На правах рукопису
РОЗРОБКА МЕТОДІВ АНАЛІЗУ
ДЕФОРМАЦІЙ ПІДЗЕМНИХ СПОРУД
Спеціальність: 25.00.32 - Геодезія
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Москва 2007
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми:
Досвід експлуатації підземних видів
транспорту незаперечно довів, що кращим видом сучасного міського транспорту є метрополітен.
У м. Тегерані (
Ісламська Республіка Іран) незважаючи на високу
щільність населення не достатньо розвинена
мережа громадського транспорту. На дорогах постійно виникають пробки величезної довжини, що призводять до сильної загазованості повітря. Це стало причиною погіршення екології міста. Проектування ліній метрополітену в м. Тегеран почалося ще в 1959 році. До теперішнього часу закінчено
будівництво і пущені в експлуатацію три лінії метрополітену. Найближчим часом планується
будівництво ще чотирьох ліній.
Тунелі є необхідною ланкою у будівництві підземних інженерних споруд, пов'язаних з ростом і розвитком народного
господарства країни. У зв'язку з цим
геодезичні роботи знаходять широке застосування при тоннелестроеніі. Геодезично-маркшейдерські роботи є відповідальним
процесом на всіх етапах будівництва метрополітенів. Від своєчасного та якісного виконання геодезично-маркшейдерських робіт багато в чому залежать якість,
терміни та експлуатаційний ефект використання об'єктів, що будуються. Дослідження в цій області сприяють досягненню більш високих точностей, як при спостереженні, так і при обчисленнях. Нові розробки дозволяють автоматизувати роботу в тунелі і сприяють скороченню часу витрачається на
вимірювання кутів і відстаней. У
процесі будівництва тунелів метрополітену, після установки кілець тунелю виникають різного роду деформації. Для забезпечення безаварійної експлуатації метрополітену необхідно вести постійні та високоточні геодезичні спостереження за розвитком деформацій підземних споруд метрополітену.
У зв'язку з вищевикладеним, перед геодезично-маркшейдерської службою м. Тегерана постає завдання вивчення сучасного досвіду будівництва метрополітену, для цього доцільно застосувати методи ведення геодезичних вимірювань в м. Москві при будівництві та експлуатації споруд метрополітену для виконання аналогічних робіт у м. Тегерані - столиці Ісламської Республіки
Іран.
Впровадження нових методів і засобів геодезичних вимірювань повинно супроводжуватися і новою методикою обробки результатів вимірювань. Тільки комплексне рішення задачі дозволить домогтися максимальної ефективності і відповідатиме сучасним вимогам.
Мета роботи:
Основною метою дисертаційної роботи є розробка методів аналізу кілець тунелю з докладним аналізом точності деформаційних характеристик стосовно до метрополітену м. Тегеран.
Наукова новизна роботи:
1. Розроблено ефективну методику орієнтування підземних геодезичних мереж способом двох шахт.
2. Розроблено методику ефективної обробки результатів вимірювань з можливістю об'єктивної оцінки точності результатів вимірювань.
3. Складена
математична модель, що зв'язує результати вимірювань з деформаційними характеристиками стінок тунелів:
,
гдеX, Y - координати центру тунелю відносно точки стояння інструменту; R - найімовірніше радіус тунелю.
4. Розроблено два методи вирішення поставленого завдання. У першому випадку вдалося так перетворити
математичну модель форми тунелю, що зрівнювання і оцінку точності звелася до коррелатному методом зрівнювання. У другому випадку, для
того щоб більш строго зафіксувати положення найімовірніше окружності, зрівнювання результатів вимірювань виконується під двома умовами:
- Мінімум суми квадратів поправок у виміряні величини з урахуванням середніх квадратичних помилок вимірювань і
- Мінімум суми квадратів відхилень спостережуваних точок стінок тунелю від ймовірностей окружності.
5. На основі практичних
розрахунків показано, що підвищення точності вимірюваних величин не є суттєвим, але це дозволяє ввести в обробку точності виміряних величин і здійснити оцінку точності шуканих параметрів, використовуючи коррелатний метод з додатковими невідомими.
6. Показано, що сучасні засоби геодезичних вимірювань, а
саме, електронні тахеометри, дозволяють виконувати високоточні вимірювання в безвідбивному режимі з точністю, цілком задовольняє точнісні вимоги до визначення деформацій кілець тунелю (2 - 5 мм).
Практична значимість роботи:
Розвиток міського транспорту в Тегерані ведеться активними темпами. До теперішнього часу вже активно експлуатуються лінії сучасного
метро, і в найближчому майбутньому мережа метрополітену Тегерана буде істотно розвинена. Враховуючи, що
геологічні умови в зоні будівництва тунелів є складними, проблема спостережень за деформаціями оброблень тунелів є важливою і актуальною задачею. Розроблена методика обробки результатів вимірювань буде застосована при аналізі деформацій тунелів метрополітену в Тегерані.
Публікації:
За темою дисертації опубліковано 2 статті.
Структура та обсяг дисертації:
Дисертаційна
робота складається з вступу, трьох розділів з підрозділами, висновків та списку літератури. Загальний обсяг роботи - 84 стор Дисертація містить три
таблиці і 24 рисунка. Список літератури складає 37 найменувань.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
ВСТУП
Обгрунтована
актуальність теми, сформульовано мету і основні напрямки досліджень.
РОЗДІЛ 1. МЕТОДИ будівництва тунелів і точнісні вимоги
У розділі дається загальна характеристика Ісламської Республіки Іран (
назва з 1979 р.) і столиці країни - м. Тегерана. Площа Тегерана з його провінцією складає близько 28,225 кв.км. Населення м. Тегеран - головного економічного центру країни - разом з його провінціями становить близько 14-15 млн. чоловік. Кліматичної особливістю міста є
клімат - жаркий і сухий влітку і холодний в зимовий та осінній час.
Місто Тегеран - це не лише столиця країни, але і її дипломатичний,
культурний і економічний центр.
90%
забруднення атмосфери міста походить від вихлопних газів машин. Посилює становище велику кількість заводів і фабрик на заході міста, які також виробляють велику кількість викидів в атмосферу шкідливих речовин і диму.
Такий стан повітря і постійна нестача кисню призводять до погіршення здоров'я населення і розвитку хронічних захворювань, зниження тривалості життя. Відзначається, що сформована
ситуація вже багато років тому призвело влади Тегерана до думки про необхідність будівництва метрополітену на території міста.
Розглянуто види тунелів і відзначено, що тунелі є необхідною ланкою у будівництві підземних інженерних споруд, пов'язаних з ростом і розвитком народного господарства країни. У зв'язку з цим геодезичні роботи знаходять широке застосування при тоннелестроеніі.
Тунелі мілкого закладення зазвичай споруджують відкритим способом. Перенесення в натуру осі траси особливих ускладнень не викликає, тому що тунелі дрібного закладення звичайно проектують під малозастроеннимі відкритими
територіями або під широкими вулицями і проїздами міст. На забудованих
територіях для будівництва тунелів мілкого закладення застосовують траншейний спосіб, при якому в місцях розташування стін тунелю риють вузькі
котловани - траншеї і на проектній глибині бетонують стіни.
Будівництво гірничих тунелів починають безпосередньо на денній
поверхні, врізаючись в гірський масив. Портали зазвичай споруджують у тих випадках, коли тунель в гірському масиві починається повним поперечним перерізом.
Тунелі метрополітену - тунелі глибокого закладення споруджують звичайно за допомогою вертикальних стволів. Враховуючи зручність подальшої експлуатації тунелів, стовбури звичайно проектують зміщеними на 20-50 м від траси тунелю. Так як в умовах густої міської забудови важко вибрати місце для будівельного майданчика, то нерідко стовбури зміщують від траси на відстань понад 50 м.
Найбільш індустріальний спосіб спорудження тунелів - щитової. У змонтованої оболонці щита збирають тюбінгів
кільця, необхідні для упору щитових домкратів при висуванні щита з камери. В даний час на будівництві метрополітену застосовують механізовані щити, які за допомогою спеціальних
механізмів і доліт розробляють і
транспортують породи.
Наводяться дані про габариті і формою поперечних перерізів тунелів. Відзначається, що
простір між габаритом рухомого складу і габаритом наближення обладнання, зване габаритним запасом, має велике значення для геодезистів. Габаритний запас служить вихідною величиною для розрахунку необхідної точності виконання геодезичних робіт при спорудженні тунелів.
В останньому розділі глави даються відомості про особливості створення геодезичного обгрунтування тунелю метрополітену і розглядається точність геодезичних спостережень за деформаціями.
Геодезичне обгрунтування для будівництва тунелів можна розділити на
геодезичне обгрунтування на поверхні і
геодезичне обгрунтування в підземних виробках. Основним плановим геодезичним обгрунтуванням для винесення в натуру запроектованої траси тунелю і всіх споруд служить тунельна
тріангуляція, трилатерації або лінійно-кутова мережу. Для згущення точок планової основи, одержуваного цими методами, будують основну полігонометричних мережу або прокладають полігонометричних хід. Для передачі координат від пунктів полігонометрії основний до стовбурів прокладають підхідних полігонометрії у вигляді окремих ходів, системи ходів або замкнутих полігонів, що спираються на пункти основний полігонометричних
мережі. Від точок підхідний полігонометричних мережі координати передають до підземних виробок через стовбури шахт. По трасі слідом за рухомим вперед забоєм прокладають ходи спочатку робочої полігонометрії з порівняно короткими сторонами, потім основний підземної полігонометрії.
Для винесення проекту профілю траси створюється висотне геодезичне обгрунтування як нівелірних мереж, клас яких вибирають в залежності від довжини тунелю і довжин
зустрічних підземних виробок, передбачених проектом. Основна
геодезична завдання при спорудженні тунелів забезпечити так звану збійки зустрічних підземних виробок. Допустима величина несбойкі дорівнює 100 мм.
У перегінних тунелях круглого обриси вимірюють горизонтальні і косі діаметри кілець в тунелях, а в тунелях прямокутного перерізу - відстані між вертикальними стінами на різних рівнях від лотка, для чого закладають в стіни спеціальні знаки. Значна деформація може виникнути при зворотній засипці
котлованів після зведення конструкцій. Для виявлення деформацій у споруджуваних тунелях з блочної та тюбінговій обробленням, які можуть бути викликані бічним гірським тиском, вимірюють горизонтальні діаметри кілець оброблення з періодичністю 10-20 днів. У тунелях з тунельною обробленням для виявлення можливих деформацій спостерігають за зближенням стін тунелю, вимірюючи відстань між протилежними знаками. Деформація кілець тунелю повинна вимірюватися з середньою квадратичною помилкою не гірше 5 мм.
РОЗДІЛ 2. МЕТОДИ ВИМІРЮВАННЯ ДЕФОРМАЦІЙ
При будівництві підземних споруд, в процесі розробки породи розвивається сильне гірський тиск, під дією якого деформуються кріплення і вже побудовані споруди, як з бетонної, так і з тюбінговій обробленням.
В залежності від гідрогеологічних умов, гірський тиск діє в різних напрямках, і, у зв'язку з цим, виникають різні деформації: осаду кріпленні при проходці штолень та розробці калотт; осаду склепінь готових споруд; зближення стін готових споруд; випинання лежання рам, лотків і зворотних склепінь. У малостійкі породах гірський тиск буває настільки великим, що руйнуються вже споруджені конструкції.
Зазначені обставини вимагають ретельних спостережень за деформацією підземних конструкцій на всіх стадіях будівництва, згідно з методами дослідження деформацій споруд. Особливо ретельно слід спостерігати за деформацією кілець на станціях при спорудженні паралельних тунелів і при розкритті отворів. У цих випадках спостереження за описаною вище програмі рекомендується проводити не рідше ніж через кожні три дні.
Особливу увагу в розділі приділено особливостям орієнтування підземних геодезичних мереж методом двох шахт. При реалізації даного методу на поверхні визначають координати двох пунктів мережі і за допомогою двох схилів або приладів оптичного вертикального проектування їх координати передають в тунель і закріплюють постійними геодезичними знаками. Між двома знаками з відомими координатами прокладають підземний полігонометричних хід. Відмінною особливістю підземного полігонометричних ходу є те, що в ньому відсутні лінії з відомим дирекційний кутом. Рішення такого завдання слід починати з завдання будь-якого значення дирекційного кута однієї зі сторін полігонометричних ходу, наприклад, дирекційного кута сторони S1 (лінія А - 1)
= 0. Використовуючи координати пункту А і вибраного дирекційного кута
, Обчислюються координати всіх пунктів полігонометричних ходу, включаючи і координати другого опорного пункту В. Результати розрахунку ілюструються на рис.1.
Рис. 1. Положення полігонометричних ходу при довільному орієнтуванні
|