Моделювання напружено-деформованого стану конструкцій комунікаційного тунелю під автодорожнім шляхопроводом

Abstract

The paper presents rational structural solution for a deep utility tunnel intended for the installation of utility networks beneath the highway overpass. Among the considered alternatives, the most rational solution of tunnels structure has been chosen – namely, a monolithic frame U-shaped structure on slab foundations. The necessity and feasibility of reinforcing tunnel sections embedded at depths exceeding 5 m have been substantiated by means of installing a system of external buttresses. The proposed engineering solutions are realized into a designed utility tunnel beneath an embankment of an overpass in the Vinnytsia city. Finite element models of the stress–strain state have been developed using the standard software package LIRA-SAPR, taking into account soil conditions, pressures of earth backfill and live loads vehicular traffic. The most unfavorable load combinations have been evaluated. It has been demonstrated that, for tunnel sections under the large soil layer, the dominant influence is exerted specifically by the earth embankment. It has been demonstrated that shallow tunnel sections require the installation of transition structures to equalize the stiffness of the subgrade beneath the pavement. For the proposed structural configuration of the tunnel, rational geometric parameters have been ed according to the described methodology, and the most critical cross-sections have been identified. It has been demonstrated that the most heavily loaded structural elements of the tunnel are beam structures at the interfaces between the tunnel and adjacent ventilation chambers, the beam (girder) system supporting the tunnel roof slab, as well as the foundation slab structures beneath the openings. The performed analyses confirm, in terms of strength and stiffness, the fundamental feasibility and rationality of the proposed tunnel structural solution as well as the use of tunnel structures as temporary shelter.У статті описано раціональне конструктивне рішення заглибленого комунікаційного тунелю для прокладання інженерних мереж під автодорожнім шляхопроводом. Серед розглянутих конструктивних варіантів тунелів вибрано найбільш раціональний – у вигляді монолітної рамної «П»-подібної конструкції на плитних фундаментах. Доведено необхідність і раціональність улаштування підсилення ділянок тунелю, що заглиблені більше 5 м, шляхом улаштування системи зовнішніх контрфорсів. Запропоновані рішення впроваджені на проектованому комунікаційному тунелі під земляним насипом шляхопроводу у м. Вінниці. Розроблено скінчено-елементні моделі напружено-деформованого стану на стандартному програмному комплексі «Lira-САПР», з урахуванням грунтових умов, тисків від земляної засипки та від автомобільного транспорту. Оцінено найбільш несприятливі комбінації навантажень. Доведено, що домінуючий вплив на заглиблені ділянки тунелю здійснює земляний насип. Для ділянок тунелю, які мало заглиблені, є потреба в улаштуванні перехідних конструкцій, які вирівнюють жорсткість основи під дорожнім покриттям. Для запропонованої конструктивної форми тунелю виконано підбір раціональних геометричних параметрів за викладеною методикою, визначено найбільш небезпечні перерізи. Доведено, що найбільш навантаженими конструктивними елементами тунелю є балкові конструкції в місцях улаштування переходів між тунелем та суміжних вентиляційних камер. ригельна система, що підтримує перекриття тунелю, а також, конструкції фундаментної плити під прорізами. Виконані розрахунки підтверджують, з точки зору міцності і жорсткості, принципову можливість улаштування та раціональність обраного конструктивного тунелю, а також, використання конструкцій тунелю як тимчасового укриття.