1.7. Дополнительные устройства в тоннеле.

В целях безопасности обслуживающего персонала в железнодорожном тоннеле предусматриваются ниши 200x200x100 см, располагающихся в шахматном порядке через 60 м. Для хранения ремонтного оборудования через каждые 300 м по обоим сторонам железнодорожного тоннеля вместо ниш сооружаются камеры длиной 6 м.

Для сбора и удаления воды, просачивающейся через дефектные места обделки, попадающей в тоннель при его мытье или конденсирующейся на обделке из газов, образующихся при сгорании топлива, устраивают водоотводные лотки и трубы .

Вода стекает к перфорированной трубе через чугунные трапы по выравнивающему цементобетонному слою с поперечным уклоном 2%.

1.8. Определение несущей способности обделки

на участке с крепостью грунта f=5.

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.

В основу расчетной схемы положены следующие допущения:

А). Плавное очертание оси обделки заменяются вписанным стержневым многоугольником переменной жесткости.

Б). Распределенные внешние нагрузки заменяются сосредоточенными в узлах многоугольника усилиями.

В). Сплошная грунтовая среда заменяется отдельными упругими опорами, расположенными в вершинах многоугольника, перпендикулярно наружной поверхности обделки.

Г). Силы трения, возникающие в пятах разомкнутой обделки, в расчетной схеме заменяются запретом перемещения узлов пяты по горизонтали.

Определение нормативных и расчетных нагрузок.

Величину горного давления в зависимости от степени трещиноватости массива и коэффициента крепости рекомендуется принимать от массы грунта в объеме свода обрушения в соответствии с гипотезой М.М. Протодьяконова (см. рис. 2);

Рис. 2. Схема нормативных и расчетных нагрузок.

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.

Исходные данные:

Расчет производится для обделки f=5

φ= 72.5 – кажущийся угол внутреннего трения.

=2.5 т/м³

В=6,220 =2,5 h=7,87

h₁=L/2f;

h₁=8,63/(2*5)=0,86 м

Вертикальное горное давление принимаем равномерно распределенными по пролету выработки:

т/м²

Горизонтальное давление:

Вертикальная нагрузка от собственного давления:

Определим расчётные нагрузки посредством умножения нормативных на коэффициенты перегрузки:

Коэффициент упругого отпора в сводчатой части выработки:

;

Проверка прочности обделки.

После определения внутренних усилий (изгибающих моментов и нормальных сил) проверяют прочность бетонных сечений. Для этого вычисляют величину предельной нормальной силы N_П, которую может воспринять данное сечение, и сравнивают её с величиной нормативной силы N, полученной при статическом расчете для этого же сечения. При этом должно соблюдаться условие N_П > N.

Проверку прочности тоннельной обделки проводим для наиболее загруженных сечений 1 и 4 .

Для сечения 1. Проверяем эксцентриситет:

( при несоблюдении этих условий работа сечения обделки приближается к работе изгибаемых элементов )

где y – расстояние от центра тяжести сечения до наиболее сжатого слоя бетона обделки.

У=17,5см

е₀=0,335м = 33,5 см ≤ 0,9*у=0,9*17,5=15,75 см;

Условие не выполняется, в этом случае работа сечения обделки приближается к работе изгибаемых элементов.

В этом случае проверка прочности сечения производится по формуле:

;

где m - коэффициент условия работы (m=0,9);

k - коэффициент, учитывающий вид бетона ( k=1 );

R_р - расчетное сопротивление бетона растяжению ( R_р=10кгс/см² ).

b - ширина сечения ( b=100 см );

h - высота сечения ( см ).

Производим проверку: M=3,026 тс*м ≤ М_п=3,2 тс*м. Проверка выполняется, прочность обделки обеспечена.

Для сечения 4. Проверяем эксцентриситет:

е₀=0,277 м = 27,7 см ≤ 0,9*у =0,9* 22,8=20,52 см;

Условие не выполняется, в этом случае работа сечения обделки приближается к работе изгибаемых элементов.

В этом случае проверка прочности сечения производится по формуле:

;

Производим проверку: M=2,77 тс*м ≤ М_п=5,1 тс*м. Проверка выполняется, прочность обделки обеспечена.

В дальнейшем увеличении толщины обделки нет необходимости, так как при принятых толщинах свода и стен прочность обделки обеспечена.