Строительство щитового тоннеля (Урок 6)

Программа PLAXIS обладает возможностью создания тоннелей круглого и некруглого сечения и моделирования процесса их строительства. В настоящей главе рассматривается вопрос строительства щитовых тоннелей в грунтах средней мягкости. Строительство щитового тоннеля осуществляется путем выемки грунта перед проходческим комбайном и устройства за ним облицовки тоннеля. При этом грунт, как правило, удаляется с запасом, а это значит, что площадь поперечного сечения, занимаемая окончательной облицовкой тоннеля, меньше площади вынутого грунта. Хотя принимаются меры, чтобы заполнить этот пробел, нельзя устранить перераспределение напряжений и деформации грунта в ходе строительства тоннеля. С целью избежания повреждений существующих зданий и фундаментов на поверхности земли, необходимо прогнозировать эти эффекты и принять соответствующие меры. Такой анализ может выполняться с использованием метода конечных элементов. В настоящем уроке приводится пример подобного анализа.

Рис.8.1. Геометрия тоннеля с указанием слоев грунта.

1 - Слой глины

2 - Песчаный слой

3 - Глубокий слой глины

4 - Глубокий слой песка

Тоннель, рассматриваемый в данном уроке, имеет диаметр 5.0 м и расположен в среднем на глубине 20 м. Почвенный разрез свидетельствуют о наличии четырех различных слоев. Верхний слой мощностью 13 м состоит из пластичной глины с жесткостью, которая увеличивается с глубиной почти линейно. Под слоем глины залегает слой мелкозернистого песка мощностью 2.0 м. Этот слой известен как несущий слой для старых деревянных свай, на которых традиционно возводились дома. Деформации в этом слое могут вызывать повреждение обычных сооружений, что крайне нежелательно. Ниже песчаного слоя залегает глубокий слой суглинков мощностью 5.0 м.

Это один из слоев, в котором сооружается тоннель. Другая часть тоннеля сооружается в глубоком песчаном слое, который состоит из плотного песка с включениями гравия. Этот слой очень жесткий. В результате только 5.0 м этого слоя включены в модель конечных элементов; более глубокая часть рассматривается как полностью жесткая и моделируется по соответствующим граничным условиям. Распределение порового давления гидростатическое. Уровень грунтовых вод расположен на отметке 3 м ниже поверхности земли (на отметке у=0 м). Поскольку расположение более или менее симметрично, в модели плоской деформации учитывалась только одна симметричная половина (правая). От центра тоннеля модель простирается на 20 м в горизонтальном направлении. В данном примере применяется 15-узловый элемент.