Анализ расчетных предпосылок геотехнического прогноза нового строительства на окружающую застройку

Строительство станционных комплексов осуществляется открытым способом под защитой различных ограждающих конструкций. Существует разновидность ограждений котлована, которые эффективно предотвращают смещение грунта в сторону выработки в совокупности с работой распорных систем. Однако даже при корректном расчетном обосновании ограждающих конструкций открытых выработок данный способ строительства подземных и заглубленных сооружений в любом случае оказывает воздействие на окружающие здания, сооружения и эксплуатируемые инженерные коммуникации. Оценка влияния на окружающую застройку от производства работ является важной задачей, поскольку необходимо максимально точно спрогнозировать дополнительные перемещения грунтового массива за пределами котлована и в случае превышения предельно допустимых значений зданий или сооружений разработать эффективные противоаварийные мероприятия. В данной статье авторы произвели обзор таких факторов математического моделирования в ПК Plaxis, как грунтовая модель; схема расчетного моделирования; дискретизация сетки конечных элементов; моделирование этапов производства работ; строительного водопонижения иглофильтрами и системой открытого водоотлива; учет прочности и жесткости контактных элементов. Дополнительно в работе произведен анализ способов моделирования конструктивной схемы здания, изучено влияние наличия шарнира между стенками котлована, составлены рекомендации, которые можно учитывать при расчетах оценки влияния на здания и сооружения от глубоких котлованов, а также отмечены факторы, оказывающие наибольшее влияние на точность проведения расчетов и адекватность прогнозируемых результатов.

А.З. ТЕР-МАРТИРОСЯН¹, д-р тех. наук, проректор (gic-mgsu @mail.ru);
В.П. КИВЛЮК², исполнительный директор (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
И.О. ИСАЕВ², руководитель отдела (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
В.В. ШИШКИНА^1,2, аспирант, ведущий инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
² АО «Мосинжпроект» (125252, г. Москва, Ходынский б-р, 10)

1. Петрухин В.П., Колыбин И.В., Разводовский Д.Е. Ограждающие конструкции котлованов, методы строительства подземных и заглубленных сооружений. М.: Российская архитектурно-строительная энциклопедия, 2008. С. 212–219.
2. Чунюк Д.Ю. Оценка и управление рисками при строительстве подземных сооружений открытым способом // Вестник МГСУ. 2009. № 3. С. 120–123.
3. Шулятьев О.А., Минаков Д.К. Технологические осадки при устройстве стены в грунте траншейного типа // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. 2017. Т. 8. № 3. С. 41–50. DOI: https://doi.org/10.15593/2224-9826/2017.3.05
4. Алирзаев Э.И., Дементьева М.Е. Выбор технологии обеспечения эксплуатационной пригодности зданий в зоне подземного строительства // Вестник МГСУ. 2002. № 3. С. 452–461. DOI: https://doi.org/10.22227/1997-0935.2020.3.452-461
5. Никифорова Н.С., Коннов А.В., Нгуен Ван Хоа, Простотина Л.А. Влияние устройства отсечных экранов, выполненных по струйной технологии, на осадку окружающей застройки // Жилищное строительство. 2009. № 7. С. 3–8. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-7-3-8
6. Ильичев В.А., Никифорова Н.С., Готман Ю.А., Тупиков М.М., Трофимов Е.Ю. Анализ применения активных и пассивных методов защиты существующей застройки при подземном строительстве // Жилищное строительство. 2013. № 6. С. 25–27.
7. Ильичев В.А., Никифорова Н.С., Готман Ю.А., Трофимов Е.Ю. Эффективность применения активных и пассивных методов защиты окружающей застройки в зоне влияния подземного строительства // Жилищное строительство. 2015. № 6. С. 11–15.
8. Решендорфер Ю., Жуков В.Н., Майер К. Компенсационное нагнетание как способ обеспечения устойчивости зданий и сооружений при проходке тоннелей // Метро и тоннели. 2008. № 4. С. 26–28.
9. Лузин И.Н. Расчет напряженно-деформированного состояния оснований фундаментов в процессе компенсационного нагнетания // Строительство и архитектура. 2020. Т. 8. № 1. С. 33–38. DOI: https://doi.org/10.29039/2308-0191-2020-8-1-33-38
10. Кивлюк В.П., Исаев И.О., Алексеев В.А., Шишкина В.В. Применение технологии компенсационного нагнетания для обеспечения сохранности окружающих зданий при сооружении станционных комплексов // Геотехника. 2021. Т. 8. № 1. С. 56–66. DOI: https://doi.org/10.25296/2221-5514-2021-13-1-56-66
11. Деменков П.А., Голдобина Л.А., Трушко О.В. Метод прогноза деформации земной поверхности при устройстве котлованов в условиях плотной городской застройки с применением способа «стена в грунте» // Записки Горного института. 2018. Т. 233. С. 480–486. DOI: https://doi.org/10.31897/PMI.2018.5.480
12. Деменков П.А., Трушко О.В., Комолов В.В. Прогноз оседания поверхности земли при сооружении котлована вблизи застройки // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2019. № 2. С. 300–309.
13. Тер-Мартиросян А.З., Черкесов Р.Х., Исаев И.О., Гришин В.С. Влияние устройства котлована с дополнительными поперечными стенками на окружающую застройку и оценка эффективности рассматриваемых мероприятий // Construction and geotechnics. 2021. Т. 12. № 4. С. 54–66. DOI: https://doi.org/10.15593/2224-9826/2021.4.04
14. Kullingsjö A. Effects of deep excavations in soft clay on the immediate surroundings. 17-th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, ICSMGE 2009. Alexandria. Egypt. 2009. Vol. 3, pp. 1923–1930. DOI: https://doi.org/ 10.3233/978-1-60750-031-5-1923
15. Степаненко С.В. Исследования смещений стены из буросекущих свай при строительстве котлована // Записки Горного университета. 2012. Т. 199. C. 196–198.
16. Schanz T., Vermeer P.A., Bonnier P.G. The hardening soil model: formulation and verification. In the book: Beyond 2000 in Computational Geotechnics. London: Routledge. 1999, pp. 281–296. DOI: https://doi.org/10.1201/9781315138206-27.
17. Карасев М.А., Потемкин Д.А. Обоснование геомеханической модели среды для прогноза деформаций грунтового массива в окрестности глубокого котлована // Записки Горного института. 2013. Т. 204. С. 263–268.
18. Протосеня А.Г., Карасев М.А. Разработка численной модели прогноза деформаций грунтового массива при строительстве полузаглубленного сооружения в программном комплексе ABAQUS // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2014. № 2. C. 2–6.
19. Устинов Д.В. Влияние выбора модели вмещающего массива на результаты моделирования проходки перегонных тоннелей метрополитена // Геотехника. 2018. Т. 10. № 5–6. C. 34–41.
20. Мирный А.Ю., Тер-Мартиросян А.З. Области применения современных механических моделей грунтов // Геотехника. 2017. № 1. С. 20–26.
21. Голубев А.И., Селецкий А.В. Выбор модели грунта и ее параметров в расчетах геотехнических объектов // НИП-Информатика. 2010. http://www.nipinfor.ru/publications/10063/ (дата обращения 14.09.2022).
22. Gouw T.-L. Common mistakes on the application of Plaxis 2D in analyzing excavation problems // International Journal of Applied Engineering Research. 2014. Vol. 9, pp. 8291–8311.
23. Finno R.J., Blackburn J.T., Roboski J.F. Three-dimensional effects for supported excavations in clay. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2007. Vol. 133, No. 1, pp. 30–36. DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2007)133:1(30)
24. Der-Guey Lin, Siu-Mun Woo. Three-dimensional analysis of deep excavations in Taipei 101 Construction Project // Journal of GeoEngineering. 2007. Vol. 2, No. 1, pp. 29–41.
25. Junbin T., Xiangyi Z., Yang S., Guojian S. Analysis of pit corner effect of special-shaped foundation pit of subway station. IOP Conference Series Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 558, No. 3, pp. 032032. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/558/3/032032
26. Поспехов В.С. Исследование углового эффекта конструкции ограждения котлована // Вестник ПНИПУ. 2014. № 2. С. 238–248.
27. Kim H.L., Zubaidah I., Roslan H., 2016. 3D finite element analysis of a deep excavation considering the effect of anisotropic wall stiffness. Conference: 19th Southeast Asian Geotechnical Conference at Kuala. Lumpur, Malaysia. 2016.
28. Roboski J. F. Three-Dimensional Effects for Supported Excavations in Clay. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2007. Vol. 133, Iss. 1. DOI: 10.1061/(ASCE)1090-0241(2007)133:1(30)
29. Liu Y., Glass G. 2013. Effects of mesh density on finite element analysis. SAE Technical Paper. 2013. pp. 1375–1381. DOI: https://doi.org/10.4271/2013-01-1375
30. Ashford S.A., Sitar N. Effect of element size on the static finite element analysis of steep slopes // International journal for numerical and analytical methods in geomechanics. 2001. Vol. 25, pp. 1361–1376. DOI: https://doi.org/ 0.1002/nag.184
31. Ou C-Y, Chiou D-C, Wu T-S. Three-dimensional finite element analysis of deep excavation // Journal of Geotechnical Engineering. 1996. Vol. 122, Iss. 5, pp. 337–345. DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9410(1996)122:5(337)
32. Тер-Мартиросян З.Г., Ванина Ю.В. Напряженно-деформированное состояние грунтового массива в четверти плоскости под воздействием полосовой нагрузки // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 11. С. 1505–1512. DOI: https://doi.org/10.22227/1997-0935.2020.11.1505-1512
33. Flamant A. Sur la répartition des pressions dans un solide rectangulaire chargé transversalement // Comptes Rendus de l’Académie des Sciences. 1892. Vol. 114, pp. 1465–1468.
34. Шишкин В.Я., Погорелов А.Е., Макеев В.А. Усиление существующей застройки при строительстве здания с котлованом 18–20 м // Жилищное строительство. 2011. № 1. С. 32–38.
35. Isaev O.N., Sharafutdinov R.F. Soil shear strength at the structure interface. Soil mechanics and foundation engineering. 2020, Vol. 57. No. 2, pp. 139–146.
36. Тер-Мартиросян А.З., Сидоров В.В., Алмакаева А.С. Особенности и сложности определения прочности на контакте грунтового и конструкционного материалов // Геотехника. 2019. Т. 11. № 4. С. 30–40. DOI: https://doi.org/10.25296/2221-5514-2019-11-4-30-40
37. Харламова Е.А., Саинов М.П. Влияние на напряженно-деформированное состояние грунтовой плотины прочности контакта плотины со скалой // Вестник МГСУ. 2011. № 5. С. 18–23.