3. Расчет обделки

3.1. Схема нагрузок на обделку

Способ определения горного давления на обделки тоннелей, сооружаемых горным и щитовым способами, зависит от возможности сводообразования в грунте над горной выработкой. Поэтому сначала необходимо вычертить возможный контур обрушения в соответствии с гипотезой сводообразования профессора М.М. Протодьяконова.

Определяем возможность образования несущего свода. Для этого определяем высоту свода обрушения и пролет свода обрушения.

Рисунок 3.1.1 - Схема для определения горного давления по гипотезе профессора М. М. Протодьяконова при сводообразовании.

f_rep – расчетный коэффициент крепости грунта, зависящий от прочности, степени трещиноватости и трещинной пустотности грунта.

B – пролет свода обрушения, м.

Пролет свода обрушения определяется по формуле:

где b и h – ширина и высота тоннельной выработки, b=12,0 м и h=10,2 м

φ – значение кажущегося угла внутреннего трения грунта, φ=74^о

Расчетное значение коэффициента крепости определяется по формуле:

где f – нормативное значение коэффициента крепости, f =6,0;

– коэффициент учета водопритока, расположения трещин и способа проходки;

k – коэффициент учета водопритока, расположения трещин и способа проходки.

Т.к. H=50 м > 2h₁=2∙1,72=3,44 м, - образование несущего свода обрушения возможно и способ определения горного давления зависит от расчетной величины крепости грунта (f˃4).

Проверяем условие

Т. о. горное давление будет от отдельного вывала как равномерно распределенная нагрузка на четверти пролета выработки(0,25b=3 м) в наиболее невыгодном для обделке положении. Горизонтальная нагрузка в этом случае не учитывается.

Нормативная равномерно распределенная нагрузка от горного давления определяется по формуле:

где – удельный вес грунта,

Расчетное значение нагрузок:

– коэффициент надежности по нагрузке (1,8 для вертикальной нагрузке при вывалах).

Строим схему нагрузок. Тоннельное сооружение представляет собой конструкцию, длина которой значительно превышает размеры поперечного сечения, поэтому обычно для расчета выделяют плоскую систему длиной 1 м. Если тоннельная конструкция состоит из сборных элементов, длину выделяемой плоской системы принимают равной размеру типовой секции-кольца или ширине сборного элемента.

Схема нагрузок – это сочетание конструктивной схемы с эпюрой активных и реактивных нагрузок. Конструктивная схема - контур нейтральной оси обделки с нанесёнными конструкциями или технологическими шарнирами и с обозначенными условиями опирания фундамента стен обделок незамкнутого контура. Для составление схемы определяют активные нагрузки на обделку.

Рисунок 3.1.2 – Схема нагрузок обделки подковообразного очертания

Величина угла 2φ₀ назначается в зависимости от коэффициента крепости грунта и жесткости обделки. Для монолитных бетонных обделок подковообразного очертания угол 2φ₀ равен 90° при коэффициенте крепости f = 6,0.