Расчет тоннелей, сооружаемых щитовым способом, и оценка влияния строительства. Результаты второй серии расчетов

Продолжаем разбирать тему расчета тоннелей, сооружаемых щитовым способом, и оценки влияния строительства. Во второй части статьи будет рассмотрено влияния границ расчетной модели на результаты расчетов. Первую часть можно прочитать здесь.

Согласно табл. Е.2 СП 249.1325800.2016 «Коммуникации подземные. Проектирование и строительство закрытым и открытым способами» рекомендуемое значение глубины расчетной области модели b=0.5Ds=0,5*6=3 м (рис.1).

Рис. 1. Выкопировка из СП 249.1325800.2016 «Коммуникации подземные. Проектирование и строительство закрытым и открытым способами»

Модель грунта Mohr-Coulomb (Мора-Кулона)

Рис. 3. Деформированная схема и полные перемещения расчетной модели

Рис. 4. Вертикальные и горизонтальные эффективные напряжения

Рис. 5. Относительные напряжения сдвига в грунтовом массиве (характеристика исчерпания несущей способности грунта)

Рис. 6. Зона влияния (ограничение дополнительных перемещений величиной 1 мм) и дополнительные осадки дневной поверхности, обусловленные строительством тоннеля

Рис. 7. Эпюры перемещений, изгибающих моментов и продольных сил в обделке тоннеля

Модель грунта Hardening soil (упругопластическая модель с упрочнением грунта)

Рис. 8. Деформированная схема и полные перемещения расчетной модели

Рис. 9. Вертикальные и горизонтальные эффективные напряжения

Рис. 10. Девиаторные (сдвиговые) деформации и пластические точки

Рис. 11. Относительные напряжения сдвига в грунтовом массиве (характеристика исчерпания несущей способности грунта)

Рис. 12. Зона влияния (ограничение дополнительных перемещений величиной 1 мм) и дополнительные осадки дневной поверхности, обусловленные строительством тоннеля

Рис. 13. Эпюры перемещений, изгибающих моментов и продольных сил в обделке тоннеля

Модель грунта Hardening Soil model with small-strain stiffness (модель упрочняющегося грунта при малых деформациях)

Рис. 14. Деформированная схема и полные перемещения расчетной модели

Рис. 15. Секущий модуль сдвига Gs и отношение касательного модуля к модулю разгрузки Gt/Gur (область малых деформаций, в которой задействован механизм small strain – высокая жесткость при малых деформациях)

Рис. 16. Зона влияния (ограничение дополнительных перемещений величиной 1 мм) и дополнительные осадки дневной поверхности, обусловленные строительством тоннеля

Рис. 17. Эпюры перемещений, изгибающих моментов и продольных сил в обделке тоннеля

Выводы по результатам второй серии расчетов

Результаты второй серии расчетов сведены в таблицу 1.

Ограничение размеров расчетной области оказывает наибольшее влияние на модель грунта Мора-Кулона:

- полные перемещения расчетной модели уменьшаются практически в 2 раза (с 14,35 мм до 8,5 мм);

- меняются характер и величина дополнительных перемещений поверхности грунта, обусловленных строительством тоннеля (с 1,3 мм «вверх» до 1,1 мм «вниз»).

Для моделей HS и HSS ограничение размеров расчетной области оказывает значительно меньшее влияния (отличие результатов расчета не более 10–15%)

Данные результаты представляются логичными: с усложнением модели грунта влияние границ не привносит значительного эффекта ввиду реальной работы грунтового массива. Для модели МС, напротив, отсекается значительная часть грунтового массива, работающего на разгрузку по модулю первичного нагружения (рис. 2 из первого поста). Как следствие, результаты несколько приближаются к реальной картине.