Аналіз комбінованої конструкції ствола дніпровського метрополітену методом скінченних елементів
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UKR: Мета. Розвиток спорудження підземних виробок Дніпровського метрополітену потребує аналізу та наукового обґрунтування проєктних рішень, що базуються на нових для України технологіях. Метою наукової статті є аналіз комбінованої конструкції ствола Дніпровського метрополітену методом скінченних елементів із визначенням силових факторів в оболонках пальової системи та системи торкретування із подальшим об-ґрунтуванням на основі отриманих результатів відповідності проєктних рішень реальній ситуації будівництва Дніпровського метрополітену. Методика. Для аналізу ствола № 1 Дніпровського метрополітену методом скінченних елементів побудовано дві скінченно-елементних моделі. Вони відображають комбіновану конструкцію ствола, яка складається з двох частин. Окремо проаналізовано скінченно-елементну модель пальової системи, що відображає оболонку з буросічних паль, підкріплену балкою та поясами. Окремо змодельовано та проаналізовано модель для системи торкретування, яка застосовується для другої частини ствола, що залягає в міцному скельному масиві. Скінченно-елементним моделям обох систем присвоєно реальні деформаційні та геометричні параметри, а також навантаження, що стало запорукою проведення адекватних дійсності розрахунків методом скінченних елементів. Результати. Під час чисельного аналізу комбінованої конструкції ствола № 1 Дніпровського метрополітену визначено силові фактори (нормальні сили та згинальні моменти) для пальової системи та системи торкретування. Ці результати стали основою для проведення армування обох систем. Наукова новизна. Проведено чисельний аналіз конструкції ствола, який надав повну картину силових факторів, що дозволяють прогнозувати появу нормальних сил та згинальних моментів в подібних інженерно-геологічних умовах. Практична значимість. Результати аналізу комбінованої конструкції ствола Дніпровського метрополітену методом скінченних елементів дозволили науково обґрунтувати проєктні рішення і забезпечити високі показники експлуатації обох систем ствола № 1.
ENG: Purpose. The development of construction of underground excavations of the Dnipro Metro requires analysis and scientific substantiation of design solutions based on technologies that are new for Ukraine. The aim of the scientific article is to analyze the combined design of the shaft of the Dnipro Metro by the finite element method with determination of force factors in the linings of the pile system and shotcrete system with further substantiation based on the results of design solutions to the real situation of Dnipro Metro construction. Methodology. Two finite element models were constructed for the analysis of the shaft № 1 of the Dnipro Metro by the finite element method. They reflect the combined design of the shaft, which consists of two parts. The finite-element model of the pile system, which reflects the shell of bored piles, supported by a cap beam and ring beams, is analyzed separately. The model for the shotcrete system, which is used for the second part of the shaft, which lies in a solid rock mass, is separately modeled and analyzed. Finite-element models of both systems are assigned real deformation and geometric parameters, as well as the load, which became the key to adequate calculations by the finite element method. Find-ings. During the numerical analysis of the combined structure of the shaft № 1 of Dnipro Metro, the force factors (normal forces and bending moments) for the pile system and the shotcrete system were determined. These results became the basis for the reinforcement of both systems. Originality. A numerical analysis of the shaft structure was performed, which provided a complete picture of the force factors that allow predicting the appearance of normal forces and bending moments in similar engineering and geological conditions. Practical value. The results of the analysis of the combined design of the shaft of the Dnipro Metro by the finite element method allowed to scientifically substantiate the design solutions and ensure high performance of both shaft systems № 1.
ENG: Purpose. The development of construction of underground excavations of the Dnipro Metro requires analysis and scientific substantiation of design solutions based on technologies that are new for Ukraine. The aim of the scientific article is to analyze the combined design of the shaft of the Dnipro Metro by the finite element method with determination of force factors in the linings of the pile system and shotcrete system with further substantiation based on the results of design solutions to the real situation of Dnipro Metro construction. Methodology. Two finite element models were constructed for the analysis of the shaft № 1 of the Dnipro Metro by the finite element method. They reflect the combined design of the shaft, which consists of two parts. The finite-element model of the pile system, which reflects the shell of bored piles, supported by a cap beam and ring beams, is analyzed separately. The model for the shotcrete system, which is used for the second part of the shaft, which lies in a solid rock mass, is separately modeled and analyzed. Finite-element models of both systems are assigned real deformation and geometric parameters, as well as the load, which became the key to adequate calculations by the finite element method. Find-ings. During the numerical analysis of the combined structure of the shaft № 1 of Dnipro Metro, the force factors (normal forces and bending moments) for the pile system and the shotcrete system were determined. These results became the basis for the reinforcement of both systems. Originality. A numerical analysis of the shaft structure was performed, which provided a complete picture of the force factors that allow predicting the appearance of normal forces and bending moments in similar engineering and geological conditions. Practical value. The results of the analysis of the combined design of the shaft of the Dnipro Metro by the finite element method allowed to scientifically substantiate the design solutions and ensure high performance of both shaft systems № 1.
Description
О. Тютькін: ORCID 0000-0003-4921-4758; Д. Банніков: ORCID 0000-0002-9019-9679; В. Мірошник: ORCID 0000-0002-8115-0128
Keywords
метрополітен, шахтний ствол, комбінована конструкція, силові фактори, буросічні палі, торкретбетон, metro, mine shaft, combined structure, force factors, bored piles, shotcrete, КТІ, КБВ
Citation
Тютькін О. Л., Банніков Д. О., Мірошник В. А., Гелетюк І. В. Аналіз комбінованої конструкції ствола дніпровського метрополітену методом скінченних елементів. Мости та тунелі: теорія, дослідження, практика. 2021. Вип. 20. С. 79–85. DOI: 10.15802/bttrp2021/245363.