Research of efficiency roller compaction during construction of the tunnel by finite element method (FEM)

Досліджено напружено-деформований стан грунтового масиву прилеглого до контуру виробки при різних способах зведення кріплення з метою встановлення ефективності запропонованих нових технологічних схем будівництва. При дослідженні використано програмні модулі PLAXIS і SOLIDWORS, що дозволило розглянути поведінку елементів кріплення в пружній і пластичній постановці. В якості варіантів, які пройшли порівняння, використано типову схему зведення збірного залізобетонного кріплення, схему збірного кріплення з ущільненням бетону закріпного простору і схему будівництва з формування геотехнічних властивостей прилеглого ґрунтового контуру тунелю. Аналіз отриманих числових рішень МСЕ дозволив підтвердити високу ефективність запропонованих способів зведення тунелю.The stress-strain state of rock mass adjacent to the contour generation at various ways of lining construction to determine the effectiveness of the proposed construction of new technological schemes. In the study of software modules used PLAXІS i SOLIDWORS, that allowed us to consider the behavior of fastening elements in the elastic and plastic formulation. As variants of previous comparison, the typical scheme used precast concrete erection fixing, fixing scheme with precast concrete and seal construction scheme with the formation of geotechnical properties of soil adjacent loop tunnel. Analysis of the numerical solutions of the FEM has confirmed the high efficiency of the proposed method of construction of the tunnel.Исследовано напряженно-деформированное состояние грунтового массива прилегающего к контуру выработки при различных способах возведения крепи с целью установления эффективности предложенных новых технологических схем строительства. При исследовании использованы программные модули PLAXIS и SOLIDWORS, что позволило рассмотреть поведение элементов крепления в упругой и пластической постановке. В качестве вариантов прошедших сравнения, использовано типичную схему возведения сборного железобетонного крепления, схему сборного крепления с уплотнением бетона и схему строительства с формированием геотехнических свойств прилегающего грунтового контура тоннеля. Анализ полученных числовых решений МКЭ позволил подтвердить высокую эффективность предложенных способов возведения тоннеля

ДОСЛІДЖЕННЯ ГІДРАВЛІЧНОГО ВПЛИВУ НА ТЕХНОЛОГІЧНУ СТІЙКІСТЬ МЕТРОТУНЕЛЮ МІЛКОГО ЗАКЛАДАННЯ В НАМИВНИХ МАСИВАХ

Purpose. On the basis of the results analysis of the computer simulation and laboratory studies it is necessary to determine the changes impact dependence of the hydraulic level of groundwater on the tunnels processing stability in the underground due to the deformations development of the surrounding dredging massif. Methodology. The methodological basis of the research complex consists of the analysis, generalization of known scientific results and practical experience of forecasting and preconditioning of deformations of tunnel and surrounding soil mass processing, as well as computer simulation of the critical stress-strain state of the tunnel processing at changes in the hydraulic level of groundwater. Findings. In the process of technological construction and under the non-pressure groundwaters impact, when operating tunnels of subway lines of shallow foundation, the stability of all-section machining is ensured due to the uniform hydrostatic reduction of processing. At this the sediments are within the permissible values. The results of the research show that different levels of hydrostatic pressure can occur when the groundwater level changes from both sides of the tunnel. At the same time, there is a redistribution of stresses of the soil mass around the cross section of the tunnel, which, in turn, leads to the appearance of additional non-uniform deformations and the opening of cracks in the tunnels during operation. Originality. The authors of the work firstly established the effect of changes in hydrostatic pressure, which may arise due to fluctuations in the level of groundwater on the whole-section processing of tunnels of metro lines of shallow foundation due to secondary sedimentation. The conditions of occurrence of the secondary sediment have been determined and the nature of the deformation course has been established during the operation of the shallow subway. Practical value. At the stage of designing the metro lines of the shallow foundation, it is necessary to take into account the possibility of uneven precipitation from the action of hydrostatic pressure during operation. This will avoid additional deformations during the seasonal period, reduce the number of current repairs, increase reliability and the useful life of the tunnel processing structures.Цель. На основе анализа результатов компьютерного моделирования и лабораторных исследований в научной работе необходимо установить зависимость влияния изменений гидравлического уровня грунтовых вод на устойчивость обработки тоннелей метрополитена за счет развития деформаций окружающего намывного массива. Методика. Методическую основу комплекса исследований составляют анализ, обобщение известных научных результатов и практического опыта прогнозирования, предупреждения деформаций обработок тоннелей и окружающего грунтового массива, а также компьютерное моделирование критического напряженно-деформированного состояния обработки тоннеля при изменении гидравлического уровня грунтовых вод. Результаты. В процессе технологического сооружения и под действием безнапорных подземных вод при эксплуатации тоннелей линий метрополитена мелкого заложения устойчивость сплошь-секционной обработки обеспечивается благодаря равномерному гидростатическому обжатию, при этом осадки тоннеля находятся в пределах допустимых значений. Результаты исследований показывают, что при изменении уровня подземных вод с обеих сторон тоннеля может возникать разное гидростатическое давление. При этом появляется перераспределение напряжений грунтового массива вокруг поперечного сечения тоннеля, а это, в свою очередь, приводит к возникновению дополнительных неравномерных деформаций и раскрытия трещин обработки тоннеля во время эксплуатации. Научная новизна. Авторами работы впервые установлено влияние изменения гидростатического давления, которое может возникать вследствие колебания уровня подземных вод на сплошь-секционную обработку тоннелей линий метрополитена мелкого заложения за счет вторичного оседания грунта. Определены условия возникновения вторичного осадка грунта и установлен характер протекания деформаций в период эксплуатации тоннелей мелкого заложения. Практическая значимость. На стадии проектирования линий метрополитена мелкого заложения необходимо учитывать возможность неравномерной осадки от действия гидростатического давления в период эксплуатации. Это позволит избежать дополнительных деформаций в сезонный период, уменьшить количество текущих ремонтов, повысить надежность и увеличить срок эксплуатации конструкций обработки тоннелей.Мета. На основі аналізу результатів комп’ютерного моделювання та лабораторних досліджень у науковій роботі необхідно встановити залежність впливу змін гідравлічного рівня ґрунтових вод на стійкість обробки тунелів метрополітену за рахунок розвитку деформацій оточуючого намивного масиву. Методика. Методичну основу комплексу досліджень складають аналіз та узагальнення відомих наукових результатів та практичного досвіду прогнозування і попередження деформацій обробок тунелів та оточуючого ґрунтового масиву, а також комп’ютерне моделювання критичного напружено-деформованого стану обробки тунелю при зміні гідравлічного рівня ґрунтових вод. Результати. В процесі технологічного спорудження та під дією безнапірних підземних вод при експлуатації тунелів ліній метрополітену мілкого закладання стійкість суцільно-секційної обробки забезпечується завдяки рівномірному гідростатичному обтисканню обробки, при цьому осідання тунелю знаходяться в межах допустимих значень. Результати досліджень показують, що при зміні рівня підземних вод по обидва боки тунелю може виникати різний гідростатичний тиск. При цьому з’являється перерозподіл напружень ґрунтового масиву навколо поперечного перерізу тунелю, а це, в свою чергу, призводить до виникнення додаткових нерівномірних деформацій та розкриття тріщин обробки тунелю під час експлуатації. Наукова новизна. Авторами роботи вперше встановлено вплив зміни гідростатичного тиску, що може виникати внаслідок коливання рівня підземних вод, на суцільно-секційну обробку тунелів ліній метрополітену мілкого закладання через вторинне осідання ґрунту. Визначені умови виникнення вторинного осідання ґрунту та встановлено характер протікання деформацій у період експлуатації тунелів мілкого закладання. Практична значимість. На стадії проектування ліній метрополітену мілкого закладання необхідно враховувати можливість нерівномірного осідання від дії гідростатичного тиску в період експлуатації. Це дозволить уникнути додаткових деформацій у сезонний період, зменшити кількість поточних ремонтів, підвищити надійність та збільшити термін експлуатації конструкцій обробки тунелів

RESEARCH OF HYDRAULIC IMPACT ON THE TECHNOLOGICAL STABILITY OF SHALLOW METROTUNNEL IN DREDGING MASSIVES

Purpose. On the basis of the results analysis of the computer simulation and laboratory studies it is necessary to determine the changes impact dependence of the hydraulic level of groundwater on the tunnels processing stability in the underground due to the deformations development of the surrounding dredging massif. Methodology. The methodological basis of the research complex consists of the analysis, generalization of known scientific results and practical experience of forecasting and preconditioning of deformations of tunnel and surrounding soil mass processing, as well as computer simulation of the critical stress-strain state of the tunnel processing at changes in the hydraulic level of groundwater. Findings. In the process of technological construction and under the non-pressure groundwaters impact, when operating tunnels of subway lines of shallow foundation, the stability of all-section machining is ensured due to the uniform hydrostatic reduction of processing. At this the sediments are within the permissible values. The results of the research show that different levels of hydrostatic pressure can occur when the groundwater level changes from both sides of the tunnel. At the same time, there is a redistribution of stresses of the soil mass around the cross section of the tunnel, which, in turn, leads to the appearance of additional non-uniform deformations and the opening of cracks in the tunnels during operation. Originality. The authors of the work firstly established the effect of changes in hydrostatic pressure, which may arise due to fluctuations in the level of groundwater on the whole-section processing of tunnels of metro lines of shallow foundation due to secondary sedimentation. The conditions of occurrence of the secondary sediment have been determined and the nature of the deformation course has been established during the operation of the shallow subway. Practical value. At the stage of designing the metro lines of the shallow foundation, it is necessary to take into account the possibility of uneven precipitation from the action of hydrostatic pressure during operation. This will avoid additional deformations during the seasonal period, reduce the number of current repairs, increase reliability and the useful life of the tunnel processing structures