Теоретичні основи комплексного аналізу тунельних конструкцій

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливої проблеми в області розрахунків підземних споруд, а саме розробці теоретичних основ комплексного аналізу тунельних конструкцій. Вперше для рішення задачі визначення напружено-деформованого стану оточуючого масиву як в’язко-пружно-пластичного середовища запропонована методика розділення деформацій у відповідності із принципом їх накладення. Розроблені теоретичні основи енергетичного підходу до аналізу напружено-деформованого стану системи «тунельна конструкція – оточуючий масив», отримані аналітичні залежності енергії для пружно-пластичної деформації та для реологічних явищ. На основі теоретичних побудов комплексного аналізу тунельних конструкцій розроблені методи їх статичного та динамічного дослідження, причому їх комплекс включає рухоме навантаження, ударне та імпульсне діяння, також розглянута можливість прогресуючого руйнування конструкції станції.

Диссертационная работа посвящена решению важной проблемы в области расчётов подземных соружений, а именно разработке теоретических основ комплексного анализа тоннельных конструкций. Впервые для решения задачи определения напряжённо-деформированного состояния окружающего массива как вязко-упруго-пластической среды предложена методика разделения деформаций в соответствии с принципом их наложения. Разработаны теоретические основы энергетического подхода к анализу напряжённо-деформированного состояния системы «тоннельная конструкция – окружающий массив», получены аналитические зависимости энергии для упруго-пластической деформации и для реологических явлений. Были проведены натурные эксперименты в виде инструментальных измерений деформаций обделки перегонного тоннеля. Для проведения исследований адекватности разработанных в диссертационной работе теоретических основ комплексного анализа были проведены натурные эксперименты в виде инструментальных измерений деформаций обделки левого перегонного тоннеля между станциями «Лыбедьская»–«Демеевская» Киевского метрополитена. После сравнения результатов натурных экспериментов и математического моделирования сделан вывод о высокой степени достоверности и адекватности авторских положений, так как относи-тельная погрешность между результатами составляет 17,6…20 %. Для более детального доказательства достоверности теоретических авторских положений проведен сравнительный анализ результатов натурных исследований деформирования колец обделки эскалаторных тоннелей на станциях «Сырец» и «Дорогожичи», причем погрешность между результатами инструментальных измерений и расчета МКЭ составляет 11…15 %, что свидетельствует о высокой адекватности математического моделирования реальному поведению эскалаторных тоннелей. На основе теоретических построений комплексного анализа тоннельных конструкций разработаны методы их статического и динамического исследований, причем комплекс нагрузок включает подвижную нагрузку, ударное и импульсное воздействия, также рассмотрена возможность прогрессирующего обрушения станционной конструкции. Впервые проведен динамический анализ конструкции пилонной станции, который включал в себя модальный анализ и исследование импульсного воз-действия, а также влияние метропроезда на элементы конструкции. Впервые проведено исследование форм и частот колебаний конструкций станций колонного типа мелкого и глубокого заложения с учетом присоеди-ненных масс грунта окружающего массива. Как часть комплексного анализа, разработаны методы исследования станционных конструкций на ударное воздействие (падение самолёта и вертолёта) и импульсное взрывное воздействие, причем практически данные методы реализованы впервые. Численный анализ влияния технологии сооружения станции метрополитена доказал её влияние на формирование НДС, анализ его результатов позволил сделать вывод о важности учета технологии работ, так как максимальные напряжения в колоннах и прогонах станции, как наиболее нагруженных элементах, наблюдались не в процессе эксплуатации. Исследование влияния шага колонн на общее НДС позволило получить аналитическую зависимость эквивалентных напряжений от шага колонн, с помощью которой еще на этапе проектирования и приблизительных расчетов конструктивных элементов можно подобрать оптимальный шаг колонн без снижения общей прочности станционной конструкции. Экономический эффект от внедрения докторской диссертационной работы составил 419 970 гривен.

The thesis is devoted to the decision of important problem in area of under-ground construction calculations, namely to development of theoretical bases of complex analysis of tunnel constructions. The decision of task of tensed and deformed state determination of the surrounding array as viscous-elastic-plastic environment the method of division of deformations in accordance with principle of their superposition is offered. Theoretical bases of power approach are developed to the tensed and deformed analysis of the system «tunnel construction – surrounding massif», analytical dependences of energy for elastic-plastic deformation and for the rheological phenomena are got. On the basis of theoretical research of tunnel constructions complex analysis the methods of their static and dynamic researches are developed, thus the complex of loadings includes the mobile loading, shock and impulsive influences, possibility of the making progress bringing down of the station construction is also considered.