Обзор аналитических и эмпирических методов расчета осадок поверхности грунта при щитовой проходке

Аннотация


Тоннельные проходки щитовым методом зачастую вызывают деформации в массиве грунта и на поверхности. С активным развитием тоннелепроходческих работ в ХХ в. деформации земной поверхности и сооружений стали очень актуальными темами для безопасности проведения закрытых работ. Из основ горной механики с учетом теорий упругости для пространства и полупространства сначала появились аналитические методы. А уже с учетом накопленного опыта и анализа полевых результатов мониторинга появилась группа эмпирических методов. Обе группы методов и по сей день имеют прикладное значение и порой продолжают совершен-ствоваться. Целью работы является обзорный и сравнительный анализ аналитических и эмпирических методов различных авторов определения осадок и расстояния до точки перегиба кривой осадок (ix), а также их систематизация с учетом их появления и особенностей развития данной области геотехники.С помощью комплексного сравнительного метода и контент-анализа различных подходов к определению осадок земной поверхности и расстояния до точки перегиба кривой осадок (ix) при тоннелепроходческих работах представлена основная классификация данных аналитических и эмпирических методов в хронологическом порядке их появления.Проведенный анализ некоторых примеров сравнения аналитических и эмпирических методов расчета значений осадок земной поверхности источников различных лет обеспечивает охват абсолютного большинства исследований от момента их появления для учета тоннелепроходческих работ. Приводятся сравнительные результаты доступных исследований и анализируются некоторые подходы наиболее цитируемых исследований.Обширный обзорный анализ аналитических и эмпирических методов осадок поверхности земли и сооружений при тоннелепроходческих работах показывает, что данные методы уже не всегда могут отвечать всем условиям, подходам и стандартам современных методик проектирования для задач геотехники и тоннелестроения. Однако понимание вектора развития этих групп методов дает хорошее представление о ходе развития инженерной мысли и накоплении статистического материала полевых измерений полувекового опыта тоннелепроходческих работ.

Полный текст

7

Об авторах

И. А Тихонюк

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Список литературы

  1. Peck, R.B. Deep excavation and tunnelling in soft ground. State of the art report / R.B. Peck // Proc. 7th Int. Conf .SMFE. – Mexico City, 1969. – P. 147–150.
  2. Jeffery, G.B. Plane stress and plane strain in bipolar coordinates / G.B. Jeffery // Trans. R. Soc. London Ser, A 221, 1920. – P. 265–293.
  3. Mindlin, R.D. Stress distribution around a tunnel / R.D. Mindlin // Trans. ASCE 105. – 1940. – P. 1117–1153.
  4. Лиманов, Ю.А. Осадки земной поверхности при сооружении тоннелей в кембрийских глинах / Ю.А. Лиманов. – Л., 1957. – 239 с.
  5. Гениев, Г.А. Практический метод определения перемещений земной поверхности и напряженного состояния грунтов, вызванных подземными выработками / Г.А. Гениев // Строительная механика и расчет сооружений. – 1977. – № 3. – С. 10–14.
  6. Sagaseta, C. Analysis of undrained soil deformation due to ground loss / C. Sagaseta // Geotechnique. – 1987. – Vol. 37. – P. 301–320.
  7. Verruijt, A. Surface settlements due to deformation of a tunnel in an elastic half plane / A. Verruijt, J.R. Booker // Geotechnique. – 1996. – Vol. 46. – P. 753–756.
  8. Verruijt, A. Surface settlements due to deformation of a tunnel in an elastic half plane / A. Verruijt, J.R. Booker // Developments in Theoretical Geomechanics. Eds. J.P. Smith, D.W. Carter. – Taylor & Francis, 2000.
  9. Verruijt, A. A complex variable solution for a deforming circular tunnel in an elastic half-plane / A.Verruijt // Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech. –1997. – Vol. 21 (2). – P. 77–89.
  10. Loganathan, N. Analytical predictions of tunnelling induced ground movements / N. Loganathan, H.G. Poulos // Geotechnical Engineering Journal, American Society of Civil En-gineers. – 1998. – Vol. 124, no. 9.
  11. Gonzalez, C. Patterns of soil deformations around tunnels: application to the extension of Madrid metro / C. Gonzalez, C. Sagaseta // Comput. Geotech. – 2001. – Vol. 28. – P. 445–468.
  12. Яровой, Ю.И. Прогноз деформаций земной поверхности и защита городской застройки при строительстве метрополитена на Урале / Ю.И. Яровой. – Екатеринбург: Ур-ГАПС, 1999. – 258 с.
  13. Wang, J.G. Twin tunnels-induced ground settlement in soft soil / J.G. Wang, S.L. Kong, C.F. Leung / Proceeding of the Sino-Japanese Symposium on Geotechnical Engineering, Beijing, China, 2003. – P. 241–244.
  14. Хейн, А.М. Оценка техногенных воздействий на окружающую среду при проходке тоннелей, сооружаемых щитовым способом: дис. … канд. техн. наук / А.М. Хейн. – М., 2010. – 110 с.
  15. Елгаев, В.С. Обеспечение безопасности зданий при скоростной проходке тоннелей щитовым способом: автореф. дис. … канд. техн. наук / В.С. Елгаев. – М., 2012.
  16. Авершин, С.Г. Сдвижение горных пород при подземных разработках / С.Г. Авер-шин. – М.: Углетехиздат, 1947. – 245 с.
  17. Melan, E. Der Spannungszustand der durch eine Einzelkraft im Innern beanspruchten Halbscheibe / E. Melan // ZAMM. – 1932. – No. 12. – P. 343–346.
  18. Jâky, J. The coefficient of earth pressure at rest / J. Jâky // Journal of the Union of Hun-garian Engineers and Architects. – 1944. – P. 355–358.
  19. Park, K.-H. Analytical solution for tunnelling-induced ground movement in clays / K.-H. Park // Tunnelling and Underground Space Technology. – 2005. – Vol. 20. – P. 249–261.
  20. Knothe, S. Observations of surface movements under influence of mining and their theo-retical interpretation / S. Knothe // Proceedings European Congress on Ground Movement. – University of Leeds, Leeds, U.K. – 1957. – P. 210–218.
  21. Cording, E.J. Displacements around soft ground tunnels / E.J. Cording, W.H. Hansmire // General Report, 5th Pan American Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Buenos Aires, 1975. – P. 571–632.
  22. Atkinson, J.H. Subsidence above shallow tunnels in soft ground / J.H. Atkinson, D.M. Potts // Journal of Geotechnical Engineering, American Society of Civil Engineers. – 1977. – GT4. – P. 307–325.
  23. Glossop N.H. Soil deformation caused by soft ground tunnelling: Ph.D. Thesis / N.H. Glossop. – University of Durham, 1978. – 313 p.
  24. Mair, R.J. Ground movements around shallow tunnels in soft clay / R.J. Mair, M.J. Gunn, M.P. O’Reilly // 10th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Stokholm, 1981. – P. 323–328.
  25. Clough, G.W. Design and performance of excavations and tunnels in soft clay / G.W. Clough, B. Schmidt // Soft Clay engineering. – Eds E.W. Brand, R. Brenner. – 1981. – P. 569–634.
  26. O’Reilly, M.P. Settlements above tunnels in the United Kingdom – Their magnitude and prediction / M.P. O’Reilly, B.M. New // Tunnelling. – 1982. – Vol. 82. – P. 173–181.
  27. Attewell, P.B. Predicting the Dynamics of ground settlement and its Derivatives caused by tunnelling in soil / P.B. Attewell, J.P. Woodman // Ground Engineering. – 1982. – No. 15(8). – P. 13–22.
  28. Herzog, M. Surface subsidence above shallow tunnels / M. Herzog // Bautechnik. – 1985. – Vol. 62(11). – P. 375–377.
  29. Leach, G. Pipeline response to tunneling / G. Leach. – Unpublished paper presented to the North of England Gas Association, January 1985.
  30. Rankin W.J. Ground movements resulting from urban tunnelling: predictions and effects / W.J. Rankin // Engineering Geology of Underground Movement, Geological Society, Engineer-ing Geology Special Publication. – 1988. – No. 5. – P. 79–92.
  31. Uriel, A.O. Selection of design parameters for underground construction / A.O. Uriel, C. Sagaseta // Proceedings of the 12th International Congress on Soils Mechanics, Río de Janeiro, 13–18 August 1989. General report, Discussion session. – A.A. Balkema, Rotterdam, 1989. – Vol. 9. – P. 2521–2551.
  32. Arioglu, E. Surface movements due to tunnelling activities in urban areas and minimiza-tion of building damages / E. Arioglu. – Istanbul Technical University, Mining Engineering De-partment, 1992. – 43 p.
  33. Mair, R.J. Subsurface settlement profiles above tunnels in clays / R.J. Mair, R.N. Taylor, A. Bracegirdle // Geotechnique. – 1993. – Vol. 43. – P. 315–320.
  34. Lee, C.J. Soil movements around a tunnel in soft soils / C.J. Lee, B.R. Wu, S.Y. Chiou // Proc. Nat. Sci. Council, Part A: Phys. Sci. Eng. – 1999. – No. 23 (2). – P. 235–247.
  35. Möller, S.C. Tunnel induced settlements and structural forces in linings. Doctoral Dis-sertation / S.C. Möller. – 2006. – 174 p.
  36. Jones, B. Low-volume-loss tunnelling for London ring main extension / B. Jones // Pro-ceedings of the ICE – Geotechnical Engineering, 2010. – Vol. 163(3). – P. 167–185.
  37. Тупиков, М.М. Особенности деформирования грунтового массива и сооружений при строительстве мелкозаглубленных коммуникационных тоннелей в городских услови-ях: дис. … канд. техн. наук / М.М. Тупиков. – М., 2010. – 184 с.
  38. Chakeri, H. A new equation for estimating the maximum surface settlement above tunnels excavated in soft ground / H. Chakeri, B. Ünver // Environmental Earth Sciences. – 2014. – Vol. 71(7). – P. 3195–3210.
  39. Протосеня, А.Г. Разработка метода прогноза давления пригруза забоя и осадок земной поверхности при строительстве тоннелей механизированными проходческими комплексами / А.Г. Протосеня, Н.А. Беляков, До Нгок Тхай // Записки горного института. – 2015. – Т. 211. – С. 53–63.
  40. Schmidt, B. A method of estimating surface settlement above tunnels constructed in soft ground / B. Schmidt // Can Geotech. – 1969. – Vol. 20. – P. 11–22.
  41. Attewell, P.B. Ground movements caused by tunnelling in soil / P.B. Attewell // Proc. of the Large Ground Movements and Structures Conference. – Cardiff, Edited by Geddes, Pentech Press, London, 1977. – P. 812–948.
  42. Merkezi, Y. Prediction of ground movements during the construction of Istanbul Metro / Y. Merkezi // Internal Report Yapi Merkezi. – Istanbul, 1992.
  43. Han, X. Practical methods of tunnel construction and building deformation caused by ground movement prediction: Ph.D. thesis / X. Han. – Xian University of Technology, 2006.
  44. Wei, G. Study on calculation for width parameter of surface settlement trough induced by shield tunnel / G. Wei // Chin. J. Ind. Constr. – 2009. – Vol. 39 (12). – P. 74–79.
  45. Improved analytical solution for ground movements induced by circular tunnel excavation based on ground loss correction / B. Zhu, P. Zhang, M. Lei, L. Wang, L. Gong, C. Gong, F. Chen // Tunnelling and Underground Space Technology. – 2023. – Vol. 131. – P. 104811.
  46. Melis, M. Prediction and analysis of subsidence induced by shield tunnelling in the Madrid metro extension / M. Melis, L. Medina, J.M .Rodriguez // Canadian Geotechnical Journal. – 2002. – Vol. 39 (6). – P. 1273–1287.
  47. Melis, M. Predicted versus measured soil movements induced by shield tunnelling in the Madrid Metro extension / M. Melis, J.M. Rodriguez // Canadian Geotechnical Journal. – 2005. Vol. 42. – P. 1160–1172.
  48. Методы оценки осадок при проходке тоннелей с использованием тоннелепроходческих механизированных комплексов / И.А. Гуськов, Е.А. Пестрякова, С.С. Харитонов, Е.Ю. Титов // Интернет-журнал «Транспортные сооружения». – 2019. – № 3. doi: 10.15862/18SATS319
  49. Burland, J.B. Settlement of buildings and associated damage / J.B. Burland, C.P. Wroth // Conf. Settlement of Structures, Cambridge. – London: Pentech Press, 1974. – P. 611–654.
  50. Burland, J.B. Behaviour of foundations and structures / J.B. Burland, B. Broms, V.F.B. De Mello // Proc. 9th Int. Conf. SMFE, Tokyo, 1977. – Vol. 2. - pp. 495-546.
  51. Potts, D.M. The influence of an existing surface structure on the ground movements due to tunneling / D.M. Potts, T.I. Addenbrooke // International Symposium on Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground. – London, Rotterdam, City University, 1996. – P. 573–578.
  52. Potts, D.M. A structures influence on tunnelling-induced ground movements / D.M. Potts, T.I. Addenbrooke // Proc. Instn Civ Engrs, Geotecnical Engineering. – 1997. – Vol 125. – P. 109–125.
  53. Mair, R.J. Bored tunnelling in the urban environment / R.J. Mair, R.N. Taylor // Proceedings of 14th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. – Hamburg, Balkema, 1997. – Vol. 4. – P. 2353–2385.
  54. Franzius, J.N. The influence of building weight on the relative stiffness method of predicting tunnelling-induced building deformation / J.N. Franzius, T.I. Addenbrooke // Proc. the 3rD Int. Symp. (IS-Toulouse 2002) «Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground». 1st Session: Design methods of tunnels: Stability, settlements, and tunnel linings. Tou-louse, France, 23–25 October 2002. – P. 53–57.
  55. Franzius, J.N. The response of surface structures to tunnel construction / J.N. Franzius, D.M. Potts, J.B. Burland // Proceedings of the ICE – Geotechnical Engineering. – 2006. – Vol. 159(1). – P. 3–17.
  56. Farrell, R. Tunnelling in sands and the response of buildings: Ph.D. thesis / R. Farrell. – Cambridge University, 2010.
  57. Mair, R.J. Tunnelling and deep excavations: ground movements and their effects / R.J. Mair // Proceedings of the 15th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering – Geotechnics of Hard Soils - Weak Rocks. – 2013. – Part 4. – P. 39–70.
  58. Goh, K.H. Building damage assessment for deep excavations in Singapore and the influence of building stiffness / K.H. Goh, R.J. Mair // Geotechnical Engineering Journal of the SEAGS & AGSSEA. – 2011. – Vol. 42(3). – P. 1–12.
  59. Goh, K.H. Response of framed buildings to excavation-induced movements / K.H. Goh, R.J. Mair // Soils and Foundations. – 2014. – Vol. 54(3). – P. 250–268.
  60. Mair, R.J. The influence of tunnelling and deep excavation on piled foundations / R.J. Mair, M.G. Williamson // Proceedings of the 8th International Symposium on Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground. Seoul, South Korea. – 2014. – P. 21–30.
  61. Losacco, N. Uncoupled evaluation of the structural damage induced by tunneling / N. Losacco, A. Burghignoli, L. Callisto // Géotechnique. – 2014. – Vol. 64(8). – P. 646–656.
  62. Giardina, G. Interaction between surface structures and tunnelling in sand: Centrifuge and computational modeling / G. Giardina, M.J. DeJong, R.J. Mair // Tunnelling and Underground Space Technology. – 2015. – Vol. 50. – P. 465–478.
  63. 3D numerical modelling of soil–structure interaction during EPB tunneling / V. Fargnoli, C.G. Gragnano, A. Amorosi, D. Boldini // Géotechnique. – 2015. – Vol. 65(1). – P. 23–37.
  64. Franza, A. Tunnelling and its effects on piles and piled structures: Ph. D. thesis / A. Franza. – University of Nottingham, 2017.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 21

PDF (English) - 17

Ссылки

  • Ссылки не определены.

© Тихонюк И.А., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах