CC BY
9
УДК 625.12.044.042
В. Д. ПЕТРЕНКО, О. Л. ТЮТЬК1Н, М. В. ХАРАТЯН (ДПТ), В. I. ПЕТРЕНКО (Укрметротунельбуд)
ПОР1ВНЯЛЬНИЙ АНАЛ1З НАПРУЖЕНОГО СТАНУ КОНСТРУКЦ1Й СТАНЦ1Й ОДНОСКЛЕП1НЧАСТНОГО ТИПУ М1ЛКОГО ЗАКЛАДЕННЯ
В статт наведенi результати порiвняльного аналiзу напруженого стану стандартно!' односклетнчасто!' станци мiлкого закладення та модифжовано! конструкци для нас^зно! проходки.
Ключовi слова: станцш метрополiтену, наскрiзна проходка, модифшована конструкцiя
Одшею з важливих переваг метропол1тену е можливють економити мюьку центральних ра-йошв, що юторично склалися, та райошв з архь тектурними пам'ятками. Станци на генеральнш схем! лшш метропол1тену розмщують з ураху-ванням юнуючого й перспективного плануван-ня мюта 1 його наземно! транспортно! системи в мюцях найбшьшого пасажиропотоку, якими е площ1, перехрестя, зал!зничш, р1чков1 й автобу-сш вокзали, стадюни, парки, промислов! ком-плекси тощо. Станци розташовують також на перешченнях або в мюцях сполучення лшш метрополитену м1ж собою та ¿з зал1зницями [1, 2].
Тенденщя зростання протяжност лшш мш-кого закладення на мереж! вгтчизняних { зару-б1жних метропол!тешв обумовлена !х певними перевагами в пор!внянш з лшями глибокого закладення. Так, вартють лшш мшкого закладення у вщносно сприятливих пдрогеолопчних умовах в середньому в два рази менше, шж л> нш глибокого [2].
Техшко-економ!чш переваги лшш мшкого закладення { значш зручност в експлуатаци вщкривають широку перспективу !х розвитку в мереж! як юнуючих, так { знову споруджуваних метропол!тешв. Анал1з досвщу буд1вництва метропол!тешв показуе, що частка лшш мшко-го закладення в загальнш протяжносп шдзем-них транспортних магютралей переважно! б> льшост мют суттево збшьшуеться.
Одшею з прогресивних технологш буд1вни-цтва метропол1тену мшкого закладення, який на даний момент розвитку метропол!тешв в Укра!ш найбшьш поширений, е наскр1зна проходка [2], сутнютю яко! е те, що процеси буд1в-ництва станци мшкого закладення { перегшного тунелю, який до не! тдходить { вщходить вщ не!, зв'язуються один з одним. Тобто при будь внищга пусково! дшянки, що складаеться з комплексу «перегш - станщя мшкого закладення - перегш», при використанш щитово!
проходки можна застосувати наскр1зну проходку.
Складнютю наскр1зно!' проходки е те, що доводиться враховувати темп створення пере-гшного тунелю 1 в межах станци споруджувати модифшовану станщю - так звану станщю на-швзакритого способу.
Для того щоб найбшьш повно використати концепщю наскр1зно! проходки, при буд1вниц-тв1 Ки!вського метропол1тену виконаш деяю !! модифшаци. Так буд1вництво станци та пере-гошв, як з нею межують, взагал! не пов'язано. Це призводить до того, що спещальш типи станцш для нашвзакритого способу [1] можуть не застосовуватися.
Однак стандарты станци односклешнчасто-го типу все ж модифшуються. Причиною цього е те, що перегш щита в межах станци все ж здшснюеться в будь-якому випадку, нав1ть як-що вона вже побудована. Це потребуе збшь-шення шдйому станци за рахунок вставок за-ввишки 2 м в стши, щоб габарити щита при його пересуванш ч1тко вписувалися в габарити станци нового типу.
Обгрунтуванням ново! конструкци е пор1в-няння старо! 1 модифшовано! конструкцш з ви-значенням напруженого стану { з'ясуванням ступеня впливу вертикальних вставок. Якщо такий вплив не е негативним, то дана констру-кщя може бути оптим1зована. Пор1вняльний анал1з двох конструкцш е комплексним, так як виконуеться на спектр статичних { рухомих на-вантажень.
Метою надано! науково-дослщно! роботи е пор1вняльний анал1з напруженого стану модел! станци для наскр1зно! проходки ¿з стандартною станщею, для чого в моделях вщтворено половину конструкцш односклешнчастих станцш (рис. 1) в програмному комплекс! 8СЛБ [3, 4]. Вс! !нш! геометричн! параметри станц!йно! конструкци е незмшними.
© Петренко В. Д., Тютькш О. Л., Харатян М. В., Петренко В. I., 2012
а)
б)
Рис. 1. Схеми та фрагмента СЕ-моделi - конструкцп станцп iз конструкцieю «стш в грунл»:
а) - стандартно!; б) - для нас^зно! проходки
Деформацшш характеристики модел1 (модуль пружносп, коефщент Пуассона): жорст-юсть 1 (тсок) - модуль пружносп Е = 38 МПа, коефщент Пуассона | = 0,2, густина р = 2,0 т/м3; жорстюсть 2 (бетон класу В7,5) -модуль пружност Е = 20000 МПа, коефщ1ент Пуассона | = 0,2, густина р = 2,45 т/м3; жорс-тюсть 3 (затзобетон на основ1 бетону класу
В30) - приведений модуль пружност Е = 38500 МПа, приведений коефщент Пуассона | = 0,02 , густина р = 2,5 т/м3.
Розподш загального напруженого стану мо-дел1 (в перер1з1 тд рухомим навантаженням НК-80, рис. 2) можна оцшити як сталий, так як перенапруження виникають на границ системи «станцшна конструкщя - оточуючий масив».
а)
б)
е)
жзшчний, щo пoяcнюeтьcя знaчнoю змiнoю влacтивocтeй cтaнцiйнoï кoнcтpyкцiï тa rpyнтy.
Вepтикaльнi нaпpyжeння (див. p^. 2, б) лo-кaлiзyютьcя в мicцi пpиeднaння «cтiни в rpyrni» дo cтiни cтaнцiйнoï кoнcтpyкцiï, щo e гозитив-ним мoмeнтoм, тaк як пiдвищeння тoвщини в цьoмy мicцi дoзвoляe пpийняти 6ШЬШУ чacтинy нaвaнтaжeння бeз змeншeння мiцнocтi. Cлiд зacвiдчити, щo в вepxнiй тoчцi з'eднaння crae-пiння тa cтaнцiйнoï cтiни, якa мae кpивoлiнiй-ний oбpиc для poзмiщeння щита, який бyдe пpoxoдити кpiзь cтaнцiю, знaxoдитьcя тoчкa, в якiй вepтикaльнi i гopизoнтaльнi нaпpyжeння мaють мaкcимaльнe знaчeння.
Ця тoчкa e тайбшьш нeбeзпeчним кoнцeнт-paтopoм нaпpyжeнь, тaк як i дoтичнi нaпpyжeн-ня в нiй мaють виcoкi знaчeння (див. pиc. 2, е). Poзпoдiл цieï кoмпoнeнти нaпpyжeнь бiльш ж-oднopiдний, щo пoяcнюeтьcя cклaдним rapepi-зoм cтaнцiйнoï кoнcтpyкцiï, якa мae дeкiлькa пepexoдiв в cпoлyчeнняx iз piзним paдiycoм, a тaкoж ^^дюння дo цieï кoнcтpyкцiï «cтiни в rpyrni». Дoтичнi нaпpyжeння в плoщинi XZ aктивнo poзпoдiляютьcя i в caмiй «cтiнi в Фун-тЬ> тa в мicцi пepexoдy cтaнцiйнoï cтiни в лoт-кoвy чacтинy.
Хapaктep poзвиткy нaпpyжeнoгo cтaнy y го-piвняннi iз мoдeллю ст^нци для нacкpiзнoï ^o-xoдки ж змiнивcя, тaкoж нe змiнилиcя точки кoнцeнтpaцiï для мoдeлi cтaндapтнoï cтaнцiï (pиc. 3), a для нaoчнoгo пopiвняння нaвeдeнo кoмпoнeнти нaпpyжeнь для o6ox мoдeлeй (pиc. 4).
Риа 2. Iзoпoля тa iзoлiнiï нaпpyжeнь в мoдeлi ввд влacнoï вaги тa нaвaнтaжeння ИК-80:
а) - ^pH^ran^ no oci X ; б) - нopмaльниx no oci Z ; е) -дoтичниx в плoщинi XZ
Анaлiзyючи нaпpyжeний cтaн в мoдeлi мo-дифiкoвaнoï ст^нци, cлiд вiдмiтити, щo roproo-шильт нaпpyжeння (див. pиc. 2, а) шйбшьш aктивнo poзпoвcюджyютьcя в шeлизi cклeпiння, в лoткoвiй чacтинi тa в мicцi ïï пepexoдy в ст1ну. Пepepoзпoдiл нaпpyжeнь в oтoчyючoмy мacивi
Pиc. 3. Cxeмa tohor кoнцeнтpaцiï нanpyжeнь
Moдeль для нacкpiзнoï пpoxoдки
Moдeль для ^b^^ptoo!' cтaнцiï
а)
б)
Риа 4. Iзoпoля та iзoлiнiï нaпpyжeнь в фpaгмeнтi мoдeлi ввд влacнoï ваги та pyxoмoгo нaвaнтaжeння НК-80: а) - нopмaльниx пo oci X ; б) - нopмaльниx пo oci Z ; в) - дoтичниx в плoщинi XZ
Для пoдaльшoгo poзpaxyнкy кoнcтpyкцiï на мщшсть, який бyдe пpoвoдитиcя лишe пo бeтo-
ну, тoбтo на тpiщинocтiйкicть, зacтocyeмo фop-мулу чeтвepтoï тeopiю мiцнocтi (eнepгeтичнa).
Е^валентш напруження в точках концент-рацп для стандартно! конструкцii станцii: точка 1 - 13,9 МПа (запас мщносп - 1,5); точка 2 -15,8 МПа (запас мщносп - 1,33); точка 3 -12,4 МПа (запас мщносп - 1,7); точка 4 -19,1 МПа (запас мщносп - 1,1); точка 5 -12,6 МПа (запас мщносп - 1,4).
Розрахунок за е^валентними напруження-ми модифшовано!' конструкци свщчить про наступи значення е^валентних напружень: точка 1 - 11,9 МПа (запас мщносп - 1,76); точка 2 - 15,8 МПа (запас мщносп - 1,33); точка 3 -14,8 МПа (запас мщносп - 1,41); точка 4 -18,6 МПа (запас мщносп - 1,13); точка 5 -10,1 МПа (запас мщносп - 2,1).
Таким чином вщбулися змши напружень: в точщ 3 - збшьшилися, в точках 1, 4 та 5 - зме-ншилися, в точщ 2 - залишилися незмшними. Точка 3 розмщуеться в центральнш частиш стши, тому причиною тако! картини е вплив збшьшення висоти стши, так як в конструкци для нас^зно! проходки вставка висотою 2 метри переносить мюце максимального розпо-ру склетння вище, i вш розподiляеться не в стiнi станцп, а в «стiнi в грунтЬ>. Про це свщ-чить розподш горизонтальних напружень в точщ 3: 0,08 МПа в моделi станцii для наскрiзноi проходки та - 2,18 МПа в моделi стандартно! станци.
По роботi можна зробити висновок, що збь льшення висоти стiни призводить до значного позитивного перерозподшу горизонтальних напружень, викликаних розпором склепiння. Таким чином, нова конструкщя станцii в результат порiвняльного аналiзу е всебiчно об-грунтованою та на вiдмiну вщ стандартно! конструкцii мае переваги в розвитку напруже-ного стану на вiдмiну вiд стандартно! конструкци.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Фролов, Ю. С. Новая концепция строительства метрополитена на линиях мелкого заложения [Текст] / Ю. С. Фролов, Ю. £. Крук // Подземное пространство мира. - 1993. - № 2. - С. 1015.
2. Петренко, В. И. Современные технологии строительства метрополитенов в Украине [Текст] / В. И. Петренко, В. Д. Петренко, А. Л. Тютькин. - Д.: Наука i освта, 2005. - 252 с.
3. Карпиловский, В. С. SCAD для пользователя [Текст] / В. С. Карпиловский, Э. З. Криксунов, А. В. Перельмутер, М. А. Перельмутер - К.: ВВП «Компас», 2000. - 332 с.
4. Перельмутер, А. В. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа [Текст] / А. В. Перельмутер, В. И. Сливкер. - К.: Сталь, 2002. - 600 с.
Надшшла до редколеги 25.06.2012. Прийнята до друку 10.07.2012.
В. Д. ПЕТРЕНКО, А. Л. ТЮТЬКИН, М. В. ХАРАТЯН (ДИИТ), В. И. ПЕТРЕНКО (Укрметротоннельстрой)
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ СТАНЦИЙ ОДНОСВОДЧАТОГО ТИПА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
В статье приведены результаты сравнительного анализа напряженного состояния стандартной односвод-чатой станции мелкого заложения и модифицированной конструкции для сквозной проходки. Ключевые слова: станция метрополитена, сквозная проходка, модифицированная конструкция
V. D. PETRENKO, A. L. TUTKIN, M. V. KHARATYAN (Dnepropetrovsk National University of Railway Transport), V. I. PETRENKO (Ukrmetrotonnelstroy)
COMPARATIVE ANALYSIS OF THE TENSED STATE OF THE ONE-SHIELD TYPE STATION CONSTRUCTIONS OF THE SHALLOW CONTOUR INTERVAL
In the article the results of comparative analysis of the tensed state of the standard one-shield station of shallow contour interval and modified construction for the through driving are resulted.
Keywords: station of underground passage, through driving, modified construction
