Влияние cтыков на поведение сегментной обделки тоннеля квази-прямоугольного очертания

Рост численности населения в крупных городах по всему миру требует существенного улучшения транспортной инфраструктуры, которое может быть достигнуто за счет развития подземного пространства городов. Речь идет о расширении строительства дополнительных линий метрополитена и увеличении пропускной способности тоннелей. В области подземного строительства наметилась тенденция к использованию круглых и прямоугольных форм поперечного сечения тоннелей, последние сочетают в себе преимущества обеих форм. Квази-прямоугольное поперечное сечение является частным случаем таких сечений. Изучению формирования напряженного состояния таких обделок посвящены лишь отдельные научные работы. Представлена методика расчета напряженного состояния сборной обделки квази-прямоугольного поперечного сечения с учетом наличия связей между отдельными сегментами, характеризующимися конечной жесткостью. Исследование направленно на изучение влияния вращательной жесткости соединения двух смежных сегментов, а также их количества на напряженное состояние тоннельной обделки. Полученные результаты показывают, что по мере уменьшения жесткости вращения и увеличения числа сегментов обделки внутренние силы в обделке тоннеля уменьшаются, в то время как радиальные смещения увеличиваются, то есть наблюдается снижение жесткости обделки. При дальнейшем увеличении количества сегментов обделки наблюдается снижения влияния их количества на интегральные показатели напряженного состояния обделки и ее радиальные смещения.

Нгуен Тай Тиен, Карасев М. А., До Нгок Ань Влияние cтыков на поведение сегментной обделки тоннеля квази-прямоугольного очертания // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 7. – С. 55–72. DOI: 10.25018/0236_ 1493_2025_7_0_55.

Это исследование было профинансировано Ханойским университетом горного дела и геологии в рамках гранта T23-44.

Нгуен Тай Тиен¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: taitien12@gmail.com.vn, ORCID ID: 0000-0002-5246-9252,
Карасев Максим Анатольевич — д-р техн. наук, доцент, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, e-mail: Karasev_MA@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-8939-0807,
До Нгок Ань¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: dongocanh@humg.edu.vn, ORCID ID: 0000-0002-4862-1688,
¹ Исследовательская группа по устойчивому развитию в подземном строительстве, Ханойский университет горного дела и геологии, Вьетнам.

Карасев М.А., e-mail: Karasev_MA@pers.spmi.ru.

1. Li P., Wang F., Fan L. Analytical scrutiny of loosening pressure on deep twin-tunnels in rock formations // Tunnelling and Underground Space Technology. 2019, vol. 84, pp. 373—380. DOI: 10.1016/j.tust.2018.10.007.

2. Huang X., Zhua Y., Zhanga Z., Zhu Y., Wang S., Zhuang Q. Mechanical behaviour of segmental lining of a sub-rectangular shield tunnel under self-weight // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, vol. 74, pp. 131—144. DOI: 10.1016/j.tust.2018.01.016.

3. Liu X., Liu Z., Yuan Y., Zhu Y. Quasi-rectangular shield tunneling technology in the Ningbo rail transit project / High Tech Concrete: Where Technology and Engineering Meet. Springer International Publishing, 2018, pp. 2765—2773. DOI: 10.1007/978-3-319-59471-2_314.

4. Zhang W., Corte W. D., Liu X., Taerwe L. Influence of rotational stiffness modeling on the joint behavior of quasi-rectangular shield tunnel linings // Applied Sciences. 2020, vol. 10, pp. 1—27. DOI: 10.3390/app10238396.

5. Zhang W., Corte W. D., Liu X., Taerwe L. A comparative investigation between the beam spring method and the modified routine method in special-section shield tunnels. A case study for quasi-rectangular tunnels // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 2022, vol. 46, no. 9, pp. 1754—1781. DOI: 10.1002/nag.3367.

6. Yuhang Y., Xian L., Zhen L., Zhu Y. Study on design model of quasi-rectangular shield tunnel linings (in Chinese) // Journal of Southwest Jiaotong University. 2019, vol. 20, no. 6, pp. 1188—1195. DOI: 10.3390/app10238396.

7. Ильинов М. Д., Петров Д. Н., Карманский Д. А., Селихов А. А. Аспекты физического моделирования процессов структурных изменений образцов горных пород при термобарических условиях больших глубин // Горные науки и технологии. — 2023. — Т. 8. — № 4. —С. 290—302. DOI: 10.17073/2500-0632-2023-09-150.

8. Li Y., Zou Z. Numerical investigation on the influence of super-large-diameter shield tunneling on Nearby existing metro tunnels and the protection scheme // Applied Sciences. 2023, vol. 13, no. 24, article 13179. DOI: 10.3390/app132413179.

9. Коршунов В. А., Павлович А. А., Бажуков А. А. Оценка сдвиговой прочности горных пород по трещинам на основе результатов испытаний образцов сферическими инденторами // Записки Горного института. — 2023. — Т. 262. — С. 606—618. DOI: 10.31897/PMI.2023.16.

10. Господариков А. П., Киркин А. П., Трофимов А. В., Ковалевский В. Н. Определение физико-механических свойств горных пород при применении противоударных разгрузочных мероприятий // Горный журнал. — 2023. — № 1. — С. 26—34. DOI: 10.17580/gzh.2023.01.04.

11. Господариков А. П., Зацепин М. А. Математическое моделирование нелинейных краевых задач геомеханики // Горный журнал. — 2019. — Т. 12. — С. 16—20.

12. Набатов В. В., Вознесенский А. С. Геомеханический анализ влияния строительства новых тоннелей в окрестности действующих подземных сооружений метрополитена на состояние грунтового массива // Записки Горного института. — 2023. — Т. 264. — С. 926—936.

13. Дашко Р. Э., Колосова Д. Л. Безопасность проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений различного назначения на водонасыщенных глинистых грунтах: инженерно-геологические и геотехнические аспекты // Геотехника. — 2023. — Т. 15. — № 1. — С. 54—67. DOI: 10.25296/2221-5514-2023-15-1-54-67.

14. Zhu Y., Zhang Z., Huang X., Zhu Y. Numerical investigation on the mechanical characteristics of a special-shaped shield lining with a large cross-section / Proceedings of GeoShanghai 2018 International Conference: Tunnelling and Underground Construction. Springer Singapore, 2018, pp. 384—391. DOI: 10.1007/978-981-13-0017-2_39.

15. Zhang W., Corte W. D., Liu X. Optimization study on longitudinal joints in quasi-rectangular shield tunnels // Applied Sciences. 2021, vol. 11, no. 2, article 0573. DOI: 10.3390/app11020573.

16. Lei M., Lin D., Shi C., Ma J., Yang W. A structural calculation model of shield tunnel segment: Heterogeneous equivalent beam model // Advances in Civil Engineering. 2018, vol. 2018, pp. 1—16. DOI: 10.1155/2018/9637838.

17. Do N. A., Dias D., Oreste P., Djeran-Maigre I. Internal forces in segmental tunnel linings — A comparison between current design methods // Journal of Mining Science. 2014, vol. 50, no. 2, pp. 326—334. DOI: 10.1134/S1062739114020161.

18. Wu H. N., Shen S. L., Yang J., Zhou A. Soil-tunnel interaction modelling for shield tunnels considering shearing dislocation in longitudinal joints // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, vol. 78, pp. 168—177. DOI: 10.1016/j.tust.2018.04.009.

19. Do N. A. Numerical analyses of segmental tunnel lining under static and dynamic loads. Doctoral Thesis. Civil Engineering. INSA de Lyon, Lyon, V. 1, 2014.

20. Nguyen C., Gospodarikov A. P. Hyperstatic reaction method for calculations of tunnels with horseshoe-shaped cross-section under the impact of earthquakes // Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 2020, vol. 19, pp. 179 — 188. DOI: 10.1007/s11803-020-0555-0.

21. Nguyen C. T., Do N. A., Dias D., Pham V. V., Alexandr G. Behaviour of square and rectangular tunnels using an improved finite element method // Applied Sciences. 2022, vol. 12, no. 4, article 2050. DOI: 10.3390/app12042050.

22. Протосеня А. Г., Алексеев А. В., Вербило П. Э. Прогноз напряженно-деформированного состояния и устойчивости лба забоя тоннеля при пересечении нарушенных зон грунтового массива // Записки Горного института. — 2022. — Т. 254. — С. 252—260. DOI: 10.31897/ PMI.2022.26

23. Нгуен Тай Тиен, Карасев М. А. Расчет оптимальных геометрических параметров тоннеля квазипрямоугольного поперечного очертания по силовому фактору // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 6. — С. 59—71. DOI: 10.25018/0236_1493_202 1_6_0_59.

24. Nguyen T. T., Do N. A., Karasev M. A., Kien D. V., Dias D. Influence of tunnel shape on tunnel lining behaviour // Proceedings of the Institution of Civil Engineers: Geotechnical Engineering. 2021, vol. 174, no. 4, pp. 355—371. DOI: 10.1680/jgeen.20.00057.

25. Попов М. Г., Синегубов В. Ю. Исследование свойств двухслойных бетонно-фибробетонных конструкций при различных соотношениях толщины слоев // Устойчивое развитие горных территорий. — 2024. — Т. 16. — № 1. — С. 70—82. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-1-70-82.

26. Kroetz H. M., Do N. A., Dias D., Beck A. T. Reliability of tunnel lining design using the hyperstatic reaction method // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, vol. 77, pp. 59—67.

27. Протосеня А. Г., Иовлев Г. А. Прогноз напряженно-деформируемого состояния в окрестности подземного сооружения в нелинейно-деформируемых грунтовых массивах // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2020. — № 2. — С. 215—228.

28. Ильинов М. Д., Коршунов В. А., Поспехов Г. Б., Шоков А. Н. Комплексные экспериментальные исследования механических свойств горных пород: проблемы и пути их решения // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 11—18. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.02.

29. Çelik S. Comparison of mohr-coulomb and hardening soil models numerical estimation of ground surface settlement caused by tunneling // Iğdır University Journal of the Institute of Science and Technology. 2017, vol. 7, no. 4, pp. 96—102. DOI: 10.21597/jist.2017.202.

30. Abdellah W. R., Ali M. A., Yang H. S. Studying the effect of some parameters on the stability of shallow tunnels // Journal of Sustainable Mining. 2018, vol. 17, no. 1, pp. 20—33. DOI: 10.1016/j. jsm.2018.02.001.