Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 104339 10.20295/1815-588X-2025-3-605-615 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем A Mathematical Model of a Large-Diameter Tunnel Block Lining Математическое моделирование блочной обделки тоннеля большого диаметра Ледяев Александр Петрович Ledyaev Aleksandr Petrovich ledyaev@pgupstm.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Сокорнов Антон Александрович Sokornov Anton Aleksandrovich scarlunch@mail.ru Коньков Александр Николаевич Kon'kov Aleksandr Nikolaevich ankonkov@yandex.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Saint-Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University Saint-Petersburg Russian Federation 19 09 2025 19 09 2025 22 3 605 615 21 05 2025 10 07 2025 https://izvestiapgups.editorum.ru/en/nauka/article/104339/view

Цель: Выполнить оценку напряженно-деформированного состояния обделки двухпутного перегонного тоннеля на участке Невско-Василеостровской линии Петербургского метрополитена. Методы: Математическое моделирование методом конечных элементов, сравнение с результатами натурных геодезических измерений. Результаты: Выполнено моделирование обделки как монолитного кольца эквивалентной жесткости; выполнено моделирование обделки со стыками между блоками двумя способами: с помощью интерфейсов и упругих прокладок в стыках; результаты математического моделирования сопоставлены с результатами натурных геодезических измерений, в результате чего определен наиболее рациональный способ моделирования стыков блочной обделки; выполнена оценка напряженно-деформированного состояния с точки зрения запаса по прочности и по деформациям. Практическая значимость: Результаты исследования могут быть использованы на этапе проектирования конструкций сборных железобетонных обделок для тоннелей большого диаметра, а также на этапе эксплуатационного контроля технического состояния для прогноза изменения напряженно-деформированного состояния обделки.

Purpose: To evaluate the stress-strain state of a double-track interstation tunnel lining on the Nevsko- Vasileostrovskaya line of St. Petersburg Metro. Methods: Mathematical modelling by the finite element method and comparing the results with the field geodetic measurements. Results: A model has been created for a monolithic ring lining with the same rigidity. The lining with joints between the blocks has been modelled in two ways by using interfaces and elastic gaskets in the joints. The results of mathematical model and those of field geodetic measurements have been compared. Thus, the most rational model of the block lining joints has been determined. The stress-strain state has been evaluated in terms of safety and deformation margin. Practical significance: The results of the study can be used at the design stage of precast reinforced concrete lining structures for large-diameter tunnels, and at the stage of maintenance monitoring to predict changes in the lining stress-strain state.

 Тоннель двухпутная обделка тоннелепроходческий механизированный комплекс математическое моделирование метод конечных элементов Tunnel double-track lining tunnel boring machine mathematical modelling finite element method

Константинов В. Д. Выдавливание замкового блока при строительстве транспортных тоннелей большого диаметра / В. Д. Константинов, А. Л. Новиков, А. А. Сокорнов // Известия Петербургского университета путей сообщения. — 2024. — Т. 21. — Вып. 3. — С. 609–621. — DOI: 10.20295/1815-588X-2024-03-609-621. Konstantinov V. D. Vydavlivanie zamkovogo bloka pri stroitel'stve transportnyh tonneley bol'shogo diametra / V. D. Konstantinov, A. L. Novikov, A. A. Sokornov // Izvestiya Peterburgskogo universiteta putey soobscheniya. — 2024. — T. 21. — Vyp. 3. — S. 609–621. — DOI: 10.20295/1815-588X-2024-03-609-621. Ledyaev A. Examination of the stress-strain state of service tunnels at the airport “Domodedovo” / A. Ledyaev, V. Kavkazskiy, E. Davidenko // International scientific siberian transport forum TransSiberia 2021. Lecture Notes in Networks and Systems. — Cham: Springer, 2022. — Vol. 402. — Pp. 28–37. Ledyaev A. Examination of the stress-strain state of service tunnels at the airport “Domodedovo” / A. Ledyaev, V. Kavkazskiy, E. Davidenko // International scientific siberian transport forum TransSiberia 2021. Lecture Notes in Networks and Systems. — Cham: Springer, 2022. — Vol. 402. — Pp. 28–37. Vitali O. P. M. Construction strategies for a NATM tunnel in São Paulo, Brazil, in residual soil / O. P. M. Vitali, T. B. Celestino, A. Bobet // Underground Space. — 2022. — Vol. 7. — Iss. 1. — Pp. 1–18. — DOI: 10.1016/j. undsp.2021.04.002. Vitali O. P. M. Construction strategies for a NATM tunnel in São Paulo, Brazil, in residual soil / O. P. M. Vitali, T. B. Celestino, A. Bobet // Underground Space. — 2022. — Vol. 7. — Iss. 1. — Pp. 1–18. — DOI: 10.1016/j. undsp.2021.04.002. Shaposhnikov E. A. Substantiation of rational design factors of a metropolitan railway station without side railway platforms / E. A. Shaposhnikov, Yu. S. Frolov // Russian Journal of Transport Engineering. — 2023. — Vol. 10. — Iss. 1. — URL: https://t-s.today/PDF/05SATS123.pdf. — DOI: 10.15862/05SATS123. Shaposhnikov E. A. Substantiation of rational design factors of a metropolitan railway station without side railway platforms / E. A. Shaposhnikov, Yu. S. Frolov // Russian Journal of Transport Engineering. — 2023. — Vol. 10. — Iss. 1. — URL: https://t-s.today/PDF/05SATS123.pdf. — DOI: 10.15862/05SATS123. Mohyla M. Numerical simulation of the thermal response of seabed sediments to geothermal cycles in Suvilahti, Finland / M. Mohyla, E. Hrubesova, B. Martin kauppi, A. Mäkiranta et al. // Renewable Energy. — 2024. — Vol. 221. — DOI: 10.1016/j.renene.2023.119770. Mohyla M. Numerical simulation of the thermal response of seabed sediments to geothermal cycles in Suvilahti, Finland / M. Mohyla, E. Hrubesova, B. Martin kauppi, A. Mäkiranta et al. // Renewable Energy. — 2024. — Vol. 221. — DOI: 10.1016/j.renene.2023.119770. Wei G. Mechanical performances of shield tunnel segments under asymmetric unloading induced by pit excavation / G. Wei, F. Feng, C. Hu, J. Zhu et al. // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. — 2023. — Vol. 15. — Iss. 6. — Pp. 1547–1564. — DOI: 10.1016/j. jrmge.2022.08.010. Wei G. Mechanical performances of shield tunnel segments under asymmetric unloading induced by pit excavation / G. Wei, F. Feng, C. Hu, J. Zhu et al. // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. — 2023. — Vol. 15. — Iss. 6. — Pp. 1547–1564. — DOI: 10.1016/j. jrmge.2022.08.010. Коньков А. Н. Анализ результатов математического моделирования тюбинговых тоннельных обделок при использовании приведенных сечений / А. Н. Коньков, А. А. Сокорнов // III Бетанкуровский международный инженерный форум: сборник трудов. В 2 т. — Т. 1. — СПб.: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2021. — С. 207–209. Kon'kov A. N. Analiz rezul'tatov matematicheskogo modelirovaniya tyubingovyh tonnel'nyh obdelok pri ispol'zovanii privedennyh secheniy / A. N. Kon'kov, A. A. Sokornov // III Betankurovskiy mezhdunarodnyy inzhenernyy forum: sbornik trudov. V 2 t. — T. 1. — SPb.: FGBOU VO PGUPS, 2021. — S. 207–209. Konkov A. The Results Analysis of the Tubing Tunnel Facing Mathematical Modeling Using the Reduced Sections / A. Konkov, A. Sokornov, K. Korolev // International Scientific Siberian Transport Forum TransSiberia 2021. Lecture Notes in Networks and Systems. — Cham: Springer, 2022. — Vol. 402. — Pp. 568–576. — DOI: 10.1007/978-3- 030-96380-4_62. Konkov A. The Results Analysis of the Tubing Tunnel Facing Mathematical Modeling Using the Reduced Sections / A. Konkov, A. Sokornov, K. Korolev // International Scientific Siberian Transport Forum TransSiberia 2021. Lecture Notes in Networks and Systems. — Cham: Springer, 2022. — Vol. 402. — Pp. 568–576. — DOI: 10.1007/978-3- 030-96380-4_62. Технические отчеты «Эксплуатационный контроль перегонных тоннелей двухпутного участка Невско- Василеостровской линии Петербургского метрополитена». Этап 1–12 / ФГБОУ ВО ПГУПС, кафедра «Тоннели и метрополитены». — 2018–2021. Tehnicheskie otchety «Ekspluatacionnyy kontrol' peregonnyh tonneley dvuhputnogo uchastka Nevsko- Vasileostrovskoy linii Peterburgskogo metropolitena». Etap 1–12 / FGBOU VO PGUPS, kafedra «Tonneli i metropoliteny». — 2018–2021. Технические отчеты «Эксплуатационный контроль перегонных тоннелей двухпутного участка Невско- Василеостровской линии Петербургского метрополитена». Этап 1–6 / ФГБОУ ВО ПГУПС, кафедра «Тоннели и метрополитены». — 2022–2023. Tehnicheskie otchety «Ekspluatacionnyy kontrol' peregonnyh tonneley dvuhputnogo uchastka Nevsko- Vasileostrovskoy linii Peterburgskogo metropolitena». Etap 1–6 / FGBOU VO PGUPS, kafedra «Tonneli i metropoliteny». — 2022–2023.