Оценка напряженного состояния и несущей способности коллекторных тоннелей. Мелкого заложения, восстановленных бестраншейным способом.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
29


ство России и стран СНГ в начале века:
о
пыт и перспективы

:

мат

лы

Междунар
.

науч
.

практ
.

конф.
28

31
октября 2002 г.



М.,

2002.


С. 367

370.

3. Анциферов, С.

В. Исследование напряженного состояния обделок тоннелей
ливневой канализации, сооруженных с использованием предварительной цементации
грунта

/ С.

В. Анциферов
//
Известия Тул
ГУ
.


Тула :

Изд

во Тул
ГУ, 2004.


Вып
.

2.


C. 246

253.



С
ер
.


Экология и рациональное природопользование
.

4. Анциферов, С.

В. Разработка программного обеспечения для определения н
а
пряженного состояния многослойных обделок тоннелей мелкого заложения

/

С.

В.

Анциферов, Л.

Н. А
нциферова, В.

М. Логунов, М.

Б. Цудиков
//
Проблемы про
ч
ности материалов и сооружений на транспорте

:

мат

лы

IV

Междунар
.

конф
.


29

30

июня 1999 г.


С
Пб
.
,

1999.


С. 151

157.

5. Араманович, И.

Г. О распределении напряжений в упругой полуплоскости, о
с
лабле
нной подкрепленным круговым отверстием

/ И.

Г. Араманович
//
Докл. АН СССР.


М.
,

1955.


Т. 104,


3.


С. 372

375.

6. Мусхелишвили, Н.

И. Некоторые основные задачи математической теории у
п
ругости

/ Н.

И. Мусхелишвили.


М. : Наука,
1964.


604 с.



ОЦЕНК
А НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ

И НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ТОННЕЛЕЙ
МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ, ВОССТАНОВЛЕННЫХ

БЕСТРАНШЕЙНЫМ СПОСОБОМ


О.

М. Левищева

Тул
ьский государственный университет,

г. Тула Россия


Развитие и успешное функционирование инфраструктуры кру
пных
городов связано с
расширением систем канализации
и сооружением сам
о
течных тоннельных коллекторов, имеющих, как правило, круговое поп
е
речное сечение и глубину заложения
до нескольких десятков метров. Де
й
ствующими в настоящее время нормативными документ
ами срок службы
таких с
ооружений установлен в 50 лет.
Однако анализ имеющихся в нау
ч
ной литературе данных об условиях эксплуатации канализационных то
н
нелей показывает, что многие из таких

сооружений не обладают достато
ч
ной несущей способностью и выходят из

строя значительн
о раньше пр
о
ектных сроков [1].

Основной причиной аварий в
коллекторных тоннелях является ра
з
рушение обделок в результате коррозии бетона в высокоагрессивной газ
о
вой среде выше зеркала сточных вод, следствием которой является л
о
кальное умен
ьшение толщины подземной конструкции и снижению про
ч
ности бетона в ее сводовой части, что с течением времени приводит к п
о
тере несущей способности и обрушению сооружения. Это влечет за собой
существенный материальный ущерб и создает опасность загрязнения о
к
ружающей среды. Ситуация также усугубляется отсутствием резервных
коллекторов, по которым можно было бы перепустить стоки на время р
е
30


монтных работ в обход аварийных участков. В связи с этим в настоящее
время особую актуальность приобретает проблема своевр
еменности и э
ф
фективности проведения ремонтно

восстановительных работ в коллекто
р
ных тоннелях.

В современных условиях наиболее перспективным способом восст
а
новления изношенных прямолинейных участков коммуникаций является
метод труба в трубе, обеспечивающ
ий полную сохранность инфрастру
к
туры на поверхности при минимальном объеме земляных работ, который
предусматривает прокла
дку внутри тоннелей новых труб
из ПВХ. В р
е
зультате восстановленные обделки коллекторных тоннелей представляют
собой трехслойные констр
укции,
в которых в качестве составляющих эл
е
ментов можно выделить старую обделку, внутреннюю трубу ПВ
Х и

слой
бетонного заполнения.
Следует отметить, что
на сегодняшний день не с
у
ществует научно
обоснованных методов оценки напряженного состояния
и

несущей
способности реконструированных коллекторных тоннелей,
и,

следовательно, проблема оценки эффективности восстановления

таких сооружений остается
актуальной задачей геомеханики.

Таким образом, целью настоящей работы является
разработка нового
аналитического
метода оценки напряженного состояния обделок колле
к
торных тоннелей, восстанавл
иваемых бестраншейным способом.

В основу предлагаемого метода положено строгое решение плоской
задачи теории упругости для трехслойного кольца, моделирующего восст
а
новленную обде
лку коллекторного тоннеля, подкрепляющего отверстие
в

линейно

деформируемой полубесконечной среде, моделирующей массив
грунта пород.
Общая
р
асчетная схема приведена на рисунке.



Рис
.

Расчетная схема обделки

коллек
торного тоннеля,

восстановленного мето
дом труба в трубе


31


Здесь среда
S
0
, д
еформационные свойства которой
характеризуются
модулем деформации
E
0

и
коэффициентом Пуассона

0
, моделирует ма
с
сив пород. Кольца переменной толщины
S
1

и
S
2
, материалы которых имеют
деформационные характеристики
E

,





1, 2, моделирующие старую о
б
делку тоннеля, подвергшуюся коррозионному повреждению, и заполн
и
тельный слой бетона соответственно. Внутреннее кольцо
S
3
, имеющее н
а
ружный и внутренний радиусы
2
R
и
3
R
, материал которо
го обладает д
е
формационными характеристиками

E
3
,

3
, моделирует трубу ПВХ.

Действие собственного веса пород моделируется наличием в области
S
0
, моделирующей массив грунта, начальных напряжений, линейно изм
е
няющихся по высоте соор
ужения, определяемых формул
ами:



0



,



,


0
0

*

0

0

*

0

0

x

x

H

H













,

1

где




удельный вес пород,
Н



глубина заложения выработки,




коэ
ф
фициент бокового давления пород в ненарушенном массиве,

*


корре
к
тирующий множитель, введенный для учета технологических особенн
о
стей сооружения обдел
ки [2].

Давление подземных грунтовых вод моделируется наличием в о
б
ласти
S
0

S
1

S
2

начальных напряжений:



,


0

0


0

0


H



x











2

где





удельный вес грунтовых вод,
Н




уровень грунтовых вод в ме
т
рах, отсчитываемый от начала координат.

Полные на
пряжения в соответствующих областях представляются
в

виде сумм начальных напряжений 1, 2 и дополнительных, обусло
в
лен
ных наличием отверстия.
Смещения рассматриваются только дополн
и
тельные.

Внутренний контур

3

свободен от внешних сил, либо нагружен ра
в
номерным нормальным давлением


p
, моделирующим действие жидкости,
заполняющей тоннель рассматривается наиболее опасный напорный р
е
жим работы тоннеля в период водосброса.

Слои кольца
S







1, 2, 3 и среда
S
0

деформируются совместно,

т.

е. на линиях к
онтакта








0, 1, 2 выполняются условия непрерывн
о
сти векторов смещений и полных напряжений.

Решение поставленной задачи получено с использование теории ан
а
литических функций комплексного переменного, аппарата конформных
отображений и свойств комплекс
ных рядов.



32


После введения комплексных потенциалов






,


ψ






0,...,3


,
характеризующих напряженное состояние областей

S


0,...,3


, связа
н
ных с дополнительными напряжениями

и смещениями известными форм
у
лами Колосова


Мусхелишвили, сформулированные задачи теории упр
у
гости сводятся к решению соответствующих краевых задач теории анал
и
тических функций комплексного переменного при граничных условиях
:


0
0000

f



0


,





3


111


f





на








0,...,
2

,

4


1
1111














,


333333333

f




на

3
,



5

где
34;



21



E





 0,...,3;





аффикс точки контура









0,...,3,

f





 

 0,..
.,3



функции, определяемые в зависимости
от

вида действующей нагрузки.

Далее с помощью рациональных функций















6

осуществим конформное отображение внешностей единичных окружн
о
стей



в областях пе
ременных


на внешности контуров





3
,...,
0



в

области

.

Принимая во внимание, что наружный контур кольца

имеет кр
у
говое очертание, а центр внутреннего кольца
3
S
, ограниченного радиусами
2
R
,

3
R

смещен на расстояние


по вертикали мнимой оси

 относительно
общего начала координат, вводятся следующие представления для точек,
принадлежащих соответству
ющим контурам








0,..,3






0
111
0
0
1
2,3


ïðè
rqïðè
rbïðè


















,




7


где

q




1,...,





коэффициенты, определяются в результате конформн
о
го отображения внешности единичного круга на вне
шность контура
1

,

0


R
r
R



0,...,3


,
0
i
b
R



i



мнимая единица.

8



0

33


Граничные условия
в преобразованной области после опе
рации
комплексного сопряжения
для всех расс
мотренных нагрузок мо
гут быть
записаны в общем виде:

1,1,1,,,
,
11
11




























0,...,2,


9



11,1,1,
1
1























1
,,,
1
1



























,




3
3,33,33,33
3
1
1
,

















10

где функции

,




определяются

в зависимости от вида действ
у
ю
щей нагрузки.

Таким образом,
при решении поставленной задачи необходимо о
п
ределить 7 пар неизвестных функций
,,
,








0,...,3,
1,1,
,









0, 1, 2.

В результате, рассматриваемая задача для трехслойного кольца
со

слоя
ми переменной толщины, сводится к задаче для концентрического
трехслойного кругового кольца, подкрепляющего отверстие в линейно

деформируемой среде, при наличии в граничных условиях дополнител
ь
ных членов, представленных в виде рядов Лорана, которая в предп
олож
е
нии,
что эти дополнительные члены известны, имеет строгое аналитич
е
ское решение. Таким образом, предложенный прием позволяет свести р
е
шение исходной задачи к сходящемуся итерационному процессу, при к
о
тором в каждом приближении решается соответствующая

задача для кр
у
гового концентрического трехслойного кольца с дополнительными рядами
в граничных условиях, уточняемыми на основе предыдущих приближений
в нулевом приближении коэффициенты





k







0,..,3;




1,...,4

этих

дополнительных р
ядов полагаются равными нулю.
Итерационный
процесс продолжается до тех пор, пока отличия искомых коэффициентов
соответственным образом укороченных бесконечных рядов
c
k



1
0

k

1,...,
N
,

c
k


2
0


k

1,...,
N



2,






k
c


1, 4;
k

1,...,
N
,






k
c


2, 3;
k

1,...,
N



2,

полученных в двух соседних приближениях, не становятся меньше зада
н
ной малой величины

, например,




6
10

.

34


После отыскания неизвестных коэффициентов рядов напряжения
в

слоях

S



3
,...,
1


, моделирующих с
лои обделки, и в среде
S
0
, модел
и
рующей массив пород, определяются по формулам Колосова


Мусхел
и
швили. Для проверки точности решения выполняется контроль удовлетв
о
рения граничных условий. Если граничные условия выполняются не до
с
таточн
о точно, число
N

удерживаемых членов в рядах увеличивается,
а

величина

, наоборот, уменьшается.
При этом, как показывает опыт,
удержание
N



40 членов и




10

6

обеспечивают приемлемую для пра
к
тических целей точность расчета.

Описанное решение реализован
о в форме полного алгоритма, на базе
которого разработано соответствующее компьютерное программное обесп
е
чение, позволяющее производить эффективные многовариантные расчеты.


Список литературы

1. Дрозд
,

Г.

Я. Надежность канализационных сетей
/ Г. Я. Дрозд
/
/

Водоснабжение
и санитарная техника.


1995





10.


С. 2

4.

2. Булычев
,

Н.

С. О расчете обделок тоннелей в очень слабых грунтах

/ Н. С. Булычев
// Проблемы подземного строительства в XXI в.
: мат

лы

М
еждунар
.

конф.
25

26 апреля
2002 г.



Тула

:

Изд

во Ту
лГУ, 2002.


С. 35

37.

3. Мусхелишвили
,

Н.

И. Некоторые основные задачи математической теории у
п
ругости /

Н.

И. Мусхелишвили.


М.

: Наука, 1966.


708 с.

4. Фотиева
,

Н.

Н. Прогноз снижения несущей способности обделки кругового
тоннеля вследствие локальног
о уменьшения ее толщины, обусловленного коррозией
бетона
/
Н.

Н.

Фотиева, Т.

Г.

Саммаль //

Проблемы прочности материалов и сооруж
е
ний на транспорте

:

мат

лы
IV Междунар. конф. 29

30 июня 1999 г.


С
Пб., 1999.


С.

197

201.



НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МАССИВА В

ОКРЕСТНОСТИ
ДВУХ

ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ КРУГОВЫХ ВЫРАБОТОК,

СООРУЖАЕМЫХ

В

ЗОНЕ УПРОЧНЕНИЯ ПОРОД


В.

Б. Грибанов

Тульский государственный университет,

г. Тула Россия


При сооружении выработок закрытым горным способом в слабых,
трещиноватых или обводненных пород
ах нередко используются специал
ь
ные способы проходки, связанные

с проведением мероприятий по предв
а
рительному инъекционному укреплению массива грунта. Это приводит
не

только к повышению однородности пород, гидроизоляции участка
строительства, но и изменени
ю деформационных характеристик пород [1].
В случае необходимости размещения выработок в непосредственной близ
о
сти друг от друга рациональным проектным решением является создание
общей области упрочненных пород. Наличие такой зоны может оказывать

Приложенные файлы

  • pdf 3258762
    Размер файла: 270 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий