Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Определение расчётных нагрузок на конструкции подземных сооружений. Методические указания
.pdf
Конструкцию крепи (обделки) необходимо рассчитывать с учетом
возможных неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий, которые могут действовать в период строительства или эксплуатации
подземного сооружения. При этом следует рассматривать установившуюся, переходную и аварийную расчётные ситуации.
При установившейся ситуации суммарная расчётная нагрузка
состоит из постоянных нагрузок и воздействий (вертикальное и горизонтальное горное давление, внешнее гидростатическое давление, собственный вес обделки, воздействия предварительного напряжения), длительно действующих нагрузок и воздействий (от колебаний температуры, усадки и ползучести бетона, морозного пучения грунта, внутреннего давления воды в напорных гидротехнических тоннелях и др.), кратковременных нагрузок и воздействий
(от наземного и внутритоннельного транспорта, давления пульсации потока воды и т.д.).
При переходной расчётной ситуации суммарная нагрузка состоит
из воздействий, возникающих во время строительства подземного
сооружения (давление от щитовых домкратов, нагнетания раствора
за обделку, веса проходческого оборудования и материалов и др.).
При строительстве протяженных тоннелей способом микротоннелирования нагрузка от домкратов при продавливании может являться
максимальной и определять размеры и прочность материала обделки.
При аварийной расчётной ситуации сочетания нагрузок состоят из
постоянных нагрузок и воздействий, наиболее вероятных временных
и одной из особых (сейсмической, взрывной, аварийной и т.д.).
В различных нормативных документах отнесение какой-либо нагрузки к категории постоянных, временных длительных, кратковременных или особых трактуется по-разному. Поэтому необходимо
при выполнении курсового проекта конкретизировать действующие
нагрузки в соответствии с требуемыми нормативными документами.
Перед определением нормативных и расчётных нагрузок на конструкцию подземного сооружения, прежде всего, требуется проанализировать исходные данные для проектирования и установить, какие именно нагрузки и воздействия будут действовать на данную
крепь или обделку в конкретных условиях проектирования.
Для подземных сооружений, строящихся закрытым способом, в
большинстве случаев основной нагрузкой будет нагрузка от горного
давления. Поэтому первоначально необходимо определить характер
проявления горного давления – от чего именно будет возникать на-
11
грузка на крепь: от веса отдельных вывалов породы из стен и кровли
P
выработки; от веса всей вышележащей толщи горных пород над подземным сооружением; от веса пород, заключенных в своде естественного равновесия, образующегося над выработкой, или от смещений породного контура подземного сооружения совместно с крепью.
Правильно выбранный характер проявления горного давления и
учет всех нагрузок, действующих на крепь или обделку, определяют
весь дальнейший ход курсового проектирования.
При определении расчётных нагрузок на обделки нормативные
нагрузки необходимо умножать на соответствующие коэффициенты
надежности по нагрузкам и на коэффициент, учитывающий уровень
ответственности подземного сооружения γ
ного уровня ответственности γ
ня ответственности γ
= 1,0 и для третьего пониженного уровня от-
n
= 1,1, для второго нормального уров-
n
. Для первого повышен-
n
ветственности (подземные сооружения с небольшим сроком службы
и временные) γ
= 0,8. Уровни ответственности устанавливаются Фе-
n
деральным законом РФ № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» в зависимости от назначения объекта капитального строительства и его отнесения к категории особо
опасных, технически сложных и уникальных объектов в соответствии со статьей 48.1 Градостроительного кодекса РФ.
В общем случае для всех подземных сооружений, за исключением
горных выработок горнодобывающих предприятий, расчётная нагрузка на обделку определяется по формуле
m
PP
=γ γ
∑
nfii
i
н
, (2.1)
1
=
где γ
– коэффициент надежности по ответственности;
n
m – число одновременно действующих нагрузок при данной расчётной ситуации;
γ
– коэффициент надежности по i-й нагрузке;
fi
н
– i-я нормативная нагрузка на обделку (от горного давления,
i
собственного веса, транспорта на поверхности, морозного пучения и т.д.).
В различных строительных нормах приняты разные буквенные
обозначения одних и тех же терминов. В настоящей работе они по
возможности унифицированы.
12
2.2. Определение устойчивости и нагрузок
P
P
на крепь вертикальных горных выработок
Выбор типа крепи вертикального шахтного ствола и расчёт её параметров следует производить дифференцированно для устья, протяженной части, участков сопряжений в зависимости от инженерногеологических, гидрогеологических условий, вредных воздействий, а
также с учетом схем организации и методов производства работ.
Крепь устьев стволов и шурфов следует проектировать из монолитного бетона или железобетона, металлических или железобетонных тюбингов. Конструкции крепи устьев в зависимости от действующих нагрузок, размеров проемов для каналов и диаметров вертикальных выработок следует предусматривать одно-, двух- и трехступенчатыми, венцовыми или ступенчато-венцовыми.
Расчёт крепи устьев стволов и шурфов следует производить на
действие вертикального и горизонтального давлений (нагрузок).
Вертикальные нагрузки следует определять как сумму давлений
от собственного веса крепи, веса оборудования и сооружений, опирающихся на крепь; горизонтальные – от давления пород массива,
пригрузки от поверхностных фундаментов и опор и гидростатического давления в водоносных горизонтах.
р
,
Расчётную вертикальную нагрузку
крепь устья ствола, следует определять по формуле
1
i
р
=γ ⋅γ +
ввy
>
PQ
∑
fn i
1
i
=
кН (тс), действующую на
в
, (2.2)
где γ
– коэффициент надежности по нагрузке, γf = 1,1;
f
γ
– коэффициент надежности по ответственности, γn = 1,2;
n
i
1
>
– сумма вертикальных нагрузок, передаваемых опорами
P
∑
i
в
i
1
=
горнотехнических сооружений, расположенных на поверхности
вблизи ствола, на крепь устья ствола, кН (тс);
– собственный вес крепи, кН (тс).
Q
у
Расчётное горизонтальное (радиальное) давление пород Р
2
), на крепь устья ствола в малосвязных и глинистых породах
(тс/м
, МПа
п
наносов следует определять по формуле
13
1
γ
γ
⎧
⎪
Pr P
=γ ⋅γ ⋅γ γ⋅ ⋅ ⋅ − +
п10 ф
fnd
⎪⎪
⎨⎬
⎪⎪
⎪⎪
⎩
⎛⎞
°−
tg 45
⎜⎟
⎝⎠
ψ−
⎡⎤
ϕ
2
1
⎛⎞
⎢⎥
⎜⎟
⎢⎥
⎜⎟
1,
⎢⎥
⎜⎟
rH
⎢⎥
0
⎜⎟
⎝⎠
⎢⎥
⎣⎦
r
0
+⋅ °−
⎛⎞
tg 45
⎜⎟
⎝⎠
ψ−
⎫
⎪
ϕ
2
⎭
(2.3)
где γ
– коэффициент надёжности по нагрузке, γf = 1,2;
f
γ
– коэффициент надёжности по ответственности, принимается
n
γ
= 1,2;
n
– коэффициент, принимается равным 1,7 при расстоянии от
γ
d1
проемов в крепи более 20 м и 2,9 – при расстоянии менее 20 м;
r
– радиус ствола в свету, м;
0
ϕ – угол внутреннего трения наносов, град;
ψ – безразмерный коэффициент, определяемый из выражения
2tg 45
ψ= ⋅ ϕ⋅ °−
⎛⎞
⎜⎟
⎝⎠
ϕ
; (2.4)
2
H – глубина рассматриваемого участка от поверхности, м;
Р
– наибольшая суммарная дополнительная нагрузка от зданий
ф
и сооружений, расположенных на поверхности вблизи ствола,
2
МПа (тс/м
γ – объёмный вес породы (грунта), МН/м
выражения
g – ускорение силы тяжести, м/с
СИ); при размерности ρ
);
=ρ ⋅ ρ
3
(тс/м3), определяемый из
;mg
– средняя плотность пород (грунта), т/м3;
m
в т/м3 и γ в МН/м
m
2
(вводится только для единиц
3
1000 .mg
=ρ ⋅
()
1
−
В обводнённых породах расчёт ведётся по взвешенному весу гор-
ных пород γ′ и дополнительно учитывается давление подземных вод.
Наибольшая суммарная дополнительная нагрузка P
определяется
ф
графически как максимальная при суммировании эпюр пригрузок от
каждого из зданий (сооружений), расположенных на поверхности с
одной стороны от ствола на расстоянии от его контура не более 5r
(r
– радиус ствола в свету, м).
0
14
0
Пригрузки от зданий (сооружений), отстоящих от контура ствола
)
на расстоянии более 5r
, не учитываются ввиду их малой значимости.
0
Эпюра пригрузки от каждого здания (сооружения), расположенного ближе к стволу, строится исходя из наибольшего значения этой
пригрузки Р
P
где Q
– вес здания (сооружения), Н (тс);
i
– радиус ствола в свету, м;
r
0
– расстояние от контура сечения ствола до наиболее удаленной
l
i
, МПа (тс/м2), определяемой по формуле
фi
⎡⎤
⎢⎥
2( )
=⋅ ⋅°−
i
ф
+
Qr l r
ii
00
⋅
(2 ) 2
lb r
ii
⎢⎥
⎢⎥
0
+⋅ °−
rH
0
⎢⎥
⎣⎦
⎛⎞
tg 45
⎜⎟
⎝⎠
ψ
⎛⎞
2
tg 45 ,
ϕ
⎜⎟
⎝⎠
ϕ
(2.5)
2
точки по длине здания (сооружения), м;
b
– тангенциальный размер (по ширине) здания (сооружения), м;
1
Н – глубина рассматриваемого участка ствола от поверхности, м;
ψ – безразмерный коэффициент, определяемый из выражения (2.4);
ϕ – угол внутреннего трения пород, град.
Максимальная суммарная пригрузка от группы зданий (сооружений) определяется по формуле
22 2
PР Р P= ⋅ θ+ ⋅ θ−θ + + ⋅ θ−θ
фмакс ф1 ф2 2 ф
cos cos ... cos ( )
(
nn
, (2.6)
где Р
– пригрузка от здания (сооружения), МПа (тс/м2), опреде-
ф1,2...n
ляемая по формуле (2.5);
θ – угол (рис. 2.1), заключенный между радиусом, проходящим
через центр тяжести здания (сооружения) №1, и линией приложения максимальной суммарной нагрузки, град, определяемый
по формуле
n
sin 2
P
⋅θ
∑
ii
ф
i
2
здесь θ
0,5arctg
θ=
– угол, заключенный между радиусами, проходящими через
i
=
+⋅θ
PP
∑
iii
фф
cos 2
, (2.7)
центры тяжести зданий (сооружений) №1 и №i, град.
15
Начало отсчета угла θi помещается по радиусу, проходящему через центр тяжести здания (сооружения) №1, условно принятого расположенным внизу генплана с последующей нумерацией зданий (сооружений) по вертикали.
Рис. 2.1. Схема к расчёту пригрузок от зданий (сооружений),
расположенных на поверхности вблизи ствола
Выбор типа крепи для протяженной части ствола, а также
участков сопряжения и расчёт её параметров следует производить
на основании определения категорий устойчивости пород вертикальных выработок согласно табл. 2.1.
Таблица 2.1
Категория
устойчивости пород
I Устойчивое До 3
II Среднеустойчивое От 3 до 6
III Неустойчивое От 6 до 10
IV Очень неустойчивое Более 10
Примечание. При расчётном сопротивлении пород сжатию Rc≤ 2МПа породы от-
носятся к IV категории устойчивости.
16
Оценка состояния
устойчивости пород
Критерий устойчивости пород
вертикальной выработки С
Критерий устойчивости пород вертикальной выработки С следует
γ
определять по формуле
kk kkH
⋅⋅⋅⋅
C
=
26,3 (5, 25 0, 0056 )
где k
– коэффициент, учитывающий взвешивающее действие воды:
г
гсбц p
kR kR
+⋅ + ⋅⋅
αα
cc
для участков вне водоносных горизонтов k
носного горизонта k
определяется по формуле
г
t
(2.8)
,
= 1, для пород водо-
г
()()
hP h
⋅− +γ−γ⋅ ⋅
1в п в 2
k
=
г
γ⋅
H
здесь γ – объёмный вес горных пород, МН/м
h
– высота толщи пород от почвы водоупора до земной поверх-
1
1
1
+ε
,
(2.9)
3
;
ности, м;
h
– высота толщи пород от рассматриваемого сечения в водо-
2
носном горизонте до почвы водоупора (до кровли водоносного
горизонта), м;
Р
– давление подземных вод с учётом водопонижения, МПа (тс/м2);
в
γ
, γв – соответственно удельный вес частиц пород водоносного
п
горизонта и удельный вес воды, МН/м
3
(тс/м3);
ε – коэффициент пористости пород водоносного горизонта, принимаемый как отношение объёма пор к объёму скелета и определяемый по данным гидрогеологических изысканий;
Н – высота толщи пород от рассматриваемого сечения до земной
поверхности, м;
k
– коэффициент воздействия на ствол других выработок: для про-
сб
тяженных участков ствола k
k
– коэффициент воздействия на ствол очистных работ: для уча-
ц
стков, не испытывающих воздействий, k
очистных работ k
принимается по данным специализированных
ц
= 1; для сопряжений kсб = 1,5;
сб
= 1; при воздействии
ц
организаций;
k
– коэффициент влияния времени эксплуатации проектируемой
t
выра6отки: для шахтных стволов k
k
= 0,9;
t
Н
– расчётная глубина, определяющаяся глубиной залегания по-
р
= 1; для остальных выработок
t
род и их напряжённым состоянием, м;
17
kα – коэффициент влияния угла залегания пород α, град: для го-
ризонтально залегающих пород k
следует принимать из выражения
R
– расчётное сопротивление пород сжатию.
с
= 1, в остальных случаях kα
α
k
=
α
1
10,5sin
+⋅α
;
Расчётное сопротивление пород сжатию определяется по формуле
R
= R·Kc, где R – прочность образца горной породы на одноосное сжа-
c
тие, МПа; K
– коэффициент структурного ослабления массива горных
c
пород, определяемый в зависимости от расстояния между трещинами
(поверхностями ослабления) в породном массиве (табл. 2.2). При размерности R
поверхностями ослабления, м
в кгс/см2 в формулу вместо Rс следует подставлять 0,1 Rс.
с
Среднее расстояние между
Более 1,5 0,9
1,5–1,0 0,8
1,0–0,5 0,6
0,5–0,1 0,4
Менее 0,1 0,2
K
с
Таблица 2.2
Расчёт давления горных пород на крепь протяжённых участ-
ков вертикальных шахтных стволов Р
, МПа (тс/м2), при отсутст-
п
вии влияния горизонтальных деформаций от воздействия очистных
работ следует производить по формуле
PnРr=γ ⋅γ ⋅γ ⋅ ⋅ + − (2.10)
пн0
fnb
н
10,1( 3),
[]
где r
– радиус выработки в свету, м;
0
γ
– коэффициент надёжности по нагрузке, γf = 1,1;
f
γ
– коэффициент надёжности по ответственности, γn = 1,2;
n
γ
– коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 2.3;
b
Таблица 2.3
Тип крепи Коэффициент условий работы γ
Набрызг-бетонная 0,50
Сборная 0,75
Монолитная 0,80
b
nн – коэффициент приведения к расчётному (максимальному)
давлению при неравномерной эпюре нагрузок, принимаемый
по табл. 2.4;
18
Таблица 2.4
)
⎣
)
⎣
P
Р
Угол залегания
пород α, град
До 10 2,00 1,75
От 10 до 35 2,50 2,00
Более 35 2,75 2,25
при последовательной
и параллельной схемах проходки
Коэффициент nн
при совмещенной
схеме проходки
Pн – нормативное давление на крепь, МПа (тс/м2), определяемое
для пород I, II и III категории устойчивости по формулам:
при
при
н
60,0121,CP C≤=⎡−+Δ⎤
н
60,0137,CP C>=⎡−+Δ⎤
(
(
(2.11)
⎦
(2.12)
⎦
здесь C – критерий устойчивости пород вертикальных выработок;
Δ – параметр, учитывающий технологию проходческих работ,
принимаемый равным: при последовательной и параллельной
технологических схемах Δ = 0; при совмещенной технологической схеме проходки с передвижной опалубкой Δ = 2 при С ≤ 6 и
Δ = 3 при 10 ≥ С > 6.
Нормативное давление на крепь Р
н
для пород IV категории устойчи-
вости определяется по методикам специализированных организаций.
Расчёт горизонтального давления горных пород P
на крепь
п
вертикального ствола в районе сопряжения на протяжении 20 м
вверх и 20 м вниз от сопряжения следует производить по формуле
(2.10), принимая в ней вместо величин n
и Рн величины nнс и
н
н
с
рассчитываемые по формулам:
нс н
нн
с
(20 ) ;nn zx=+ −⋅
(1, 5 0, 25 ),P
(2.13)
z=−⋅
(2.14)
,
где z – расстояния от узла сопряжения до рассматриваемого сечения
в районе 20 м;
х – коэффициент перехода от протяженного участка к району сопряжения, принимаемый по табл. 2.5.
19
Таблица 2.5
R
Угол залегания пород
α, град
До 10 0,050 0,037
Более 10 0,025 0,025
при последовательной
и параллельной схемах проходки
Коэффициент х
при совмещенной
схеме проходки
Давление подземных вод Рг, МПа (тс/м2), на крепь выработки в
коренных породах без их тампонажа следует определять по формуле
P
г
кр
⋅
k
lg
ф
+
1
п
⋅
k
ф
lg
,
(2.15)
t
()
r
1
r
1
r
0
γ⋅ ⋅γ
H
eв
f
=
а при наличии тампонажа пород по формуле
H
γ⋅ ⋅γ
eв
P
=
г
кр т
kk
фф
11
+⋅ +
kk
f
r
⎛⎞
т
lg lg
⋅⋅
пп
фф
⎜⎟
rr
1т
⎜⎟
rr
⎜⎟
1т
lg lg
⎜⎟
rr
01
⎝⎠
()
Rt
(2.16)
,
– коэффициент надёжности по нагрузке, принимается γf = 1,1;
где γ
f
Н
– естественный или сниженный общим водопонижением на-
е
пор в данном водоносном горизонте, определяемый по результатам гидрогеологических исследований, м;
γ
– удельный вес воды, МН/м3 (тс/м3);
в
кр
k – коэффициент фильтрации крепи (для бетонной крепи
ф
кр
0,00158k = м/сут);
ф
т
п
k
k
,
– соответственно коэффициенты фильтрации породы
ф
ф
и затампонированной зоны, определяемые по данным гидрогеологических исследований, м/сут;
r
, r0, rт – соответственно внешний, внутренний радиус крепи и ра-
1
диус затампонированной зоны, м; при неизвестном r
в расчёте сле-
1
дует принимать для первого приближения толщину бетонной крепи
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]