При строительстве подземного сооружения происходит перераспределение исходного естественного напряжения. Вследствие такого перераспределения подземное сооружение будет испытывать определенный уровень напряжения и, следовательно, нагрузки, которая во многом будет зависеть от геомеханических характеристик почвы.
Таким образом, в случае подземного сооружения в грунте, опорная функция будет выполняться практически полностью самим сооружением, тогда как в случае наличия скального массива, перераспределению напряжения в почве будут подвергаться в совокупности как горная масса, так и сооружение.
Следовательно, для проектирования подземного сооружения необходимо учитывать инженерно-геологические свойства грунта, уровень естественного напряжения на строительной площадке и порядок производства строительных работ. Это – сложный анализ, который можно провести разными способами в зависимости от требуемого уровня точности.
Эмпирические методы проектирования
основаны на использовании различных инженерно-геологических систем классификации (RQD, RMR, Q). Существует несколько схем для соотношения значений RMR, RQD или Q с различными элементами крепи, необходимыми для обеспечения надежности в отношении определенного рельефа. Преимущество данных методов заключается в возможности получить простой и быстрый ответ в отношении расчета крепи, однако, будучи эмпирическими, они могут предоставить только очень приблизительное решение, применимое исключительно на этапе предварительного анализа.
Аналитические методы: (схождение – ограничение)
основаны на замкнутых решениях случаев выработок круглого сечения, которые могут быть смоделированы с упругой или упруго-пластической работой. При условии упрощающего допущения в отношении исходного напряжения и рельефа, возможно аналитически рассчитать взаимосвязь между деформацией и внутренним давлением на выработку круглого сечения (характерный изгиб полости). В то же время возможно аналитически рассчитать для некоторых видов крепи такую же взаимосвязь между внутренним давлением и радиальной деформацией (характерный изгиб крепи). Точка пересечения двух кривых соответствует точке равновесия (давление и деформация) для данного сочетания полости и крепи. Такой метод достаточно прост в применении и может предоставлять неплохие результаты для расчета крепи, однако, его применение ограничено очень упрощенными условиями естественного напряжения, рельефа, геомеханических характеристик и геологического плана выработки.
Методы численного расчёта: метод конечных элементов и конечных разностей.
Благодаря применению современных компьютеров, в настоящее время методы численного расчёта превратились в очень полезный инструмент проектирования подземных объектов. Метод конечных элементов, один из наиболее широко используемых методов, основан на принципе разбивки объекта на конечное количество элементов. Характеристики этих элементов контролируются посредством введения определенных законов механики заранее установленным образом под воздействием внешних факторов. Метод конечных элементов может использоваться для моделирования характеристик тоннеля в отношении широкого спектра предполагаемых грунтовых условий и рельефа, включая линейную и нелинейную упругую характеристики и нелинейные характеристики пород (деформируемость). В рамках таких методов грунт зачастую моделируется в виде сплошной среды. Некоторые из них, однако, позволяют моделировать грунт в виде не сплошной среды, что более точно отражает характеристики скальных массивов, имеющих большое количество трещин.
Подробнее
Публикации МТА
- ITA Guidelines for the Design of Tunnels- ITA WG n°7 (Рекомендации МТА по проектированию тоннелей - ITA WG n°7)
- Views on structural design models for tunnelling- ITA WGn°7 (Подходы к моделям расчета конструкций при проектировании тоннелей - МTA WGn°7)
- Tunnels and shafts in rock US corps of engineers: design of support (Сооружение тоннелей и шахт в горных массивах, инженерный корпус сухопутных войск США) (Adobe Pdf)
- Convergence-confinement AFTES (Метод Схождения-Ограничения) (Adobe Pdf)