ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДНЯТИЯ КОЛЕЦ БЛОЧНОЙ ОБДЕЛКИ ПРИ ЩИТОВОЙ ПРОХОДКЕ ТОННЕЛЯ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДНЯТИЯ КОЛЕЦ БЛОЧНОЙ ОБДЕЛКИ ПРИ ЩИТОВОЙ ПРОХОДКЕ ТОННЕЛЯ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДНЯТИЯ КОЛЕЦ БЛОЧНОЙ ОБДЕЛКИ ПРИ ЩИТОВОЙ ПРОХОДКЕ ТОННЕЛЯПервым отечественным опытом проходки больших тоннелей со сборными блочными кольцами тоннельной обделки (Лефортово, 2002 г.) был зафиксирован эффект вертикального поднятия (всплытия) колец, негативно влияющий на точность прокладки тоннеля диаметром 14,2 м из — за некоторого смещения как навигационного хода проходческого щита, так и оси колец от проекта. Всплытие заключалось в поднятии оси кольца после выхода его из хвостовой части щита и тампонажа раствора за кольцом, и усиливалось при переходе вмещающих грунтов от несвязного типа к связному. Вследствие актуальности проблемы обеспечения качества проходки указанный эффект становится предметом подробных изысканий в малоисследованной области подземной строительной геотехнологии, изучающей процессы взаимодействия такого подвижного после монтажа инженерного сооружения, каким является тоннельная блочная обделка, с грунтовым массивом и щитом.

В работе с помощью высокоточной системы измерения конвергенции Лефортовского тоннеля установлен наибольший прирост деформаций обделочного кольца, испытывающего осевой подъем, при удалении ТПМК от кольца на 11-17 м отмечено, что при удалении на 40-50 м деформации полностью затухают, т. е. разность положений оси кольца в монтаже и в зафиксированном затвердевшим раствором кольце за проходом технологических тележек (на 50 м от монтажа) представляет собой конечный результат подъема блочной обделки, по нашим представлениям, зависящий от геомеханических процессов постепенного смыкания грунта с обделкой за щитом и от геотехнологических условий тоннельного строительства.

В последующем, по результатам исследований проходки тоннелей в Серебряном Бору сотрудниками НИЦ ТМ ОАО «ЦНИИС», были сделаны выводы о влиянии на величину подъема колец за техноло

Гической тележкой следующих показателей щитовой геотехнологии: перекос щита в проектном профиле трассы, скорость проходки и скорость схватывания тампонажного раствора за обделкой. Однако невыясненными аспектами остаются вклад каждого технологического фактора в явление всплытия колец и общее представление воздействий. Автор на примере строительства второго транспортного тоннеля в Серебряном Бору (Москва) исследовал поведение блочной обделки в разработанном массиве, сложенном вначале песками, а затем — глинами, от технологических показателей щитовой проходки. Факторы влияния подробно изучались в ходе систематического отслеживания их по архивному банку данных на щите и приведены в табл. 1.

Влияние структуры породного массива на всплытие колец

Рассмотрим факторы структуры грунтового массива, влияющие на всплытие колец. Здесь выделим три главных фактора влияния на всплытие:

• глубина заложения свода тоннеля;

• уклон тоннеля;

• напор грунтовой воды.

Отрицательный уклон проходки тоннеля, несомненно, ведет к поднятию колец благодаря возникающим выталкивающим вверх силам от давления проходческих домкратов под углом к горизонту, как это следует из (2). Уклон тоннеля принимаем фактором наибольшего влияния на подъем колец.

Значащим фактором подъема является также глубина заложения тоннеля, которая прямо пропорциональна давлениям проходческих домкратов и бентонитового пригруза забоя, т. е. технологическим показателям. Как ни парадоксально, но с глубиной подъем колец увеличивается, несмотря на препятствующий этому растущий вес налегающих пород. Здесь объяснением увеличения размера всплытия в породах с ростом глубины прокладки тоннеля может быть, помимо технологического влияния, напор грунтовой воды, увеличивающийся с глубиной и прямо влияющий на силу, выталкивающую кольцо из обводненных грунтов.

В зависимости от типа вмещающего грунта для сходных условий проходки можно рекомендовать ведение щита ниже проектной трассы тоннеля на величину усредненных данных по подъему колец :

• для несвязных грунтов — 10 мм;

• для смешанных грунтов — 30 мм;

• для связных грунтов — 60 мм.

Всеми выявленными тенденциями можно руководствоваться как методикой прогнозирования и минимизации эффекта всплытия обделки и при проектировании тоннеля, и при его проходке. Одновременно необходимо учитывать требующие отдельного изучения связи геомеханики грунта с направлениями и значениями усилий от щита.

За кольцевой обделкой, причем точно контролируемым и регулируемым силовым воздействием от щита является давление бентонитовой суспензии по оси щита (пригруз), а надежным для контроля и регулирования позиции щита в массиве выступает приоритетный показатель сверхсреза, устанавливаемый домкратами наклона (артикуляции) ротора как перебор сечения забоя вверху или внизу.

Как показывают результаты исследований, здесь самыми значащими технологическими факторами влияния на подъем колец являются параметры №№ 4-7. Мероприятиями по изменению скоростей проходки и схватывания раствора в достигнутых диапазонах варьирования невозможно добиться ощутимого снижения эффекта всплытия обделки ввиду очень слабых связей данного эффекта с указанными технологическими факторами, поскольку коэффициент И2, характеризующий тесноту этой связи, находится лишь в пределах 0,05… 0,07. Составленная для значащих факторов корреляционная матрица (табл. 2) линейного влияния на подъем колец показала тесные, геометрически и механически легко объяснимые связи между наклоном щита к оси тоннеля и сверхсрезом наклона ротора (И2 = 0,7), между средним усилием проходки РЩ, МН, и активным пригру — зом забоя бентонитовой суспензией (И2 = 0,58). Поэтому из рассмотрения исключаем по наименее значимому фактору из каждой пары тесно связанных параметров.

Построенная нелинейная двухмерная модель подъема колец количественно и качественно отражает влияние легко и точно регулируемых, наименее зависимых между собой показателей сверхсреза наклоном ротора Ай и давления пригруза забоя РЗ. В основном минимум подъема достигается снижением давления пригруза и отсутствием сверхсреза, лишь в области низких значений применяемого пригруза (до 2-10-1 МПа) для противодействия подъему колец предпочтителен верхний перебор сечения забоя.

Факторы, МН, и 1Щ, мм/м, ввиду их взаимного влияния и неточного регулирования для построения двухмерной зависимости от них величины прогнозного всплытия колец не используем. Вместе с тем данные показатели, усредняемые за проходческий цикл,

Влияние технологических показателей на всплытие колец

Наибольший интерес для надежно управляемой технологии щитового тоннелестроения представляет прогноз подъема колец обделки от геотехнологических показателей, т. е. от силовых воздействий щита на обделку и позиции щита в массиве, от скоростей тоннельной проходки и схватывания (твердения) раствора

Коэффициент выведен по исследованиям НИЦ ТМ ОАО ЦНИИС, определившим среднее значение удаления щита 100 м, когда уже не фиксируются силовые воздействия на упорную раму в начале кольцевой обделки.

Для анализа проходческого усилия допускаем линейность затухания нагрузок. Поскольку общее усилие проходки Щ и его вертикальная составляющая ЩВ от наклона щита к оси тоннеля іщ регулируется в достаточно широких пределах и действует на обделку с другими силовыми факторами, необходимо оценить диапазоны этого взаимодействия и влияния на деформации породного массива.

Анализ действующих сил на кольцо блочной обделки

С целью анализа важных для технологии щитовой проходки действующих сил воспользуемся минимальными, средними и максимальными значениями показателей, полученных на проходке второго тоннеля в Серебряном Бору (табл. 3).

Распределение семи основных вертикальных усилий на кольцо, которые затем уравновешиваются упругим отпором грунтового основания, представлено на рис. 2 как пересчет действующих давлений на площади подъема S1 или S2. Анализ включает оценку при монтаже кольца, за щитом, под тележкой 1, за тележкой 2 и в тоннеле минимальных, средних и максимальных значений выталкивающих сил грунтовой воды (постоянно) и раствора (сразу за щитом), силы набухания глинистого основания (сразу за щитом), щитового усилия, уменьшающегося с расстоянием. Также учитываются постоянные веса кольца и тележек, а также предположительно уравновешивающий средние усилия сразу за щитом средний вес налегающих пород.

Из табл. 4, составленной на основе расчетов по данным табл. 3, следует, что эффекты всплытия колец объективно наблюдаются на монтаже при больших направленных вертикально вверх усилиях от щита, продолжаются в зоне 5 м за хвостовиком щита при средних и максимальных усилиях вверх, на удалении 16 м они заканчиваются при максимальных усилиях, направленных вверх.

Предполагая пропорциональное наращивание деформаций с ростом давления грунта и 100 % осадки поверхности в 100 м за зоной действия щита, расчетами получаем 56 % от конечной осадки поверхности земли над зоной 0…5 м за хвостовиком щита.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *