Диссертация (1173128), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Рисунок 3.14. Анализ первого этапа продавливания круговой (а) и прямоугольной (б) секций тоннеля до разработки грунта 80 Чтобы смоделировать реальный процесс продавливания тоннеля, была создана модель процесса построения. Первым этапом анализа модели является обделка, продавливаемая в грунте, от собственного веса которого возникает напряжение (рисунок 3.14). Второй этап анализа генерировался путем активации проходки тоннеля и дезактивации грунта внутри тоннеля (грунт внутри тоннельного профиля удаляется). Рисунок 3.15 иллюстрирует этот этап анализа. Рисунок 3.15. Анализ второго этапа для продавливания круговой (а) и прямоугольной (б) секций тоннели после разработки грунта 3.3.3.
Определение граничных условий и геометрических размеров моделей Точность результатов расчета системы «тоннель — грунтовый массив» с помощью МКЭ в значительной степени зависит от граничных условий и геометрических размеров рассматриваемых объектов. Практика строительства и теоретический анализ показывают, что тоннельная выработка на достаточном расстоянии от ее центра не оказывает влияние на деформации грунта.
В итоге перемещения на граничных плоскостях (исключая дневную поверхность, представленную как плоскость), ограничены по нормали к этим плоскостям. 81 Точность численного расчета обеспечивается такими геометрическими размерами модели, которые достаточны для исключения влияния граничных условий на деформации грунтового массива, возникающие в процессе проходки. Для трехмерных параметрических исследований были рассмотрены различные круговые обделки в виде секций длиной г, диаметром Р при отношении глубины заложения тоннеля к диаметру Н~/Р для анализа размеров нижней границы Н~, ширины сетки И' и длины ячейки Е.
В общей сложности был проведен анализ 18 вариантов. В первую очередь были оценены соответствующие размеры нижней границы. В дальнейшем была зафиксирована нижняя граница и учтены минимальные размеры ширины И' и длины Ь вертикальных границ (73, 99, 103]. Рисунок 3.16. Минимальные размеры фрагмента грунта для круговой секции тоннеля Результаты анализа нижней границы Н~ для трехмерных моделей могут быть выражены как Ня = (1,1 ... 1,45) Р, что несколько меньше рекомендаций Нз = (1,5 ... 2,5)0, заданных Меьзпег (103~, а также ниже критерия для 2ьЗ анализов.
После оценки размера нижней сетки эти результаты были включены в вариации сетки для оценки достаточной ее ширины И~. Результаты, полученные для ширины сетки И~, могут быть хорошо аппроксимированы уравнением И' = 2Р (1 + — ). Результаты, полученные для длины сетки ~ практически не зависят от глубины каждого продавливания и Что касается анализа длины сетки, он 82 Ь = 0 (13+ —.— '). (3.4) Для пространственных моделей тоннелей прямоугольного сечения (Вт х Нт) (рисунок 3.18) рекомендуются следующие соотношения 141, 42, 73, 99, 103): Нв = (1*5 "25)Нт' (3.5) И1 = 2Вт (1 + — '); (3.6) Ь = Вт(13+ — — ') з вт (3.7) где Н~ — расстояние от низа лотка тоннеля до нижнего края модели; И' — расстояние от контура тоннеля до вертикального края модели; Ь вЂ” длина модели; Вт, Нт — ширина и высота тоннеля соответственно; Н, — глубина заложения тоннеля.
Рисунок 3.17. Минимальные размеры фрагмента грунта для прямоугольной секция тоннеля Минимальные размеры фрагмента грунта для прямоугольной секции тоннеля с использованием программного обеспечения <сР1 АХ15 ЗР— ПЛЧХЕ1.», представлены на рисунке 3.18. 83 показывает сильную корреляцию с отношением глубины заложения тоннеля Н~ к диаметру В, которое может быть хорошо аппроксимировано уравнением [1031 Рисунок 3.18. Минимальные размеры фрагмента грунта по использованию программного обеспечения «Р1 АХ18 ЗР— Т1ЛЧХЕЬ» 3.4.
Тестирование работоспособности математической модели Для оценки степени достоверности методики исследования НДС системы «тоннель — грунтовый массив» в процессе строительства тоннелей методом продавливания с помощью программного комплекса «РЬАХ18 ЗР— Т1ЛЧХЕЬ» был проведен тестовый расчет. В качестве объекта исследования был приняты условия проходки тоннеля Вернон (Проект М'2), построенного в штате Техас (США) по технологи продавливания 170, 721. Участок продавливания характеризуется следующим образом: длина 70 м, прямоугольные секции сечением 1,8х1,2 м, обделка толщиной 0,25 м, тоннель заложен на глубине б,7 м в грунтах с прочностно-деформационными свойствами, показанными в таблице 3.3.
Таблица 3.3. Прочностно-деформационные свойства грунта [70, 721 Продавливание велось с наибольшим усилием 4000 кН. Оно росло по мере увеличения длины продавливания, а на удалении 19,2 м от портала существенно упало в результате применения промежуточных домкратов (рисунок 3.20) 170, 72). м~;зх. ~ Размеры разработанной конечно-элементной модели составляют: высота— 12,2 м, ширина — 18 м и длина 48 м (рисунок 3.21).
2,13М Рисунок 3.21. Геометрические размеры модели тоннеля На рисунке 3.22 показаны координаты точек измерения деформаций. 85 Рисунок 3.19. Геологический разрез в сечении тоннеля Рисунок 3.20. Изменение усилия продавливания по длине тоннеля +О,О Поверхность земли -6,2 и -6,1 м -6,7 и Рисунок 3.22. Координаты точек измерения деформаций: А(18,0); Б(18,-5.2); В(18,-б.)) Вертикальные деформации в точках измерения, полученные при расчете по программе «РЬАХ18 ЗР— ТЬ)МХЕЬ», представлены на рисунке 3.23. расстояние от оси тоннеля (м) -10 12,1 мм Рисунок 3.23.
Вертикальные перемещения: а — поверхность земли; б — на глубине 5,2 м; в — на глубине 6,1 м 86 Х е о. о -6. Ф Ф х л в $ о. Ф со ® ! в® 4 8) -ь (а) - Поверхность земли -20 -й-(б) - Глубина 5„2 м -25-- --а-". (в) - Глубина 6,1 м -30 Таблица 3.4 содержит наибольшие деформации по вертикали выше перекрытия тоннеля, определенные расчетом с применением пакета «РЬАХ18 31З вЂ” Т13ММЕЬ» и натурными измерениями. Таблица 3.4. Наибольшие вертикальные деформации при использовании программы «РЬАХ18 ЗР— Т1ЛЧМЕЬ» и при натурных измерениях Построенные по результатам расчетов по программе «РЬАХ18 30 Т1Л~ПЧЕЬ» и натурных измерений графики максимальных вертикальных перемещений в зависимости от глубины точек измерения деформаций представлены на рисунке 3.24.
максимальная вертикальная деформация 1мм) зо Рисунок 3.24. Максимальные вертикальные перемещения над перекрытием тоннеля Из рисунка 3.24 видно, что вертикальные перемещения грунтового массива по фактическим данным и по «РЬАХ18 ЗР— Т1ЛММЕЬ» хорошо согласуются. 87 Вертикальные перемещения, полученные по программе «РЬАХ1Б ЗР— Т1Л~ПЧЕЬ», меньше, чем натурные данные. Деформации поверхности земли, полученные по программе «РЬАХ18 ЗР— ТШЧМЕЬ», на 6 % меньше, чем по результатам натурных измерений, на 6,5 % меньше на глубине 6,1 м от поверхности земли и на 8,3 % меньше на глубине 5,2 м от поверхности земли (см.
Рисунок 3.24). Таким образом, можно констатировать, что принятая в диссертационном исследовании конечно-элементная модель системы «тоннель — грунтовый массив» вполне работоспособна и может быть использована для исследования ДС системы с учетом технологии сооружения тоннеля методом продавливания. Выводы по главе 1. Ддя исследования пространственного деформированного состояния (ДС) системы «тоннель — грунтовый массив» с учетом технологии сооружения тоннеля методом продавливания используется программный комплекс «РЬАХ18 ЗР— Т1)ЬПМЕЬ». Грунтовый массив имитируется математическими моделями Мора— Кулона из 5-гранных клиновидных элементов в 15 узлах. Модель обделки тоннеля состоит из объемных элементов, аналогичных использованным для грунтов, но с введением свойств сплошности и линейной упругости (начальные и дополнительные поровые давления отсутствуют).
Для моделирования ножевой части и тонкостенных конструкций используются плитные элементы с соответственно жесткостями осевыми ЕА и изгибными ЕЕ Для учета контакта между тоннелем и грунтом используются интерфейсные элементы, свойства которых определяются свойствами грунтового массива и коэффициентом снижения прочности Л;„„,. 2. Для моделирования технологической последовательности строительства тоннелей методом продавливания был применен «пошаговый» метод а для исследования ДС системы «тоннель — грунтовый массив» методы «прогрессивного размягчения» и «снимаемых напряжений».
При моделировании деформированного состояния данной системы быти учтены следующие факторы: взаимодействие между грунтовым массивом и ножевой частью; усилие 88 продавливания и давление активного пригруза в забое; величина строительного зазора; взаимодействие между грунтовым массивом и обделкой тоннеля. 3. При разработке математической модели были установлены следующие граничнные условия: высота, ширина и длина модели.
Точность численного расчета обеспечивается такими геометрическими размерами модели, которые достаточны для исключения их влияния на деформации грунтового массива в процессе продавливания. Размеры модели определяются следующим образом: Ня — — (1,5 ...2,5)1Нт', И~ = 2Вт (1 + — (; Ь = Вт ~13+ —.— ), где Нз — расстояние н,'~ Г т~ н;~ вт(* з в,)' от низа лотка тоннеля до нижнего края модели; И~ — расстояние от контура тоннеля до вертикального края модели; Š— длина модели; Н~ — глубина заложения тоннелей, Вп Нг — соответственно ширина и высота тоннелей.
А исключение перемещений по бокали и внизу. 4. Моделирование процесса сооружения тоннеля способом продавливания и с учетом его технологических особенностей и последовательной проходки тоннеля ведется на основе единой расчетной схемы, предусматривающей следующий порядок: разработка грунта на сечение тоннеля полностью; активное усилие продавливания на внешней поверхности первой секции обделки; установка ножевой части и секции обделки; разработка строительного зазора; активный пригруз в забое в виде распределенной нагрузки, направленной вдоль оси тоннеля; удаление грунта внутри тоннеля.
5. Проверка работоспособности методики установления напряженно- деформированного состояния системы «тоннель — грунтовый массив» выполнена с помощью тестового расчета и последующего сопоставления его результатов с натурными измерениями. Хорошая сходимость расчетных показателей по предложенной модели и полученных по натурным измерениям (наибольшее расхождение не превысило 8,3%) свидетельствует о высокой эффективности и достоверности модели.. Это позволяет утверждать, что предлагаемая методика пригодна для расчетов деформаций дневной поверхности, возникающих при прокладке тоннелей методом продавливания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
