Лекция 5. Общие принципы проектирования подземных сооружений.

Методы расчета подземных конструкций имеют ряд принципиальных отличий от тех методов, которые являются традиционными для строительной механики.

Во-первых, нагрузки на наземные сооружения всегда заданы, они не зависят от технологии строительства, в то время, как нагрузки на подземные сооружения не только зависят от технологии горно-строительных работ, но и от их собственных конструктивных особенностей. Примером этому может служить известный факт различия в нагрузках на жесткую и податливую крепь.

Во-вторых, при расчете наземных сооружений исходят, как правило, из условия работы материала конструкций при напряжениях, меньших его предела прочности, а подземные инженерные сооружения и конструкции могут эксплуатироваться в условиях работы материала (горных пород) за пределом прочности.

Так, если окружающий выработку массив пород рассматривать как породную конструкцию, то весьма часто эксплуатация ее осуществляется в условиях частичного разрушения. Более того, иногда это разрушение допускается умышленно из необходимости обеспечения наиболее благоприятных условий напряженно-деформационного состояния массива.

Основная практическая задача механики подземных сооружений – это обеспечение нормальной безопасной эксплуатации горных выработок и подземных сооружений. Поэтому анализ механических процессов в породных массивах имеет своей целью количественные оценки возможных реализации этих процессов, нарушающих безопасность эксплуатации выработок: в виде обрушений породы в выработанное пространство, смещений породного контура и давления на конструкции крепей и обделок. Отсюда вытекают инженерные задачи, которые заключаются в прогнозировании реализации механических процессов и обеспечении условий нормальной эксплуатации выработок при известных количественных оценках этих реализации.

Таким образом, схема решения инженерных задач по обеспечению нормальной эксплуатации горных выработок и подземных сооружений выглядит следующим образом: анализ механических процессов – количественная оценка возможных нежелательных реализации этих процессов – разработка технических мероприятий по обеспечению нормальной эксплуатации выработок. Удобное для инженерного анализа некоторое абстрактное (символическое) представление схемы решения, включающее четкую формулировку конечной цели, исходных данных, предпосылок, условий, ограничений и последовательности операций, представляет так называемую расчетную схему взаимодействия массива горных пород с подземными сооружениями или сокращенно расчетную схему подземного сооружения.

1. Классификация расчетных схем.

Таблица 5.1.

Номер расчетной схемы	Характеристика крепи	Реализация механических процессов в окружающем породном массиве	Режим действия крепи или обделки и окружающего породного массива	Основной расчетный параметр
I	Незакрепленная выработка	Локальное вывалообразование	Заданное вывалообразование	Размеры сводо­образования (вывало­образование)
II	Ограждающая	Локальное вывалообразование	Заданная нагрузка
III	Несущая	Сплошное сводообразование	Заданная нагрузка
IV	Несущая	Сплошное сводообразование	Взаимовлияющая деформация, затем заданная нагрузка
V	Незакрепленная выработка	Деформирование массива без разрывов сплошности (без вывалообразования)	Заданная деформация	Величина смещений породного контура
VI	Ограждающая	Деформирование массива без разрывов сплошности (без вывалообразования)	Заданная деформация
VII	Несущая	Деформирование массива без разрывов сплошности (без сводообразования)	Заданная деформация
VIII	Несущая	Деформирование массива без разрывов сплошности (без сводообразования)	Взаимовлияющая деформация