Геомеханическое обоснование технологических решений по восстановлению обделок коллекторных тоннелей бестраншейным способом с применением труб ПВХ

боток, что позволит повысить безопасность и эффективность ведения проходческих работ и снизить затраты на обеспечение устойчивости выработок.

Список литературы

1. Петров Д.Н., Зыков Д.Б. Исследование прочностных и деформационных свойств гидрогематитовых руд Яковлевского месторождения / Записки горного института/ СПГГИ (ТУ). 2006. Т. 167. С. 141-144.

2. Попов М.Г., Протосеня А.Г. Оценка напряженного состояния нетронутого горными работами неоднородного рудного массива // Изв. вузов. Горный журнал. Екатеринбург, 2009. №6. С. 36-40.

D.N. Petrov, A.D. Kuranov

FORMATION OF INELASTIC DEFORMATION AROUND ENTRIES COVERED METAL ORES YAKAULEUSKIMINE

The peculiarities of the formation of regions of plastic deformation in the array, which seats the mine workings in the development of iron ore deposits Yakovlevski. Based on these data revealed depending on the volume of dumped in a generation, depending on their shape and depth of burial.

Key words: inelastic deformation zone, hydrohematite ores, mine.

Получено 20.04.2011

УДК 624.191.8:696.134.1

A.C. Саммаль, д-р техн. наук, проф., (4872)33-22-98,

О.М. Левищева, асп., (4872)33-22-98,

Ю.И. Климов, канд. техн. наук, доц. ,

ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ВОССТАНОВЛЕНИЮ ОБДЕЛОК КОЛЛЕКТОРНЫХ ТОННЕЛЕЙ БЕСТРАНШЕЙНЫМ СПОСОБОМ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТРУБ ПВХ

Излагается аналитический метод расчета обделок коллекторных тоннелей, восстанавливаемых бестраншейным способом. В основу предлагаемого метода положено соответствующее решение плоской задачи теории упругости для трехслойного кольца со слоями переменной толщины, подкрепляющего отверстие в весомой линейно-деформируемой среде. Приводится примеррасчета.

Ключевые слова: аналитический метод, расчет, обделка, коллекторный тоннель, плоскаязадача, теорияупругости.

В результате длительной эксплуатации канализационных тоннелей происходит повреждение их обделок вследствие газовой и биохимической коррозии бетона в сводовой части или истирания сточными водами,

имеющими твердые частицы, в лотке. При этом вследствие локальных разрушений подземных конструкций их несущая способность существенно снижается и повышается риск возникновения аварийных ситуаций, последствия которых обычно оцениваются как техногенные катастрофы [1].

В условиях городской застройки наиболее удобным способом восстановления тоннелей является бестраншейная технология, не требующая вскрытия грунта по всей длине тоннеля. В результате проведения ремонтно-восстановительных работ обделка тоннеля представляет собой сложную трехслойную конструкцию, включающую старую частично нарушенную бетонную обделку, пластиковую трубу и промежуточный слой заполнения.

Несущая способность восстановленной обделки существенно повышается, однако может не достигать проектной. Следует отметить, что на сегодняшний день не существует научно-обоснованных методов оценки напряженного состояния и прочности реконструированных коллекторных тоннелей, и, следовательно, проблема оценки эффективности ремонтновосстановительных работ таких сооружений остается актуальной.

В связи с этим целью настоящей работы является математическое моделирование напряженного состояния обделок коллекторных тоннелей, восстанавливаемых бестраншейным способом, и разработка нового аналитического метода их расчета.

В основу предлагаемого метода положено аналитическое решение плоской задачи теории упругости для трехслойного кольца со слоями переменной толщины, моделирующего обделку тоннеля, подкрепляющего отверстие в линейно-деформируемой бесконечной или полубесконечной среде, моделирующей массив грунта (пород).

Общая расчетная схема приведена на рис. 1.

Здесь среда Б0, деформационные свойства которой характеризуются модулем деформации Е0 и коэффициентом Пуассона у0, моделирует массив пород. Кольца переменной толщины Б1 и Б2, материалы которых имеют деформационные характеристики Е|, ^ (|=1, 2), моделирующие старую обделку тоннеля, подвергшуюся коррозионному повреждению, и заполняющий слой бетона соответственно. Внутренний слой Б3 с деформационными характеристиками Е3, у3 моделирует трубу ПВХ.

Слои кольца (|=1, 2, 3) и среда деформируются совместно, т.е. на линиях контакта Ь| (|=0, 1, 2) выполняются условия непрерывности векторов смещение и полных напряжений.

Внутренний контур Ь3 свободен от внешних сил, либо нагружен равномерным нормальным давлением -р, моделирующим действие заполняющей с напором тоннель жидкости (рассматривается наиболее опасный напорный режим работы тоннеля в период водосброса).

Рис. 1. Расчетная схема обделки коллекторного тоннеля восстановленного бестраншейным способом

Действие собственного веса пород моделируется наличием в области Бо начальных напряжений, определяемых формулами

аХ0)

где у - удельный вес пород; Н- глубина заложения выработки; X - коэффициент бокового давления пород в ненарушенном массиве; а* - корректирующий множитель, введенный для учета технологических особенностей сооружения обделки [1].

Действие веса зданий и сооружений на поверхности моделируется наличием на участке а0 < х < Ь0 прямолинейной границы Ь'0 равномерно распределенной нагрузки интенсивностью Р . При этом рассматриваются два случая, когда здание возводится вблизи существующего тоннеля и когда тоннель проводится под имеющимся на поверхности зданием. В последнем случае смещения, вызываемые нагрузкой до образования отверстия, исключаются из граничного условия, отражающего непрерывность векторов смещений на контуре Ь 0.

Решение поставленной задачи получено с использованием теории аналитических функций комплексного переменного, аппарата конформных отображений аналитического продолжения функций, свойств рядов Лорана и Фабера с комплексными коэффициентами.

Ниже приводится пример определения напряженного состояния обделки коллекторного тоннеля глубокого заложения с учетом влияния локального уменьшения толщины конструкции вследствие газовой коррозии бетона на действие давления жидкости, заполняющей тоннель в пери-

од водосброса. Принимается, что в процессе эксплуатации тоннеля вследствие коррозии бетона произошло истончение сводовой части обделки до толщины 0,01 м. При проведении ремонта способом «труба в трубе» внутри тоннеля прокладывалась труба из ПВХ Б^'^йе диаметром 1,8 м. Зазор между внутренней трубой и обделкой заполнялся цементным раствором.

При расчете задавались следующие исходные данные: Я0= 1.25 м, Я1= 1,1 м, Я2= 0,924 м, Я3= 0,9 м; Е0= 150 МПа, у0= 0,3; Е1= 30000 МПа, у1=

0,2; Е2= 17000 МПа, у2=0,2; Е3= 5000 МПа, у3= 0,25.

Результаты расчета представлены на рис. 2 в виде эпюр расчетных нормальных тангенциальных напряжений (в долях величины р) на внутреннем и внешнем контурах трубы.

Как следует из приведенных результатов, изменение толщины сводовой части бетонной обделки приводит к неравномерности распределения напряжений в трубе, которая может быть существенной при использовании других труб и материалов заполнения. Это обстоятельство необходимо учитывать при проведении восстановительного ремонта коллекторных тоннелей бестраншейным способом.

Рис. 2. Результатырасчета обделки коллекторного тоннеля на действие давления жидкости, заполняющей тоннель

в период водосброса

Полученные напряжения должны быть просуммированы с другими видами статических воздействий (в самых неблагоприятных сочетаниях), после чего может быть произведена проверка прочности обделки.

Список литературы

1. Расчет и диагностика обделок канализационных тоннелей и трубопроводов / Н.С. Булычев и [др.]. Механика грунтов и фундаментострое-

ние: тр. Российской конф. по механике грунтов и фундаментостроению. Санкт-Петербург, 13-15 сентября 1995. 4.1. С. 179 -185.

2. Булычев Н.С. О расчете обделок тоннелей в очень слабых грунтах// Проблемы подземного строительства в XXI веке. Труды международной конференции. Тула, Россия 25 - 26 апреля 2002 г. Тула: Изд. ТулГУ, 2002. С. 35 - 37.

A.S.Sammal, O.M.Levisheva, Yu.I. Klimov

GEOMECHANICAL SUBSTANTIATION OF TECHNOLOGICAL SOLUYIONS TO RESTORE THE LININGS OF SEWERS USING TRENCHLESS TECHNOLOGY WITH THE USE OF PVC PIPES

An analytical design method for the sewers linings, restored using trenchless technology is described in the paper presented. The method proposed is based on the corresponding solution of the elasticity theory plane problem for a three-layer ring, supported the hole in the linearly deformable medium. The layers of the ring possess variable thicknesses. An example of the design is given.

Key words: sewer, lining, design method, modelling, stress state.

Получено 20.04.11

УДК 624.191.8

A.C. Саммаль, д-р техн. наук, проф., (4872)33-22-98,

O.A. Соловьева, асп.,

РАСЧЕТ ОБДЕЛОК ТОННЕЛЕЙ ПРОИЗВОЛЬНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ НА ДЕЙСТВИЕ НОРМАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ, РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ПО ЧАСТИ ВНУТРЕННЕГО КОНТУРА

Излагается аналитический метод расчета обделок тоннелей произвольного поперечного сечения на действие внутренней нормальной нагрузки, равномерно распределенной по части контура конструкции. Метод базируется на решении соответствующей плоской задачи теории упругости. В качестве иллюстрации рассмотрен конкретный пример расчета.

Ключевые слова: аналитический метод, расчет, обделка, тоннель, нормальная нагрузка, теорияупругости.

При проектировании крепи горных выработок и обделок тоннелей, сооружаемых в сложных горно-геологических условиях, характеризуемых наличием слабых, сильно-трещиноватых и нарушенных пород, приходится учитывать негативное влияние воздействий, вызываемых размещаемым в выработках массивным проходческим оборудованием, движением транспортных средств ипр., на напряженное состояние подземных конструкций. Особенностью указанных воздействий является то, что они распределены