Оцінка напружено-деформованого стану обробок станційних виробок метрополітену та оточуючих порід з урахуванням ймовірнісної природи вихідних даних - Автореферат

Увага дослідників до статистичних методів у задачах розрахунку підземних споруд пояснюється результатами численних натурних вимірів гірського тиску на обробки тунелів Московського, Санкт-Петербурзького та Київського метрополітенів (ЦНДШБ, м. На сучасному етапі розвитку досліджень у геомеханіці характерне використання методів математичної статистики для інтепретації результатів лабораторних випробувань зразків гірських порід, включаючи вибір теоретичних наближень для законів розподілу міцнісних та деформаційних характеристик порід (Л.І.Барон, А.В.Кузнєцов, Є.І.Ільницька, Ю.І.Матюшицький, К.Хубер, В.В.Віноградов, Б.М.Усаченко, Н.С.Хачатурян, В.А.Литкін, Є.С.Пригожин, В.М.Денисов та ін.). Мета роботи - створення методики прогнозованої оцінки напружено-деформованого стану обробок станційних виробок та оточуючих порід, що враховує імовірнісну природу вихідних даних і тим самим підвищує надійність споруджуваних тунелів метрополітену. Провести математичний експеримент: за допомогою розробленого алгоритму розвязати контактну задачу для ряду значень параметрів GH та l, що характеризують діюче навантаження на різних етапах спорудження трисклепистої станції, а також для різних значень модуля пружності Е та параметра y = sp /sc породи; сформувати репрезентативні вибірки для максимальних значень переміщень і напружень у боках та склепіннях обробок, а також для значень найбільшої величини протяжності зони граничного напруженого стану навколишніх порід. Основу виконаної роботи складає аналіз існуючих методів розрахунку напружень та переміщень системи “обробка - масив”; аналіз відомих результатів натурних вимірів гірського тиску на обробки тунелів метрополітенів та міських колекторних тунелів; аналітичні дослідження напружено-деформованого стану обробок взаємовпливових станційних виробок та навколишніх порід, виконаних з урахуванням розкиду вихідних даних методом граничних елементів із застосуванням положень механіки підземних споруд, узагальнення результатів числового математичного експерименту статистичними методами, включаючи множинний нелінійний регресійний аналіз.Показано, що в більшості методик розрахунок здійснюється за схемою заданого навантаження, яка не враховує перерозподілу напружено-деформованого стану породного масиву та обробок на різних стадіях будівництва. Отже, практикою ставиться на передній план необхідність дослідження спільного деформування системи “обробка - порода” з урахуванням впливу близько розташованих виробок, перерозподілу напружено-деформованого стану на різних стадіях будівництва та імовірнісної природи вихідних даних за діючими навантаженнями і фізико-механічними властивостями порід. Тому під час проходження середньої виробки в області її вибою у масиві відбуваються істотні перерозподіли напружень та зміщень, деформуються тюбінгові обробки бокових тунелів, зявляються тріщини в карбуванні, порушується гідроізоляція. Для визначення раціональних параметрів анкерів задача геомеханіки розвязується методом граничних елементів на основі двох плоских розрахункових схем: - перша фіксує напружений стан споруджуваної станції після завершення 100 діб від початку робіт. Внаслідок симетрії розрахункова схема включає виробку з обробкою.У дисертаційній роботі вирішене актуальне наукове завдання, суть якого - в розробці методики прогнозованої оцінки напружено-деформованого стану обробок станційних виробок та навколишніх порід, що враховує імовірнісну природу вихідних даних і тим самим підвищує надійність тунелів метрополітену в процесі будівництва та експлуатації. На основі методу граничних елементів та моделі лінійно-спадкового середовища розроблений ефективний розрахунковий алгоритм для визначення напружено-деформованого стану обробок і порід на різних стадіях будівництва трисклепистої станції метрополітену в слабких породах. Для найбільш небезпечного етапу будівництва трисклепистої станції метрополітену в протерозойських і спондилових глинах (проходження середнього тунелю) на основі множинного нелінійного кореляційного аналізу результатів математичнго експерименту, виконаного за допомогою названого алгоритму, установлені нові залежності максимальних значень переміщень un і us, напружень sn та st в обробках бокових тунелів і максимального розміру зони граничного напруженого стану навколишніх порід від параметрів l, GH та y. 137 розрахунків за розробленим алгоритмом) визначені закони розподілу максимальних переміщень та напружень в обробках бокових тунелів трисклепистої станції метрополітену, споруджуваної у неоднорідному масиві осадових порід з фізико-механічними характеристиками, які випадково змінюються. Установлені закони розподілів дають можливість прогнозувати із заданою надійністю (довірчою імовірністю) напружено-деформований стан обробок взаємовпливаючих виробок у найбільш небезпечний період будівництва - при проходженні середньої виробки.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО У ТАКИХ ПРАЦЯХ

1. Новикова Л.В., Уланова Н.П., Касем Абдуллах. Оценка влияния забоя выработки на напряженно-деформированное состояние крепи соседних выработок и окружающих пород //

Науковий вісник НГА України.- 1998.- №1.- С. 29-31.

2. Новикова Л.В., Касем Абдуллах. Вероятностная оценка размеров зон предельного напряженного состояния пород вокруг взаимовлияющих выработок // Разработка рудных месторождений: Сб.- Кривой Рог, 1998.- Вып. 66.- С. 40-44.

3. Новикова Л.В., Заславская Л.И., Касем Абдуллах Вероятностный подход к задаче взаимодействия обделок взаимовлияющих выработок с окружающими породами // Сб. научн. Трудов “Научно-практические проблемы моделирования и прогнозирования чрезвычайных ситуаций”.- Киев: МЧС Украины.- 1999.- № 2.- С.166-171

4. Новикова Л.В., Бузило В.И., Касем Абдуллах. Влияние упрочнения массива анкерованием на смещения контура выработки // Геотехническая механика: Сб. научн. трудов.- Днепропетровск, 1999.- № 15,- С. 22-24.

5. Новикова Л.В., Заславская Л.И., Касем Абдуллах. Определение законов распределения экстремальных значений перемещений и напряжений вокруг взаимовлияющих выработок // Сб. научн. трудов НГА Украины.- Днепропетровск, 1998.- №3, т.3.- С. 68-72.

6. Касем Абдуллах. Изменение напряженно-деформируемого состояния породного массива при строительстве трехсводчатой станции метрополитена // Сб. научн. Трудов НГА Украины.- Днепропетровск, 1999.- №6, т.4.- С. 52-56.

7. L.V.Novikova, K.Abdullakh, S.N.Likhman, G.F.Kalinichenko. Calculation of parameters of side station tunnels reinforcing temporary support // Tunnels and Metropoliscs, Negro Jr & Ferreira (eds) @ 1998 Balkema, Rotterdam, ISBN 905410936X.- Р. 365-367.

Размещено на .ru

У дисертаційній роботі вирішене актуальне наукове завдання, суть якого - в розробці методики прогнозованої оцінки напружено-деформованого стану обробок станційних виробок та навколишніх порід, що враховує імовірнісну природу вихідних даних і тим самим підвищує надійність тунелів метрополітену в процесі будівництва та експлуатації.

Основні підсумки і загальні висновки, в яких відбиті головні наукові та практичні результати: 1. На основі методу граничних елементів та моделі лінійно-спадкового середовища розроблений ефективний розрахунковий алгоритм для визначення напружено-деформованого стану обробок і порід на різних стадіях будівництва трисклепистої станції метрополітену в слабких породах. На відміну від уже відомих такий алгоритм дає змогу враховувати наявність анкерів у покрівлі виробок.

2. Для найбільш небезпечного етапу будівництва трисклепистої станції метрополітену в протерозойських і спондилових глинах (проходження середнього тунелю) на основі множинного нелінійного кореляційного аналізу результатів математичнго експерименту, виконаного за допомогою названого алгоритму, установлені нові залежності максимальних значень переміщень un і us, напружень sn та st в обробках бокових тунелів і максимального розміру зони граничного напруженого стану навколишніх порід від параметрів l, GH та y.

За допомогою одержаних залежностей визначені раціональні параметри анкерування порід: зусилля в анкері Ра = 2 т, довжина la = 2,8 м, крок установлення по колу та довжині тунелю l = 0,84 м, кут охоплення j = 1240.

Анкери з такими параметрами використовувалися під час будівництва вже згаданої станції “Богатирська”.

3. На основі статистичного аналізу даних зробленого математичного експерименту (125 ... 137 розрахунків за розробленим алгоритмом) визначені закони розподілу максимальних переміщень та напружень в обробках бокових тунелів трисклепистої станції метрополітену, споруджуваної у неоднорідному масиві осадових порід з фізико-механічними характеристиками, які випадково змінюються.

Радіальні та тангенціальні переміщення у боках та склепіннях обробок підпорядковуються гамма-розподілу, а радіальні та кільцеві нормальні напруження дотримуються експоненціального чи екстремального розподілу або описуються законом Лапласа.

Установлені закони розподілів дають можливість прогнозувати із заданою надійністю (довірчою імовірністю) напружено-деформований стан обробок взаємовпливаючих виробок у найбільш небезпечний період будівництва - при проходженні середньої виробки.

4. На базі встановлених кореляційних співвідношень та законів розподілу максимальних переміщень та напружень в обробках бокових тунелів опрацьовані методичні вказівки щодо визначення параметрів анкерування порід під час спорудження трисклепистої станції метрополітену. Ці вказівки взяті до використання Дніпропетровським філіалом державного проектного інституту “Укрметротунельбуд” та ВАТ з будівництва метрополітену в Санкт-Петербурзі.

5. Установлені закони розподілу максимальних переміщень та напружень в обробках похилих взаємовпливаючих виробок, розташованих у неоднорідному масиві осадових порід з випадково змінними фізико-механічними характеристиками.

Кожна з досліджуваних випадкових величин підпорядковується гамма-розподілу або закону Лапласа.

6. Множинні кореляційні відношення отриманих рівнянь регресії мають значення 0,716 . . . 0,99, а значення критерію Фішера значно більше однопроцентних границь відхилень, що свідчить про достатньо тісну кореляцію розглянутих випадкових величин з варійованими параметрами та про статистичну значущість установлених звязків.

7. Відповідність емпіричних розподілів прийнятим теоретичним установлена за допомогою критерію c2 при однопроцентних границях відхилень від критичних точок.

Прогнозована за встановленими законами розподілів картина напружено-деформованого стану обробок бокових тунелів якісно підтверджена натурними спостереженнями у процесі будівництва станції “Лукянівська” Київського метрополітену.

8. Епюри навантажень обробок колекторних тунелів та перегінних тунелів метрополітенів, одержані для ідентичних гірничо-геологічних умов розрахунком за розробленим алгоритмом і результатами натурних вимірів, відрізняються не більш як на 7 . . . 15%, що свідчить про задовільну точність результатів виконаних теоретичних досліджень та вірогідність сформульованих у роботі наукових положень, висновків та рекомендацій.