Олег Николаевич Исаев, канд. техн. наук, заведующий сектором геотехники линейных подземных сооружений
109428, г. Москва, Рязанский проспект, д. 59
Oleg N. Isaev, Cand. Sci. (Engineering), Sectoral Head of Geotechnical Sector of Linear Underground Structures
109428, Moscow, Ryazanskiy ave., 59
Дарина Павловна Кузнецова, инженер сектора геотехники линейных подземных сооружений
109428, г. Москва, Рязанский проспект, д. 59
Darina P. Kuznetsova, Engineer of Geotechnical Sector of Linear Underground Structures
109428, Moscow, Ryazanskiy ave., 59
Введение. Для оценки влияния подработки на деформации оснований и изменение усилий в конструкциях существующих и проектируемых трубопроводов используются различные (эмпирические, аналитические, численные) методы расчета. Эмпирические методы разработаны на основе опытного анализа многочисленных результатов инженерно-геодезических наблюдений за осадками и сдвижениями поверхности земли на подрабатываемых территориях. Их недостатком является то, что они в полной мере не учитывают разнообразие факторов, влияющих на осадки и сдвижения при проходке подземной выработки, – неоднородность разрезов, физико-механические свойства грунтов и др.Целью данной работы является определение преимуществ численного метода и разработка методики использования численных расчетов в геотехнических программных комплексах Plaxis, Midas GTS NX. В отличие от эмпирических и аналитических, численные методы моделируют неоднородность залегания инженерно-геологических элементов и их физико-механические свойства, выполняют совместные расчеты системы «подземная выработка – грунтовый массив – существующее сооружение», учитывают поэтапность и технологию подработки, дают возможность за короткий промежуток времени просчитывать большое количество вариантов. Данный факт дает большое преимущество этому методу расчетов. В статье рассмотрены принципы численного расчета прочности подземных магистральных газопроводов при устройстве закрытых подземных выработок с целью выемки полезных ископаемых.Методика основана на исследовании степени и характера влияния различных факторов на результаты численного моделирования: включения трубопровода в расчетную модель; ширины расчетной области модели; размеров сетки конечных элементов; параметров геомеханической модели грунта; ширины, глубины заложения, угла наклона, мощности и числа разрабатываемых пластов полезных ископаемых; постановки задачи (2D или 3D).Результаты представлены в виде верификации методики, выполненной на основе сравнений расчетных и фактических параметров сдвижения горных пород.Вывод. Методика достоверно прогнозирует деформации оснований и изменение усилий в конструкциях существующих и проектируемых трубопроводов при разработке пласта угля на одной из шахт подмосковного угольного бассейна.
Introduction. Various calculation methods, including empirical, analytical, and numerical ones, are used to assess the effect of undermining on base deformations and force variations in the structures of existing and projected pipelines. Empirical methods are typically developed using an experimental analysis of numerous results obtained during the engineering and geodetic observations of settlements and surface terrain shifts in undermining areas. However, such methods fail to take into account all the factors affecting settlements and shifts during underground excavations, including the vertical heterogeneity and physicomechanical properties of soils, etc.Aim. To determine the advantages of numerical methods and to develop a methodology for using numerical calculations in the Plaxis and Midas GTS NX geotechnical software applications. Compared to empirical and analytical methods, numerical approaches have the advantage of simulating the bedding heterogeneity of geological engineering elements and their physicomechanical properties, ensuring joint calculations of the “underground excavation – soil massif – existing structure” system, considering the gradual character and undermining technology, as well as providing the possibility to search through a large quantity of variants over a short period of time. The principles of numerical calculations of the strength of underground main gas pipelines during the arrangement of closed underground excavations for mineral mining are considered.Methods. The developed methodology is based on the degree and nature of effects produced by various factors on numerical modeling results, including the presence of a pipeline in the design model, width of the model calculated area, finite element mesh sizes, parameters of the soil geomechanical model, width, bedding depth, dip angle, thickness, and number of mineral mined formations, as well as the problem statement type (2D or 3D).Results. The results of the study are presented in the form of a methodological verification, performed on the basis of a comparison between the calculated and actual parameters of rock shifts.Conclusions. The presented methodology reliably predicts base deformations and force variations in the structures of existing and projected pipelines during the excavation of a coal seam at one of the mines of the Moscow lignite basin.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.