Автореферат (1173113), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Казалось бы, что данноезначение должно быть минимальным, но значение вертикальных перемещений на15% процентов больше, чем при Е01/Е02=20. Это связано со значением соотношениякоэффициента сцепления основного грунта к коэффициенту сцепления грунта разлома. Аналогичная картина наблюдается и в обратном своде. Из рис. 4 видно, чтогоризонтальные перемещения в расчетных узлах стен тоннеля также, как и вертикальные, являются переменными и в зоне разлома наблюдается их возрастание. Однако при соотношении Е01/Е02=40 горизонтальные перемещения достигают12максимального значения и симметрии здесь не наблюдается, так как в зависимостиот угла наклона разлома, горное давление действует на стены тоннеля по-разному.а)б)Рис. 4. Горизонтальные перемещения в расчетных узлах правой (а) и левой(б) стены тоннеляКак видно из графика (рис.
5), максимальные и минимальные напряжения также восновном сконцентрированы на участке разлома. Максимальное значение Smax=4,11 мПа достигается при Е01/Е02=40, а наименьшее значение Smax=2,90 мПа – приЕ01/Е02=20, что на 29,44 % меньше. Наибольшее значение минимального напряжения Smin=-3,1 мПа наблюдается при Е01/Е02=5, что на 42,58 % больше наименьшегозначения минимального напряжения, которое возникает при Е01/Е02=20. Следуетотметить, что при таком значении растягивающих напряжений, в принятом конструкции тоннеля будут возникать трещины а в последствии разрушения обделки.а)б)Рис. 5.
Максимальные напряжения в расчетном узле верхнего (а) и обратногосвода (б)В расчетном узле обратного свода наибольшее значение максимальных напряжений Smax=1,92 мПа возникает при Е01/Е02=5. При Е01/Е02=20 и Е01/Е02=40 наблюдается почти одинаковое значение данной зависимости. Наибольшее значение13растягивающего напряжения Smin=-1,41 мПа наблюдается в эксперименте №7, чтона 53,9 % больше наименьшего значения минимального напряжений в данномслучае.Кроме влияния соотношения модулей деформации, было рассмотрено влияние соотношения сцепления основного грунта к грунту разлома на НДС крепи и установлено что чем больше значение соотношения сцепления основного грунта к грунтуразлома, тем больше значение вертикальных перемещений. Например, при увеличении соотношения С1/С2 в 2,12 раз при одинаковом соотношении модулей деформации Е01/Е02=10, вертикальные перемещение увеличивается в среднем на 47,16 %.Как показывает данное исследование, наибольшее влияние на НДС тоннельной обделки сказывает геометрия участка разлома, т.е.
ширина и угол расположения участка разлома по отношению к оси тоннеля. В одинаковых инженерно-геологических условиях, где ширина разлома составляет Bр=10 м и угол разлома поотношению к оси тоннеля αр варьируется в пределах от 30 до 90 ̊, было выполненосравнение зависимости напряжений и деформаций в расчетных узлах тоннельнойобделки. В данном случае наибольшее значение вертикальных перемещенийнаблюдается при угле расположения участка разлома к оси тоннеля 45 ̊ и имееттенденцию увеличиваться при увеличении ширины разлома.
Наименьшее значениенаблюдается при прямом угле разлома к оси тоннеля (рис. 6).Рис. 6. Вертикальные перемещения в расчетных узлах сводаРезультаты расчета были обработаны статистическим методом – построениемграфиков линии регрессии и эмпирических уравнений регрессии, и получено зависимость максимальных напряжений от максимальных перемещений в расчетныхузлах A-D. Для проверки статистической надежности данной модели было использована коэффициент детерминации R2, который изменяется от 0 до 1.14Эмпирические уравнения регрессии для определенных расчетных узлов имеют следующий вид:для расчетного узла А:R2=0,791σmax = 0,4254e-0,172xдля расчетного узла B:σmax = 0,4231e0,2065xR2=0,793для расчетного узла C:σmax = 0,6266e0,1237xR2=0,606для расчетного узла D:R2=0,684σmax =0,7692e-0,084xЗначение коэффициента детерминации R2 в регрессионной модели для расчетногоузла А (0,791) и В (0,793) свидетельствует о сильной взаимосвязи между напряжениями и перемещениями в верхнем и обратном своде.
В расчетных узлах С (0,606)и D (0,684) не столь существенно зависимость.В четвертой главе отражено исследование работы защитных экранов из трубна математических моделях, в том числе изучение влияния основных расчетныхпараметров защитного экрана на напряженно-деформированное состояние грунтового массива, обделки тоннеля, а также, самого экрана в зонах тектонических разломов.Защитный экран из труб является временной крепью и возводится до проходкинарушенной зоны, как вокруг отдельной части тоннельной выработки, так и повсему контуру. Трубы экрана взаимодействуют с грунтом за счет местного сводообразования и усиления грунта, что способствует возникновению радиального сводообразования вокруг выработки, распределяя часть напряжения вокруг экрана.Численное моделирование НДС системы «тоннель-экран-массив» зачастуюявляется единственным инструментом, способным дать адекватную качественнуюкартину работы такой системы.
Для этой цели смоделирована система «тоннельэкран-массив» в программном комплексе Midas GTS NX, последовательность моделирования которой приведена на рис. 7.15Рис. 7. Последовательность моделирования системы «тоннель-экран-массив» вПК Midas GTS NXНа рис. 8 приведены основные расчетные параметры защитного экрана из труб.а)б)в)Рис. 8. Основные расчетные параметры защитного экрана из труб: продольный(а) и поперечный (б) разрез и вид с боку (в): lтр – длина трубы экрана; Sтр –расстояние между трубами; lпр– длина перекрытия труб экрана; α – угол установкитруб; αэк –охватывающий угол экрана; тр – диаметр труб; tтр – толщина стеноктруб;Исходные данные для исследования работы защитных экранов из труб научастке разлома шириной Bр=20 м: размеры численной модели, параметры грунта,характеристики крепи тоннеля приняты аналогично сериям расчетов, представленным в предыдущей главе данной работы.
Отличием данной модели, является то чтоздесь в зоне разлома при Вр= 20 м и αр= 45 ̊, применена опережающая крепь в видеэкрана из труб, подерживаемых стальными двутавровыми арками I20. Трубыэкрана и стальные арки моделируются как упругоизотропные материалы.16Защитный экран устраивается из труб диаметром 114 мм с толщиной стенки 12 мм.Охватывающий угол экрана составляет 120 ̊, т.е. защитный экран располагается вобласти свода и стен тоннеля и состоит из 39 труб. Матрица планирования численного эксперимента состоит из 25 серий расчетов при варьировании такие факторы,как метод разработки забоя, глубина заходки, длина перекрытия соседних участковэкрана, угол установки, охватывающий угол и длина трубы.
Трубы моделируютсякак балки и в конце имеют связи – ограничение поворотов по осям X, Y, Z. Работоспособность и эффективность численной модели подтверждены тестовымрасчетом.Была исследована работа опережающего защитного экрана длиной 30 м,состоящего из 3 секции труб длиной 12 м, расположенных под углом 5 ̊. Длинаперекрытия труб составляет 3,0 м (рис. 9, а), глубина заходки принята равной3,0 м.а)б)Рис. 9. Схема экрана (а) и заходки 11, 12, 13 и 14 (б)На рис. 10 приведены полные перемещения труб №1, расположенных в замковойчасти экрана первой секции, начиная от первой стадии до полной разработки забоя17под экраном.
С каждой заходкой наблюдается линейное возрастание полных перемещений по длине труб первой секции. При разработке выработки до половиныдлины труб экрана первой секции (до 6,0 м), перемещения уменьшаются, а после6,0 м проходки выработки под экраном, перемещения труб возрастают. Например,при глубине заходки в 3,0 м (заходка 11), полные перемещения в начале трубы возрастают на 12,65 %, в последующей (заходка 12) на 17,85 %, при заходке 13 на –21,02 %, а при последней заходке под данной секцией экрана – на 23,39 %. Конечная часть секции экрана (вторая половина длины трубы), которая расположена вгрунте разлома, испытывает большие перемещения, разница в полном перемещении между заходкой 10 и 14 составляет 55,71 % (рис.
10).Рис. 10. Полные перемещения трубы №1 секции 1, расположенной в замке сводаБыла также исследована работа труб экрана в замковой части свода тоннеля взависимости от угла установки при разной длине труб, в частности, 12,0 и 15,0 м.Наименьшее значение полных перемещений при длинах труб экрана 12,0 и 15,0 мнаблюдается при наклоне труб 15̊, наибольшее значение при – 5̊, средняя разницасоставляет 19,4% (рис.
11). Также было установлено, что на участке разлома в трубах длиной 15 м перемещение на 17,2 % больше чем в трубах длиной 12 м.а)б)Рис. 11. Полные перемещение труб длиной 12,0 (а) и 15,0 м (б) в зависимости отугла установки труб18Также была исследована работа 2-й и 3-й секции защитного экрана. Так как 2-ясекция экрана целиком расположена на участке разлома, то в ней наблюдаетсянаибольшее значение разности полных перемещений между начальной и конечнойстадиями разработки забоя.Опережающая крепь в виде зашитого экрана из труб при строительстве тоннелей глубокого заложения, прежде всего выполняет функцию временной крепи.
Вслучае преодоления тектонического разлома, крепь ограничивает перемещениегорной массы в выработку при разработке забоя и работает совместно с деформируемым грунтом как армирующий элемент, увеличивая жесткость массива.Как показывают численные исследования, на полные перемещения обделкитоннелей глубокого заложения экран из труб малого диаметра влияет незначительно. Влияние защитного экрана на вертикальные перемещения в расчетном узлесвода обделки тоннеля после проходки показано на рис. 12.
Максимальные перемещения увеличиваются с приближением к нарушенному участку и уменьшаютсяпосле преодоления этой зоны. Наименьшее их значение на нарушенном участке всводе наблюдается при расположении труб экрана под углом 15 ̊ и там, где соседние трубы перекрывают друг друга, а наибольшее – в конце трубы, т.е. на участкеконтакта двух типов грунтов. Разница составляет 14,55 %.а)б)Рис.
12. Вертикальные перемещения в верхнем (а) и обратном (б) своде тоннеляПо сравнению с другими расчетными узлами, влияние защитного экрана изтруб в наибольшей степени наблюдается в стенах тоннеля (рис. 13). Например, влевой стене, наибольшее значение превышает наименьшее на 38,46% при отсутствии экрана, аналогичная картина наблюдается в правой стене.19Рис 13.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
