Analysis of the Impact of the Construction Technology of a Column-Type Metro Station on the Stress-Strain State of its Structure

ENG: Purpose. The purpose of the scientific research is to analyze the influence of the construction technology of the metro column station on the stress-strain state of its structure. The achievement of this goal is based on the numerical analysis of the metro column station, during which the construction stages of the underground facility are taken into account. Methodology. To calculate the stress-strain state of the column-type station structure at different stages of the station lining construction, the modern LIRA-CAD calculation complex was used. Eight stages of the station construction were considered, for which finite element models were developed. After creating finite element models for the eight stages of the column station construction, a numerical analysis was performed. Findings. The main results of the work demonstrate that the correctly selected construction technology is critically important for ensuring the stability of the station structures and minimizing the risks of deformations in the soil. The study considers the stages modeling of the station construction using the LIRA-CAD software package. Thanks to this, accurate data on the structural performance of the structure at different stages of construction were obtained. The results obtained allow to state that the proposed construction technology provides high reliability and durability of the column station, and also minimizes the negative impact on the rock massif. This is confirmed by low settlement values and uniform stress distribution in the structure. Moreover, the proposed safety measures and recommendations for monitoring the condition of structures can be used to increase the efficiency of the station operation in the future. Originality. The originality lies in the fact that the analysis of the results showed that the greatest stresses occur in the connection zones of the central and side tunnels, which requires special attention to the design and construction of columns and lining of the station. Practical value. The practical value lies in the fact that the developed recommendations for strengthening stressed zones allow to significantly increase the safety of operation.

UKR: Мета. Метою наукового дослідження є аналіз впливу технології спорудження колонної станції метрополітену на напружено-деформований стан її конструкції. Досягнення цієї мети ґрунтується на проведенні чисельного аналізу колонної станції метрополітену, під час якого враховано стадії спорудження підземного об’єкту. Методика. Для розрахунку напружено-деформованого стану конструкції колонної станції на різних стадіях спорудження станційних оправ використовувався сучасний розрахунковий комплекс ЛІРА-САПР. Було розглянуто вісім стадій будівництва станції, для яких розроблялися скінченно-елементні моделі. Після створення скінченно-елементних моделей для восьми стадій будівництва колонної станції був проведений чисельний аналіз. Результати. Основні результати роботи демонструють, що правильно обрана технологія спорудження є критично важливою для забезпечення стійкості конструкцій станції та мінімізації ризиків деформацій у ґрунті. У роботі розглянуто моделювання стадій будівництва станції за допомогою програмного комплексу ЛІРА-САПР. Завдяки цьому було отримано точні дані про НДС конструкції на різних етапах спорудження. Отримані результати дозволяють стверджувати, що запропонована технологія будівництва забезпечує високу надійність і довговічність колонної станції, а також мінімізує негативний вплив на гірський масив. Це підтверджується низькими значеннями просідання та рівномірним розподілом напружень у конструкції. Крім того, запропоновані заходи безпеки та рекомендації щодо моніторингу стану конструкцій можуть бути використані для підвищення ефективності експлуатації станцій у майбутньому. Наукова новизна. Наукова новизна полягає в тому, що аналіз результатів показав, що найбільші напруження виникають у зонах сполучення центрального та бокових тунелів, що вимагає особливої уваги до проєктування та монтажу колон і оправ станції. Практична значимість. Практична значимість полягає в тому, що розроблені рекомендації щодо посилення напружених зон дозволяють суттєво підвищити безпеку експлуатації.