CC BY
11
УДК 622.2X4
Н.А.БЕЛЯКОВ студент, nikc-bcl(a^xindex,nt
Самкт-ПетербургскгШ якударственный горный институт {техническийуниверситет)
N.A.BELYAKOV. student. nike-bc-!ajxtmkx.ru
Saint Petersburg State Mining Institute {Technical University)
ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КРЕПЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ
СЕВЕРНОГО КАВКАЗА
Представлено обоснование временной крепи, применяемой при проходке новых вы* работок, строительство которых предусмотри вдетс* типовыми проектами реконструкции старых железнодорожных тоннелей.
Методом конечных элементов выполнен анллт итенсниа нллряженно-леформиромпного состояния вмещающего тоннельный комплекс массива в период проходки новых выработок.
Мл основании выполненною аналнзд сде.ми ряд выводов, позволяющих изыскать дотошности уменьшения толщины постоянных обделок новых выработок тоннельного комплекса: нового тоннеле и траиспортно-лрснажиой нпольии
Ключевые слова: тоннель, обделка, крепь, напряжения. деформация. реконструкции моделирование
GEOMECHANICAL SUBSTANTIATION OF PARAMETERS OF THE FASTENING OF RAILWAY TUNNELS IN THE CONDITIONS
OF THE NORTH CAUCASUS
The article presents rationale of temponm supports used hi ilie (tailing oi new mines, which provides for the сопяпкмюп of model projects of reconstruction of old tunnels
Finite-element method analyzed tlie changes of stress-strain state containing funnel complex iiJTav dunng the drilling: of new mines.
Based on the analysis* a number of findings to explore the possibility of icduong the thickncss of the permanent support of new mines in tunnel complex - the new tunnel, and trans-pon and drainage culvert
Key Hvrds: tunnel, tcmporan support, pcrmiincnt support stresses, (kformatioa reconstruction. modeling.
11а Северном Кавказе активно ведутся работы по строительству новых к реконструкции уже существующих железнодорожных тоннелей Это главным образом связано с крупномасштаб1гым строительством, приуроченным к проведению в городе Сочи в 2014 г. зимних Олимпийских игр
Необходимосгь проведения реконструкции ряда действующих в составе Северо-Кавказской железной дороги тоннельных комплексов вычвана целым рядом причин. Среди них стоит выделить следующие: несоответствие большинства старых (чаше всего
двухпутных) тоннелей современным габаритам приближения строении, принятым на железных дорогах РФ, невозможность обеспечения должного уровня безопасности ввиду недостаточно»« несущей способности старых (чаще всего каменнсьблочных) обделок тоннелей (например, при обследовании обделки существующего Новороссийского тоннеля были выявлены отдельные кольца обделки, прочность материала в которых не превышала прочности бетона класса В10). невозможность обеспечения необходимого уровня гидроизоляции.
--99
Саннт Петербург. 2010
При II|)UU¿J¿III1II pCMjl IC IpVMJIIII I4MJI0 I 1М1И HilIHf HC£l O IIUIlVlKiyri L'M С.теду ю iiuVh схсьма проведения ржют ( ушествунтшнл двуч путным тоннель поел С pvKOHCTpS'KI щи
буэет neíicTBOBsiTb мк однопутный. -loHO-
паи »ini'iu сушесiьуюш£|\) lüiiiKjm jupJCJ* IblKfrЛСИ JJO ie\ llOp. пока H CÉHÉHIir HMpi-ootkii hls впишется гаоарнг лрполиженля строении йС» tío высот-; (вшду того, что L> шее i иу юти ¡1 i Си 11 irji i- 11 и ш члии ю ülui цвучцужым. HeooxiUJimíh iь ;jí>|i¿kíojkii er-ЧС'ННЯ ло ширине отсутствует) ЛориГхгган-ЛОТКОРчЯД ЧЗСТЬ СУЩЕСТВУЮЩЕГО ТОННЕЛЯ
крепится с ПОЧОШНО CIHHCpHOií кропи (чдше исею применяю! же:н?юОе ioi и i ьл? анкеры).
В KJ4r>-JIHf I liMT lOKHHOlí HCl ЮЛЬI'CK MOHO-л)Ith»» желе «Ы'я-тнния ¿тлделгч. возводимая пол мтптоИ временном крепи поел* wßisp-шоии0 прочодчес*ич работ.
Лл» l[|XIJiyCKJ ШКМДОЬ ПО J¿LTl>?4HUMy
Н*Пр*ПЛСН1НО ПрСДУСМПТрИЯ JCT! и прючодка HO&OÍI RVipHiViTKN ОДНОПУТНОГО Жч%Л^1НОДО-
ровного юимеля Процесс предполагается
UUIlO.IIIHIL МО >'С lyillioil I ^XlKUOCIht КО I "О Li >l L4K. тл г II « ОСДУЮШЦЧ ОСНОВНЫХ 4T<UUHS.
П|ХЛ1 уволит*» рл'.'ряботкч верхней Í.X^I.TII^TT-ноп> 'мсти луде*нод<фпжного тоннеля hj (химер толки. "Затем на некотором рло
L'IVMUHH O l j-июч иир:100ЧкЛ VC l ÍLIIJ II IL-ÜÄI • с» Ч1.чТЯДЛНЧССКЭЯ Ч1НКСРН£1Я II н<пбры зг-
Беюнна* крепь (на ушокач чраесм юннелч со ело ^и мм Ii ropi ю-геолог! тес к им и уело-
Я <
SH
У
Si
а-
П Ü
_L I ч .1
íí
н? н> к
к
-к
v7i 77* v7/ 77/ v7 77/
l'lk I I l'IIIILIIIIkilNI.U |NiClk III d vSCM.l
илями иС1 юмиуе кя а|)к00£ 1 о 111 ти с
рЛмСтп и> .'¡куч <1 »фО щМ V* мрофшч и ОпОн-ноГ| чагяжком межрамного пространства). Посп>: кхюттпои '1ч1чтм к^чнн^тот разрабатывать ни*ниж> 1и)трс<совую) ЧАСТ* 11С^йри'1<-1 н;м о шинеш с икчаь. нем лиши* ныч берм. илра Сечения нижнего ус-
тугта прнетч'пают к разработке защитных берм малыми з^ходкомч V последа к>исс<> УСТНОЙ К<и1 Крднн ИЛрОССОиОИ ЧДС т. Далее иик.1 иоытри^сл. С^ставиние ус Iаыоыки грепк %>т определяется техн<ш)пгем
в^Л^нмя работ и установки крепи, а тяк.ке устоИчиростью пород кровли.
При ио'^мол 1 юс с и бсх1ыипч ее-501 шыл (ши1 д<1ждеаых) ц к<ннсльныГ|
рсомгпохе. двух г|Х1непортны\ вьгр>1-
ГОТОКч вк.пюч,1^тся дренажнди (шп дрена^ио-тps"lllencpтиaл^ штольня. 11рохолко дрснэшюй
ШТОЛЬНИ ОСушеС1ВЛЯГГС4 УС1\ЛНОН
течжхпопш янатогично прочодке н^ийои тоннельной В мреюоты I, НО с учугом М^НМИН!
плошади ее сеч^иия (о >том случае кшити^е
О^Р'ЧЫ МО ОСЧ Л15.1Я1СчСЯ, ¿1 Ш 1рСК.С0и«1Х Ч^ССЬ ШТОЛЬНИ ри^ноигышился на ШЮИ1<1ДЬ
поперечного есченшг кклгнетх! усгчп^ с гк.н;яд-ду км и еI I >' ст 1 н+о рк о11 крепи |
В качеетое постоянных ооиело* Юк нлтеич м травнлйрмю-^^иик'мом
ШТОЯЬНМ МСЛОЛН дуются монолитные же/ГС ¡0-
иеюнные осаелкг!. Монк14< мосюяииыч оси^ лок лрон^лнтс^ гкк:л^ т^аершеми^ п^чоп« ч^екмч р4б01. 1 е м'^нйчйльно и.ыра<>01ги п^>ходят ни про:;кт1сук) длину год ишкпч! нременного крепления
Фюнко-мечаиические сьо1К1М МчМерии-лоп обделок, К|>епеП, ан^ра^ по|к>дмого м,1ссик?^. приведенные г ¡иСмиие. ч<гр:1к 1-ри-•мечт н:икн>лее тяжыых ч'сшвкя проведения выработок тонне.пьиого
Диа I еиыипесм>ю и^сиоыпп^ кре< 111сн 11Я ны\Ki6o 1 Ок 1 онн?. 1ь н01 г") кш 1 шекс^ (как г>1К7овнного, т:л* и временного> при лр^ь яекммм реконструкции <горы\ двч'хщтных ,|.елеАисаорончНы\ тоннелей в условиях Се-□ерм-ли 11С 1 юльч>1*1.юсь млем.имче-
сил^е моде. 111рои«1 н 11я с 1 надошью меюда нечныч элементов
Гоометрическмс парлмотры и компот-
иочпое решение рпс.1 ссошею^уюс дйлмим
/S'S.V 0¿3S 3&Aui4cii Гоьного uhctnu&¿vtn<;. Т.ISC
I 11И0иУ1 и проема оргпшшшш кимшем^ рА' Й01 11(1 рГК1>НСф>Ж1иIII Сумк?С птоигсго дмух-гтутнаго тоннеля в чславнкх ( свсркого Клвкд-эа Задячо решалась в плоским постспюпкс при
слелуюши^ граничиыч условиях I !• и мси^ли Шре1 на I и ьерлтааы Юм пйпрИиаиш 1ми <»си 0У\ Боконые I юиерхногп I моссима плсны в п>р]понтальном жшранлснил (гто оси Верхняя поверхности молспм о<тдялена ияиЗоллю иеформируемои. РасимдI р11иие* МЫ И V»1УС1Х1К чи кнель ж н о ко.чииексн рДС-плложек под тпшен илеиь» мошносткм 120 м Начальное поде напряжении получено с учетом грснишционного поля Земли. [Х^чсиюи сеиимнч 11001н района 011)0111 ел ым» ЬJ<| булшы. а также 4: учечгнн ылнинин ну кон-|||игур:оо1Н> паля напряжении сушсстяующет ид момент начеши комплекса рдгот по рек'ОН-струьиии ^иртоотки л&учпутного тоннеля
Нагрузка 0 1еч.рнс1>. возникающая 01 юлтн фуша.
составляет 2.кмнд
. l 'fc) -11.11 1 1 1
1 1 |Л»«'ъм г »»» M|v. 1 Js, *| 4
KI IS,'
J 1 I HIVk'1 »Mil Ч-- 1 1 _ _
r, • ip i к ni. MILi
i f<|> . 1« M. 1 Ли^ M •Ли
V 1« ц MI 1:»
4 К --»|»|»IIILW.I и n.U - - -
1 fc-lll'l^'ll l -ll ll»|n |>
•UDIII
* у 1 ИМ • 1 |«'1||Ц'| |S P - - -
1|Ч1ИЫ l|.i |
l- I 11.111.1 MIL: Klll. п.: - - -
Г». I > >. 1« M> ^ 1 ||K II V 1 у.а1 .4.1 ни IMIMI
Mili
i К.-ч|.|.|шил1 10 •\2'
................. I - iK^KMiuiil .m:IL LIII; »
nitj •¿'ic^i H IML.V IVIMIUN iiicil vnrnii n.i\ ik!. •i:il 11 si > i n iKvih"hi Jv .li 11 I»« i^xi ill il Kl'i м\ l'. pi 1-.Ipo kíi 11 J\i - ii|kMulni¡i4 k|kiiii ii::i»'i:: IIIIIL I» I I |]\illi lhi|>l1 h - ^»v'H'il^ IIГI> > li lilí |i\:|'il| К 1» ч.' I'?"
I». II lililí.I JN' < | |:1ч>Л1 IMIlk.K ll - ЧО И lili и IIIK \ _ ivin^Min.K мЛч»' k.i cifni ' M ir i 1.1 K!|11 •
4'«- liX. li '>.миГ. il iu li ibl I.'mI'iIIIIinI: '4 ivll K.kkvsi . ¡25 i;:.jiiii jumí И и нч м ik ji.ii«. . i;: '-О'1 мм ь
i i\ , 1 ы 1 ii\s:m :: i::. м il m i i i о м ii>ii i;: ii 11>.
IIII II J 1111. - u^k..K;i О IIXV II" K'll k'l и ».V. h: ЧЮ.Ю-| ►í'aiiix км 11 hLVA • *\ in-11 к- vo.í/j. ik;l io.jii gj
111:11 01 »»Ни MV и ¿ivt.ív.M"' "4\r r. v иг.лч:
Доноднм i ельлые напряженна 01 сенс* мнческом ¿Iki пвиоп п кычпСлилиСк С учетам cicopocTic p.tt п^мк транс кня ynpvrofl полни до rmciuciiohum 41 ice i IRC и составили 1*0.%
Состаплеш итоге KOI lenno-элементна» MOJÍ?. Ib учш ыва«?г 1^^Н0.Юи1Ю к-ьи юлиенпи проход4к:сюIX рл'юг <т>lкжмк^o;lTLsЛL]кч:ть вы-ГЦ>ЛНС нпя ком горнп-прохолчеекч is р v
Corl. Kiacni'^ne ctcnVi^a II^pojhoixj Macat-na и дополмителми.^ лниамич^те паприке«
нцн tóiHj iKíUCtuite у ^eivjitiaie нроаьлення ceilcM] I'CCCECOH :urmGiHKTii.
Для опенки y<roii4HPHXTii нового гон-i i^jia 11 1рлпсп4>р i nO'jpsuajM lun iu io.iuhh. Скрепленных временным куплен нем, i ю pL"4V«bT5IT<LM эиидслзipoaЧКНК ОЫЛП Л<КТроС-ны >пн>р|.г распределения р^яиалкних m.i-пря^еннМ на &неи]нич •.онтурчтм и иормаль-
11ыч iaiiieiiuii;libiiüi\ иJnpn.i«,eimn jid uiiy 1« ранних к0и1ур<1ч временных крепей HKiiue-vкапанных вьера^шж ipnc 2 Г
N3 П|х.1стягчлс11ны>: рис 2 лпьэр I ipdjejHM 11 iN iюрмaiiiiiiti х 1 <и 1 itf 11 и 1 1 ы 1 ьis мл«
HJ BHy i]>rHKI14 KOHiypaS FqKneír ках нового токнеля. тяк и Tf\iHcfTO|rr-ню-др^на^ном ШТОЛКИМ МОХНО ^ЯКЛЮЧИГК, чго
íiia'ieniH >тич папрйиеини нн созион mí точек uiiyi"peiiini\ roiiivpou не n^u-nojaioc lLe*iHOi o coiq^ruiejicHua CÍJIHKI матс^ньпо RpewüKKbiN v|Kncí1 даже С V1ICMV мтможных ГсНкМИЧ^СКИЧ RO xieUrTFiMIl (ñ КПЧ^СТВе
pima истолизуется оетои класса с проч-WKTbhí rtii C/Kütiíc 14.5 МПй) Следовательно 1: v III.LX гв v k.ii i LMC KDHC ips'fci и 111 H|VMCHHKI\ neií нойых RhipíooTo^ рассматриваемого тон-мелшого комплекса г*ол1юстио л-je^c^anii.«
МС'1 LVI0 lili 1М М4 IIIIX M.1ll>y lK4M
T<LK;ft<J KJ OlHOS.LKIICI выполнен КОГО МО-;^1М|К1каиия было ныннлснр. чту r но водимых после завершения npoxo.ivii пол зашитом временном крепи постойииых
uo «i 11 ikúio i пиши iiííu 14чiпejit 11 ые 110 рдомеру напряжения, Hl преяышаюише I МПя
¡Л .......I. ii I 41i;v«|l|1K4 Iki.l а;ЧМНЧ |1|
.1:1 MsM. И ;l.. ik|V|*:i"<. .1 .UHI К'.. . k' l|Xi. 1'Л4 1*2 к
.TjmVI^V V V МлЬ.ПКч >1 «l e IHUI0IUTÍH..1H.1 svV 4iM«.U«»m I Uk кч|1*кч«к l si I ii^IK: I lie OJI*
ил,. .ЧК.л.1 s NO.IIÍI. I'M I p
dÜs*m /7. -С1 tpóyps. IOÍO
о
0.371
038 0.406
2/»
2.69
0.Л43
0^22
0.343
».374
4.23
0,368
<».122
Рис. 2. 'Эпюры расирс/Ктдиш »шрмилшых шаяидоышыч п радиааышх ишфиадошв ь шаашскллмх о - новый тошссль; 6 - фмк*юрша-;фсдож)£Я1 шю шм
11а основании малости абсолютных значений напряжений, возникающих внутри постоянных обделок, можно заключить, что постоянная обделка возводится иод зашитой временной крепи в период, когда ноле напряжении в массиве вокруг новых выработок н в самой временной крепи уже практически сформировалось Но результатам, полученным при моделировании, временные обделки являются способными воспринимать полностью сформировавшуюся во времени нагрузку в течение достаточно продолжительного периода.
В связи с вышеизложенным можно сделать вывод о нецелесообразности использования постоянных обделок нового тоннеля и транспортио-дренажной штольни толщиной, указанной в таблице.
По результатам выполненного в последующем моделирования выяснилось, что существует возможность уменьшения тол шины постоянной обделки нового тоннеля и транспорт но-дренажной штольни
по отношению к типовому варианту, приведенному в таблице, на 35-50 % в зависимости от горно-геологических условий конкретного участка строительства тоннельного комплекса. При этом нет оснований ожидать проявления каких-либо негативных последствий
С экономической точки зрения уменьшение толщины постоянной обделки новых выработок даст существенную экономию денежных средств за счет значительного уменьшения необходимого объема крепежного материала (около 40% по отношению к типовой постоянной обделке, характеристики которой представлены в таблице), а также за счет уменьшения трудоемкости возведения постоянной обделки. Кроме того. принципиально существует возможность уменьшения площади поперечного сечения новых выработок на предлагаемое уменьшение толщины постоянной обделки, что уменьшит необходимый объем выработки грунта, а это самым благоприятных! обра:х>м
102 - --
/£ЯЛТ 01353500. Записки Горного института. Т.186
СКЛ^СЮ II00111*11 с ЮИМОС III
11.1екС<1 МО фуКНИИ ЮННелЬНОК"
комплекса.
Н ЮЬ'.ПЮЧСННС ПСООХЛДММЛ ОТМСТИТЬ.
что точное геомеханическое и типологические оСооюыи 1ле пароме! рои ком тема рдГЮ1 ни реконструкции сутест нук'жшх и гтролтелытву новых желемнодорожнмч тоии^псП прсд<тэяляст<я г>чсмь важным
и 1ч и у I ксс11и?рш«11 и I и<1 имеющихся ми сеш* ДНИIIIНИМ день МрОГКТО» ТДкОгО щпД. Научный подход к оптимизации отдельных па-рлмст]»в ласт во шожшнтк получить .чпчм-тельный жоно^нчесьий эффект. повысить I иие-1'11ис I и ил шельлых комплексов црц жемлуятдцми и обеспечить Гюлее нысокмй
Ч'ров-^КЬ бсчол ЧС тКТ1 с при ИХ СТр1МСТСЛЬСТЕС или реконструкции
Научный руководитель д-р тсV« наук гтрофссор П^мюссш
10Я
10! О
