Прогнозирование колебаний грунта, вызванных движением поездов метро вблизи высотных зданий

Нормальное функционирование больших городов неразрывно связано с развитием метро, поскольку экономически целесообразных альтернатив этому виду транспорта пока не существует. Однако метрополитен, как и всякий рельсовый транспорт, является источником повышенного уровня вибрации и шума. Новые линии метро часто строятся в сложившейся городской застройке, что вызывает рост вибрации в прилегающих к трассам или расположенных над ними зданиях. Об актуальности этой проблемы можно судить и по тому факту, что с начала 2000 года Европейским союзом был дан старт проекту CONVURT (CONtrol of Vibrations from Underground Rail Traffic) по разработке методов прогнозирования вибрации от метрополитена и создания соответствующей нормативной базы допустимых уровней вибрации в зависимости от функционального назначения зданий. В 2007 году Постановлением правительства Москвы № 896-ПП была принята концепция снижения уровней шума и вибрации в городе, в которой разработка мероприятий по снижению негативного влияния метрополитена на виброакустическую обстановку обозначена как одно из приоритетных направлений.

Несмотря на большое количество работ по рассматриваемой проблематике, ни один из существующих апробированных методов оценки динамического влияния подземного транспорта не позволяет в полной мере решить практическую задачу определения уровней колебаний поверхности грунта во всех встречающихся случаях. К сожалению, не существует универсального инструмента решения этой задачи, являющейся базовой для определения стратегии развития зон, прилегающих к тоннелям метрополитена.

В частности, большинство разработанных эмпирических моделей системы «тоннель-грунт» не учитывает волновой характер взаимодействия тоннельных конструкций с окружающей грунтовой средой. С другой стороны, хотя аналитические методы решения проблемы прогнозирования колебаний поверхности грунта достовернее описывают физический процесс распространения волн, но круг задач, охватываемых этой группой методов, ограничен простыми расчетными схемами, либо доведение результатов «до числа» становится проблематичным.

В настоящей статье, в русле аналитических работ по прогнозированию вибрационной нагрузки на конструкции высотных зданий, расположенных вблизи линий метрополитена, описывается созданная в ООО «ВИБРОСЕЙСМОЗАЩИТА» – в рамках плоской задачи – эффективная итерационно-аналитическая методика определения колебаний поверхности грунта. Методика успешно используется для определения расчетного уровня вибрации при проектировании виброзащиты зданий и сооружений.

Разработанный комплекс расчетных программ позволяет оперативно и с достаточной степенью достоверности (подтверждаемой результатами экспериментальных обследований) прогнозировать ожидаемые уровни колебаний грунта на площадках застройки, попадающих в зону влияния действующих и проектируемых линий метрополитена.

Для сложных грунтовых условий и контуров сооружений результаты применения аналитической методики рассматриваются в качестве калибровочных, так как позволяют предвидеть особенности волновых процессов при последующем применении численных методов. В результате становится возможным выполнить верификацию сложных конечно-элементных моделей.

Полную версию статьи Вы можете скачать здесь

Текст МИХАИЛ ДАШЕВСКИЙ, д-р техн. наук, технический директор ООО «ВИБРОСЕЙСМОЗАЩИТА»,
ЮРИЙ КОЛОТОВИЧЕВ, ассистент кафедры «Строительная механика» МГСУ