического моделирования подземных сооружений с использованием низкомодульных эквивалентных материалов;
- выявленные закономерностей проявления осадок опускных секций при различных технологических схемах сооружения подводного тоннеля.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается комплексным подходом к решению проблемы, сочетающим надежные и апробированные методы математического моделирования с большим количеством экспериментов на физических моделях; корректностью постановки теоретических задач и высокой технической оснащенностью лабооатооных исследований: сходимостью ОЄЗУЛЬ - 9 атоз математического моделирования с данными исследований на ;изичесхих моделях (6-9%) и результатами физического моделирова-іия с данными натурньіх наблюдений (15-20%); ПОЛСКИТОЛЬЕІЬ ре-іультатами внедрения рекомендаций и вводов з практику проектирования и строительство.
Практическая значимость
Созданный комплекс теоретических, методических и алгоритмических разработок и программных средств, дополняя традиционные методы планирования транспортной сети, позволяет, наряду с сокращением средств и времени при проектировании, достичь оптимально проектных решений при развитии городской транспортной системы, включающей участки протяженных и подводных тоннелей.
Внедрение в практику проектирования положений, выводов и рекомендаций, приведенных в диссертационной работе, позволяет более обоснованно решать вопросы назначения конструкций и технологии работ с учетом конкретных условий строительства автотранспортных тоннелей, сократить материалоемкость, трудоемкость и стоимость их сооружения и обеспечить надежные условия эксплуатации.
Дичный вклад автора состоит в разработке концепции создания единой двухуровневой транспортной сети С.-Петербурга, основанный на использовании подземного пространства для совершенствования системы транспортных связей в центральных районах города, расположенных в дельте реки Невы; создании комплекса теоретических. методических и алгоритмических разработок и программных средств. обеспечивающих определение основных параметров двухуровневой транспортной сети; разработке рекомендаций по установлению конс ТОУКТИВНЫХ и технологических оешений лля конкоетных условий строительства автотранспортных тоннелей, постановке теоретических и лабораторных исследований по теме диссертации;"анализе-ре-- -зультатов выполненных исследований, теоретическом обобщений и обосновании всех задаваемых положений; внедрении результатов исследований в практику проектирования и строительства, что подтверждается актами внедрения.
Реализация результатов работы осуществлялась в холе разработки "Генеральной схемы планировочной организации и использования подземного пространства Ленинграда", "Генерального плана развития С.-Петербурга до 2005 года", в проектировании и строительстве Канонерского подводного тоннеля и автотранспортного тоннеля в комплексе сооружений защиты С.-Петербурга от наводнения, при разработке новой редакции СНиП 32-07 "Тоннели железно-дережные и автодорожные", а также в рабочих материалах темы "Разработка схемы размещения объектов городской инфраструктуру и многофункциональных комплексов при освоении подземного пространства Санкт-Петербурга", зытшяеуо совместно с Проблемным созетом по комплексному использованию подземного пространства Академии технологических наук РФ.
Результаты работы используются в учебном процессе кафедры "Тоннели и метрополитены" ПГУПСа при чтении лекций для студентов специализаций "Городские транспортные сооружения" и "Тоннели и метрополитены 1, а такне в учебном процессе по программам курсов повышения квалификации ИТР в Центре послевузовского образования.
Апробация работы
Основные научные результаты исследований доложены и обсуждены на Всесоюзной научно-технической кснФепениии "Повышение и качества транспортного строительства" (Москва. 1979 г.). Всесоюзной научно-практической конференции "Совершенствование системы пассажирских сообщений крупных городов и агломераций (Ленинград, 1986 г.). Межрегиональном научно-техническом симпозиуме "От качественного проекта к совершенному подземному сооружению" (Москва 1993 г.). научно-технических конференциях "Комплексное использование подземного пространства Северо-Западного региона1 (С.-Петербург, 1992 и 1994 гг.). Международных симпозиумах "Реконструкция Санкт-Петербург - 2005" Санкт-Петербург), международном научно-техническом семинаре "Опыт и перспективы строительства подводных тоннелей в России" (Москва 1995 г.), а также на Координационных совещаниях по строительству Канонерского тоннеля в ЦНИИС е и Мостострое-6.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 29 работах.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, перечня литературных источников и И приложений, объединенных в отдельный том. Диссертация содержит 343 страницы, в том числе 256 страниц основного текста, 105 рисунков, 14 таблиц, список литературы из 163 наименований на 17 страницах.
