А. В. Алексеев, П. Э. Вербило / Известия УГГУ. 2019. Вып. 1(53). С. 80-87

Актуальность работы. Оценка устойчивости обнаженного забоя является актуальной задачей ввиду того, что часть выработок метрополитена возводится горным способом, с креплением лба забоя вручную, в то время как косвенные методы прогнозирования инженерно-геологических и гидрогеологических условий впереди лба забоя свидетельствуют о наличии мест локального разуплотнения и обводнения, способных повлиять на устойчивость.
Цель работы. Оценка зоны влияния и типа дренирования элемента неоднородности на устойчивость проходческого забоя, пройденного в массиве протерозойских глин.
Метод и методология. В качестве метода исследования выбран метод конечных элементов, реализуемый в программном комплексе PLAXIS. В качестве геомеханической модели поведения грунта принята модель упрочняющегося грунта Hardening Soil Small Strain. Рассмотрены расчетные ситуации деформирования незакрепленного лба забоя, приближающегося к водонасыщенному элементу неоднородности, при моделировании элемента мощностью 1 и 4 м и изменении характера фильтрации воды вдоль элемента.
Результаты работы. При различии деформационных свойств расчетных грунтовых элементов на 30 % и заданном уровне грунтовых вод как в случае дренирования, так и недренирования происходит увеличение перемещений при подходе проходческого забоя к зоне влияния неоднородности. Размер зоны влияния зависит от выбранного типа дренирования элемента неоднородности. Область применения результатов, изложенных в статье. Результаты, изложенные в статье, при условии определения параметров модели, соответствуюùих условиям проходки, могут быть использованы при оценке устойчивости лба проходческого забоя в зоне неоднородности, являющейся водопроводящим каналом.
Вывод. При проектировании строительства линейного подземного сооружения в зоне неоднородности необходимо оценивать устойчивость лба забоя с использованием численного моделирования. При моделировании элемента неоднородности необходимо учитывать степень влагонасыщения, мощность элемента неоднородности и характер фильтрации воды вдоль элемента неоднородности. 

Keywords:  недренированный массив; устойчивость; забой тоннеля; зона неоднородности; численный анализ; метод конечных элементов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Булычев Н. С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах. М.: Недра, 1989. 270 c.
2. Протосеня А. Г., Тимофеев О. В. Геомеханика. СПб.: СПГГИ, 2008. 117 с.
3. Дашко Р. Э., Александрова О. Ю., Котюков П. В., Шидловская А. В. Особенности инженерно-геологических условий Санкт-Петербурга // Развитие городов и геотехническое строительство. 2011. № 1. С. 1–47.
4. Brinkgreve R. B. J., Kumarswamy S., Swolfs W. M., Foria F. PLAXIS 3D. Руководство пользователя. СПб.: ООО “НИП-Информатика,” 2017. 816 с.
5. Anagnostou G., Schuerch R., Ramoni M. TBM tunnelling in complex rock formations // Interventi e opere nelle formazioni complesse: XV MIR Conference. Torino, 2014. P. 1–25.
6. Zingg S., Anagnostou G. Tunnel face stability and the effectiveness of advance drainage measures in water-bearing ground of non-uniform permeability // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2018. – Vol. 51, № 1. P. 187–202. https://doi.org/10.1007/s00603-017-1312-1
7. Власов С. Н., Маковский Л. В., Меркин В. Е. Аварийные ситуации при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей и метрополитенов. 2-е изд. М.: ТИМР, 2000. 201 с.
8. Лыхин П. А. Практика тоннелестроения в XX веке. Пермь: ИД «Пресстайм», 2009. 327 с.
9. Безродный К. П., Лебедев М. О., Марков В. А., Старков А. Ю. Геотехническое обеспечение при строительстве двухпутного перегонного тоннеля с помощью ТПМК // Метро и тоннели. 2015. № 5. С. 16–18.
10. Cantieni L. Spatial effects in tunneling through squeezing ground. 2011. https://doi.org/10.3929/ethz-a-006397593
11. Алексеев А. В. Деформации лба забоя при проходке тоннеля в зоне структурно-механической неоднородности // ГИАБ. 2018. № 12. С. 48–56. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2018-12-0-48-56
12. Vermeer P. A., Ruse N., Marcher T. Tunnel heading stability in drained ground // Felsbau. 2002. Vol. 20, № 6. P. 8–18.
13. Broere W. Influence of excess pore pressures on the stability of the tunnel face // Proceedings of the ITA World Tunneling congress: (Re) Claiming the underground space, Amsterdam: Swets & Zeitlinger B.V., 2003. P. 759–765.
14. Demenkov P. A., Trushko O. V., Potseshkovskaya I. V. Numerical experiments on the modeling of compensatory injection for the protection of buildings during tunneling // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. Vol. 13, № 23. P. 9161–9169.
15. Карасев М. А. Прогноз геомеханических процессов в слоистых породных массивах при строительстве подземных сооружений сложной пространственной конфигурации в условиях плотной городской застройки: дис. … д-ра техн. наук. СПб., 2017. 307 с.
16. Wang W.D., Li Q., Xu Z.H. Determination of parameters for hardening soil small strain model of Shanghai clay and its application in deep excavations // Proceedings of the 19th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Seoul, 2017. P. 2065–2068.