Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Определение расчётных нагрузок на конструкции подземных сооружений. Методические указания
.pdf
При расчёте обделок напорных тоннелей, располагаемых в водопроницаемых грунтах, включение в одно сочетание нагрузок от
внутреннего давления воды и наружного давления подземных вод
допускается только в исключительных случаях, оговоренных в нормах проектирования.
Коэффициенты надежности по нагрузкам γ
– в виде множителей к
f
величинам постоянных нагрузок и воздействий всех сочетаний при
расчёте тоннельных обделок на прочность и устойчивость (первая
группа предельных состояний) следует принимать по прил. 4, а при
расчёте по второй группе предельных состояний – равными единице.
Расчётные нагрузки на обделки городских подземных сооружений
следует определять в соответствии с [14, 15]. Предлагаемая в них
методика определения нагрузок повторяет методику определения
нагрузок на обделки тоннелей метрополитенов.
2.6. Нагрузки от давления щитовых домкратов
при строительстве тоннелей способом
продавливания
Усилие продавливания на прямолинейном участке складывается из
усилий, необходимых для преодоления сопротивления продавливанию: начального сопротивления, трения о грунт, потерь от трения в
элементах механизмов, сопротивления трению от статического давления трубы на грунт, адгезии между трубами и грунтом. Эти сопротивления могут изменяться в зависимости от инженерно-геологических
условий, глубины заложения и методов продавливания.
На основе многочисленных опытных данных выведена и предлагается для расчёта общая формула (для гидравлического и грунтового пригруза забоя):
P = P
+ P1 , (2.39)
0
где P – общее усилие продавливания, кН;
– начальное сопротивление, кН;
P
0
P
– усилие сопротивления трения и сцепления по боковой по-
1
верхности обделки, кН.
P
– давление внутри камеры, кН/м2:
где P
w
= (Pw + Pe)· π· (Da/2)2, (2.40)
0
41
Pw = Pз + 20,
здесь P
– горизонтальное давление грунтового массива в забое,
з
2
, которое можно рассматривать как горизонтальную со-
кН/м
ставляющую горного давления с учетом возможного образования
свода давления при коэффициенте бокового распора λ = 0,5, с
учетом временной нагрузки и взвешивающего действия грунтовых вод;
– режущая сила: для грунтового массива – 150 кН/м2, для гра-
P
e
вия – до 300 кН/м
D
– наружный диаметр трубы, м.
a
P
2
;
= f0· L, (2.41)
1
где L – длина продавливания, м;
f
– сила сопротивления грунта вокруг трубы, кН/м:
0
f
= β· [(π· Da· q + G)μтр + π· Da· С'], (2.42)
0
здесь β – понижающий коэффициент усилия продавливания: ил и
вязкие грунты – β = 0,35; песчаный грунт – β = 0,45; гравий –
β = 0,60; твердый грунт – β = 0,35;
q – удельное сопротивление трению, кН/м
2
(прил. 7);
G – масса на длину трубы, кН/м (прил. 8);
– коэффициент трения трубы с грунтом (табл. 2.16);
μ
тр
С' – адгезия труб с грунтом, кН/м
2
(табл. 2.16).
Таблица 2.16
тр. ср
Сцепление С',
кН/м2
Материал обделки и грунты μ
Бетон по песку, гравию 0,53–0,60 0,55 0
Бетон по супеси 0,40–0,50 0,45 0,19–0,16
Бетон по суглинку 0,36–0,45 0,40 0,15
Бетон по глине 0,30–0,50 0,40 0,22–0,19
Бетон по раствору бентонитовой
глины
Стеклопластик по песку 0,2–0,25 0,22 0
Стеклопластик по глине 0,15 0,15 0,10
Стеклопластик по раствору
бентонитовой глины
42
тр
0,1 0,1 0,05–0,10
0,1 0,1 0,05–0,10
Среднее
значение μ
2.7. Временные нагрузки на конструкции
подземных сооружений
Временные нагрузки на обделки подземных сооружений всех типов принимаются согласно соответствующим сводам правил. В городских условиях наиболее распространенными временными нагрузками являются нагрузки от автомобильного и железнодорожного
транспорта на поверхности и от временного складирования грунта,
материалов и оборудования над тоннелем. Для тоннелей неглубокого
заложения существенную роль играют нагрузки от морозного пучения грунта.
При наличии на поверхности грунта в пределах призмы обрушения нагрузки q, равномерно распределенной по полосе шириной b
параллельно сооружению, давление от нее в грунте следует распределять под углом θ = 45° – φ
ния на глубине Н (рис. 2.12), где φ
трения пород:
н
/2 до пересечения с шелыгой сооруже-
н
– нормативный угол внутреннего
Давление p
(см. рис. 2.12) принимается равномерно распределен-
v
ным на ширине b
H =
=b + 2a.
y
tg
a
;
θ
. (2.43)
tgaH=⋅θ
Интенсивность давления:
– вертикального
qb qb
p
==
v
bba
y
;
(2.44)
+
2
– горизонтального
n
p
= pv · tg2θ. (2.45)
Нагрузки от транспортных средств могут передаваться непосредственно на сооружения или через грунты. Их принимают по СП
35.13330.2011 «Мосты и трубы» от: 1) подвижного состава железных
дорог (нагрузки СК); 2) автотранспортных средств (нагрузка АК);
3) одной четырехосной колесной машины весом 785 кН (80 т – нагрузка НК-80); 4) одной машины на гусеничном ходу весом 588 кН
(60 т – нагрузка НГ-60).
43
a b a
y
F
H
p
v
Рис. 2.12. Расчётная схема к определению нагрузок на обделку
тоннеля от наземного транспорта
Эквивалентную нагрузку СК на уровне низа шпал принимают в
виде сплошной полосы шириной 2,7 м (по длине шпалы) интенсивностью
CК
2, 7
.
q =
1
Нагрузка на уровне шелыги от железнодорожного транспорта
CК 1,5К
n
q
==
v
2, 7 2 2, 7 2
aa
++
(2.46)
,
где класс нагрузки К = 136 кН на 1 м пути.
Нагрузка от автотранспортных средств состоит из двух полос АК,
каждая из которых включает одну двухосную тележку с осевой нагрузкой F = 9,81К, кН, и равномерно распределенную нагрузку на
обе колеи интенсивностью F = 0,98К, кН/м. Для колесной нагрузки,
распределенной на ограниченной длине, интенсивность вертикального давления на глубине Н
n
pab=
v
.
y
Для сооружений на основных магистралях полосовую нагрузку
АК следует принимать класса К-11 (К = 11 т), на внутрихозяйственных дорогах К-8 (К = 8 т).
При движении транспорта параллельно сооружению нормативная
нагрузка от АК на глубине H будет
44
0,98К 19, 62К
n
q
==
v
2,5 2 2,5 2 1,7 2
aaa
+++
()()
,
(2.47)
Нагрузка от одиночной четырехосной машины НК-80 на глубине
H ≥ 1 м определится в соответствии с [15] по выражению, кН/м
186
Нагрузка от гусеничной машины НГ-60 при движении параллель-
но сооружению при H ≥ 1,5 м на основании [15], кН/м
n
pH=
v
n
pH=
v
3
108
3
.
(2.48)
+
2
,
(2.49)
.
+
2
,
В случае когда H < 1 м при нагрузке НК-80 и H < 1,5 м при нагрузке НГ-60, давление следует определять с учетом распределения
давления в грунте под углом к вертикали 26,5°.
При движении транспорта поперек сооружения нормативное вертикальное давление на глубине Н:
– от подвижного состава железных дорог СК
n
pH=
v
103
1, 3 5 tg
+θ
(2.50)
;
– от автомобильной нагрузки АК
n
pH=
v
28
10,8 tg
+θ
;
(2.51)
– от колесной нагрузки НК-80
n
pH=
v
– от гусеничной нагрузки НГ-60
n
pH=
v
44
10,55 tg
+θ
34
10,6 tg
+θ
(2.52)
;
(2.53)
.
45
Коэффициенты надежности по нагрузкам принимаются следующие: для вертикальной СК – γ
для вертикальной НК-80 и НГ-60 – γ
= 1,3; для вертикальной АК – γf =1,2;
f
= 1,0.
f
Воздействие сил морозного пучения грунтов на обделку в зонах
знакопеременных температур учитывать при заложении тоннеля в
увлажненных песках мелких и пылеватых, в глинистых или крупнообломочных грунтах с глинистым заполнителем, в грунтах с показателем консистенции J
> 0 по СП 22.13330.2011 «Основания зданий и
L
сооружений» в зависимости от степени морозной пучинистости при
сезонном промерзании приконтурного слоя грунта за обделкой на
глубину более 0,5 м. Консистенцию глинистых грунтов принимать с
учетом прогноза ее изменения в стадии эксплуатации тоннеля.
Нормативную нагрузку от сил морозного пучения грунтов q
,
п
МПа, возникающих на контакте тоннельной обделки с промерзающим грунтом, определять по формуле
lh
⋅
где q
– равномерно распределенная нагрузка от нормальных сил мо-
0
qq
⎛⎞
=+
п0
1,
⎜⎟
⎝⎠
m
(2.54)
F
4
розного пучения, МПа, определяемая экспериментально и соответствующая нагрузке, которую следует приложить к поверхности пучинистого грунта для полного подавления деформаций пучения данного грунта. При отсутствии экспериментальных данных можно принимать q
= 3–6 кПа;
0
l – периметр обделки по наружной поверхности, м;
h
– расчётная глубина слоя сезонного промерзания грунта за об-
m
делкой тоннеля, м;
F – площадь поперечного сечения выработки, м
2
.
Коэффициент надежности по нагрузке при определении нагрузки
от сил морозного пучения принимать как для нагрузки от горного
давления при сводообразовании.
2.8. Расчёт подземных сооружений на всплытие
Тоннели и каналы, заложенные ниже прогнозируемого уровня
грунтовых вод, следует рассчитывать на возможность всплытия от
расчётных нагрузок по формуле
46
f
f
GAhΣ
γ
ww
(2.55)
≥γ
,
где ΣG – сумма всех постоянных вертикальных расчётных нагрузок с
минимальными коэффициентами надежности по нагрузке, действующих на длину одного метра тоннеля или канала;
А – площадь подошвы тоннеля или канала на длину одного метра;
h
– расстояние от уровня грунтовых вод до подошвы тоннеля
w
или канала (без учета бетонной подготовки);
γ
– удельный вес воды, γw = 1;
w
– коэффициент надежности по нагрузке, принимается γf = 1,2.
γ
f
Объемные подземные сооружения, погружаемые ниже горизонта
грунтовых вод, после устройства днища должны рассчитываться на
всплытие в любых грунтах (за исключением случая, когда под днищем выполняется постоянно действующий дренаж) на расчётные
нагрузки из условия
GF
Σ+
Ah
γ
ww
1
(2.56)
≥γ
,
w
где ΣG – сумма всех постоянных вертикальных расчётных нагрузок с
учетом пригрузки с коэффициентом надежности по нагрузке γ
– сила трения при расчёте на всплытие;
F
1
= 0,9;
f
A – площадь основания колодца;
h
– расстояние от уровня грунтовых вод до основания днища ко-
w
лодца;
γ
– удельный вес воды;
w
– коэффициент надежности против всплытия, γfw = 1,2.
γ
fw
Если условие (2.56) не удовлетворяется, необходимо предусматривать мероприятия, препятствующие всплытию колодца (устройство анкерных конструкций в грунте и др.).
Вопросы для самопроверки
и письменной работы
2.1. Что такое механическая модель взаимодействия системы
крепь–массив?
2.2. Охарактеризуйте основные механические модели взаимодей-
ствия системы крепь–массив.
47
2.3. Чем понятие «нагрузка на крепь» отличается от понятия «гор-
ное давление»?
2.4. Перечислите основные факторы, влияющие на величину на-
грузки на крепь выработок.
2.5. Каким образом механические свойства материала крепи и ее
конструктивные особенности влияют на величину нагрузки на
крепь?
2.6. Что такое расчётная нагрузка? Чем она отличается от нормативной нагрузки?
2.7. Назовите значения коэффициентов надежности по нагрузке
для различных условий. Чем вызвана необходимость учета этих коэффициентов?
2.8. Теоретические основы определения нагрузки на крепь выработок при ее совместном деформировании с породным массивом.
2.9. Каким образом учитывается величина нагрузки на обделки в
зависимости от уровня ответственности подземного сооружения?
2.10. Назовите основные нагрузки переходного периода (монтажные), действующие на обделки подземных сооружений.
48
3. КОНСТРУКЦИИ КРЕПЕЙ И ОБДЕЛОК
ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Типы крепей горных выработок. Обделки железнодорожных, автодорожных,
гидротехнических тоннелей. Обделки тоннелей метрополитенов, коллекторных
тоннелей.
Методические указания
В горнодобывающих отраслях промышленности под термином
«конструкции подземных сооружений» понимаются крепи горных
выработок различного назначения, а в тоннелестроении – обделки
подземных сооружений.
Выбор типа и расчёт параметров крепи протяжённой части ствола,
а также участков сопряжения следует производить в соответствии с
категориями устойчивости пересекаемых пород с учётом давления
подземных вод, влияния очистных и других выработок.
На протяженных участках ствола с жесткой армировкой, а также
для участков сопряжений ствола в породах I, II и III категорий устойчивости при отсутствии воздействия очистных работ, других выработок, напорных вод и водопонижения следует применять:
– в породах I категории устойчивости толщина бетонной крепи
принимается без расчёта по табл. 3.1;
– в породах II и III категорий устойчивости толщину бетонной
крепи следует устанавливать расчётом, но не менее значений, указанных в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Глубина
расположения участка, м
До 500 200 250
Более 500 250 300
Толщина бетонной крепи, мм, при углах залегания пород
до 35° более 35°
При наличии напорных вод выбор типа крепи и её расчёт производится с учётом полного гидростатического давления при водонепроницаемых крепях и остаточного напора при водопроницаемых
крепях.
Если рассчитанная толщина бетонной, железобетонной крепи
стволов превышает 500 мм, то следует применять крепь толщиной
500 мм из бетона соответственно более высокого класса прочности.
49
В стволах с гибкой армировкой, а также в вентиляционных стволах и шурфах, не оборудованных подъемными установками, в восстающих выработках и рудоспусках при отсутствии влияния очистных работ и водопонижения, где притоки воды не более 8 м
3
/ч, в породах I и II категорий устойчивости следует применять набрызгбетонную крепь либо комбинированную крепь из жёстких анкеров,
металлической сетки и набрызг-бетона; при притоках воды более
3
/ч в породах I, II и III категорий устойчивости следует применять
8 м
монолитную бетонную крепь. При этом:
– в породах I категории устойчивости толщина набрызг-бетонной
крепи на протяженных участках ствола принимается без расчёта по
табл. 3.2;
– в породах I категории устойчивости для участков сопряжений
ствола, а также в породах II категории устойчивости на протяженных
участках ствола толщину набрызг-бетонной крепи следует устанавливать расчётом. При этом толщина набрызг-бетонной крепи должна
быть не менее 150 мм на глубинах до 500 м и 200 мм на глубинах
более 500 м.
Таблица 3.2
Глубина
расположения участка, м
До 500 80 120
Более 500 100 150
Толщина набрызг-бетонной крепи, мм,
при углах залегания пород
до 35° более 35°
В комбинированной анкерно-набрызг-бетоной крепи длину анке-
следует принимать равной 2 м; расстояние между анкерами
ров l
а
. При соответствующем обосновании допускается изменять дли-
0,7l
а
ну анкеров и расстояние между ними.
В породах IV категории устойчивости на участках ствола с напорными водами, а также на калийных и подобных им месторождениях следует применять тюбинговую, железобетонную, многослойную крепь, а при достаточной устойчивости пород – монолитную
бетонную крепь. На солевых месторождениях, на больших глубинах
при соответствующем обосновании следует предусматривать податливую внешнюю оболочку из материалов, создающих при податливости достаточно высокий отпор, но меньший, чем отпор жёсткой
крепи, что определяется расчётом.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]