S&T (Super Tehnology)

Однією з найважливіших задач при проектуванні і будівництві тунелів різного призначення, в тому числі і похилих ескалаторних тунелів, є прогнозування характеру геомеханічних процесів оточуючого масиву, а також визначення міцності та стійкості тунельних конструкцій. Напружено-деформований стан (НДС) ґрунтів та тунельної конструкції визначається розмірами і положенням шарів з меншими деформаційними характеристиками, розподілом і максимальними значеннями деформацій. Крім того, названі характеристики визначаються міцністю ґрунтів, положенням рівня ґрунтових вод, процесом заморожування та відтаювання ґрунтів, глибиною закладання тунелю, конструкцією і типом оправи тощо.

До сучасних методів прогнозування відноситься метод математичного моделювання, що передбачає проведення чисельних експериментів з використанням спеціалізованих програмних засобів та методу скінченних елементів (МСЕ). Але при використанні математичного моделювання необхідно вірно застосовувати методику моделювання, яка б відповідала характеру підземного об’єкта, напруженого стану оточуючого масиву та специфіці спорудження та експлуатації підземної споруди. З метою контролю відповідності реального деформування ґрунтового масиву та оправи результатам математичного моделювання доцільно проводити постійні спостереження за названими процесами за допомогою приладів. Отримані результати досліджень НДС ескалаторних тунелів дозволяють управляти геотехнічними процесами з метою зменшення негативного впливу окремих факторів.

Взаємодія оточуючого похилу виробку ґрунту як пружно-пластичного середовища вводиться для можливості більш повного урахування його властивостей. Для практичної реалізації цього процесу потрібні дані про поводження ґрунту під навантаженням (паспорта міцності ґрунту) або характерні графіки залежності „напруження-деформація”. Таким чином, знаючи напруження на площадках в масиві та конструкції, можна коригувати напружено-деформований стан примусовою зміною модуля деформації скінченного елемента (СЕ), приводячи його до НДС, що відповідає експериментальним чи натурним умовам . Таким чином, для випадку оточуючого масиву, складеного глинястими ґрунтами, коли роль пружних і особливо пластичних деформацій значна, вибирається пружно-пластична модель взаємодії залізобетонної чи чавунної оправи похилого тунелю із оточуючим масивом.

Оскільки процес зміни напружено-деформованого стану моделі безперервний, пропонується для практичних цілей безупинний процес зміни властивостей ґрунту масиву замінювати дискретним процесом, який характеризується набором станів, що визначають систему в даний момент. Математичне моделювання поведінки пружно-пластичного ґрунту на основі «ґрунтових» елементів безпосередньо зв'язано з контролем НДС у ході навантаження моделі . Практично це виражається у наступних діях:

1. Після прикладення навантаження проводиться розрахунок НДС моделі.

2. По графіках стабілометричних випробувань у випадку пружно-пластичного деформування перевіряється стан «ґрунтових» елементів, тобто їх робота у пружній стадії чи перехід у пластичну.

3. Проводиться коригування деформаційних характеристик системи відповідно до графіків, отриманих з експериментальних досліджень.

Реалізація представленого алгоритму виконується в комплексі автоматично після завдання «ґрунтовим» елементам властивостей реальних ґрунтів. В основу розрахунку покладений метод скінченних елементів з використанням в якості основних невідомих переміщень і поворотів основних вузлів розрахункової схеми. В прийнятій моделі застосовуються ізопараметричні об’ємні елементи неправильної форми (окрім елементів, які моделюють ґрунтовий масив навколо ескалаторного тунелю - ізопараметричні октаедри на основі паралелограму) типу 36 (октаедрична призма з криволінійними ребрами) та елемент 34 (тетраедр з криволінійними ребрами). Усі елементи в моделі із співпадаючими вузлами, що дозволяє отримати найбільшу точність, чим в моделях з неузгодженими вузлами. В моделях також не застосовувались «голчасті» елементи, тобто, ні в призмах ні в тетраедрах не було гострих кутів, які менш всього передають напруження у зв’язку із зміною форми .