Источник: Материалы международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учених, организованных кафедрой «Строительства шахт и подземных сооружений». Выпуск 17.
Розвиток сучасного міста, поряд з рішенням архітектурно-планувальних задач та проблем інженерного облаштування територій, передбачає також вдосконалення транспортної системи, та в першу чергу тієї її частини, яка відноситься до пасажирських перевезень. Ці транспортні проблеми, які підтверджує світовий досвід, вирішуються за допомогою підземних ліній метрополітену [1, 2]. Але більшість перспективних ліній в таких містах проектують на мілкому закладенні. Лініям мілкого закладення віддають перевагу також і при проектуванні метрополітенів, що будуються в містах, рельєфні та містобудівельні особливості центральної частини яких не відмічені у перелічених вище умовах [3]. Лінії мілкого закладення мають переваги в порівнянні з лініями глибокого закладення. Наприклад, вартість лінії мілкого закладення у відносно сприятливих гідрогеологічних умовах в два рази менше, ніж лінії глибокого розташування [1, 4]. Суттєво відрізняються і трудові витрати на спорудження 1 п.м. перегінного тунелю.
Виходячи із багаторічного досвіду експлуатації лінії метрополітену мілкого закладення можна сказати, що вони більш зручні для пасажирів, ніж лінії глибокого закладення [1, 2, 4-6]. Тому дослідження станції колонного типу мілкого закладення при різних варіантах її перетинання рухомим навантаженням, що є актуальним питанням в сучасних умовах.
В існуючих статичних розрахунках конструкція колонної станції зводиться до плоских розрахункових схем. Але якщо в обробці односклепінчастої станції до її статичної роботи не надходять інші елементи по довжині, така заміна правомірна, то в даному типі станції така заміна некоректна, так як система "колони-прогін-тунелі" є нерегулярною [7]. Тому розбиття нерегулярної конструкції колонної станції, яке зводиться до двох плоских розрахункових схем (в перерізі проходу та в перерізі колони), приводить до неврахуванню зв’язку між частинами конструкції [8].
Інженерні розрахунки колонних станцій мілкого закладення часто проводять на обрану одиничну ширину (b=1 м, вздовж вісі станції). На відміну від односклепінчастої станції, де така заміна можлива (так як конструкція не змінюється по довжині станції), в колонних станціях вона є утрудненою, так як не відображатиме реальної роботи станції.
Важливе місце в розрахунку колонної станції займає навантаження, до якого надходить гірський тиск та пружній опір в випадку глибокого закладення, так і транспортне навантаження в випадку мілкого закладення. Причому особливість транспортного навантаження на станцію мілкого закладення полягає в складному перетинанні її конструкції.
Врахування приведених особливостей в просторовому розрахунку колонної станції, дозволяє з більшою точністю описати роботу такої складної підземної споруди та приводити більш точні розрахунки, які є запорукою їх нормальної експлуатації. Найважливішу роль у аналізі напружено - деформованого стану системи “кріплення-масив” відіграє дослідження механізму роботи, існування та взаємодії двох частин цієї системи. Неврахування просторового фактора та уведення припущень про використання плоских розрахункових схем – головні причини отримання перекрученого уявлення про роботу споруди, наслідками якого є або створення невиправданих запасів міцності, або існування недопустимих напружень та деформацій.
Ряд авторів відмічає зручність та ефективність застосування методу скінцевих елементів (МСЕ) в розрахунках станцій пілонного і колонного типів [9,10]. Застосування МСЕ в даній пметораці також обґрунтовано його реалізацією на ПЕОМ. Таке впровадження методу дозволяє формувати умови навантаження різноманітного ступеня складності, у тому числі й нерівномірні, граничні умови; розглядати конструкції нерегулярної геометричної структури. Також за допомогою МСЕ можливо відображати суттєві властивості реальних об’єктів у наочному та зручному вигляді, тому МСЕ був обраний як метод дослідження в цій роботі.
Постановка задачі – просторова; вихідні дані про споруду та масив – натурні та експериментальні. Імітація поведінки ґрунтового масиву – пружно-пластично-в’язка, саме це припущення і є основним у спробі більш повного відображення дійсності у випадку дослідження її МСЕ. Нами спроектована скінченно-елементна модель колонної станції та завантажена 6-ма комплексами навантажень, після розрахунку якої проведено аналіз отри-маних результатів.
При аналізі НДС колонної станції слід визначати не тільки екстремальні значення параметрів напружень і переміщень, але й проаналізувати, як вони розподіляються. Цей факт являє собою вплив розподілу параметрів НДС в симетричній або несиметричній формі, тому що явна асиметрія дуже негативно впливає на роботу колонної станції. Це пояснюється тим, що наявність в колонній станції системи колон значно ускладнює її роботу.
Аналіз напружень у випадку 1-го завантаження (власна вага) дозволяє зробити висновок, що картина напружень по осі Z є симетричною. Аналізуючи розподіл напружень від власної ваги слід відмітити, що вони напружені від рухомого навантаження більше в 45-50 раз (Nz) і близько 33-35 раз (Nx). Це ще раз доводить, що вплив рухомого навантаження менше впливу власної ваги масиву, але його неврахування може призвести до негативних наслідків.
Бібліографічний список
Макаров О.М., Меркин В.Е. Транспортные тоннели и метрополитены. - М.: ТИМР, 1991. - 171 с.
Фролов Ю.С., Крук Ю.Е. Метрополитены на линиях мелкого заложения. Новая концеп-ция строительства. - М.: ТИМР, 1994. - 202 с.
Петренко Е.В., Петренко И.Е. Прогрессивное решение в строительстве новых линий метрополитенов // Подземное пространство мира, 1998. - № 1. - С. 3-4.
Братчук Г., Пашков П., Захаревський А. Новые решения колонных станций открытого способа // Метрострой, 1980. - № 3. - С. 8-10.
Фролов Ю.С., Крук Ю.Е. Новая концепция строительства метрополитена на линиях мелкого заложения // Подземное пространство мира, 1993. - № 2. - С. 10-5.
Петренко В. И., Петренко В. Д., Тютькин А. Л.Современные технологии строительства метрополитенов в Украине. - Дніпропетровськ: Вид-во "Наука і освіта", 2005. - 252 с.
Петренко В.І., Петренко В.Д., Тютькін О.Л.Розрахунок трисклепінчастих станцій метрополітену глибокого закладення. - Дніпропетровськ: Вид-во "Наука і освіта", 2004 р. - 176 с.
Современные методы прочностных расчетов в метро- и тоннелестроении // Демешко Е.А., Косицын С.Б., Сергеев В.К., Долотказин Д.Б., Косицын А.С., Потапова О.А. / Сб. трудов науч.-техн. конф. «Подземное строительство России на рубеже ХХІ века», Москва, 15-16 марта 2000. - М.: ТАР, 2000. - С. 200-207.
Дмитриев М.Г. Некоторые вопросы пространственного расчета станций метрополитена глубокого заложения. / В кн.: «Сб. тр. Всесоюзн. научн.-исслед. ин-та транспортного строительства», вып. 25, 1968. - С. 6-14.