Общие предложения и предпосылки

Основной причиной потери эксплуатационной пригодности тоннелей метрополитена на участке "Размыв" признано значительное снижение жесткости грунтового массива на ограниченных по длине участках основания верхнего и нижнего тоннелей. Результаты численного (специального математического) моделирования тоннелей с использованием материалов неразрушающих испытаний и длительных геодезических измерений осадок обделок позволяют достаточно обоснованно описать процесс достижения предельных состояний (то есть сам процесс разрушения) железобетонными сечениями обделок, а также прогнозировать характер их разрушений в запредельном состоянии.

В качестве предельных состояний тоннелей на основании данных, полученных при разрушении затопленных ныне тоннелей и обнародованных на вышеупомянутой конференции факторов, подтвержденных экспериментально (!), в схеме расчета тоннелей новой трассы было предложено предусмотреть образование идеальных шарниров в сечениях с максимальными осадками, расположенными на расстояниях около 200 м от начала верхнего и нижнего тоннелей. С помощью системы имитационного моделирования с блоком стохастической идентификации на основе метода конечных элементов (той самой, с помощью которой был ранее сделан прогноз событий на "Размыве" весной 1995 года) были выполнены расчеты вариантов конструктивных решений. Расчеты показывали, что с учетом перехода обделок тоннелей в запредельное состояние длина участка с четырьмя сечениями, достигшими запредельных состояний, составляет около 80 метров. То есть моделирование тоннелей новой трассы опять привело к результатам, близким к фактической схеме "работы" тоннелей прежней трассы.

Таким образом, в формализованном виде задача восстановления может быть представлена в следующем виде: необходимо восстановить прочность и герметичность участка, включающего четыре сечения (с учетом запаса 10...20 м длина составит 90...100 м), и обеспечить несущую способность тоннелей с учетом возможного продолжения разуплотнения грунтового основания тоннелей.

ТерминСписокопределенийАдресаЦитатыГотовыйОсновной причиной потери эксплуатационной пригодности тоннелей метрополитена на участке "Размыв" признано значительное снижение жесткости грунтового массива на ограниченных по длине участках основания верхнего и нижнего тоннелей. Результаты численного (специального математического) моделирования тоннелей с использованием материалов неразрушающих испытаний и длительных геодезических измерений осадок обделок [1] позволяют достаточно обоснованно описать процесс достижения предельных состояний (то есть сам процесс разрушения) железобетонными сечениями обделок, а также прогнозировать характер их разрушений в запредельном состоянии.

В качестве предельных состояний тоннелей на основании данных, полученных при разрушении затопленных ныне тоннелей и обнародованных на вышеупомянутой конференции факторов, подтвержденных экспериментально (!), в схеме расчета тоннелей новой трассы было предложено предусмотреть образование идеальных шарниров в сечениях с максимальными осадками, расположенными на расстояниях около 200 м от начала верхнего и нижнего тоннелей. С помощью системы имитационного моделирования с блоком стохастической идентификации на основе метода конечных элементов (той самой, с помощью которой был ранее сделан прогноз событий на "Размыве" весной 1995 года) были выполнены расчеты вариантов конструктивных решений. Расчеты показывали, что с учетом перехода обделок тоннелей в запредельное состояние длина участка с четырьмя сечениями, достигшими запредельных состояний, составляет около 80 метров. То есть моделирование тоннелей новой трассы опять привело к результатам, близким к фактической схеме "работы" тоннелей прежней трассы.

Таким образом, в формализованном виде задача восстановления может быть представлена в следующем виде: необходимо восстановить прочность и герметичность участка, включающего четыре сечения (с учетом запаса 10...20 м длина составит 90...100 м), и обеспечить несущую способность тоннелей с учетом возможного продолжения разуплотнения грунтового основания тоннелей.

ТЕХническое решение №1

ТерминСписокопределенийАдресаЦитатыГотовыйОдним из возможных вариантов решения поставленной задачи является создание своеобразного подземного моста длиной 90 ... 100 м на 2-х (а при необходимости и на 3-х) опорах (см. рис. 2). С целью исключения влияния физико-механических характеристик окружающего грунтового массива на несущую способность тоннелей предусматривалось передать вертикальную нагрузку через две вновь создаваемые дополнительные опоры на донную часть "Размыва" (палеодолины), сложенную твердыми трещиноватыми глинами протерозойского возраста.

С учетом технологии проходческих работ (в первую очередь - необходимость замораживания грунтов) и требований к уклонам тоннелей, "пролетное строение подземного моста", то есть вновь создаваемый средний участок тоннелей между опорами, должно обеспечить существующую компоновку тоннелей (первый путь расположен над вторым) с сохранением расстояния по вертикали между путями. В отличие от схемы затопленных тоннелей, согласно этому предложению, технически могли быть реализованы два типа поперечных сечений средней части тоннеля (см. рис. 3).

3а 3б 3в 3г

Первый тип (рис. 3,а) предусматривал увеличение наружных диаметров обделок, толщин обделок и объединение в единую балочную систему обделок верхнего и нижнего путей за счет соединения их монолитной (сплошной или прерывистой) железобетонной стенкой. Второй тип (рис. 3-6) предусматривал устройство верхнего и нижнего путей в единой обделке овальной (или близкой к ней) формы с горизонтальной перемычкой.

В затопленных тоннелях, согласно проекту АО "ЛГМТ", тоннели не были соединены между собой такими жесткими связями (рис.3-в). В качестве примера реализации 1-го типа железобетонного сечения были выполнены расчеты обделки вновь создаваемой средней части тоннеля (то есть между опорами) при ее шарнирном соединении с опорами. Результаты расчетов показали, что, например, при увеличении наружных диаметров обделок (при внутреннем диаметре 6.0 м) и соединении их в балочную систему за счет устройства прерывистой стенки несущая способность и герметичность тоннелей может быть обеспечена без учета грунтового основания. Очевидно, что учет даже слабого грунтового основания существенно повысит несущую способность рассматриваемого участка тоннелей.

Поясним для неспециалистов. Возьмите тонкий прутик и попытайтесь его согнуть. Легко? Возьмите два прутика и попытайтесь их согнуть одновременно. Тоже легко? А теперь свяжите эти прутики один над другим, например, изоляционной лентой, по всей длине, как показано на рис.3-а или 3-б. Попытайтесь согнуть "конструкцию" не по широкой ее части, а по узкой. Заметили, насколько сложнее стала задача?

Вот и с конструкциями также. Независимые тоннели значительно слабее, чем связка из двух связанных тоннелей. А если еще добавить опоры, то есть прутики попытаться согнуть на коротком участке, то конструкция окажется очень жесткой. Только такая конструкция не допустит изгиба под тяжестью грунтов, а поэтому не потащит за собой грунт и не позволит развиться осадкам на поверхности земли. Значит не пострадают промышленные и жилые здания, не будет угрозы жизни людей.

Более того, предложенная конструкция не разрушится, даже если из-под нее полностью вымоет грунт! А расчеты наших специалистов, как показал опыт прогноза момента разрушения ныне затопленных тоннелей, существенно точнее, чем те, что может выполнить "ЛМГТ" и ЛИИЖТ (СГУПС). ДСМ, АО "ЛГМТ" и "Комиссия" по конкурсному отбору предложений - все они отказались от этого решения.