Россия
Россия
Статья посвящена сравнительному анализу и разработке методики учета пространственной схемы деформирования пород призабойной области в плоской расчетной схеме тоннеля с учетом технологических особенностей в конкретных инженерно-геологических условиях. Объект исследования: напряженно-деформированное состояние системы «грунтовый массив — выработка — крепь». Предмет исследования: величина смещений призабойной области, реализующихся до устройства крепи выработки. Цель: на основе сравнительного анализа существующих методик и трехмерного численного моделирования определить долю начальных смещений контура выработки до устройства крепи для тоннелей, сооружаемых горным способом в малопрочных полускальных грунтах, и разработать практические рекомендации по ее учету в упрощенных плоских расчетных схемах. Методы: для достижения цели использован комплекс методов, включающий теоретический анализ существующих эмпирических и аналитических подходов, верифицированный посредством трехмерного конечно-элементного моделирования с учетом полной стадийности строительства и нелинейного поведения грунтов (модели Хука — Брауна и Hardening Soil) на реальном объекте — тоннеле в Сочи с последующим сравнительным количественным анализом результатов и синтезом методики для плоских расчетных схем. Результаты: на основе трехмерного численного моделирования проходки тоннеля установлено, что в условиях малопрочных полускальных грунтов Сочи начальные смещения контура выработки до устройства крепи составляют 40 % от конечных полных смещений, что значительно отличается от оценок, полученных по существующим эмпирическим формулам (22–60 %). Данный результат был верифицирован на реальном объекте и лег в основу практической методики учета пространственного деформирования в плоских расчетных схемах (аналог β-метода), выявив при этом существенные пробелы в нормативных подходах к оценке горного давления. Практическая значимость: полученные результаты позволяют внедрить в проектную практику обоснованную методику (аналог β-метода) для перехода от ресурсоемкого 3D-моделирования к упрощенным 2D-расчетам с учетом реального взаимодействия массива и крепи, напрямую влияя на безопасность, экономичность и надежность проектных решений для тоннелей в сложных инженерно-геологических условиях.
горное давление, автодорожный тоннель, горный способ, пространственная схема деформирования, профиль вертикальных перемещений вдоль оси тоннеля, конвергенция, β-метод
1. Булычев Н. С., Фотиева Н. Н., Стрельцов Е. В. Проектирование и расчет крепи капитальных выработок. М.: Недра, 1986. 288 с.
2. Kersten Lecture: Integration of Geotechnical and Structural Design in Tunnelling / E. C. Hoek [et al.] // Proceedings University of Minnesota 56th Annual Geotechnical Engineering Conference. Minneapolis, 29 February 2008. Pp. 1–53. URL: https://www.d.umn. e d u / ~ c a r r a n z a / K L 0 8 / % 5 B 2 0 0 8 % 5 D _ E H _ e t _ al_%5BKersten-UofM-conference%5D.pdf (дата обращения: 20.04.2026).
3. Vlachopoulos N., Diederichs M. S. Improved Longitudinal Displacement Profiles for Convergence Confinement Analysis of Deep Tunnels // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2009. No. 42. Pp. 131– 146. DOI:https://doi.org/10.1007/s00603-009-0176-4. URL: https:// www.researchgate.net/publication/226038756_ Improved_Longitudinal_Displacement_Profiles_for_ Convergence_Confinement_Analysis_of_Deep_Tunnel (дата обращения: 20.04.2026).
4. Булычев Н. С. Механика подземных сооружений: учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1994. 382 с.
5. Фролов Ю. С., Иванес Т. В. Механика подземных сооружений: учебное пособие. СПб.: ПГУПС, 1997. 102 с.
6. Brinkgreve R. B. J. Ground Response Analysis in PLAXIS 2D. Delft: Plaxis BV, 2015.
7. Hoek E., Brown E. T. Practical Estimates of Rock Mass Strength // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 1997. No. 34. Pp. 1165–1186. URL: https://doi.org/10.1016/S1365- 1609(97)80069-X (дата обращения: 20.04.2026).
8. Кавказский В. Н., Ермонин Е. А., Андреева Л. А. Анализ аварийных ситуаций при сооружении автодорожных тоннелей горным способом в инженерногеологических условиях г. Сочи // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2025. Т. 22, вып. 4. С. 947–957. DOI:https://doi.org/10.20295/1815-588X-2025-4-947-957
9. Стройпроект. Три десятилетия. 1990–2020. URL: https://www.stpr.ru/upload/iblock/020/zcmb98 m54647mljd1j1pbdyk7vnvu2hu/%D0%9A%D0%B D%D0%B8%D0%B3%D0%B0%20%D0%BA%20 30-%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%8E. pdf (дата обращения: 20.04.2026).
10. ФКУ Упрдор «Черноморье». URL: https:// chnm.rosavtodor.gov.ru/department/press-center/ novosti/672181 (дата обращения: 20.04.2026).
11. Lunardi P., Barla G. Full-face Excavation in Difficult Ground // Journal of Geomechanik und Tunnelbau. 2014. Vol. 7, no. 5. Pp. 461–468. DOI: 10.1002/ geot.201400037. URL: https://www.researchgate.net/ publication/266378833_Full_face_excavation_in_ difficult_ground (дата обращения: 20.04.2026).
12. СП 396.1325800.2018. Улицы и дороги населенных пунктов. Правила градостроительного проектирования, утв. приказом Минстроя России от 01.08.2018 № 474/пр (ред. от 26.12.2024).
