Моделирование подземной станции в сложных геологических условиях: опыт применения GEO5 FEM

Местоположение

Прага - Велеславин, Чешская Республика

Период строительства

2010–2014 гг.

Проектировщик

METROPROJEKT Praha, a. s.,

Программное обеспечение

GEO5 FEM - Тоннель.

Станция Nádraží Veleslavín — первая трёхсводчатая станция глубокого заложения с монолитной железобетонной обделкой на линии A Пражского метро.

Площадь выемки правого и левого тоннелей составляет 70,6 м², центрального тоннеля — 42,9 м². Максимальная высота станции — 10,25 м, ширина — 22,34 м. Общая длина подземной части станции — 100 м. Частью станции является вырубленный эвакуационный галерейный туннель, заканчивающийся шахтой, вырытой с поверхности.

Раскопки боковых станционных тоннелей

Строительство станции началось с проходки правого и левого станционных тоннелей. Так называемая горизонтальная последовательность проходки включала верхний уступ и штрек. Первичная облицовка толщиной 300 мм выполнена из торкрет-бетона класса C20/25.

В конструкции искусственно созданы два шарнира, позволяющих облегчить разборку облицовка в зоне центрального пролёта. После завершения проходки боковых тоннелей через них были протянуты щиты EPB, прокладывающие межстанционные участки.

После демонтажа всех вспомогательных конструкций, необходимых для протаскивания тоннелепроходческих комплексов, была установлена система гидроизоляции на основе напыляемой мембраны, а затем — вторичная облицовка. Для железобетонных конструкций применён водонепроницаемый бетон C30/37, а для колонн и продольных балок — бетон C45/55.

Портал выработанной трехпролетной станции метро

Станция разделена на три независимых температурно-деформационных блока. Проходка центрального станционного тоннеля началась после технологической паузы. Горизонтальная последовательность проходки включала верхний уступ и штрек. Первичная обделка толщиной 300 мм выполнена из торкрет-бетона класса C20/25.

Участки первичной обделки боковых тоннелей в местах будущих соединений последовательно разбирались. Затем была установлена система распыляемой гидроизоляции и выполнена окончательная облицовка центрального туннеля.

Строительство спасательной конструкции началось с выемки шахты, укрепленной с помощью подпорных стен из секционных свай. Чистые размеры шахты — 7,3 м в диаметре и 14 м в глубину. Когда основная облицовка правого тоннеля станции была завершена, начались раскопки первой стадии эвакуационного прохода.

Площадь поперечного сечения выработки — 13,2 м², продольный уклон — 3,5%, длина — 32,4 м. Второй этап проходки штольни (участок, проходящий с поворотом над станцией и пересекающий центральный станционный тоннель) начался после завершения вторичной обделки правого станционного тоннеля и до начала проходки центрального.

Штольня была пройдена по кривой длиной 14,2 м с радиусом 9 м и уклоном 3,5%. Окончательная обделка шахты выполнена из водонепроницаемого бетона класса C30/37.

Завершение окончательной облицовки бокового туннеля станции

Геологические условия

Инженерно-геологические условия в районе станции Nádraží Veleslavín сложные и неблагоприятные для подземных работ, что и стало причиной выбора трёхсводчатой конструкции станции. Основными негативными факторами являются: малая глубина заложения, низкое качество грунтов, высокий уровень грунтовых вод, а также наличие интенсивно используемой автомобильной дороги с трамвайными путями, проходящей прямо над зоной выемки станции.

Во всём районе работ залегают различные техногенные насыпи, под которыми находится покров четвертичных отложений. Ниже располагается докватернарное основание, представленное аргиллитами и алевролитовыми сланцами различной степени выветрелости — от полностью разрушенных до прочных пород, в зависимости от глубины. В последней трети длины станционных тоннелей в профиль выработки начинают внедряться туффитовые породы.

Модели

Расчётные 2D-модели были выполнены в программе GEO5 FEM (Tunnel) для трёх типовых поперечных сечений.

Модели были определены таким образом, чтобы поэтапное моделирование соответствовало реальной технологии строительства тоннелей (включая аварийную штольню). В расчётах рассматривалось до 31 этапа строительства.

Грунтовая среда моделировалась как неоднородная, изотропная и упруго-пластическая, с поверхностью текучести по критерию Мора–Кулона. За исключением продольных балок над и под колоннами, обделка определялась как упругий изотропный материал и моделировалась стержневыми элементами с соответствующими свойствами.

Балки моделировались в виде 2D-элементов с параметрами бетона. Жёсткость колонн между отдельными пролётами станции корректировалась таким образом, чтобы жесткость чередующихся колонн и промежутков между ними учитывалась в максимально возможной степени.

Заключение

Преимуществом программы GEO5 FEM стала высокая скорость моделирования. Было выполнено множество вариантов и исследовательских расчётов. Несмотря на использование 2D-моделей, удалось достаточно точно воспроизвести реальную картину поведения как грунтового массива, так и конструкций. В 2014 году строительство станции Nádraží Veleslavín было успешно завершено.

Хотите узнать, как GEO5 может помочь вам?

GEO5 — надёжный инструмент геотехника. Программа ускоряет расчёты, освобождает от рутины и помогает уверенно защищать проекты перед экспертизой. Все модули интегрированы между собой, что делает GEO5 универсальным решением — от простых проверок до сложных инженерных задач.

Узнать о GEO5 больше, попробовать удаленно или запросить Trial-лицензию вы можете через whatsapp.

CAD.kz - официальный поставщик программного обеспечения для проектирования.