Диссертация (1173128), страница 9
Текст из файла (страница 9)
53 Рисунок 2.2. Деформации поверхности земли при продавливании тоннеля: а— перед и над забоем; б — вдоль оси тоннеля; в — связанные с деформацией обделки тоннеля: 1 — ножевое устройство; 2 — секции тоннеля Вертикальные деформация грунта перед и над забоем вызваны смещением грунта перед и по площади поверхности ножей к выработанному пространству 170, 941.
Полное усилие продавливания М, предопределяемое методами его осуществления, слагается из усилия Рп с помощью которого преодолеваются силы трения грунта, возникающие по обделке тоннеля снаружи, и из лобового усилия Р~, служащегодля внедрения ножевой части в грунт. Лобовое усилие (Р~) включает в себя давление пригруза (Д), прикладываемое вручную, механически или сжатым воздухом в рабочем забое для поддержания давления в грунте и удержания его от обрушения внутри тоннеля; тип и характеристика ножевой части сильно влияют на давление внедрения режущей решетки (Р~~.
Рисунок 2.3 отражает полное усилие продавливания 170, 1041. И Т Рисунок 2.3. Полное усилие продавливания: 1 — ножевая часть; 2 — обделки тоннеля Вертикальные деформации грунта перед и над забоем, как показано на Рисунке 2.4, происходят из-за движения грунта по направлению к поверхности ножевой части (к забою) из-за слишком малого давления пригруза в забое ®) или разрыхления грунта в результате земляных работ [104~. Как показано на Рисунке 2.4,б обрушения грунта могут достигать поверхности земли и вызывать деформации.
Рисунок 2.4. Обрушении грунта перед и над забоем тоннеля: а — местные деформации; б — общие деформации Рисунок 2.5. Пример механического закрепления рабочей поверхности прессованием трапециевидными элементами стальной плиты с гидравлическим домкратом Деформации грунта вдоль оси тоннеля (см. рисунок 2.2, б) происходят по двум главным причинам: из-за наличия зазора между грунтовым массивом и обделкой тоннеля и вследствие трения между обделкой тоннеля и грунтовым массивом. Для снижения усилия трения и обеспечения направленного управления продавливанием необходим зазор. Грунт вокруг обделки тоннеля может разрушаться в этом зазоре и вызывать деформации поверхности земли 11041.
Деформации вдоль оси тоннеля зависят от размера зазора, формы поперечного сечения тоннеля, свойств грунта, наличия или отсутствия смазки. Деформации вдоль оси тоннеля будут уменьшаться, если в процессе продавливания в зазор 55 нагнетается раствор бентонитовой суспензии 157, 70, 1041. Если смещение грунта достигает поверхности земли, возникает трехмерная деформация. На рисунке 2.6 показано формирование мульды деформаций при заложении тоннеля на глубине У„от поверхности земли.
Деформации формируются по мере продавливания тоннеля, а окружающий грунт разрушается в области строительного зазора. Максимальные деформации поверхности земли (5 „) имеют место непосредственно по вертикальной оси тоннеля 11041. Рисунок 2.6. Схема развития мульды деформаций поверхности земли в поперечном направлении при продавливании тоннеля кругового (а) и прямоугольного (6) поперечного сечения: 1 — перегиб кривой; 2 — мульда деформаций; 1 — абсцисса точки перегиба кривой деформаций; 5 „,— максимальная вертикальная деформация; р' — угол наклона плоскости скольжения; И, — наружный диаметр «ножа» щита; дя — наружный диаметр обделки тоннеля, В,, Н, — соответственно ширина и высота ножевого устройства; В„Н,— соответственно ширина и высота обделки тоннеля. В области изучения деформаций поверхности земли при строительстве тоннелей методом продавливания выполнены многочисленные научные исследования.
Известны три широко используемых группы методов исследований: 56 инженерные, основанные на математических соотношениях между измеренными значениями по материалам выполненных ранее проектов. Для поиска соотношений между техническими требованиями проекта и оценочной деформации грунта широко используется регрессионный анализ; - аналитические методы, опирающиеся на — теорию сплошной среды или на теорию дискретной среды (теория упругости, теория пластичности, теория предельного равновесия) для прогнозирования деформаций грунтового массива и поверхности земли; численные методы, в том числе конечные методы: метод конечных элементов (МКЭ), метод конечных разностей (МКР) и метод граничных элементов (МГЭ), позволяющие изучить поведение грунта при продавливании тоннелей [95, 96].
МКЭ в силу его способности моделировать напряжения и деформации в различных типах грунтов при сложных геометрических. 2.2.2. Инженерные методы Эмпирические и полуэмпирические методы основаны на математических соотношениях между измеренными значениями, полученными в процессе строительства тоннелей. Регрессионный анализ широко используется в эмпирических методах для определения взаимосвязи между проектными характеристиками, такими как размер тоннеля, глубина его заложения и прочностно-деформационные свойства грунта. В практике профиль мульды деформаций земной поверхности определяется эмпирическим и полуэмпирическим методами. Это во многом связано с простотой самих указанных методов, что позволяет легко вычислять параметры кривой мульды деформаций. Известно несколько эмпирических и полуэмпирических методов, разработанных учеными в России и за ее пределами: методики Е.А.
Демешко и В.А. Ходоша [12, 33~, М.В Долгих [241 и В.А. Гарбера, Яс1ппЫг [7б, 77, 93, 1151, О'Ке111у апс1 Хенч [82), Ма)г е1 а1. [94), М1111дап апс1 МагзЬа11. Область применения указанных методов ограничена условиями строительства, для которых они были разработаны. 57 (2.14) где 5 — вертикальная деформация; у — расстояние от оси подземной выработки до рассматриваемого сечения; 5„„„. — максимальная вертикальная деформация; 1 — абсцисса точки перегиба кривой деформации; е — основание натуральных логарифмов. Указанная кривая нашла широкое применение, хорошо согласуюясь с реальными профилями, и, к тому же описываемая небольшим числом параметров, обеспечивающим легкость расчетов. Однако предложенная этим автором методика дает хорошее совпадение с результатами полевых измерений исключительно при нормальных консолидированных глинах и не работает в несвязных грунтах (Меч и О'Ке111.), а также в случаях переуплотненных глин (Ма1г), причем деформации в массиве грунта и боковые перемещения не вычисляются [57, 701.
Для связных и несвязных грунтов отмечен линейный тренд между параметром ширины мульды деформаций и глубиной тоннеля. О'Ке)11у апй )Чем [661 получили следующие значения: 1 = 0,432 + 1,1 для связных грунтов, 1 = 0,287 — 0,12 для несвязных грунтов, (2.15) (2.16) где 1 — абсцисса точки перегиба кривой деформаций, м; Х вЂ” глубина заложения тоннеля, м. Ма1г [90) провел исследования для оценки деформаций грунта вследствие проходки тоннелей в глинистых грунтах, которые показали, что Гауссова функция может быть адаптирована для оценки мульды деформаций путем изменения ее ширины. При этом было сделано предположение, что параметр К не имеет линейной связи с глубиной: 58 БсЬпЫ1 [65, 701 предложил уравнение кривой (2.13) для оценки формы мульды деформаций над тоннелем.
Предполагалось, что форма мульды деформаций может быть представлена безразмерной Гауссовой функцией нормального распределения [12„57, 701: 1 = К(яр — 2), (2.17) где К вЂ” функция глубины, определяемая по формуле 0,175+ 0,325(1 — ) яр (2.18) где 2р — глубина заложения тоннеля, м; 2 — глубина расчетной точки, м. тс(~1~~-Нл~) Я (2.19) где И,.
— наружный диаметр «ножа» щита, м; Ыя — наружный диаметр обделки тоннеля, м. При продавливании тоннелей прямоугольного поперечного сечения объем деформаций поверхности земли определяется по формуле [94, 93] К = [В~Н вЂ” ВяНл), (2.20) где В„Н, — соответственно ширина и высота ножевого устройства, м; В„Н, — соответственно ширина и высота обделки тоннеля, м. А11еже11 и Жоойпап [69], используя указанную зависимость и положив в основу своих разработок теорию однородной несжимаемой линейнодеформируемой среды, предложили методику оценки пространственного перемещения точки как на поверхности грунта, так и в его массиве над тоннелем. Эта методика, как и методика Маг105 [70, 95], применяется в нормальной консолидированной глине. Деформация в одной точке вдоль оси тоннеля 5[х) может быть вычислена по формуле (2.21) где о,„„— максимальная вертикальная деформация, м; М1111дап апд Мага)заИ [70, 95] предположили, что объем поверхностных деформаций 1', равен объему потерь грунта в тоннеле ~; и использовали уравнение (2.16), первоначально предложенное Рес1 [70], для расчета объема деформаций поверхности земли: х — расстояние от точки расчета деформации до забоя, м; ~', — параметр ширины мульды деформации в поперечном направлении тоннеля; приблизительно может быть принят 1, = 1.
Согласно АйежеП и Жоойпап ~691, деформации в забое могут быть примерно вдвое меньше конечной Я(х) — 0,5*5 . (рисунок 2.7). Рисунок 2.7. Схема развития мульды деформаций в продольном направлении: 1— перед забоем; 2 — позади забоя; 3 — забой; 4 — тоннель 2.2.3. Аналитические методы Аналитические методы позволяют получить более точные решения, чем эмпирические, учитывая при этом другие разнообразные параметры, оказывающие влияние на результаты расчетов деформаций земной поверхности. Аналитические методы применимы к определению смещениий, происходящих как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
