6. Статический расчет обделки.

1. Составление расчетной схемы:

Выбор расчетной схемы статической работы конструкции наиболее важный этап расчета. Расчетную схему обделки тоннеля следует выбирать таким образом, чтобы она с возможно большим приближением отражала действительные условия работы конструкции в зависимости от инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей и материала обделки, а также принятых методов производства работ. Одной из особенностей статической работы тоннельных обделок, определяющей выбор той или иной схемы, является взаимодействие подземной конструкции с окружающим грунтовым массивом. Это взаимодействие тем активнее, чем крепче грунты, в которых сооружается обделка.

Расчет обделок производится методом Метрогипротранса. Для этого предназначена программа РК-6. Она позволяет вести расчет на любые сочетания сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок.

Расчетная схема устанавливается путем замены криволинейного очертания обделки вписанным в многоугольнике, сплошной активной нагрузке – сосредоточенными в узлах многоугольника силами. Упругая среда заменяется упругими опорами, расположенными в вершинах многоугольника, толщиной стержней одинаковой по длине.

6.2. Определение нагрузки и других параметров системы «обделка-грунт».

Для расчета системы на ЭВМ:

Исходные данные:

Основные геометрические размеры: высота H=9,13м, толщина свода меняется от 0,55м в замковом сечении до 0,935м в стене, ширина B=11,4 м.

Марка бетона 300 (класс В25), расчетное сопротивление: на растяжение – 10 кгс/см², на сжатие – 135 кгс/см².

Основные физико-механические характеристики горной породы: коэффициент прочности f=5, кажущийся угол внутреннего трения φ=72,5º, коэффициент упругого отпора к₀=250 кгс/см ², объемная масса грунта γ=2,5 т/м³.

Определение нормативных и расчетных нагрузок.

Величину горного давления в зависимости от степени трещиноватости массива и коэффициента крепости принимаем в соответствии с теорией сводообразования М.М. Протодьяконова.

Расчетная схема показана на рисунке 1.

Рис. 1 Давление грунта.

где В – пролет выработки;

h - высота выработки;

L - пролет свода естественного равновесия ;

h₁ - высота свода;

H - глубина залегания выработки;

q_н - нормативное вертикальное горное давление;

P_н - нормативное горизонтальное горное давление.

Собственный вес обделки определим по формуле:

где G -вес сводчатой части обделки;

F_обд=9,33м² – площадь бетонной обделки.

Определим расчётные нагрузки посредством умножения нормативных на коэффициенты перегрузки:

Коэффициент упругого отпора в сводчатой части выработки:

;

Коэффициент упругого отпора под пятой:

;

к_о =250 – коэффициент удельного отпора.

6.3Расчеты на эвм:

Расчет обделок производится методом Метрогипротранса (программа РК-6). Программа позволяет произвести расчет на любые сочетания сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок.

В программе реализована одна из модификаций методом Метрогипротранса, в которой расчет статически неопределимой системы ведется методом перемещений.

Рис. 2 Схема к расчету конструкции обделки на ЭВМ.