Проектирование тоннелей, сооружений горным способом

В качестве особых нагрузок и воздействий принимают сейсмические и ударные воздействия, а также различные нагрузки аварийного характера.
Все нагрузки могут действовать одновременно или в разные моменты времени в различных сочетаниях. Поэтому при статических расчетах выявляют наиболее неблагоприятные сочетания, при действии которых в обделке возникают наибольшие внутренние усилия.
В курсовом проекте расчет обделки допускается производить только на основные сочетания нагрузок, состоящих из постоянных нагрузок и воздействий.
Нормативную величину горного давления на тоннельную обделку определяют в соответствии с указаниями (1, 3( в зависимости от глубины заложения тоннелей и инженерно-геологических условий.
При глубоком заложении тоннелей в устойчивых породах нормативное горное давление определяют в соответствии с гипотезой проф. М.М. Протодъяконова, по которой вертикальное горное давление на обделку создается весом породы, заключенной в пространстве, ограниченном сверху контуром свода давления, а по бокам - плоскостями обрушения (рис. 3).Условие применимости гипотезы проф. М.М. Протодъяконова: H ( h1 или H1 ( 2h1 .








Рис. 3. Определение горного давления при сводообразовании

Величину пролета и свода давления (обрушения) определяют по формулам

гдеL - пролет свода давления, м;
В - пролет выработки, м;
h - высота выработки, м;
( - угол внутреннего трения породы, град;
h1 -высота свода давления, м;
f - коэффициент крепости породы;
H - расстояние от вершины свода давления до земной поверхности или до контакта со слабыми породами, м;
H1 - расстояние от шелыги свода выработки до земной поверхности или до контакта со слабыми породами, м.
Для практических расчетов вертикальное горное давление принимают равномерно распределенным по пролету, а горизонтальное горное давление - по высоте выработки и определяют по формулам

где qн - нормативное вертикальное горное давление, кН/м2;
( - удельный вес породы, кН/м3;
pн - нормативное горное давление, кН/м2.
При этом следует иметь в виду, что для крепких скальных пород с коэффициентом крепости f ( 3 горизонтальное давление незначительно и в расчетах его можно не учитывать.
При заложении тоннелей в скальных трещиноватых породах величину горного давления, в зависимости от степени трещиноватости массива и коэффициента крепости породы, рекомендуется принимать от веса породы в объеме отдельных вывалов из свода (кровли) и стен выработки по формулам, приведенным в табл. 5


Среднее расстояние между Нормативное горное давление, кН/м2 трещинами массива вТ , м вертикальное
qн горизонтальное
pн 0,4В ( вТ ( 0,08В 0,6( (В 0,19( (h 0,08В ( вТ ( 0,17В 0,35( (В 0 вТ ( 0,17В 0 0
В тех случаях, когда гипотеза М.М. Протодъяконова неприменима (слабые неустойчивые или плывунные породы, глубина заложения тоннеля меньше удвоенной высоты свода давления), а условия образования отдельных вывалов не соблюдаются, горное давление принимают от веса всей толщи породы (рис. 4) над тоннелем по формулам

где qв - нагрузка на поверхности от веса зданий, сооружений, транспорта и т.д.;
(i - удельный вес слоя вышележащей породы;
hi - высота слоя вышележащей породы.
Нагрузку от давления воды определяют по законам гидростатики в зависимости от уровня подземных вод над обделкой тоннеля. Если ниже горизонта воды залегает водонепроницаемая порода (песок, супесь), то нормативную величину горного давления принимают в виде совместного действия гидростатического напора и давления пород во взвешенном состоянии.










Рис. 4. Определение горного давления от веса всей толщи пород над тоннелем

Следует иметь в виду, что гидростатическое давление улучшает статическую работу обделки, вызывая сжимающие усилия и уменьшая изгибающие моменты от горного давления. В связи с возможным уменьшением гидростатического давления во времени возникает опасность переоценки несущей способности рассчитываемой обделки. Поэтому гидростатическое давление следует учитывать только при гарантированном расположении уровня подземных вод выше подошвы тоннеля и при соблюдении условий водонепроницаемости обделки.
Нормативную нагрузку от собственного веса конструкции вычисляют по проектным размерам и удельному весу материалов обделок тоннелей.
Одной из особенностей расчета тоннельных обделок является учет упругого отпора окружающих обделку пород, возникающего в результате деформации обделки под действием вертикальных нагрузок. Упругий отпор учитывают при сооружении тоннелей в породах, способных оказывать сопротивление деформациям конструкции. При этом упругий отпор определяют только на той части контура обделки, которая под действием нагрузок может перемещаться в сторону породы. В слабых, рыхлых и неустойчивых породах (примерно при f ( 1,5), не оказывающих существенного сопротивления деформациям обделки, упругий отпор не учитывают, а в расчет вводят горизонтальное давление породы.
Интенсивность упругого отпора при расчете обделок в курсовых и дипломных проектах определяют по гипотезе местных деформаций. Для упругого отпора по этой гипотезе обычно задаются законом его распределения по поверхности обделки, а величину находят через деформации конструкции.
Коэффициент упругого отпора породы находят по следующим формулам:

где Kо - удельный коэффициент упругого отпора породы, кН/м3;
( - коэффициент трещиноватости, принимают равным: для сильнотрещиноватых пород = 0,8; для среднетрещиноватых пород = 1,0; для слаботрещиноватых пород = 1,2;
K - коэффициент упругого отпора породы по боковой поверхности обделки;
Kп - коэффициент упругого отпора породы по подошве стены;
Аб - площадь боковой поверхности стены, м2;
Ап - площадь подошвы стены, м2.
Все рассмотренные нагрузки являются нормативными. При расчете тоннельных обделок по предельным состояниям надлежит использовать расчетные нагрузки, величины которых получают путем умножения нормативных значений на соответствующие коэффициенты надежности по нагрузке.
























Список использованных источников

1. Волков В.П. и др. Тоннели и метрополитены. М., Транспорт, 1975
2. Компаниец С.А., Поправко А.К., Богородецкий А.А. Проектирование тоннелей. М., Транспорт, 1973
3. Фролов Ю.С., Иванес Т.В. Расчет монолитных обделок подковообразного очертания. Л., ЛИИЖТ, 1979
4. Баклашов И.В., Тимофеев О.В. Конструкция и расчет крепей и обделок. М., Недра 1979
5. Голицынский Д.М., Плдчекаев В.А., Фролов Ю.С. Организация работ по возведению тоннельных обделок из набрызгобетона. Л., Лиижт, 1972.











1






45-0,5(

(

(3

(2

(1

рн

В

рн

qн

h3

h2

h1

h

qв



pн

qн

pн

L

В

h

h1

H1

H

45о- 0,5(

Свод давления



h/3

2

1

qp(

qp(

a

a

(/4

(/4

h

б)

h

h

а)

4/3h

h/3

N

M

hp