Регистрация / Вход
Прислать материал

Технология сооружения тоннельных пересечений автомобильных и железных дорог без ограничения движения

Сведения об участнике
ФИО
Зорин Илья Михайлович
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный университет путей сообщения"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Производственные технологии
Тема
Технология сооружения тоннельных пересечений автомобильных и железных дорог без ограничения движения
Резюме
Объем работы. Работа состоит из 37 стр. пояснительной записки, включает 24 рисунка и список литературы из 24 источников.
Объект исследования: технология строительства тоннельных пересечений.
Методы исследований: анализ и научное обобщение литературных источников по вопросам развития транспортной инфраструктуры России и сооружения тоннельных пресечений; экспериментальные исследования технологии строительства тоннельных пересечений с защитным экраном; математическое моделирование тоннельного пересечения методом конечных элементов; аналитические исследования напряженно-деформированного состояния опережающей крепи, технический анализ.
Ключевые слова
Транспортная инфраструктура, тоннельное пересечение, технология строитель-ства, опережающая крепь, численное моделирование, напряженно-деформированное состояние, мониторинг.
Цели и задачи
Повышение эффективности сооружения тоннельных пересечений автомобильных и железных дорог без ограничения движения на основе комплексного монито-ринга и управления геотехническими процессами.
Введение

Научная новизна разработки заключается в рассмотрении сети тоннельных пересечений как единой геотехнической системы города в рамках создания которой осуществляется мониторинг .На основе мониторинга формируется, пополняется и анализируется информационная модель тоннельного пересечения и поэтапно реализуются наиболее эффективные и безопасные технические и технологические решения.

Такой подход является инновационным и не имеет аналогов в Российской и мировой практике транспортного строительства. Полученные в рамках реализации этого подхода научные результаты обеспечат усовершенствование известных способов сооружения тоннельных пересечений автомобильных и железных дорог в условиях интенсивного движения и плотной застройки.

Методы и материалы

Методы исследований: анализ и научное обобщение литературных источников по вопросам развития транспортной инфраструктуры России и сооружения тоннельных пресечений; экспериментальные исследования технологии строительства тоннельных пересечений с защитным экраном; математическое моделирование тоннельного пересечения методом конечных элементов; аналитические исследования напряженно-деформированного состояния опережающей крепи, технический анализ.

Для получения более полной картины напряженно-деформированного состояния системы «крепь – массив» автором выполнено численное моделирование процесса строительства тоннельного пересечения методом конечных элементов в программном комплексе Лира - 10.4, получившим широкое распространение для решения геотехнических задач. Разработанная пространственная численная модель.

Для всех конечных элементов модели был задан режим учета собственного веса, характерные точки вверхней грани модели дополнительно загружалась временной динамической нагрузкой от подвижного состава, определенной в соответствии с рекомендациями нормативных документов.

В результате расчета модели создавался табличный массив данных по перемещениям в узлах и напряжениям в конечных элементах модели и строились характерные эпюры и изополя напряжений и деформаций.

Описание и обсуждение результатов

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что одним из сдерживающих факторов развития высокоскоростных магистралей, пригородного сообщения, скоростного внеуличного транспорта является необходимость устройства тоннельных пересечений, обеспечивающих разноуровневое движение железнодорожных и автомобильных транспортных средств. Применение типовых технологий строительства тоннельных пресечений вызывает необходимость длительной остановки или ограничения движения по существующей дороге, что приводит к  значительным потерям для экономики.

2. Проанализированы инновационные технологии строительства подземных сооружений, нашедшие применение в отечественной и зарубежной практике, которые обеспечивают минимизацию негативного влияния на земную поверхность за счет применения опережающих экранов и крепей, анкерных систем, струйной цементации и др. Наиболее адекватной применительно к тоннельным пересечениям небольшой протяженности являются технология с использованием защитного экрана из труб, однако доля ее применения на практике не превышает 10%. Причинами является недостаточная изученность ряда теоретических и практических вопросов ее применения.

3. Рассмотрена технология устройства защитного экрана из труб при сооружении тоннельного пресечения на участке Чертково – Ростов Северо-Кавказской железной дороги. Работы производились без остановки движения поездов под прикрытием защитного экрана при постоянном геотехническом и геодезическом мониторинге. Получены зависимости  давления домкрата от величины проходки секции экрана и силы трения от длины проходки секции экрана. Определены деформации пути в плане и профиле на различных стадиях строительства.

4. Выполнено численное моделирование тоннельного пересечения с защитным экраном из труб методом конечных элементов. Определена картина изменения вертикальных перемещений в грунтовом массиве и главных растягивающих напряжений в сечении секций опережающего экрана. Получены зависимости напряжений и деформаций в системе «крепь – массив» от параметра жесткости труб защитного экрана.

5. С целью совершенствования стандартной технологии строительства подземных сооружений предложено включение в конструкцию защитного экрана элементов активного регулирования в виде гидродомкратов. Они позволяют в режиме реального времени управлять напряженно-деформированным состоянием системы «крепь – массив» на основе данных мониторинга.

6. Разработаны основные теоретические и практические аспекты автоматизированной системы мониторинга тоннельного пресечения в процессе строительства, которая позволяет обеспечить высокую безопасность строительных работ и создает необходимые предпосылки для внедрения предложенной технологии в условиях плотного транспортного трафика и застройки территории.

Используемые источники
1. Комплексное использование подземного пространства в мегаполисах: справочно-методическое пособие. – М.: «Мосинжпроект», 2014. – 192 с.
2. Thomas W. Pennington P.E. Tunneling Beneath Open Water. A Practical Guide for Risk Management and Site Investigations. – New York: Parsons Brincker-hoff, 2011 – 142 с.
3. Щекудов Е.В. Взаимодействие защитных экранов из труб с грунтовым массивом при строительстве тоннелей мелкого заложения. Автореф. диссер… канд. техн. наук. 05.23.11. – М., 2003 – 20 с.
4. О. М. Львова. К. Ю. Павлович. Защитные экраны из труб при строи-тельстве подземных сооружений // Мир дорог. – 2010. – №45 – С. 2 - 3.
5. Баклашов, И.В. Геомеханика: учеб. для вузов: В 2 т. – М.: Изд-во Моск. гос. горн. ун-та, 2004. - Т. 1. Основы геомеханики. – 208 с.
6. Булычев. Н.С. Механика подземных сооружений в примерах и зада-чах. – М.: Недра, 1989. – 272 с.
Information about the project
Surname Name
Zorin Ilya Mikhailovich
Project title
Traffic on-limiting construction technology of tunnel road and railway crossings
Summary of the project
Workload. The work consists of 37 pages of explanatory notes and includes 24 figures and references from 24 sources.
Object of research: construction technology of tunnel crossings.
Objective: To improvement of the effectiveness of traffic non-limiting construction technology of tunnel road and railway crossings based on comprehensive monitoring and management of geotechnical processes.
Research methods: analysis and synthesis of scientific literature on the development of transport infrastructure in Russia and construction of tunnel crossings; experimental research of construction technology of tunnel crossings with a shield; mathematical modeling of tunnel crossing using the finite element method; analytical researches of the stress-strain state of advanced lining, technical analysis.
Keywords
Transport infrastructure, tunnel crossing, construction technology, anticipatory lining