SCI Библиотека

В статье рассмотрена задача о предельном равновесии свода обрушения, формирующегося над подземными конструкциями криволинейного очертания. Приведен развернутый критический анализ нормативной методики. Показано, что данная методика имеет ряд недостатков, связанных с невозможностью определить коэффициент крепости иначе как по описательной шкале М. М. Протодьяконова или по формулам, отсылающим к этой же шкале. Далее приведен обзор некоторых решений задачи о своде обрушения в скальных грунтах, а именно: задачи о своде предельного равновесия (обрушения) над горной выработкой, рассмотренной В. Риттером (1879); задачи Я. О. Стахнёва (2023), в которой решение В. Риттера получило развитие, прежде всего в плане учета не только нормальных, но и касательных напряжений, действующих по контуру свода обрушения; также проанализировано полученное ранее авторами решение задачи о предельном равновесии свода обрушения в скальных грунтах, полученное по схеме Риттера - Стахнёва, но с применением методов вариационного исчисления. Это решение было получено в замкнутом виде. Отличительной чертой полученных результатов является отказ от понятия коэффициента крепости в пользу стандартных характеристик прочности скальных грунтов. Далее в теоретической части статьи дается решение задачи о своде обрушения над криволинейными подземными конструкциями (над калоттой) как задачи вариационного исчисления. В работе показано, что наличие калотты не влияет на очертание свода обрушения, но снижает нагрузку от горного давления на подземные конструкции. В качестве результатов исследования приведено описание практического метода расчета давления грунта на криволинейные подземные конструкции.

Хорошо известно, что тоннелепроходческие работы щитовым методом зачастую вызывают деформации в массиве грунта и на поверхности. Как следствие, потенциальный ущерб от тоннелепроходческих работ вышележащим сооружениям в зоне влияния зависит от ряда факторов, а именно: грунтового массива и его характеристик, технических и технологических особенностей тоннеля и тоннелепроходческого оборудования. И именно численные методы позволяют наиболее достоверно моделировать условия проходки, близкие к реальным. Целью работы является обзорный и сравнительный анализ методов различных авторов определения осадок и вычисления коэффициента перебора грунта (объема «потери грунта» – volume loss) VL, анализ предоставляемых данных, в том числе полевых, а также определение возможности их совершенствования.

С помощью комплексного сравнительного и контент-анализа различных подходов к определению осадок земной поверхности и коэффициента перебора грунта VL тоннелепроходческих работ в работе представлены основные виды численных методов расчета осадок дневной поверхности и коэффициента перебора грунта VL в хронологическом порядке их появления.

Проведенный анализ множества численных методов, примеров значений осадок земной поверхности и коэффициента перебора грунта VL из источников различных лет обеспечивает более широкий обзор результатов тоннелепроходческих работ. Приводятся результаты наиболее значимых исследований. Анализируются и поясняются некоторые подходы к формированию теорий наиболее интересных и цитируемых исследований.

Поскольку осадка земной поверхности и, соответственно, вышележащих сооружений определяет наличие или отсутствие мероприятий по снижению влияния на них или защиты, корректное их определение позволяет уменьшить стоимость строительства при тоннелепроходческих работах в зоне влияния. Соответственно существует дальнейшая необходимость развития этого геотехнического направления численными методами в поисках оптимальных и качественных решений для определения осадок от тоннелепроходческих работ и вычисления коэффициента перебора грунта VL, а также по возможному усовершенствованию нормативной документации в данной области.