Кп=К0/1.34(1+м)Нпят=137693.63/1.34(1-0.2) *90=1427.17 т/м3 — коэф. удельного отпора в пяте
Г) Площади определяются из расчетной схемы.
Д) Моменты инерции определяются по формуле
I=b*h3/12
Ж) Модуль упругости для бетона использованного в данной конструкции равен E0=2900000т/м3
. 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. 3 Расчетная схема обделки на упругих опорах.
Для проверки прочности сечения конструкции необходимо провести расчет по предельным состояниям. Сущность метода заключается в том, что прочность сечения элементов конструкции устанавливается на основании сопоставления величин, полученных в статическом расчете и предельных усилий, которые способно выдержать, то или иное сечение конструкции. Предельное усилие в сечении зависит от материала элементов, конструкции, геометрических размеров сечения, коэффициент условия работы материала, от эксцентриситета положения нормальной силы.
Расчет проводится по первому предельному состоянию. В данном случае проверяем на прочность. Расчет по второму предельному состоянию производиться в особых условиях. Проверка конструкций проводится в двух сечениях в шелыге свода и в стене обделки, где эксцентриситет максимальный.
Проверка в шелыге свода:
Для проведения расчета необходимо вычислить эксцентриситет.
е=M/N
В данном случае выбираем эксцентриситет по второй таблице «результаты расчета»
Для первого стержня:
е= 0.1484 м
Проводим проверку.
h=0,3 м – толщина обделки.
е=0.1484>0.45*h=0.135 м
Так как эксцентриситет больше чем 0,45*h, то расчет производиться по формуле:
6*M/b*hобд-N/b*hобд<1.75*(m/K*Nc)*Rp
6*0.814/1*0.3-(-5.485)/1*0.3<1.75*(1/1.25*1)100
34.44<140–условие выполняется;
К=1.25, коэффициент надежности, зависящий важности сооружения;
Rp – прочность сечения (выбирается из СНиП 2.05.0-84), в данном случае для класса бетона В25 Rp=10кгс/см2;
m =0.9 – коэффициент условия работ;
М – момент в данном сечении;
B=100 см – ширина сечения;
h – высота сечения;
Nc=1 – коэффициент сочетания нагрузок;
N – нормальная сила в данном сечении.
Второй расчет производиться в том стержне вертикальной стенки. В данном случае это стержень 12–13
e=0.1051;
Проводим проверку.
h=0.45 м – толщина обделки.
e=0.1051<0.45*h=0.2025 m;
Так как эксцентриситет меньше, чем 0.45*h, то расчет производиться по формуле:
Nn=1.75*m(K*Rp*b*h)/((6*e/h)-0.8);
Nn=1.75*0.9*(1*10*45*100)/((6*10.51/45)-0.8) = 118125 кгс
N=10889 кгс<Nп=118125 кгс
Проверка сходится…
Выбор способа производства работ зависит от следующих условий:
Инженерно-геологических условий.
Размеров выработки.
Конструкции временной крепи.
Конструкции и технологии возведения постоянной обделки.
Сооружение тоннелей подковообразного очертания может производиться следующими способами:
в полускальных:
способ полностью раскрытого сечения
способ опёртого свода
способ опорного ядра
способ опёртого свода с опережающей калоттой
На этом участке залегает ангидрид трещиноватый крепостью f=5. Длина участка L3= 560 м .Для этого способа проходки произведена детальная разработка проекта организации работ.
Способ сплошного забоя применяется для проходки тоннелей высотой 10 м с монолитной обделкой, в устойчивых скальных грунтах с коэффициентом крепости не менее 4. Раскрытие выработки производят за один прием, в случае необходимости с временной крепью, которую устанавливают после уборки взорванного грунта с буровой рамы, подтянутой к забою.
После взрывания забой оказывается заваленным грунтом, а кровля выработки у забоя - без поддержки и, следовательно, подвергается остаточным деформациям под действием развивающихся напряжений. Нарастание деформаций происходит тем быстрее, чем меньше крепость грунта и больше степень трещиноватости и размеры выработки. Эти факторы определяют период, в течение которого кровля может быть безопасна оставлена без поддержки. В весьма крепких грунтах выработку часто оставляют без временной крепи до сооружения постоянной обделки.
При проходки тоннелей с коэффициентом крепости не менее 11 временное крепление выработки не производится. В этом случае опережающая выработка есть. Поэтому целесообразно бурить входящую в состав вруба опережающую скважину диаметром 75-100 мм на глубину до 20-50 м
При способе сплошного забоя бурение шпуров производят с использованием самоходного бурового агрегата “ Джумбо” (Япония), уборку грунта машиной типа ПНБ в вагон ВПК – 7, с последующим перегрузкой в вагон ВПК – 10, перемещаемый электровозом. Воздух подают к забою по трубе , которая находится в верху выработки. Бетонирование обделки производят в инвентарной опалубке на расстоянии от забоя, определяемом удобством производства.
Способ сплошного забоя характеризуется простотой и четкой организацией работ, обеспечивающей снижение трудоемкости и высокие скорости проходки. Благодаря значительной площади сечения зажим взрываемого грунта уменьшается и применение глубоких заходок, необходимых для скоростной проходки, не вызывает повышенного расхода ВВ.
Цикл буровзрывных работ представляет собой ряд последовательных операций, производимых для разрушения забоя на некоторую глубину, называемую глубиной заходки. В состав цикла входят основные работы (установка бурового инструмента, бурение, заряжание и взрывание шпуров, проветривание забоя после взрыва, оборка контура и забоя выработки, уборка взорванного грунта и в случае необходимости установка временной крени) и вспомогательные (наращивание путей, кабелей и трубопроводов, водоотлив и операции по разбивке оси и сечений выработки). Вспомогательные работы ведут одновременно с основными, их производство не влияет на продолжительность цикла.
Разработка полускальных и скальных грунтов с коэффициентом крепости, равным или более 2, осуществляется, как правило, буровзрывным способом.
Эффективность проходки тоннелей во многом определяется правильным выбором параметров буровзрывных работ, к которым относятся: взрывчатые вещества (ВВ) и средства взрывания (СВ), количество, глубина и диаметр шпуров, схема их расположения
в забое и конструкции зарядов.
При разработке породы обычным взрывным способом невозможно обеспечить точное оконтуривание выработки, близкое к проектному очертанию.
В зависимости от сечения выработки и свойств горных пород образуются переборы или недоборы породы. Недобор породы по контуру выработки вызывает необходимость дополнительной доработки контура до проектного очертания. Переборы требуют повышенного расхода бетона для заполнения этого лишнего пространства.
На этом участке залегает мергель мягкий с коэффициентом крепости f=1.2. Длина участка L1 = 380 м. Для данного участка выбираем способ опорного ядра, сущность которого сводится к разработке грунта по контуру выработки с опиранием временной крепи на ненарушенный грунт (ядро) в средней части сечения и возведением обделки по частям, начиная со стен.
В разрабатываемом варианте в месте расположения стен обделки проходим штольни на всю длину сооружаемого участка тоннеля, в которых бетонируют нижние части стен. Проходку штолен и бетонирование стен чередуем. После продвижения штольни на всю длину сооружаемого участка тоннеля бетонируем стены в направлении от забоя штольни к выходу из нее.
Сооружение стен требует обычно не менее двух ярусов штолен. Штольни верхнего яруса проходим после набора бетоном стены нижнего яруса 25 % проектной прочности и заполнения грунтом пространства между забетонированной нижней частью стены и штольневой крепью для предотвращения подвижек грунта в ядре. Затем бетонируем верхнюю часть стены. Следующим этапом работ является проходка верхней штольни, на базе которой раскрываем каллоту кольцами длиной не более 4 м (в неблагоприятных геологических условиях до 2 м) с интервалами между ними в 2-3 кольца. Бетонирование свода выполняем с опиранием его на готовые стены. Ядро вынимаем механизированным способом под прикрытием свода после раскружаливания его на всем протяжение участка работ. Также можно пройти по оси тоннеля нижнюю транспортную штольню, используемую для разбивочных работ, остатки грунта и устройства подходов к боковым штольням.
При способе опорного ядра, как правило, устраивают обратный свод, бетонируемый в поперечных траншеях, ширина которых не должна превышать половины длины кольца обделки. Для предотвращения сдвига стен обделки внутрь выработки устанавливаем распорки из бревен (тиранты), используемые для размещения откаточных путей и деревянного желоба, являющегося продолжением водоотводной канавы. Очередную траншею под обратный свод разрабатываем не раньше, чем будет забетонирован обратный свод на смежном участке.
К достоинствам способа опорного ядра следует отнести его надежность, обеспечивающую безопасность проходки в самых сложных геологических условиях, а также возможность сооружения обделки без подводки ее элементов, начиная со стен, и хорошее осушение массива. В случае необходимости можно в первую очередь сооружать обратный свод в поперечных сбойках между продольными штольнями.
К недостаткам способа опорного ядра относятся его неэкономичность, связанная с разработкой большой части сечения в штольнях, стесненность работ, затрудняющая достижение высокого качества обделки (особенно при большом числе рабочих швов), и низкая скорость сооружения тоннеля.
На этом участке залегает сланцевый кварцит слаботрещиноватый с крепостью f=12. Длина участка L2 = 700 м. В связи с тем, что выработка устойчивая применяется на этом участке способ сплошного забоя без временного крепления, как наиболее эффективный. (Описание этого способа см. ниже).
в скальных породах:
способ сплошного забоя
способ ступенчатого забоя
способ нижнего уступа
способ центральной штольни