Введение к работе
Актуальность работы.
В последние годы со значительным ростом грузоперевозок остро встаёт вопрос повышения пропускной способности магистралей, особенно в местах их пересечения. Традиционные методы сооружения подземных проездов или пешеходных переходов под насыпями существующих дорог связаны с частичным перерывом движения по ним и, следовательно, с экономическими потерями и высокой трудоемкостью работ. Наиболее эффективным методом пересечения транспортных магистралей в этих условиях является строительство транспортных тоннелей способом продавливания, позволяющим вести работы без прекращения движения по существующей магистрали.
Одним из важнейших параметров, от которого зависят условия проектирования тоннеля, сооружаемого способом продавливания является лобовое усилие продавливания ножевой части тоннеля.
Зарубежными проектными организациями накоплен большой опыт проектирования тоннелей, сооружаемых способом продавливания крупногабаритных секций. Это позволило им разработать свои методики расчета усилий продавливания. Описание данных методик является элементами интеллектуальной собственности фирмы-проектировщика, поэтому проведение их анализа не представляется возможным.
На данный момент существующая в нашей стране расчётно-теоретическая методика определения компоненты полного усилия продавливания – лобового сопротивления – это расчет по удельным сопротивлениям внедрения в грунт ножевых элементов, полученным на основе опытных работ. При этом методе расчета имеют место эмпирические данные, влияющие на конечные результаты лобовых сопротивлений. Данный подход может приводить к недостоверным прогнозам требуемого усилия.
Поэтому разработка методики по определению усилия продавливания, базирующейся на фундаментальных теориях взаимодействия грунтовой среды, сооружений и строительного оборудования является актуальной научной задачей.
Цель и задачи диссертации.
Цель работы – разработать методику определения величины лобового усилия продавливания для тоннеля из крупногабаритных секций прямоугольного сечения.
Основные задачи диссертации:
– провести экспериментально-теоретические исследования предельно-напряженного состояния грунта при продавливании ножевой части тоннеля;
– разработать методику расчета лобовых усилий продавливания секции для тоннеля прямоугольного очертания;
– провести натурные исследования параметров усилия при строительстве тоннельного перехода способом продавливания и выполнить сравнительный анализ полученных натурных параметров с расчетными;
– разработать алгоритм расчета лобовых усилий продавливания тоннеля и дать рекомендации по их определению.
Методика исследований.
В основе методики заложен комплексный подход, включающий проведение теоретических и экспериментальных исследований.
В теоретических исследованиях использовано решение плоской задачи предельного равновесия сыпучей среды. Экспериментальные исследования выполнены в производственных условиях.
С применением разработанной методики выполнены расчеты для натурной секции тоннеля. Результаты проведенных расчетов сопоставлялись с натурными данными.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработаны расчетные модели продавливания в грунт клиновидных элементов ножевой части продавливаемого тоннеля прямоугольного очертания на основе строгих теорий механики грунтов;
- предложены критерии для определения существования стадий предельно-напряженного состояния грунта при внедрении в него вертикальных клиновых элементов;
- разработана методика расчета лобового усилия продавливания крупногабаритной секции прямоугольного очертания;
- выявлены особенности взаимодействия грунтовой среды и элементов ножевой части и установлены зависимости лобового усилия продавливания для ножевой части автодорожного тоннеля от основных влияющих факторов: угла внутреннего трения грунта, сцепления грунта и толщины секции.
Практическую значимость работы составляют:
аналитические решения расчета усилия внедрения клиновидных элементов ножевой части в грунт в условиях трехмерного объемного сдвига;
алгоритм расчета, позволяющий быстро и эффективно выполнять многовариантные расчеты усилий продавливания прямоугольных секций тоннеля;
номограмма, позволяющая оценить величину лобового усилия в зависимости от основных влияющих факторов на этапе предпроектной подготовки.
Достоверность полученных результатов определяется:
- строгостью исходных предпосылок применяемых методов исследований;
- высокой сходимостью результатов расчетов по разработанным математическим моделям с натурными исследованиями технологических параметров тоннеля, сооружаемого способом продавливания.
Реализация результатов.
Результаты работы использованы ОАО «Мосинжпроект» при проектировании конструкций ножевой части и домкратной установки по строительству транспортного тоннеля под железнодорожными путями Курского направления МЖД, сооружаемого закрытым способом методом продавливания.
Апробация работы.
Результаты исследований и основные научные положения диссертационной работы доложены на заседаниях секции «Метро и тоннелестроение, освоение подземного пространства» Ученого совета ОАО ЦНИИС, 2007-2012 гг.
Публикации.
Результаты диссертационного исследования полностью изложены в 4 работах, опубликованных автором, в том числе 1 в журнале «Транспортное строительство», рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Основной текст изложен на 136 страницах, содержит 11 таблиц, 59 рисунков. Ссылки даны на 97 источников.
В память научному руководителю д.т.н., проф. Е.А. Демешко.
Автор выражает благодарность коллективам лаборатории «Горного давления и норм расчета» НИЦ «Тоннели и метрополитены» филиала ОАО ЦНИИС и мастерской №7 ОАО «Мосинжпроект» за помощь при проведении исследований.
