CC BY
38
УДК 624.1
Д.А.ПОТЕМКИН, канд. техн. наук, доцент, potyomkinfcpjist. ru П.А.ДЕМЕНКОВ, канд. техн. наук, доцент. dem-petr®,yandex, ru В.Н.ОЧНЕВ, канд. техн. наук, доцент, тел. (812) 328-86-25
Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет)
D.A.POTYOMKIN PhD in eng. sc.. associate professor. potvomkindl-list. ru P.A.DEMENKOV. PhD in eng. sc.. associate professor. dem-petr(a)mndex.ru V.N.OCHNEV. PhD in eng. sc., associate professor tel. (812) 328-86-25 Saint Petersburg State Mining Institute (Technical University)
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ОБДЕЛОК СТАНЦИОННОГО КОМПЛЕКСА МЕТРОПОЛИТЕНА, ИСПЫТЫВАЮЩЕГО ВЛИЯНИЕ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА
Рассмотрено напряженно-деформированное состояние одного из станционных комплексов Санкт- Петербургского метрополитена, испытывающего взаимное влияние от расположенного над ним торго во-развлекательно го комплекса.
Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, сваи, станции метрополитена, тоннели, метод конечных элементов.
THE INTENSE-DEFORMED CONDITION OF CONSTRUCTION OF UNDERGROUND STATION COMPLEX UNDER INFLUENCE OF PILES FOUNDATION
The intense-deformed condition of one of station complexes of the Saint Petersburg underground testing mutual influence from a trading-entertaining complex located over it is considered.
Key words intense-defonned condition, piles, metro station, tunnels, finite elements method.
В условиях развитой городской застройки и интенсивного освоения подземного пространства современных мегаполисов часто приходится решать сложные задачи взаимодействия различных сооружений. На рис.1 представлен разрез здания торгово-развлекательного комплекса, который планировалось расположить над вестибюлем и эскалаторным тоннелем действующей станции Санкт-Петербургского метрополитена
Расчеты напряженно-деформирован-ного состояния грунтового массива, содержащего элементы станционного комплекса и свайного фундамента торгово-развлека-тельного комплекса, выполнены методом конечных элементов.
Размеры рассматриваемой части грунтового массива: длина (по оси X) - 240 м, ширина (по оси 2) - 180 м и высота (по оси У) - 87 м
Массив вмещает: часть станции метро колонного типа (типовая обделка из сборного железобетона с чугунными колоннами); участки перегонных тоннелей (внешний диаметр 5,5 м с типовой железобетонной обделкой), натяжную камеру (железобетонная обделка диаметром 9,8 м); эскалаторный тоннель (обделка из чугунных тюбингов, диаметр 8,5 м, длина эскалаторного тоннеля 80 м, угол наклона к горизонту 30°, расстояние от поверхности до оси станции 40 м).
- 235
Санкт-Петербург. 2010
+ 45JOO
1«» ДОМ . »4M 1ЧШ МО» 2Ы>М
<s>
ф
Ф Q
é
ё
+39.600
-J' +35.400
+31 ,?00
4Í7JX»
i +КЛ30
i +1Э.езо
■J,
+ 14.JOO
+ IOÍOO
Ф
45.1(10
о.мо
Рис. 1. Продольный разрез торгово-развлекательного комплекса с вестибюлем станции метрополитена
и эскалаторным тоннелем
Над устьем эскалаторного тоннеля располагается вестибюль, дающий пригрузку 12 т/м2 на занимаемую площадь. Ось здания в плане составляет с осью станционного комплекса угол -12,3°
Реальные грунтовые слои (14 слоев) сгруппированы из соображений схожести физико-механических свойств и характеристики групп (шесть групп) и приняты средневзвешенными по мощности реальных слоев; плотность грунтов менялась в пределах от 1900 до 2170 кг/м""; модуль деформации - от 8,80 до 28 МПа; коэффициент Пуассона - от 0,30 до 0,37.
Общий каркасный вид модели, включающий станционный комплекс и свайное поле, представлен на рис.2, а.
Принятые параметры свай: диаметр 600 мм, длина 25 м. Размеры кустов свай и их расположение принято в соответствии с базовым проектом; кусты состоят из четырех свай (несколько кустов - из пяти). Расстояния между центрами свай 1450 мм (в нескольких кустах 2750 мм). Часть свай объединялась в кусты с коли-
чеством более 12 шт., общее количество свай составило 488 шт.
Свайные кусты, приходившиеся по базовому проекту на эскалаторный тоннель, вынесены на расстояние 3 м (по нормали) от обделки Расстояние от конца 25-метровых свай до обделки перегонных тоннелей составило 7 м. Величина нагрузки на одну сваю колеблется от 60 до 220 т, средняя величина нагрузки - около 180 т.
Размеры мульды оседания в плане (зона влияния); 220 м по продольной оси здания, 190 м по поперечной оси Зона наибольших оседаний (рис.2, б) образуется в центре мульды.
В районе расположения эскалаторного тоннеля форма эпюры несколько искажена (смещения от нагрузок на кусты свай несколько меньше), что объясняется близостью тоннельной обделки, играющей роль «жесткой вставки» в грунтовый массив В плане наибольшие оседания приходятся на свайные кусты в районе подвала здания (место сосредоточения наибольшего количества свайных кустов с нагрузкой около 180 т на каждую, см. рис. 1).
236 -
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.185
гчмг, иг
Г-Г+].ги«-!>1
---< 655е М
-----1.1В9е-К
---1151= ог
—г.»8«-к ------з.«4з«-ог
. .4.688е-ог
------
- . .6.378«.02
-----7.г23«-ог
- .5.В65=-[52 _ ■ .&4Пе<&г ■ .».758.-К
Рис.2. Модель: а - общий каркасный вид б - эпюра вертикальных смещений (с границами грунтового массива)
Также произведены расчеты напряженно-деформированного состояния грунтового массива при длине свай 21 м и модуля деформации кембрийских глин 50 и 100 МПа.
Максимальные значения параметров напряженно-деформированного состояния фунтового массива, вмещающего выработки метрополитена и элементы наземного сооружения, представлены в таблице.
Санкт-Петербург. 2010
Значения расчетных величин при различных исходных параметрах
Наименование расчетной величины Длина свай 21 м Длина свай 25 м
Е = 28 МПа Е = 50 МПа Е = 100 МПа Е = 28 МПа Е = 100 МПа
Максимальное оседание
поверхности, м 0,210 0,140 0,100 0,15 0,08
Максимальные напряжения
в обделке перегонных тоннелей.
МПа* 53/70 30/60 20/40 60/75 21/43
Максимальные напряжения
в обделке эскалаторного
тоннеля, МПа 150 130 100 140 97
' Значения напряжений в числителе - преобладающие, в знаменателе - пиковые.
Рис.3. Общая эпюра (а) вертикальных смещений в обделке (сваи 21 м, Е = 28 МПа) и фрагмент эпюры (б) -примыкание эскалаторного тоннеля к станционному
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.185
Представление о картине смещений в обделках тоннелей станционного комплекса (рис.3) дают следующие количественные показатели.
Перегонный тоннель (при Е = 28 МПа): максимальное оседание кровли 0Д39 м, при этом подошва садится на 0,122 м (сближение 1,66 см); проседание по трассе тоннеля составило 0,139 м на 117,32 м. Эскалаторный тоннель (при Е = 28 МПа): проседание по трассе тоннеля составило 0,040 м на 80 м (верхнее сечение садится на 0,161 м, нижнее - на 0,122 м).
Перегонный тоннель (при Е = 100 МПа): максимальное оседание кровли 0,045 м, при этом подошва садится на 0,038 м (сближение 0,66 см); проседание по трассе тоннеля составило 0,045 м на 110,64 м. Эскалаторный тоннель (при Е = 100 МПа); проседание по трассе тоннеля составило 0,03 0 м на 80 м (верхнее сечение садится на 0,068 м, нижнее - на 0,038 м).
Следует отметить, что оседание боков обделки эскалаторного тоннеля имеет разную величину: 8,5-9,5 см - левый бок и до 10,0 см - правый бок (перемещающийся грунт «стремится» повернуть обделку вокруг продольной оси по часовой стрелке).
Распределение напряжений, ввиду разной жесткости материалов конструкций станционного комплекса и многочисленных фунтовых слоев, а также геометрической сложности объекта, носит неравномерный характер. Обделка станционного комплекса «аккумулирует» напряжения, при этом пиковые значения приходятся на места сопряжений выработок, а также обделку в кровле и почве перегонных тоннелей
Отдельно следует сказать о напряжениях в области кровли и почвы перегонных тоннелей, значения которых достигают предельных величин. Кроме того, в местах сопряжения перегонных тоннелей с эскалаторным, появляются значительные растягивающие напряжения, разрушающие обделку.
- 239
Санкт-Петербург. 2010
