герб

ГОСТы

флаг

Методические рекомендации Методические рекомендации по расчету временной крепи тоннельных выработок

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

УТВЕРЖДАЮ

Зам. директора инс т итута

Г. Д. ХАСХАЧИХ

1 5 марта 1 984 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАСЧЕТУ
В РЕМЕННОЙ КРЕПИ
ТОННЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

Од о брены Глав тонн ельметро стро ем

Москва 1984

ПРЕДИСЛОВИЕ

Метод и ческ ие рекомендации разработаны в разви тие гл ав СНиП по производс тву и при емк е раб от п ри с троительс тве ( СНиП III-44-77) и проек тирован ию ( СНиП II-44-78) тоннелей, а также « Инс трукции по примен ению анкеро в и н абры зг-бетон а в каче стве временной крепи выработок транс портных тоннелей» ( ВСН 1 26-78); пре дназн аче ны для прое кт ировщ иков и ст роите лей тра нс порт ных тонне лей при вы боре вида времен ной крепи и назн аче нии ее ос новных конст руктив -параме тров.

Методиче с кие рекомендации разработаны кандидатами техн. н аук В.Е. Ме ркиным, Д.И . Колины м, В.Ф . Сарабеевым, Л.Л. С тарчевской, канд . фи з.- мат. наук С.Ю . Хазан овы м, инженерами Л.А. Воробьевым, М .Е. Рыж евск им (ЦНИИС), кандидатами техн. н аук С.Н. Власовым и В.В. Ч ебо таевы м (Главтоннельметро стро й), инж. Р.И . К асап овы м (Бамтон нельстрой) , докторами т ехн. н аук Н. С. Булы чевым и Н .Н. Ф от ие вой (ТПИ), кандид атами т ехн. н аук Д.М. Голицы нским ( ЛИИЖТ ), Б.З. Ам усины м (ВНИМ И), инж. Б.С. К уз не цовым (Норильский ГМК) при участ ии инж. Л.Н. К олиной (ЦНИИС).

Научное р е дактирование выполнено кандидатами техн. н аук В.Е. Ме ркиным, Д.И. К олины м и В.В. Ч еботаев ым .

Пр е дложения и замечания по работе просим нап равл ять по адрес у: 1 29329, Москва , ул. К ольс кая, д. 1 , ЦНИИС, отделение тоннел ей и метрополитенов.

Зав . о тделением тон нел ей и метрополитенов                                        Л.С . Афенд ик ов

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1 .1. Настоящие Методичес кие рекомендации составлены с учетом соот ветств ующи х разделов СНиП II-44-78 «Тоннели железнодорожные и а в тодорожны е» и СНиП III-44-77 «Тон н ели железнодорожные, автодорожны е и гидротехнические», «Инструкции по применению ан керов и набры зг-б етон а в к ачестве временной крепи выработ ок т рансп ортных тон нелей» (ВСН 1 26-78), «Инструкции по учету сейсмических воздействий при п роектировании горных транспортных тоннелей» ( ВСН 193-81 ) и предназначены для использования при составлении технической д окументац ии н а производство р абот по проходке и креплению транспор тны х тонн елей , железнодорожных и автодорожных, а также различных вспомогательн ых выработок (штолен, камер и т.п.). Рассмотрены п рименяемые в практике виды крепи - арочная, анкерная и набры зг-бе тонная , а также их комбинации. Даны методы расчета опережающих защитных экр анов из труб для проходки выработок в зоне неустойчивы х грунтов.

Применение Методических р ек оменда ций должно способствовать обоснованному выбору оптимальной конструкции временной крепи, т.е. конструкции, обеспечивающей безопасное ведение работ и при этом наиболее экономичной для задан ных горно-технических условий проходки.

1.2. В качестве источников для разработки Методических рекомендаций использованы результаты многочисленных экспериментальных исследований и опыт строительства тоннелей железнодорожных линий А бакан-Тайшет (1 962-1 965 гг.), тоннелей БАМа и тоннелей на Кавказе (1 976-1 983 гг.), теоретические разработки по оценке устойчивос ти грунтового массива с неподкрепленной и подкрепленной выработками, а также опыт проектирования крепи в других областях подземного строительства (гидротехнического, г орно-добывающего и т.п.).

1 .3 . Развивая отдельные положения перечисленных выше документов ( см. п. 1.1), настоящие Методические рекомендации определяют степень устойчивости массива с тоннельной выработкой и в зависимости от ее оц енки предлагают соответствующие виды крепи (гл. 2). В М етодических рекомендациях дается также сравнение вариантов крепи и оптимизация параметров паспорта временного крепления (гл. 7).

Для повышен и я общей эффективности строительства (учитывая, что крепь остается на период эксплуатации тоннеля) даются рекомендац ии по учету временного крепления в расчетах обделки (гл. 10).

1 .4. Ори ентиров анн ые на п рим ен ение как в с троительных , так и в проектны х организаци ях настоящие Методические рекомендац ии с одержат дос таточно п рос тые рас четные выражен ия в виде конечных формул и графиков, а также алгоритмы и програм мы д ля проведения н а ЭВМ уточне нных рас четов, в том числе основанн ых на методах мех ани ки сплошной среды.

1 .5. Учитывая, что совершенствование методов рас чета подз емных констру кций предполагает более полны й и строгий уче т действующих факторов, в Методические рекомендации включены методики, позволяющие при наличии опытных данных оценить влияние обводненн ости и рельефа поверхности выраб отки н а работу набры зг-бетонного покрытия (п. 4.8) , степ ени упр очнения массива анкерами (п. 3.4). На личие этих ме тодик приз ван о также способствовать лучш ем у пониманию механизма вз аимодействия горных п ород с набрызг-бетонн ой и анк ерн ой крепью.

1 .6. Параметры крепи, выявл енные расчетным п утем, служат основой для составления пас порта временн ого креплен ия выработки. Пас порт крепл ения должен содержать чертеж выработки в двух проекциях с указан и ем основ ных размеров и ин жен ерно -геологических условий , включая характеристику трещин оватости. На чертеже указывают:

геометриче с кие раз меры отдельных э лементов и конс трукции крепления в целом (например, длину, располож ен ие анк еров и расс тояние между ними, тип анкера и подхвата, размеры зазоров между крепью и оборудованием);

порядок крепления, срок высто й ки раствора до начала очередной заходки ;

схему ко н струкции деталей крепи с указан ием всех ее разм еров и спецификаций;

объемы работ и с ведени я о материалах для п роизводс тва крепления;

о с новные данные для рас чета крепи.

Пас п орт крепления действител ен тольк о в тех ин женерно-геологических условиях, для к оторых он с ос тавл ен. При измен ении усл овий паспорт долж ен быть пересмотрен в ус тановле нном порядке.

1 .7. При определении параметров анк ерной и н абры зг-бетонн ой пос тоянной крепи предост авлена возможн ость учета сейсмическ их воз действий от землетрясений с помощью с пе циальных программ для ЭВМ «УШИ -2» и « FAK - I » (см. п. 4.10, приложение 1).

1 .8 . В Методи ческих рекомендациях исп ользов аны опре делен ия и ус ловные обозначения, общепринятые в нормативной ли тературе по тонн елестр оению и горному делу (приложение 2).

2. ВЫБОР ВИДА ВРЕМЕННОЙ КРЕПИ

2 .1. В ыбират ь вид временно й к репи не об ходимо в зависимости от инже нерн о-геологических и гидрологичес ких ус ловий строительства и способа проходки . Объем и состав инж ене рн о-геологически х изыс каний следует определять в соот ветс твии с «Инс трукци ей по ин женерно- ге ологич еским изыск аниям для проектиров ания и строительства метрополитенов, г орных желез нодорожных и ав тодорож ных тоннелей» ( ВСН 190-78).

2.2. Осн о вным го рно-техническим ф акто ро м, оп реде ляющим выбор кон струкции и технологи и временн ого крепления, следу ет счи тать ус той чив ость горного м асс ива, окружаю щего тоннельн ую выработку (по Н.С. Бу лычеву это - свойс тво горн ых пород сохр анять форму и разме ры обн ажений, об раз уемых п ри проходке выработок, причем воз мо жны три формы потери ус той чивос ти: вы валообразовани е, разруш ен ие в зонах концентраци и н апряж ени й и чрезмерны е смещ ен ия п оверхности выработки вследс твие плас ти чес ких деформаций).

2.3. Степень у сто йчивости пород определяется величиной ком плексн ого показателя S (табл. 1 ).

где  -      к оэф фициент крепост и пород по М .М . П ротодь як онову ( R сж - прочност ь п ороды на сжатие);

KM -     коэ ффи циент степени трещин оватости , прин имается по табл. 2 в зав исимости от величины относительной трещи нов атости пород n , где θ - пролет выработки, BT - среднее расстояние между трещинами.

При этом в зависимости от ве л ичины относительного коэффициента трещиноватости грунты следует относи ть:

при n > 60 ................................. к раздробленным

при 60 ≥ n > 25 ........................ к сильнотрещиноватым

п ри 25 ≥ n > 12 ........................ к трещи нов аты м

при 12 ≥ n > 6 .......................... к слаботре щи нов атым

при n < 6 ................................... к не трещ ин оватым

KN -      к оэффициент , з ависящий от колич ества сис тем трещин и слоистости (см. табл. 2);

KR -      коэ ф фициен т шероховатос ти поверхнос ти трещин (см. табл. 2);

KW -      коэффиц и ен т обводненнос ти вы работки (см. та бл . 2);

KA -      коэффицие н т заполнения трещин (см. табл. 2);

Kα -      коэффициент ори ен тации выработки отн осите льно осн овной сис темы трещин (см. табл. 2);

Kt -       коэф ф ициент , учитыва ющ ий рас кры тие не заполне нных т рещин (см. т абл. 2).

2 .4. Выбор вида вр еменн ой креп и д ля раз личны х услов ий п роходки следует производить в два этап а: н а первом, п редв арительн ом, ориентировочн о вы бирают виды крепи, возможны е при данной степени ус тойчивости горных пород, на второ м - по совокупно сти ин же нерн о-техни ческих факторов уточняю т ном енклатуру конкурирующих конструкций крепи.

2.5. Ориентировоч н ый выбор крепи производят по табл. 3, в которой штриховкой отмечены виды крепи, возмож ные для п рименения в данных усло виях.

Таблица 1

Комплексный показатель у с тойчивос ти S

Категория уст о йчивости грунта

Степень устойчив о сти гр унта

Допустимое время обнажения выработки

≥ 70

I

Вполне устойчив ы й

Не ограничено

5-7 0

II

Устойчивый

До 6 мес.

1 -5

III

Средне й ус тойчивости

1 0-1 5 сут.

0,05- 1

IV

Слабоустойчивый

Не более 1 сут.

≤ 0,05

V

Неустойчи в ый

Н е допуск аетс я

2.6. О п ределение в конкрет ных ус ловиях конкурент ос пос обных видов временной крепи производится п о табл. 4, в которой двойной штриховкой отмечен предпочтительный, одинарной - допустимый виды временной крепи в зависимости от крепости, трещи новатости обво дненности и вы ветриваемости горных пород.

Пример выбора крепи дан в приложении 3.

Выбор оптимального варианта крепления должен решаться на основе технико-экономического сравнения в соответствии с указаниями гл. 7.

Таблица 2

О тн осите льный коэфф ициент трещ иноватости

KM

Количе с тво систем трещин

KN

Более 60

0,5-2,5

0

0,5- 1

60-25

2,5-5

1

2

25 -1 2

5-7,5

1 + с лоис тос ть

3

1 2- 6

7,5 - 9

2

4

Менее 6

9- 1 0

2 + слои ст ос ть

6

3

9

3 + слоистость

1 2

4

15

Ра з дробленная

20

Вид поверх н ости трещин

KR

Обводне н нос ть пород

KW

П рерывис тые

4

Сухие

1

Неровны е волнис тые

3

Влажные

0,8

Р овны е волнистые

2

К а пеж

0,5

З е ркал ьные волнистые

1 ,5

Приток воды струя ми

0,3

Ровные плоские или без контак т а

1

Зеркала с кольж ения

0,5

Р ас крытие незаполненн ых тр ещин , мм

Kt

Наличие з аполнителя тре щин

KA

Ори е нтир овка тр ещ ин относит ельно оси тоннеля , град.

Kα

3

1

При н а ли чии контакта ст енок трещ ин

0,75 - 4

70-90

1

3- 1 5

2

При отсу тст вии конта кта

5-20

20-70

1 ,5

1 5

4

0-20

2

Таб л иц а 3

3. РАСЧЕТ АНКЕРНОЙ КРЕПИ

3. 1 . В общем с луч ае эффект от применен ия анкерной крепи проявляетс я в т ом, что анкеры, заг луб ленные в ненарушенную част ь горного масс ива, с одной стороны, как бы подвешивают г рунт в зоне возможн ого обрушения, предотвращая тем самым отдельные вывалы, а с другой с тороны - «сшивая» отде льные грунтовые блоки и с лои, омоноличи ваю т нарушенную проходкой зону грунтового масс ива, превращая ее в несущую конс трукцию.

Кроме т ого, в процессе сов местного деформирования с мас сивом в анкерах возникают дополнительные ус илия, которые измен яют напряженно-деформированное состоян ие грун та вокруг подкрепленной вы работки, по сравнению с неподкрепленной, повышая тем самым степен ь его устойчивости и снижая с мещение поверхности в ыработки .

3.2. Предварите л ьное назн ачение основных парам ет ров анкерн ой крепи (рис. 1), исходя и з гипотезы подвешивания з оны возмож ного обрушения к н енарушен ны м грунтам и согласно треб ованиям ин струкц ии по временному креплению, сле дует производит ь в следую щ ем порядке:

определение расчетной (рабочей) д л ины анкера l р ;

определение длин ы ч асти ан кера, з аглубленной в не нарушенный грунт (замковой части) l з ;

определение предельного расстоя н ия между анкерами по прочнос ти закрепл ен ия заглубленной части (замка) d ;

вы бор диаметра сте ржня d ст .

Ри с . 1. Основные параметры анкерной крепи:

1 - анкер; 2 - подхват; 3 - граница зоны во з можного обрушения; d - межанкерное расстояние; l к - дли на концевой час ти ан кера; l р - рабочая длина анкера; l з - дл и на замковой части; Н - высот а выработки; L - ширина выработки

3.3. Расчетную длину анкера l р следует назначать не менее ч ем высота зоны возмож ного обрушения L , прин и маемая на основании опыта строительства в ан алогичных ин женерно-геологически х ус ловиях.

При отсутствии опытных да н ных расчетную глубину зоны возмож ного обрушения следует определ ять по фо рмуле

,

где KT -    коэффициент уч е та трещи новатости с кальных грун тов, принимаемый здесь равным:

для слаб о трещи новаты х грунтов .............. 1

для трещиноватых ...................................... 2

для сильнот р ещи новаты х .......................... 2,5

Е сли коэффици ен т крепост и грунта f определен с учетом трещино в атости, то KT = 1.

В неуст о йчивых грунтах типа аргиллитов должно удовлетв орятьс я ус ловие

l р ≥ 0,5 θ ( z - 1),

где z -      относительная величина, принимаемая в зависимости от глубины з алож ения тоннеля H и п редела пр очности грунта на сжатие σ к по номограмме (рис. 2).

Рис. 2. Номограмма для определе н ия величины z в зави с имос ти от глубины заложения тоннеля

3.4. При и с пользов ании крепи из стал еп оли мерны х ан керов (СП А) выбор за крепляющего состав а и расчет кон ст рукц ии ре ком енду етс я вести в с оответств ии с данными табл. 5 .

3.5. Ра с че тное сцепл ение τсц для ц еме нтно- пес чаных растворов без ус кори телей твердения сле дует принимать:

а) при глиноземистом цементе марок 400-500 ........ 45 кг/см2 в воз расте 48 ч и более ;

б) при портландцеме н те марок 400 -500 ................. 45 кгс/см2 в возрасте 72 ч и более.

3.6. Расчетную величину прочно с ти з акреплени я з агл убленной час ти н ео бходим о корректи ров ать натурными и сп ытан иями согласно ме тодике, прив еденной в В СН 12 6-78.

3.7. Предельное расстояние м е жду анкерами α п о прочности закрепления зам ка N следует определять по формуле

,

где γ - плотность горной п ороды, т/м3.

3.8. О риен тир овочно выб ранный диаметр стержня анкера необходимо корректировать по ф ормуле

,

где P = 1 ,5 γα 2 L ,

Rα -   расчетное сопротивлен ие матер иала стержня принимают согласно указани ям главы СНиП по проекти ровани ю бетон ных и железобетонны х конструкций.

3.9. Для нетрещиноватых, слаботрещино в атых и трещиноватых скальн ых грунтов с одной сис темой трещин, где возмож но определенное ом оноличи вани е грунтовых блоков анк ерами, крепь реком ендуетс я рассчитывать по гипотезе образован ия несущей кон струкции из окруж ающих выработку грунтов (рис. 3 ). Представ л яя эту констру кцию в виде породной балки, следует пользоватьс я соотношением, связыв ающим длину анкеров lα и ра с стояние между ними (межанк ерн ое расс тояние) α :

где

 - угол влияния анкера;

q и λ - соответственно интенсивность вертикального давления и коэффи ци ент б окового да влени я, определяемые согласно требованиям СНиП по проектиров анию тоннелей;

lα = l р + l з - длина располож енной в грунте час ти анкера, м;

, тс/м2.

Здесь H -    высота выработки, м ;

σ р -   предел прочности грунта на растя ж ение, кгс/см2, для отдельных типов грунтов, данн ый в табл. 6;

φ -    уг о л внутреннего трения грунта, град.

Р ис . 3. Схема несущей породной конструкции, образуемой вокруг выработки с помощью анкеров:

1 - анкер; 2 - несущая пород н ая конструкция; θ - угол влияния анкера; lα - длина анкера

3. 1 0. При установке анкеров н епосредствен но возле забоя сразу после обнажения выработки в стержнях во зник аю т дополнительные усилия, связанные с взаим овлияющим де фор мировани ем креп и и грун та , для определения ко торых составлена п рограмм а для ЭВМ «Анкер -контакт» (см. приложение 1). При этом учтены взаимное влияние анкер ов, место и время их установки, ползучесть окруж ающего в ыработку грунт а.


Таблица 5

Компо н енты

Содерж а ние, масс овые час ти

Обла с ть эффективного ис пользования

Скр е пляе мый мате риал

Удельное сцепление со с тава, МП а, в возрасте, ч

при 0 °С

при 7 °С

при 20 °С

1

2

3

24

1

2

3

24

1

2

3

24

Олиго эфи ракри лат (МГФ- 9)

1 00

Для гру н тов устой чивых и с лабой усто йчивос ти, нет рещ ин оватых и сла бой трещи новат ости, с ухи х с темп ератур ой от 0 °С и выше и кре постью f ≥ 2 по П ротодъяконову

С м е та ллом

0

1 ,4

2,0

9,7

0,7

2 ,3

3,4

9,9

1 ,2

2,8

3,5

1 0,2

Па с та перекиси бензоил а (ПБ)

0,5÷20

С бетоном

0

0,8

1 ,3

8, 1

0,2

0,8

1 ,7

8,3

0,6

1 ,1

-

9,4

Дим етил анил ин (ДМА )

0,5 ÷ 7

С грунтом ( из вес тн як)

0

0,8

1 ,4

9, 0

0,4

1 ,2

2,3

9,0

0,8

1 ,6

-

-

С ульфат ба рия ( BaSO 4 )

30 ÷8 0

Напо л нител ь (шлак)

1 0÷1 50

Н енасыще ная полиэфи рная смола

1 00

Для грунтов у с тойчивых и сл абой ус тойчивости, слабой и с редней трещ иноватост и, обводне нн ых c температурой от м инус 5 °С и выше и крепостью f ≥ 2 по П ротодъяк онову

С м ет аллом

0

1 ,5

2, 0

1 3,2

0,8

2,3

3,6

1 3,2

1 ,2

3,0

4,3

1 3,3

П аста пе рек иси бенз ои ла

0,5÷20

С бет о ном

0

0,8

1 ,4

1 0,9

0,2

1 ,0

1 ,8

11 ,1

0,6

1 ,3

2,5

11,2

Д иметил анили н

0,5÷7

С грунтом

0

0,9

1 ,8

11 ,2

0,6

1 ,3

2,7

11 ,8

0,8

1 ,8

2,9

1 2,2

С ул ьфат бари я

30÷80

Напо лни тель

1 0÷1 50

ПАВ

1 0÷50

Ф орполиме р с к он цев ыми изоци ака тными группами

1 00

Для грунтов слабой у с тойчив ости, т рещиноватых и сильнот рещи новатых, с ухих и обводненных с тем пера турой от минус 5 ° С и выше с крепостью f ≥ 2 по Протодъяконову

С металлом

-

-

-

7,4

-

-

1 ,3

8,0

-

-

1 ,7

8,0

0,5- 1 0 %-ный й одный р аство р 2,4,6- т риедим етилам инометилфен ола

1 0÷1 5

С б е то ном

-

-

-

8, 0

-

-

1 ,8

8,5

-

-

2,3

8,7

Аэросил

30÷ 1 0

С грунтом

-

-

-

8, 1

-

-

1 ,8

8,4

-

-

2,4

8,8

Ги пс

20÷ 1 50


Таблица 6

п/п

Горны е породы

Предел прочно с ти на растяж ение σ р , кгс/см2

1

Порфирит

200

2

Габбро-диабаз

1 39-1 60

3

Б азальт

90 -1 90

4

Алевролит

80 -1 20

5

Изве с тняк

90

6

Аргиллит

46-7 1

7

Песчаник

44-8 0

8

Сланец

30

3.11. При определении усил ий в анкерах следует учитывать с ледующие факторы , св язанные с использованием крепи этого вида: ес ли ан керы ус тан овл ены на стадии проходки опережающ ей штольни (пилот-тоннеля), то усилие в (1 + Ky ) больше, чем когда анкеры уста н авливаю т при полном раскрытии сечен ия.

,

где R ш и R - приведенные по площа д и поперечного с ечени я радиусы опе режаю щей штольни и выраб отки ;

при коэффициенте боко в ого давления λ < 0,3  для повыше н ия эффективности крепления в боках выраб отки рекомендуется устанавливать предварительно напряженные ан керы; при ус тановке анкеров непосредственно после раскрытия выработки ползучесть окружающего выраб отку грунта приводит к увеличению усилий в стерж нях, при установке же через в ремя, соизмеримое со временем стабилизации ползучести, усилия в предварительно напряж енных ан керах падают, что связ ано с ползучестью грунта под опорным э лементом и в замковой части.

4. РАСЧЕТ КРЕПИ ИЗ НАБРЫЗГ-БЕТОНА

4. 1 . Эффективнос ть использ ования н абрызг-бетона как конструкции объясняется его прочным сцеплением с грунтом, проникновением цементного молока в трещины, снижением концен трации напря жений на контуре поперечного сечения выработки, сопротивлением окружным деф орм ац иям то чек поверхнос ти выраб отки.

П окры тие из н абры зг-бетон а при мен яется для кр еплени я горных вы рабо ток, предо твр ащ ения отдельны х вывалов и предохранения по роды от выв ет рива ни я. При этом мини мальная толщин а покрытия из н абрызг-бетон а h дол жна б ыть не менее 3 см.

4.2. Предвар и тельное назна чен ие толщины покры тия из набры зг-б етон а при отсутст вии д ругих вид ов крепи и в комбинации с анк ерами и арками производится по формулам пп. 4.4 и 4.5, структура которых определена общими законом ерностями рас чета несущих тонкостенных конс тр укций, а коэф фициенты являютс я обобщ ен ием опыта использ овани я на брызг-бетона при с троительств е гор ных тоннелей. Устан овлено, что наиб ольший эф фек т достигаетс я при нанес ении покрытия сраз у посл е обнажения вырабо тки.

4.3. Н орм ат ивны е и расче тные характеристики набры зг-бетона в з ав исим ости от марки бе тона, оп ре деляемой согласно требован иям «Инстр укции по временному креп лен ию » (В СН 1 26-78) и наличи я армирова ния (в в иде сетки с ячейками 1 00×1 00 или 1 50×1 50 мм из проволоки диаметром 6-8 мм) приведены в табл. 7. Следуе т уч итыват ь при этом, что армирован ным може т быть п окрытие толщиной не менее 6 см.

Табли ц а 7

В ид напряженного состоян ия

О бозначения

Армиро в ани е

Составлени е набрыз г-бе тона, кгс/см2

Нормативное

Расчетное

П рое ктная мар ка

300

400

500

300

400

500

Сжатие осевое

R пр

есть

н ет

2 10

280

35 0

1 30

11 5

170

1 50

200

1 80

Сжатие при изгиб е

R и

есть

н ет

260

350

440

160

1 40

2 10

1 90

250

220

Растя жен ие осево е

R р

есть

н ет

25

30

35

12

1 0

14

1 2

16

1 4

Растяжение при из гиб е

R ри

-

-

-

-

2 1

24

2 8

4.4. Предва р ительное определение толщины наб рызг-бетонн ого покры тия работающего самостоятельно как огр ажде ни е, сл еду ет производ ить п о эмпи рической формуле

,

где          q -    ра с четн ая интенсивнос ть верти кального горного давлени я, тс/м2, определяемая согл асн о требовани ям главы СНиП по проектирован ию тоннелей ;

K 1 -    коэффициент, завися щ ий от крепости грунта и ширины пролета, определяемый по табл . 8;

R ри -   ра с чет ное с оп ротивление н абры зг-бетона на рас тяжение при из гибе, кгс/см2 (см. табл. 7);

m = m 1 m 2 - коэффициент услов ий работы, причем:

Таблица 8

Коэффи ц ие нт крепости пород f

Пролет в ы работки, м

4

6

8

1 0

3

0,2

0, 1

-

-

4

0,4

0,3

0,2

-

6

0,9

0,8

0,7

0,6

8

1

0,9

0,8

0,7

4.5. Толщину н абры зг-бетон а как ограждающей крепи в к омбинации с анкерами или арками h , м, с ледует определять по формуле

где при гарантированном расчетном сце п лении покрытия с грунтом коэффициент, зависящий от комбинации видов крепи,

и при возмо ж ном ослаблении контакта, например, в св язи с повышен ной влажностью грунта

θ = n 2 γα , тс/м2

R ри -    расчетн ое сопротивление набрызг-бетона рас тяжению при изги бе, кгс/см2 (см. табл. 8);

K 2 -     к оэффици ен т, зави сящий от расс тоян ия меж ду ан керами (арками) и крепости грунтов (табл. 9).

Та б лиц а 9

К оэфф ициент крепости п оро д f

Ра с стояние между анк ер ами (ар ками), м

0,5

1

1 ,5

2

2

0,3

0,2

0, 1

0, 1

3

0,5

0,4

0,3

0,2

4

1

0,9

0,8

0,6

6

1

1

0,9

0,8

4.6. При п овышенны х требованиях к точн ости расчетов (нап риме р, когда данный тип крепи предполагаетс я ис поль зовать как постоян ную о бде лку), корр ект ировк а разме ров зоны ослабленных пород меж ду анкерами мож ет осущес твляться мето дами теории упругос ти с п омощью п рограммы « Мас сив», с оставленной для ЭВМ (см. приложен ие 1).

4.7. Учитывая, что наи б олее благоприя тным реж имом работы н абры зг-бетон а является такой, пр и котором в покрытии нап ряж ен ия сжати я меньше п редельных, условием надежной раб оты набры зг-б етон а сл едует считать соотношение

,

где V н - максимальная деформ ац ия незакрепленной в ыработки, см, определ я емая по прогр амме «Мас сив» (см. приложени е 1);

R п р - расчетное сопротивлен ие н абрызг-бетона сж атию , кгс/см2 (см. табл. 7);

R - радиу с свода в ыр аб отки, см;

Е н - модуль упругости набрызг-бетона для проект н ых марок 300, 400 и 500 принимается р авн ым с оответственно 2,4 · 105 ; 2 ,7 · 105 и 3,0 · 1 05 кгс/с м2.

Е с ли это усло вие не выполня ется, т.е. деформац ия контура выраб отки вел ика, набры зг-бетон с ледует применять в сочетании с анкерами, уменьшаю щи ми эти деформации.

4.8. Отли чи е реального конт ура выработки от гладкого влияет на напряжен но-деформированное с остояние п окрытия из набрызг-бетона таким образом, что в проце ссе его деформаций в вершинах неровностей мо гут появиться нежелательные растягиваю щие напряжения.

Характеристиками не р овнос тей являютс я их среднее число на контуре K к и с редняя ампл иту да , определя емая как расст ояние реальн ого конт ура от х орды, стяги вающей две соседн ие верши ны впадин (рис. 4). При этом в рас четах сл едует учитывать неровности с амплитудами от 1 0 см, число которых находитс я в пределах от 8 до 20.

При от с утс твии фактических данны х с реднее чис ло неровн ос тей на контуре n с ледует определять расчетным путем как половину отн ошения длины контура к расст оянию ме жду контурн ыми шпурами .

Рис. 4. Опред е ление параметров неровностей кон тура выработ ки при рас чете набры зг-бетонной крепи:

1 - проектное оче р тание в ыработки; 2 - реальный конт ур поперечного сечения

В этом же случа е среднюю амплитуду неровностей не обходимо принимать как допустимую норму перебора.

Ориентировочное расстоя н ие между шпурами α, м, и допус тимую норму перебора, см, определяют в зависимости от крепости и трещиноватости грунта согласно требовани ям главы СНиП по строительству тоннелей (табл. 10 и 11).

Таблица 1 0

Коэффициент к р епости пород

Степен ь трещиноватости по род

нетрещиноватые

слаботрещиноваты е

тре щин оваты е и сильнотр ещи новаты е

4-6

0, 6

0,7

0,8

6-8

0,5

0,6

0,7

8- 1 0

0,4

0,5

0,6

1 0-1 2

0,3

0,4

0,5

Таблица 11

Выработка

Величи н а пер ебора, см

1 ≤ f ≤ 4

4 ≤ f ≤ 1 2

Тоннели

1 0

15

Ш тольни

8

8

При н аличии соотв етст вующ их данных статистики отклонений контура тоннеля от проек тного при пр оходке в аналогичных условиях корректировать толщину покрытия можно из условия отсутс твия рас тягиваю щих напряжений в вер шинах горбов неровностей:

,

где  -   приведенный радиус выработки;

S в -        площадь по перечного сечения вы работки, м2;

λ″ -        коэффициент, характери з ующий соотношение жесткостей набры зг-бетона и породы, оп ределяемый по табл. 12;

αк , K -    соответстве н но характерн ая ам плитуда, см, и чис ло неровностей реального контура выработки.

Таб лиц а 1 2

Грунт

Средний радиус выработки K · 1 0-2, м

3

6

9

1 2

Туфы

2 ,4

4,8

7,2

9,6

Глинистые сланцы

4,8

9,6

14 ,4

1 9,2

Изве с тняки плотные

7,8

14,4

21,6

28, 8

П есчаники

1 0,8

2 1 ,6

32,4

43,2

Граниты, диориты

84

11 8

252

336

Гнейсы

5 1

1 02

1 53

204

В случае не в ыполнения н еравенства необх одим о умен ьши ть межан керное (м еж арочн ое) рас стояние n по предельной толщине н абры зг-бетон а, используя для этого формулу

(обозначения см. в п . 4.5).

4.9. Пр о ектировать нез амкнутое покры тие из набрызг-бетона следует только в сочетании с анкера ми, так как в этом случае анк еры не только уменьшаю т дефо рмацию контура вы работки, что снижает напр я жения в н абры зг-бетон е, но и препятс твует возмож ным смещ ени ям покрытия вдоль контура выраб отки. Толщину набры зг-бетона в этом случае следует п ринимать согласно п. 4.5 настоящих Методичес ких рекомендаций и уменьшать к краям до нуля.

4. 10 . При коррекц ии параметров н абры зг-бетонн ог о покрытия, определен ного формулами п п. 4.4 и 4.5 методами теории упруго с ти, крепь следует расс читывать как тонкое покрытие, повторяющее форм у поверхности выработки и об разующее с окружаю щим мас сивом пород единую деформируемую систему.

Для ра с чета используют решение пл оской контактной задачи теории упругости о равновесии некругового кольца с неровностям и в весомой линейн о-дефо рмируемой однородн ой изотр опной с реде. Дл я этого составлены программы для ЭВМ (см. п рилож ение 1) FOK -4 и FAK - I .

Программа FOK -4 предна з начена для расчета крепи из н абры зг-бетона на дейс твие собствен ного веса и веса грунта, а программа FAK - I - на сейсмические воздействия землетря с ен ия. При этом учитывают нер овности ко нтура п оперечного сечения, ползучес ть горного массива и рас стояния места нанесения покрытия от забоя.

5. РАСЧЕТ АРОЧНОЙ КРЕПИ

5. 1 . Параметры конструкции арочной крепи с ледует определять из условий прочности и устойчивости при действии расчетных нагрузок от давления горных пород (первая группа предельных сос тояни й).

5.2. Величину и характер распределения нагрузок на арку следует принимать по результатам измерений в условиях строящегося тоннеля или в аналогичных условиях. При отсут с твии указанных данных нагрузки определяют в зависимости от возможности образовани я свода об рушения или отдельных вывалов, если исключена воз можн ос ть давления полного столба налегающих пород.

Для скальных гру н тов (коэ ффициент крепости в кус ке f ≥ 4) нормат ивные нагрузки следует принимать в зав исимости от трещин оватости грунтов в соответствии с табл. 13.

Для нескальных и сильнотр ещин оваты х и ра здробленны х скальны х грунтов интенс ивности нормативных вертикальной и горизонтальной равномерно рас пределенных нагрузок (соответственно q н и P н ) следует определять по формулам :

;

;

г де φк = arctg f - каж ущ ийс я угол внутреннего трения в грунте.

Таблица 13

Тр ещи нов атость грунтов

Интен с ивнос ть нагрузки , МПа

Вар и ан ты заг ружения

Слаботрещиноватые

q н = 0,2 8γ θ

P н = 0

Трещиноватые

q н = 0,54 γ θ

P н = 0,136γ

Е с ли п рив еденная высота свода обрушения или в озможного вывала  превышает половину расстояния от шелыги свода до поверхности или до слоя слабых неуст ойчивых грун тов, то интен сивность нормативных вертикальной и горизонтальн ой равномер но распределенных нагрузок следует определять по формулам:

;

где γ i -   объемн ы й вес грунта i -го напластования;

Hi -   толщина i -го напластования;

n -     число напластован ий ;

φк -   кажущийся угол внутреннего трения грунта в окрестно с ти выработки.

5.3. Расчетные нагрузки следует определять путем умножения величины нормативной нагрузки на коэффициент возможной перегрузки, п р инимаемый по табл. 14 .

Таблица 1 4

Н аг руз ка от горного давления

Возмо жн ые вывалы в гру нтах

Образова н ие с вода разрушения

Полны й с толб налегающих грунт ов

размокаем ы е и выв етри ваемы е

неразмо к аемы е и невыветриваемые

Вертикальная

1, 3

1 ,0

1 ,3

1, 0

Горизонтальная

1 ,3

1 ,0

1 ,5

1 ,1

5.4. Статический ра с чет арок пр оизводят п о схеме воз дейс тви я указанных нагрузок на кр иволинейный стержень в винк леровской с реде, облад ающе й уп ругим отп ором однос то роннего дей ствия.

Коэффициент у п ругого отпора грунт а K при ра с чете арок рекомендуется пр инимать постоян ным по всему контуру выраб отки, за ис ключением пят арок. Его велич ину определяю т по данным испытаний (ш тамповы х или прессиом етрических) или по аналогии. При этом с ледует учитывать наличие забутовки между аркой и поверхн остью выработ ки с помощью соо тношения

K = εKo ,

где Ko - известный коэ ф фициен т отпора для данных ус лови й;

ε - коэффициент, учитыва ю щий т олщи ну з абут овки r к , определяемы й в со ответствии с рис . 5.

Рис. 5. Зави с имос ть коэффици ента ε от толщины забуто вк и r к

Коэ ф фиц иент уп ругого отпор а грунта под пятами арок Kn определя ет по формуле

,

где L α - полная длина арки;

B п - шири н а подошвы пяты арки.

При известном модуле деф о рмац ии м ассива гор ных пород Ео и коэффи циенте П уассона ν коэффициен т отпора определяют по формуле

,

где  -   п р иведенный радиус выраб отки;

Sc -              пл о щадь поперечного с ечения выработки.

5.5. Статиче с кий расчет арки вр еменно го креп ления с ледует произв одить для каждого воз мож ного в данных условиях варианта загруж ения на единичную вертикальную нагрузку qo = 1 и с оответствующу ю ей гори зонтальную нагрузку . В качестве расчетной с хемы необходимо прин имать схему с шарнира ми в пятах, наличие других шарн иров определяют конструкцией арки.

В результате статического расчета должны быть определены величины нормальных сил Ni и и згиб ающих моме нтов Mi от единич н ой нагрузки в каждом i -м сечении арки.

5. 6 . Ра счетным со стоянием конструкц ии арки следует с читать такое, при котором одн о из ее сечений переходит в предельное состояние от воздействия нормальной силы и изгибающего момента при постоянном эксцентриситете нормальной силы в сечен ии.

5.7. Предельное состо я ние сечения стальной арки надлежит определять согласно треб овани ям главы СНиП по проектированию стальных конс трукций (см. приложение 2).

Не с ущую способн ость i - го с ечения следует определять реш ением относ ительно величины следую щего уравнения

,

где Fi -   площадь i -го поперечного сеч ения арки;

Wi пл - пластический момент сопротивле н ия i -го сечения арки (для двутавра Wi кр = 1,12 Wi , где Wi - упругий м о мент сопротивле ния);

R α -    предел прочности материала арки.

Мак с им альная вертикальная нагрузка, которую с пособн а н ести арка q max опр е деляетс я max q = min qi ( i = 1, 2, 3, .. ., n ).

5.8. Шаг арок α опр е деляют из соотношения

,

гд е qp - ра с четная нагрузка для данны х условий нагруж ения .

Пример расчета арочно й крепи п риведен в приложении 4.

5.9. При п роектир овании арочно-анкерной крепи (рис. 6) дл ину анкеров с ледует выбирать ориен тировочно по п. 3.3 нас тоящих Методических рекомендаций таким об разо м, чтоб ы она превос ходила глубину зоны возможн ого обрушения.

Ри с . 6. Схем а аро чно- ан керной креп и:

1 - анкер; 2 - грани ц а зоны возможного обрушени я; 3 - заб ив ка ; 4 - забутовка; 5 - арка

Упругие опоры в расчетной схеме, мо д елирующие контакт с грунтом, с ледует совмещать с местами устан овки анкеров, причем жес ткос ти опоры в нап равлении от выработки определяют соглас но п. 5.4, а внутрь выработки по формуле

,

где E α -   модуль упругости материала анкера;

F α -   площадь сечения анкерного с тержня;

lc -    свободная (до замка) длина анкера.

Пример расчет а параметров арочно-анкерной крепи приведен в приложен ии 5.

5. 1 0. Анке р-набры зг -бетонн ую или арочно-бетонн ую крепь следуе т расс чит ывать на н агрузки с оотве тственно п. 5.2 с учетом полной велич ины уп ругого отпора Ko .

Требуемую то л щину бетона или н абрызг-б етона оп ределяют по п. 4.5. Методы расчета оптимальных па раметров конструкции аро чн о-набры зг-бетонн ой крепи приве дены в гл. 7, а прим ер расчета - в приложении 6.

5. 11 . Ста тическую работу бетона или набры зг-бетона временной крепи с ле дует учи тыв ать в расчете пост оянн ой обделки. Для статического рас че та арок времен ного крепления составлен а программа для ЭВМ ( см. прилож ен ие 1).

6. РАСЧЕТ ОПЕРЕЖАЮЩИХ ЗАЩИТНЫХ ЭКРАНОВ ИЗ ТРУБ

6. 1 . При проходке выработок тонн елей в слабоустой чивых н еобводненны х грунтах можно применя ть опережающи е защ итные экраны из тр уб (рис. 7, а, б ). Для этого используют полые трубы, а также с бетонным или железо бетонны м за полнени ем, пов ышающим прочность и у с тойчивость трубы как тон костенн ой пространствен ной конструкции .

6.2. Расчетом определяют , исходя из заданн ых вели чин нагрузок, внутренн его и наружн ого диаметров тр уб d вн и d н , п р едельной характе ристики м атериала трубы R р , соответствующих имеющ им ся н оме нклатурам труб , с оотношение межд у велич иной заходки l зах и р а сстоянием между осями труб d .

6.3. Для оп р едел ени я пара метров экран а, как ограждающ ей крепи, расче тную схему трубы принимаю т в виде стержня, один конец которого заделан в грунте, а другой опирается на обделку (с м. рис. 7, б) под воздействием равн омерн о вдоль трубы распределенной нагруз ки от давления вышележа щих грунтов.

6.4. Выбор нагрузки п р оизводится для случая неустойчивых грунтов, когда сводообразовани е невозможн о, по фо рм улам

,

где γ i -    объемная масса грунтов с с о ответствующ им слоем напластований;

Hi -   толщина слоев напластований над выработкой, м;

φ к -   значение кажущего с я угл а внутрен него трения гру нта во к руг выра ботки, град.

6.5. Д ля с лучая слабо устойчи вы х трещин оватых скальных грун тов, когда возмож но сводообразован ие, нормативное ве ртикальное q н и гори зонтальн ое γн давлени е, МП а, определяют следующими выраж ениями:

q н = kp γh 1 ;

;

;

,

где kp -   коэффициент возмо ж ной перег руз ки, определяемый по табл. 14 (с м . п. 5.3);

L ′ -   пролет свода обрушения, м;

h 1 -   выс о та св ода обрушения, м;

θ -    п ролет выработки, м.

6.6. Тру б ы, р асположенные в своде, рассчи тывают на давлен ие от нагрузки q н , а трубы, располо ж енны е в стенах выработки, - на давление от нагрузки рн.

6.7. При определении расчет н ой величин ы длины трубы l 1 с ледует ис ходить из того, что слабоустойчивый грун т, расположенный в неподрабо тан ной части выработки, склонен к вывал ообраз овани ю с о стороны забоя. Пр и незакрепленном забое возможный вывал грунта по линии ес тественного откоса увеличивает расчетную длину трубы по сравнению с длиной захо дки l н а величину .

6.8. Расстояние между о с ями полых труб определяют из усло вия прочности

,

где  -       макс и мальн ый момент в сечении трубы;

  - момент сопротивлени я сечения;

Rp -     предельное напряжение в стали;

q н и p н - соответствующие расчетные давления на э кран, принимаем ые по пп. 6.5 и 6.6.

Рис. 7. Схема к расчету защитного э к ран а из труб:

1 - контур в ы рабо тк и; 2 - трубы; 3 - постоянн ая обделка; 4 - забой; 5 - линии скольжен ия

6.9. При расчете экрана и з труб с бет онн ым заполнение м необ ходимо ис ходить из условия п рочности

M R н p WT + RcpW ,

где R н p - нормативное сопротивление бето н а растяже нию ;

W = 2 Wo - момент с опротивления с еч ения с учето м несущ ей способн ости б етона в запреде льной области;

Wo - момент со п рот ив лени я сечения для упругого матери ала

,

M и W - оп р еделяют по п. 6.8.

6. 1 0. Для удобства пользовани я описан ными методами сос тавл ены номограммы (рис. 6), с помощ ью к оторых м ожн о определ ять пар аме тры э крана из труб с учетом воздейс тв ия столба грунта высотой и в п ределах свода обрушения (см. рис. 8, а). Номограммы позв оляю т варьировать п ролет вы работки, коэфф иц иент к репо сти гр ун та, длину трубы, е е внешний радиус и толщи ну.

6. 11 . Для более детального учет а характ еров взаимодейс тви я тр уб и окружаю щего выр аботку грунта реш ены задачи о конт актном взаимодействии защитно го эк рана из труб и грун та, где грунт моделиров алс я уп руго й и упруг оп ласти ческой средам и. При этом учи тыв ались взаимное в лияние труб и соотношения жестк остных параметров труб и грунта. Данный метод реали зо ва н в виде про грамм для ЭВМ (см. прил ож ен ие 1).

7. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОЙ КРЕПИ

7 .1 . Варьируя меж анк ерное рас стояние α, длину анкера l и тол щ ину покрытия из набры зг-бетона h таки м об разом, что бы они удовлетворяли ус ловиям пп. 3.3, 3.6, 3.9 и 4.5 на стоящих Методичес ких рекомендаций, можно добиться удовлетворительной устойчивости в ыработки . Из всех параметров крепи, обеспечивающи х уст ойчивое состояние выр аботки, с ледует выбрать такое их с очетание , пр и котором себес тоимость и трудозатраты возведения к репи являются м инимальными.

Задача оптимиза ц ии конструкц ии комбиниров анной кре пи формулируется сл едующим образом: н ай ти сочетание параметров крепи α, l α , h , обеспечивающее устойчивое со с тояние выработок (т.е. удовлетворяющее в ыражениям перечисленных выше пунктов н астоящ их Методических рекомендаций) и ми нимизирующее функ цию с ебес тоимост и или трудозатрат на во з ведение крепи (ц елевую функ ци ю).

Ри с. 8 . Номограммы для опреде лен ия па раметров защитного эк рана из т руб:

а - в ус ловиях св одообра зован ия; б - при давле нии столба пород высотой H

7.2. Выраж е ние с еб естоимос ти (трудоз атрат) С на воз ведение ан кер-набрызг- бе тонной крепи на од ном м етре тоннеля имеет следующий в ид:

,

где L в -      периметр кон т ура в ыраб отки, м;

ζ, h , ξ - приведенные коэф фи циенты себестоимос ти (трудозатрат), по возведению крепи, в каче стве которых рекомен дуетс я назначать соответствующ ие единичны е н ормы (н ап ример, расценки и нормы времени по ЕНи Р, с б. 3 6 вы п. 2).

Первое слагаемое определяет затраты на бурен и е шпуров под анк еры, причем коэффициент ζ пр инима ют в з ависим ости от способа бурения и категории грун тов по раз работке по табл. 15, где в числителе дается норма времени в человеко-ча сах, а в з намен ат еле - расцен ка в руб лях.

Второе с лагаемое характеризует затраты на установку анкеров, причем коэф фициент η прин имае т зн ач ения:

для металлических анкеров η = 0,31 чел.- ч или 0-34,4 руб;

для железобет он ных анк еров η = 0,38 чел.- ч или 0- 42,1 руб.

Третье слагаемое характеризует себестоимость и трудозат р аты при нанесении н абры зг-бетон а; коэффициен т определяют в завис имос ти от толщины слоев:

при нанесении первых 50 мм ξ = 0,55 чел.- ч или 0- 55,9 руб.;

каждого п оследующего см - ξ =0 ,1 8 чел.-ч или 0-1 8,3 руб.

При вычи с лении себес тоимости и трудозатрат на возведение крепи следуе т учитывать затраты на установку металличес кой сетк и (на 1 м2 норма врем ени - 0 ,24 чел.- ч; рас це нка 0-26,6 руб.).

7.3. Решать задачу оптимизации параметров комбинир о ванной крепи рекомендуется с помощью программы «Комб инированная крепь», с ос тавлен ной на языке Алго л 60 для ЭВМ (с м. приложение 1). Программ а поз воляет определить параметры комбинированной крепи из анкеро в и набры зг -бетона, в том чи сле усил енных подхватами, для указ анны х в с оответствующих разделах настоящих Методи ческих ре ком енд аци й характеристик грунтов, выработки и конструкции крепи.

Табл и ца 1 5

Способ бурения

Ти п ме хани зм а

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

Перфор а тором

ПР-30Л

П Р-30К

ПР-Т8Л

0, 1 55

0 -1 8,3

0,18

0 - 21 ,3

0,21

0 - 24,8

0, 23

0 - 29,2

0,28

0-33,1

0,41

0-48,5

0,5 6

0 - 66,3

0,72

0-8 5,2

Само х одными бурильны ми устано вками

СБ У-2

-

0,09

0-12,6

0,1

0-14

0, 1 2

0-16,8

0,135

0-18,9

0,165

0-23,1

0,175

0 - 24,5

0,19

0 - 26,6

7.4. Для выбора опти м альны х значений пара метров комбини ров ан ной крепи (набры зг-бетон и ж елезобе тонн ые анкеры) в грунтах с коэффи циентом крепос ти f от 3 до 1 0 и разной сте пе ни трещ иноватости , характериз уемой коэфф ициентом KT , при изменении пролета в ы работки θ о т 3 до 1 2 м могут быть использованы номогра ммы приложения 7, пос троенные по данным маш инного счета.

7 .5 . При расс мотрении и ра счете констр укции арочно-набры зг- бетонн ой крепи можно предс тавить нескольк о с пособов ис польз ования н абры зг-бетон а в комбинации с ар ками (табл. 16), отли чающи хся тем, что набрызг-бетон мож ет быть использован в качестве затяжки меж ду арками, как забутовка, обеспечиваю щая гарантированны й контакт по периметру выработки, и как обде лка, для которой арки являются арми рующим элементом. При эт ом третий сп особ рассматривается при оптимизац ии конструкции крепл ен ия и п осто янной об делки.

Таблица 1 6

№ п /п

Функция набрызг-бетона

К ачество контакта арки с м ассиво м

Тип отпора

Количество наб ры зг-бетон а

1

Элемент ограждения

К онтакт н е гарантирован

Одно с торонни й уменьше нный

По г и потезе ограждения

2

Элемент огражде н ия и забутов ка

Гарантир о ван ный кон такт по кон туру

Односторонний п олный

По гипотезе ограждения

3

Элемент ограждения, з аб утовка и несущая конструкция

То ж е

Двусторонний

За к рывает арку пол нос тью или частично

7.6. Общая структура функции цели V определяется перечнем работ, связанных с сооружением ароч н о-н абры зг -бетонной крепи

V = V 1 + V 2 + V 3 + V 4 ,

где V 1 , V 2 , V 3 , V 4 -   определяют в соответс твии технико-экономи ческими факторами изготовления арки , ее ус тановки, обеспечения набры зг-бетон ом г арантированного контакта, нанесения затяжки из набрызг-бетона.

При э том основны ми функциями цели являютс я функция стоимости S к и металлоемкости, кото рые выражаютс я с помощью соотн ошен ий

;

,

где α -     шаг аро к;

h - то л щина покрытия из набры зг-бетона;

N -    н омер профиля арки;

S 1 , S 2 , S 3 , S 4 - коэффициент ы см етной с тоимос ти изготовлени я арки, ее ус тан овки, об ес печения контакта, нанесения наб ры зг-бетона, удельная металлоем кость.

7.7. П роведя сери ю расчетов для арок, изготовленны х из различных п рофилей, определяют шаг арок, с огласно которому выб ирают с помощью п. 4.5 н еобходимую толщину набры зг-бетона. Зате м с оглас но п. 7.6 п одсчитывают величины S к M и из них опреде л яют наилучшие.

Пример ра с чета оптимальной констру кции приведен в приложении 7.

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КРЕПИ ЛБА ЗАБОЯ

8. 1 . Ус тойчивость забоя зависит от физико-механических ха рактерис тик окружающего вы работку грунта и его напряж енно-деформированного состоя ния. Под физико-механическими харак теристикам грунта понимается прочнос ть с учетом трещин ов атости и обводнен ности, коэффициент сцепления, угол внутренне го трения и др. Напряженно-дефо рми рован ное с ос тояние оп ределено как бытовыми усл овиями, так и наличием выработки и реакциями крепи и грунта.

8.2. В ре з ультате вз аимодействия крепи выработки и забоя возникают реакции p - к пов е рхн ости вы работки и q - к з а бою (рис. 9). В предположении жесткопла с тической модели грунта, характериз уемой ус ловием прочнос ти

x - σ y )2 + 4 τ 2 = 4 k 2

и плоской картины деформирования вдоль оси тоннеля, условие у с той чи вости забоя имеет вид

,

где k - коэффици ен т сцепл ения;

H з - глуб и на з алож ения выработки.

8.3. Реком ен дуетс я такая пос ледовательность рас чета.

При выпо л нении условия

k (2 + π ) ≥ γ H з ,

забо й с читаетс я ус тойчивым, проходк а ведется на п олное сеч ение, мероприятия по креплению лба забоя не нужны, независ имо от кр еплени я кровли. В противном с лучае необходимо рас четным или экс перимент альным путем определи ть реакцию крепи кровли p * и п роверить выполнение ус лови я

.

Выполнение э того ус ловия с видетельс твует о возможнос ти ос тавления лба забоя без дополнительного крепления. При невыполнении этого ус ловия лоб забоя нуждае тс я в до полнительном креплении, конс трукция которог о должна обес печить ре акцию q *, опр е деляемую из уравнения

Рис. 9. К оцен к е ус той чивос ти лба забоя:

1 - граница выра б отки ; 2 - забой

8.4. Конструкц и я и параметры к репи лба забоя до лжны обладать гарантированной несущей способностью по нагрузк ам q * , определяемым с оотно шением п. 8.3.

8.5. В с лучае невозможн ос ти тех нологичес ки выполнить условия п. 8.3, с ледует перей ти на уменьшенную высоту разрабатываемого сечения до уровня, необходимого по ус ловиям безопас ности.

9. ИНЖЕНЕРНАЯ ОЦЕНКА И КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ КРЕПЛЕНИЯ ТОННЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

9. 1 . При сооружении тоннеля с подат ливой крепью (анкерной, н абры зг-бе тонной, арочной и их комб инации) в грун тах, заметно проявляю щих горное дав лени е, б езопасность раб от необходимо обес печивать помимо об осн ованн ого назначения п араметров крепи п ров едением инс трумен тальных наблюдений с посл едую щей оценкой состояния крепи.

9.2. Оц е нивать состо яние си стемы крепления след ует прежде всего по скорости п рироста деформ аций контура выработки, а такж е по аб солютной величине деформации (конве рген ции). На осн ове этой оценки принимают ре шение о необходимости сооруж ения постоянной обдел ки или ус иления временной креп и.

Дополнительно могут быть измер е ны усил ия в элементах крепи , которые сопоставляются с предельными для принятия обоснов ан ного ре ше ния.

9 .3 . Измерения кон вергенции вырабо тки должны св одитс я к оп ре делению ос адо к свода выработ ки нивели ров ания и сближени я стен путем из мерений с пом ощь ю рулетки . Точн ость измерения должна сос тав лят ь не менее 0 ,5 см. В крепких малодеформированных грунтах то чность измерен ий должн а быть повышена: например, с помощью рулетки Ц НИИ С и прецезионн ог о нивелирования.

9.4. Ча с тоту проведения измерений следует связывать со скоростью изменения изме ряемого п араметра. Чт об ы зафи ксировать н ачальны е скорости изменен ия п араметров, целесообраз но сначала п роводить часты е измерения - от 1 раза в смену до 1 раза в сут ки. Стабил изация параметров приводит к редким и змерениям - до 1 раза в 1 -3 месяца.

9.5. Расчет н ые величины скоростей деформаций контура выработки следует п олучать из решения з адачи, в которой горный массив моделируетс я уп ругоп олзуче й средой.

9.6. Ра с четные вел ичины абсолютных величин деформаций могут быть вычислены на основе решения задачи для упругоп ласти ческого массива с выработкой. Как п равило, такая задача решается методом коне чны х эле мент ов.

9.7. Ра с чет ные величины и скорос ти деформаций наиболее надежно оп ределяются опытным п утем, напр имер, путем проходки опытной выработки .

9.8. Рекомендуе м ся такая пос ледовательн ость дейс твий д ля оценки и принятия реше ния по состоянию системы «крепь-грунт»:

о п ределение параметров крепи;

построение теоретической криво й конвергенции (предварительной):

уточнение параметр о в крепи с уче том предвар ительно й кривой к онвергенц ии (проект);

уточне н ие физик о-механических и реоло гичес ких характеристик грунта на ос нове натурных наблюдений;

построение уто ч нен ной э талонной конвергенции;

корректировка кон с труктивны х параметров креп и и технологичес ких режи мов ее ус тановки с учетом уточненной кри вой конвергенции;

проведение инструментальных наблюдени й и определ ение п араметров реальной кривой ко нвергенци и;

определение усилий и деформаций в элементах крепи (по данным натурных н а блюд ени й);

оценка со с тояния сис темы «крепь -грунт» путем сопоставления эталонной и реальной кривых конверген ции, а такж е предполагаемого и реального состояния элеме нтов крепи;

пр и нятие решения о необходимо сти до полнит ельного крепления.

9.9. Расчет кривых к онвергенции (предв арительной и уточненной) про водится методами механ ики сплошной среды с учетом взаимовлияющего хара ктера де формирован ия крепи и окружающего выработку грунта. Пр и этом в качестве расчетной модели окружающего грунта рекоменд уется принять линейно деформирован ную среду, обладающую нас ле дст ве нной ползучестью. В этом случае выражение кривой конвергенции W = W ( t ) д ля вырабо тки, подкреплен ной комбинированной крепью из ан керов и набры зг-бетон а, ориентировочно может быть п олуче но из ре шения з ада чи об осесиммет рическ ом де фо рмирова нии упругой плоскост и с круговым вырезом, подк репленным кольцом, моделирующим н абрыз г-бет он , и системой ст ерж ней, моделирующих а нке ры, по формуле

,

гд е              γ -     объемная мас са грунта;

      H и R -     глу б ина зал ожени я и средний радиус выраб отки;

; Sc -    п л ощ адь п опере чного сечения выработки;

      Ен , Е α -     модули деформации набрызг-бетона и анкерного стерж ня;

       φ ( zy ) -     функция мес та установки крепи от з абоя;

             h -     то лщи на покрытия из набрызг-бетона;

             α -     межа нке рное расстояние;

            l α -     длина анкера;

           F α -     пл о щадь сечения анкерного стержня;

      -     деф о рм ац ионная характеристика грунта как функция времени вс ледствие полз учес ти.

9. 1 0. Уточнение параметров грунта производится, нап риме р, с помощью замеров кон верге нции ( W к = f к ( t )) с тен экс пери ментальной выраб отки радиуса R к , величин у к оторого выбирают из условия ис клю чени я пл ас тических деформаций грунта.

Параметры грунта, свя з анные со врем енем, оп ределяют по формуле

,

где  - мгновенные деформационные характеристики грунта.

9. 11 . С учетом определенных опытным путем харак теристик грунт а (см. п. 9.10) этал онную кривую конвергенции определяют выражение м

.

9. 1 2. Усиление крепи (к оррек ти ро вк а ее кон структивных параметр ов) н еобходимо при ус ловии, ес ли в какой-либо момент времени

Wy ( t ) > W пред ,

где W пред - предельное значение конвергенции, обе с печивающее прочн ост ь эл ементов крепи, определяют по формул е

Здесь R и сж - предел про ч ности набры зг-бетон а на сжатие;

R п р - не с ущая спос обность анкера.

При этом необходимо, что б ы п осле ус иления Wy ( t ) ≤ W пред , что позволяет параметры крепи определить из соотношения

.

10. УЧЕТ ВРЕМЕННОЙ КРЕПИ ПРИ РАСЧЕТЕ ТОННЕЛЬНОЙ ОБДЕЛКИ

1 0.1 . Временная крепь, выбранная на основе рекомендаций гл. 2 и расс читанная в с оответс твии с положения ми нас тоящих Методичес ких рекомендаций на наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок, обеспечивает устойчивост ь грунта с выработкой в течение рас че тного пе риода, т.е. до возведения обдел ки.

При этом возведение обделки в зависимости от у сл овий с троительства и принятой схе мы о рганизации работ можно ос ущес твлять на различном удален ии от забоя, в том числе после окончания проходческих раб от.

10 .2. При ис поль зовании н абрызг-бетона, анкеров и металлических ар ок в качестве временной крепи, их рекомендует ся учитывать при расчете обделки тон неля как составную часть всей конструкции.

Вследствие мал о го опыта учет а временной крепи при рас чете постоян ной обделки каждый такой случ ай требует специального теоре тическ ого и натурного исс ледования.

10 .3. Обд елки из н абры зг-бет она и анкеров рекомендуетс я рассчиты вать как многослойные констр укции, внешний с лой которых - ом оноли ченная бе тоном или анкерами породн ая зона (бетонопородны й слой).

Круговые комбинированные обделки рекомендуется рассчитывать по программе «Расчет многослойных и комбинированных о б делок» (см. приложение 1).

Толщину ho бето н оп ородного слоя, мм, с ледует опре делять на основании натурных изм ерений или ориентировочно из выраж ения

,

гд е B -    ширина трещин , мм;

KT - категория тре щ инов ат ос ти грунтов по классификации п. 2.3 наст оящ их М етодических рекомендаций.

То л щина так ого с лоя мож ет быть от 2 до 30 см.

У с ре дненн ый модуль упругости бетоноп ородного сло я E 2 сле ду ет принимать

E 2 = ( 0 ,5 - 0,7)Eo + ( 0,5 - 0,3 ) E н ,

гд е Eo -   моду л ь уп ругос ти породы;

E н -   моду л ь упругости на бры зг-бетона (см. п. 4.7).

1 0.4. Комбинированную обделку с ледует рас сматривать как трехс лойную , с читая, что третий с лой предс тавляет собой ус иленный ан керами грунт.

Модуль упруг о сти такого слоя рекомендуется принимать E 2 = 1 ,4 Eo .

Такой подход к комбинированной обделке как к единой системе наибо л ее полно отражает физическ ую сущность работы набрызг-б етонны х к онструкций.

1 0.5. Прочность сцепления на контакте « обделка-грунт» н еобходимо проверить по с ледующему условию:

,

где f * = tgφ к * -    ко э ффициент трения по кон такту о бделки и грунта, кгс/см2; φк* - угол трения по контакту, гр ад.;

K * -     сцепл ени е по контакту, тс/м2.

При невыпо л нени и этого ус ловия возмож но прос кальз ывание покры тия по контакту, и обде лка будет работать как обычное мон оли тн ое кол ьцо. В этом с лучае конструктивны ми мероприятия ми (пост ановк а ан керо в, ус тройство уши рени й, «шпор» и т.д.) сл едует обе спе чит ь с овмес тную работу системы « обд елк а-грунт».

1 0.6. При прочной с вязи покрытия в грунте расчет набрыз г-бетонн ой обделки следует прои зводить как двухсл ойного кольца, а при н ал ичии анкеров - трехслойного (рис. 10), используя общую методику рас чет а многосл ойной крепи.

10.7 . Рас чет дву хсл ойной обделки производится как проверочный в соответствии с расчетной схемой (см. рис . 10), исходя из ус ловия, что первый (в нутренний) с лой - набры зг-бетон, а второй - бетоноп оро дны й с лой. Тол щин у вн утреннего на бры зг-бетонно го слоя предварительно наз начают, а затем проверяют расчетом.

1 0.8. При ис пол ьзовании в качест ве временной крепи металли ческих арок в сил ьн отрещи новаты х и слабых грунтах, когда демон тировать арки н ельз я по усл овиям техн ики безопасности и устойчивос т и грунтового масс ива, их следует учитывать при расчете тоннельной обделки в качестве конструкции, п ринимающей на себ я часть эк сплуатационной нагрузки (пр иложение 10) .

Рис . 10 . Ра счет ные схемы н абрызг-бетонных о бделок :

а - двухслойное кольцо; б - трехслойное кольцо; 1 - покрытие из набр ы зг-б етона; 2 - бетонопородны й с лой; 3 - несущая породная конструкция, образованная анкерами

1 0.9. П ри расчетах обделки на заданные нагрузки от давления скальных грунтов (метод М етрогипротранса, « модель ЦН ИИС» и др.) учет же сткого арочного крепления рекомендуется произ водить п утем умножения ожидаемой велич ины горного да вления на коэффициент Ko , значения которого даны в табл. 17.

Таблица 17

С т епе нь т рещ ин ов атос ти грунта

Грун ты

Слаботрещиноватые

Трещиноватые

Сильнотрещиноватые

Раздробленные

Коэффици е нт Ko

0,43

0,33

0,33

0,45

Величина Ko представляет собой разницу между нормируемыми для скальных грунтов коэффициентами перегрузки на обделк у и врем енную крепь (с м. п. 5.2), отражая тем самым воспри ятие арками части горного давления до возв едения обделки.

1 0.1 0. При рас четах обдел ок с применением методов теории упругос ти арки временной кре пи следует учитывать как жестк ую арматуру.

1 0.11 . При исп ользовании податл ивой крепи в н еус тойчивых грунтах , с клонн ых к ползучести (типа аргиллитов), с ледует выбирать параметры пос тоянной обделки с учетом смещений контура вы рабо тки и нагрузок на крепь в с оответствующий возведению обд елки момент вре мени.

Мак с имальн ые смещен ия и нагрузки на податливые и жесткие крепи вычис ляют по программе «Штрек» (см. п риложение 1), которая ос нована на э кс периментально-аналитическом решении з адачи определения горного давле ния методами теории пластичности.

1 0.1 2. Пример учета набры зг-бе тонн ой крепи при рас чете пос тоянн ой обделки приведен в прилож ении 11.


Приложение 1

СВЕДЕНИЯ ОБ АЛГОРИТМАХ И ПРОГРАММАХ РАСЧЕТА КРЕПИ ТОННЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

№ п/ п

Название п р ограммы

А в торы алгоритма и программы

Язык программирования

Тип ЭВМ

Краткая х арактеристика

Орга н изаци я-держатель программы

1

Расчет обдело к некругового поперечного сечен ия

Н .Н. Фо тиева

В .Л. Ки пенев

А.А. Ла нд а

Фортран

ЕС

Определя е тся напряж енное со стояние монолитных тоннельных обделок некруговог о очертания. Р асчет основан на реш ении плоской конта ктной задачи о равновесии кольц а в упругой среде

Л ен метро гипротран с

2

Расчет мн ого слойны х и комбинированных обделок кругового очертания

Н.С. Булычев

И.Е. Левин

А.А. Л анд а

Фортра н

ЕС

Про в одится расчет сборной или моноли тной трех слойной обделки кругового очертания методами теории упругости

-«-

3

Штрек

Б .З . Амусин

Фортран

ЕС

Определя ю тся мак симальны е смещения и нагрузки на податливые и ж естк ие крепи, у читывается неоднородность массива и его вязкоупругие свойства. К репь предполагается монолитной бетонной и ж елезобетон ной, замкнутой и незамкнутой

ВНИМИ

4

Крепь

Б.З. Амусин

Н.С . Б ул ычев

Н.А. Романова

Фортран

ЕС

Проводится ра с чет обделки п одземной выработки н екругового очертания замкнутой, н езамкнутой, м оноли тной, шарнирной или сборной при условии сцепления или проска льзывания по контакту и с возможной поте рей устой чи вости. Рас чет проводится по методу начал ьных параметров

-«-

5

К омбинированная крепь

Д.И. К оли н

Л.Н . К олин а

А лг ол- 60

ЕС

Опреде л яю тся оптимальн ые параметры комбинированной крепи из ан керов и н абры зг-б етона по критериям миним ума себестоимости и трудозатрат при возведении к репи

ЦНИИС

6

Недра

Б .З. Амусин

К. А. Ард ашев

Ю.М . Васинский

Фо р тран

ЕС

Автоматизированная систе м а проектиров ан ия капитальных горных выработок по зволяет выбрать параме тры к репи по з аданны м габаритам , данным геологичес ких изысканий и т.п.

ВНИМИ

7

Сейсм

Н.Н . Фо ти ева

И .Я. До рм ан

С .Ю . Хазан ов

С .А. А бд рафик ов а

Фор т ран

ЕС

Пр ов оди тся расчет круговых обделок глуб окого залож ения на сейсмические воздействия

ЦНИИ С

8

Ра с че т круго вы х обделок

И.Е . Л евин

Фортра н

ЕС

Проводитс я расчет круговых обделок мел кого заложения на сейсми ческие воздействия

Ле н метроги протр ан с

9

Труба

Д .И. К ол ин

Л.Л. С тарчевск ая

Фортран

ЕС

Опреде л яется несущая способность защитного экрана из труб, сооруж аемого в качестве временной или постоянной крепи вы работки

ЦНИИС

1 0

Анке р

Л .Л. С тарчевск ая

Фортран

ЕС

Определяется на пр яжен но-дефо рмированн ое состояние и устойч ивость выработки, подкрепленной анкерами

-«-

11

RAK

В.В. Чеб о таев

ПЛ -1

ЕС

Рассчитывается арочная крепь . Оп ределяет ся шаг арок в зависимости от горнотехнических условий. О пределяются также эпюры моментов, н ормальны х сил и реакций от един ичных нагрузок

ГТМ

1 2

Расчет обде л ки

В .А. Г арбер

Фортран

ЕС

Проводится статический расчет обделки произвольного очертания различных т ипов: монолитных, с борных, з амкн утых, р азомкнутых, односвязных, м ногосвязных и т.п.

ЦНИИС

13

Нелинейный расчет обделк и

В .А. Г арбер

Ф о ртран

ЕС

Т о же с учетом нелин ейно сти фи зик о-механ ических свойств грунта, матер иала обд елки, ди аг раммы деформирования

ЦНИИС

14

ПОО I ТКС

Е .Г. Пик ус

С .Б. Х ристов

Фортран

ЕС

Проводится статический расчет симметричной то н нельной обд елки по схеме Винк лера

НИ С Гид ропро ек та

15

ПРОГ

М .К . К аплан

Алгол -60

БЭС М- 6

Решается задача о плоско - дефо рми ро ванном или пло ско-напряженном состоянии многослойного ортотр опн ого упруго го ко льца под воздействием симметричной нагрузки

- «-

16

ПЛУТОН

М.К. К апл ан

Р.А. Резников

Алгол -60

Б ЭСМ -6

То ж е для неосесим мет ри чной нагрузки

- «-

17

Расче т кре пи

Л .Б . К учум ова

АП

Н аи ри-К

Проводится расчет а нк ерно-набрызг -бетонн ой крепи подземны х гидротехнических сооружений в породах с ко эффициентом крепости больше 4

-«-

18

СПРИНТ

Н.Н. Ш ап ошн иков

В.Б. Бабаев

Г .В. П олторак

Е .Г. П еруш ев

ПЛ -1 , Ф ортран, Ассем блер

ЕС

Система пространственного расчета конструкц и й и матер иалов, н аходящихся под возд ействием статических и динам ически х нагрузок. А лго ритм расчета основан н а методе конечных элементов (МК Э)

МИИТ

19

STATUS

Т .Л. Бер дзенешвили

О. К . Постольс кая

В .В. С анг ун ов

С.А. Юфим

Фортран

ЕС

П рограммный комплекс для стати ческого расчета по МК Э плоских и пространственных с истем с ани зотропными и нел инейными харак тери стиками

МИ СИ

20

Расчет си с тем

Б.В . Ф радкин

Е .С. Л аз аревский

А лг ол- 60

Б ЭСМ- 6

Р ешается плоская статичес кая задача теории упругости по МКЭ

НИС Г ид ропро ект а

2 1

FAK -1

Н.Н. Фо тиева

Форт р ан

ЕС

Расчет напряже н ного состоян ия замк нутой нек ру гов ой об дел ки с учетом места установки и сейсмических воздействий

ТПИ

2 2

УШИ

Н.Н. Фо тиева

Фортран

ЕС

Определе н ие на основе модели Кулона- Мора усл овн ых зон наг руженного во круг выработки грунта

-«-

23

«Анкер-ко нт акт »

Д.И . К ол ин

Л .И . Коли на

А лг ол- 60

ЕС

Определе ни е усилий, в озн икающих в анкерах в процессе взаимодей ствия их с гру нтом, с учетом влияния их друг на друга, времени и места установки, пол зуч ести грунта

ЦНИИС

24

FOK -4

Н .Н. Фотиева

А.Н. Ко зло в

Фор т ран

Е С

Р ас чет н абры зг- бето нно й крепи на дей стви е собст венного веса пород

ТПИ


Приложение 2

ОСНОВНЫЕ РУКОВОДЯЩИЕ ДОКУМЕНТЫ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ КРЕПЕЙ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК

1. СНиП III-44-77 «Тон нели железн одорож ные, автодорожные и ги дротехни чес кие». Ме троп олит ены и Доп олнени я к гл аве (см. «Бю ллетень с троительной т ех ники» № 1 0, 1 981).

2. СНиП II-44-78 « Тон нели ж еле знодорож ные и авто дорожные » и Доп олнени я к гл аве (см. «Бюл летен ь ст рои тельной техники» № 1 2, 1 981 ).

3. СНиП II -В-74 «Стальные кон с трукции. Нормы проектирования».

4. СНиП III-18-75 « М етал лические констр укции».

5. И н струкция по применен ию анкеров и н абры зг-бето на в качест ве временной крепи вы работок т рансп ортных тонн елей (ВСН 1 26- 78). М., Оргтрансс трой, 1 979.

6. Методиче с кие указан ия по определ ению горного давлени я на обделку тран спортных тоннелей , с ооруж аемых в трещиноватых с кальных породах. М., ЦНИИ С, 1 973.

7. Ме тоди чески е р екомендации по рас чету подземных к онс трукций произ вол ьного очертания при п роизвол ьно з аданной н агрузке. М., ЦНИИС , 1 976.

8. Указа н ия по проектиро ванию гидротехнических тоннелей. СН 238- 73. М., Госс трой СССР, 1 974.

9. Указан и я по рац ион альном у расп оложению, охране и поддержан ию горны х выработок на угольных шахтах СССР. Л., ВНИМ И, 1 977.

10 . Руководство по проект ированию обделок гидротехничес ких тон нелей. М., Гос строй СССР, 1 96 2.

11. Ин с трукция по учету с ейс мических воздейс твий при проектирован ии горных т рансп ортных тоннелей ( ВСН 193-81 , Мин тр анс строй), М., ВПТИ трансс трой , 1 982.

Приложение 3

ПРИМЕР ВЫБОРА ВИДА КРЕПИ

1 . Исходны е данные.

Выра б отка пройдена в массив е пород с коэффициентом креп ос ти f = 8. Пролет выработки 4,5 м; с реднее расстоян ие меж ду трещина ми н аиболее развитой сис темы 0,1 м ( n = 45). В м асс иве име етс я три сис темы трещин . Трещины ровные, плоскости зап олнены измельченной породой. Породы влажны е. Угол между осью вы работки и наиболее развитой сис темой трещин 60°.

2. Определе н ие комплекс ного показател я устой чивости. Сос тавляющи е коэффициенты (см. табл. 2) равны: KM = 3,5; KN = 9 ; KR = 1 ; KW = 0,8; Kt = 1 ; KA = 2 ; K α = 1 ,5.

Величина комплек с ного показателя ус тойчивости S = 0 ,83 согласно табл. 1 . Породы можно классифицировать как неусто й чивые.

3. Определение вида крепи.

Согла с но таб л. 3 в данны х условиях могут быть применены три вида крепи: анкеры с набры зг-бетон ом; арки с набрызг-бетоном или арки c набрызг-бетоном, усиленные анкерами.

Оценка т рещи новатости породы, выражаемая величи ной n = 45, и характер за п олнения трещин допус кает эти же виды крепи (см. табл. 4). Однако с равнительно выс окий коэффиц иент креп ост и f = 8 делает предпочтительной ан керную креп ь из распределенных анкеров желез обетонных или сталеполим ерных с н абры зг-бетон ом.

Приложение 4

ПРИМЕР РАСЧЕТА АРОЧНОЙ КРЕПИ

Требуется определить шаг аро к из 1 № 27 временной крепи с деревянной з атяжкой в однопутном железнодорожн ом тоннеле (пролет θ = 6,6 м, в ы сота 8 ,6 м ) в грунтах крепостью f = 2, коэффицие н т отпо ра K = 40 кг/см3.

В резу л ьтате расчета по пр ограмме « RAK » (см. прило ж ен ие 1) получаем шаг арок α = 0,71 м; наиболее напряженное сечен ие находитс я в ш елы ге свода арки, шаг продольных с вязей 1 ,5 м, толщина затяжки 5,4 см, наиб олее невыгодн ое заг руж ение 2 (табл. 13) (с уменьшенной боковой нагрузкой).

Приложение 5

ПРИМЕР РАСЧЕТА АРОЧНО-АНКЕРНОЙ КРЕПИ

Требуется о пределить шаг аро к из 1 № 33 для временной крепи дв ухпутного железнодорожного тоннеля (пр олет θ = 11 м, выс ота 9,4 м) в трещ иноваты х ска льных грунтах ( f = 4) с коэффициентом отпора 60 кг /с м3 при закреплении каж дой арки по своду 4 анкерами (в пя тах св ода и в зо не максимального отрицательного момента) α = 16 мм, дли ной 2,4 м.

Для зада н ия исходны х данн ых вы числяем жесткость анкера E α F α / L α = 2,1 · 1 06 · π · 1, 62 / 4 · 21 0 = 2 · 1 04 кг/с м.

Ра с чет по пр ограмме « RAK » при в одит к шагу арок α = 0,4 9 м, шаг продольных связей 1 ,5 м, толщина затяж ки 5 см, максимальные усилия в ан керах пяты 7,3 т и 1 0,6 т, в анкерах свода - 1 8,8 т. Исходя из максимальных усили й, ди аметры ст ержней анкеров нео бходим о увеличить до 22 мм в пятах и п оставить спаренные анкеры в св оде.

Приложение 6

ПРИМЕР РАСЧЕТА АНКЕР-НАБРЫЗГ-БЕТОННОЙ КРЕПИ

Выработка (пролет θ = 1 0,97 м , выс от а 7,77 м ) зал ожен а в грунте f = 5 ÷ 8, γ = 2,6 тс/см3, на гл убине H з = 200 м. Угол внутре н него трения φ = 0,785 рад, предельное напряжение растяжению грунт а в кус ке σ = 400 тс/м2. У дель но е сцепление анке рно го с тержня с цеме нтным раствором τси = 450 тс/м2. Предельное напряжен ие с жатия R с п р = 11 5 кгс/см2.

Пред л агаетс я оп ред ели ть параметры конс трукции анк ер- набрызг-бетонной крепи опис анной выраб отки.

Ра с чет по формулам глав 3, 4 и 7 раб оче й длин ы анкера l р , полной длины l , межа нк ерн ого расстояния α и необходимой тол щины покры тия из набры зг-бетона сведен в табл ицу.

f

l р , м

l , м

α, м

h , м м

5

2,47

2 ,8

1 ,0

7 1

6

2,06

2,5

1 ,1

56

7

1 ,77

2,4

1,1

48

8

1 ,55

2,4

1 ,2

45

Далее проверяется прочно с ть крепи.

Определен н ые по программе «Анкер-кон такт» ( см. приложение 1) ожи даемые усилия взаимодействия анкера и рас твора 7,1 кгс/см2, меньше предел ьных 45 кгс /см2.

Так как контур поперечного сечения имеет н еровности, средняя амп ли туда которых α = 25 см, а чис ло по контуру n = 6, то необходим о проверить условие удовлетворительной работы (см. п. 4.8).

Толщи н а покрытия примет значен ие h = 5 см; приведенный рад и ус выработки R = 500 см,

.

Покрытие из набрызг-бетона, н анесен ное у забоя в процесс е проведения выработки, испытывает напряжение сжатия. Определив н апряжен ия σ с помощью программы приложен ия 1, получим

.

Приложение 7

НОМОГРАММЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОЙ КРЕПИ

Рис. 1. Пролет в ы работки (θ = 3 м )

Р и с. 2. Пролет вы работки ( θ = 6,6 м )

Ри с. 3. Пролет вы работки (θ = 9 м )

Р ис . 4. Пролет выработки ( θ = 1 2 м )

Приложение 8

ПРИМЕР РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ АРОЧНО-НАБРЫЗГ-БЕТОННОЙ КРЕПИ

Выработка тран с портной штольни высотой 4,5 м, пролетом 5 м , залож ена в грун те с коэффициентом креп ос ти f = 2.

На графике приведены зави с имости суммарной сметной с тоимос ти конс трукц ии крепления от номера профиля двутавра, из которого изготовлены арки.

Стоимость (а) и металлоемкость (б) ароч н о-н абры зг-бетонного крепления 1 м штольни:   - без гарантиро в анного контакта;   - с гаранти рованным контактом

Ро с т с тои мости при гаранти рованном кон такте объясн яетс я рез ким возрас тан ием стоимос ти бетонных работ.

Из ра сс мотрени я график ов завис имост ей металлоемкос ти и себе стоимос ти от номера двутавра преимущес тво г арантирован ного контакта очевидн о. Мет аллоемкос ть же к репи в обоих с лучая х умен ьшаетс я. Таким образом, технико-экономичес кий анализ указывает явное преимущес тво гарантированного контакта арки и грун та. При этом п редпочтительны оказываютс я двутавры с небол ьшими н омерами с ечения (№ 1 4, 1 6).

Пр и отс утс твии во змож нос ти гарантированного контакта экономич ески целес ообразными с тановятс я более мощн ые двутавры.

Приложение 9

ПРИМЕР ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ЗАКРЕПЛЕННОЙ ВЫРАБОТКИ ПО ДАННЫМ ИЗМЕРЕНИЙ

И с ходные данные:

Грунт: E = 400 кгс/см2; V = 0,2; α = 0,73; θ = 0 ,0 094; γ = 0,0 025 к гс/см3 .

Выработка: H з = 5000 см; R = 350 см.

А н керы: α = 80 см; l = 2 8 0 см; F α = 6 c м2 ; E α = 2 · 1 06 к гс/см2 ;

Набр ы зг-бетон : h = 1 0 см ; En = 1 05 кгс/см2; R сж = 400 кгс/см2 .

На ри с унке прив еден ы ориентировочные кривые конверген ции для выработки: а) подкреплен ной анкер ами; б) подкрепленной набры зг-бетоном ; в) подкреп ленной анкерами и н абры зг-бетоном. Вели чина предельной конвергенции W пред равна

.

С опоставление крив ых конвергенции с предельным значением W пред определяет в каче с тве возможной крепи комбинацию из анкеров и на бры зг-бетона. О днако пересечение линий Wпред и линии конвергенции «а» показывает, что через некоторое время можно ожидать превышения предельных усилий в анкерах и с ледует рассматривать кривую к онве ргенции «б» и величину предельной конвергенции Wпред = 2,8 см. Однак о и к ривая «б» перес екает ее, а это в с вою очередь говорит, что н еобходимо скорректировать конс трукцию набры зг-бетонн ого покрыт ия, либ о увели чив ее толщину, либо повыс ив марку бетона. Первый способ пр едс тавл яется более рационал ьным, так как утолщая покрытие из набрызг-бетона, повышаем общую жесткос ть крепи и снижаем ус илия в анкерах ( см. п. 9.7).

Кривые ко н верген ции ст ен выраб отки:

а - выработ к а подкреплена анк ерами ; б - подк репление н абры зг- бет он ом ; в - подк репл ение анкерами и н абры зг-бетон ом ; W пред - п редельная к онве ргенция д ля выработ ки , подкрепленной ан ке рами и н абрызг-бетоном; W ″ - п редельная кон вер генци я дл я вы раб отки, подк репленной анке рами

Приложение 10

ПРИМЕР РАСЧЕТА АРОЧНО-БЕТОННОЙ КРЕПИ

Требует с я проверить прочность арочно -бетонн ой крепи одн опутного железнодорожн ого тоннеля пролет θ = 7,2 м , выс ота 9,8 м с толщ иной бетона 20 см марки 300 и аркой из 1 № 20 с шагом установки 1 м. Арки с оприкас аютс я с бетоном только по наружн ой п ове рхности . К ре пость f = 2, объем н ая масса γ = 2,5 т /м3, коэфф ициент отпора 40 кг/см3 .

Для комбинирован н ого с ечения (бетон + арка) выч ис ляем положение ос и сечени я yo = 11 ,8 см (от породы), приведенную площадь F п р = 2 1 90 см2 и приведенный момен т инерции с ечения J пр = 1 ,52×1 05 см при ширине с ечения 1 м и отношении модулей упругос ти матери ал ов n = 7.

Расчет на е дини чны е загр ужени я выполняем по программам « RAK ». Учиты вая, что к оэфф ицие нт отпора в не й уменьшается в 100 раз и опорн ая площ адк а для арки оп ре де ляетс я равной 1/ 2 вы соты сечения арки , для ма шинного счета задаем K = 1 20000 к г/см3 .

Для проверки про ч нос ти строим диаграмму предельных уси лий в данном сечении в ос ях « M - N » , изгибающие мо менты - нормальные силы (с м. рис унок). Затем п о эпюрам M и N , а также величине расчетной нагру з ки (11 ,5 т/м2), полученным в рас чете, оп ределяем э кс цен трис итеты в наи более нап ряженных с еч ениях, вычис ляе м рас четн ую нормальн ую с илу и сравниваем с предель ной при данном экс центрис итете.

В нашем случае M max = 6 1 50 кг/см п ри N = 408 кг;  см. Дл я этого эксцентрис итета по диаграмме « M - N » предельная нормальная сила сос тавляе т 1 22 т. Расчетн ая нор мальная сила с оставляет 47 т. Запас по прочности . Для другого сечения  см; N пред = 162 т; N расч = 46 т; k = 3,5.

Диаграмма про ч нос ти аро чно- бетонн ой крепи одн опутного тон нел я (бетон 20 см, арк а из 1 № 20):

1 - шаг арок - 1 м ; 2 - ш аг арок - 1,5 м

Приложение 11

ПРИМЕР УЧЕТА НАБРЫЗГ-БЕТОННОЙ КРЕПИ ПРИ РАСЧЕТЕ ПОСТОЯННОЙ ОБДЕЛКИ

Предлагает с я обделка выработки, опис анной в приложении 6, в виде двух слоев набрызг-бетона - п ервичной, нанес енной вслед за обнажением толщиной h 1 = 5 см и вторичной, сооруженной после стабилизации смещений h 2 = 1 0 см. При этом наличие анкеров не учиты вается, что идет «в запас» надежности крепи.

При учете наличия н абры зг-бетонн ой крепи в раб оте постоян ной обделки в зоне сейсмической активности необходимо р уков одствоваться «Инструкцией по учету сейсмических воздействий» (с м. п риложение 2). Для сейсмичности в 7 баллов учет дает дополн ительн ое к γ H напряжение σ∞ = 2,1 кгс/см2, а для 8 баллов - 4 кгс/см2 , что дает дополнительные напряжени я сжатия в н абры зг-бетон е соответ ств енн о 9,9 кгс/см2 и 1 9,8 кгс/см2. П ри этом напр яжения в первичной крепи - п окрытии из набрызг-бетона (см. п риложение 4) равны соответств енно при 7 баллах 93,9 кгс/см2, а при 8 баллах - 1 03,8 кгс/см2, что удовлетворяет условиям прочности. Напряжения растяж ения во вторичной крепи при 7 баллах 9,9 кгс/см2 меньше предельных (см. т абл. 7), а при 8 баллах 1 9,8 кгс/см2 - больш е, что говорит о необходимости дополнительных мероприятий по усилению крепи (повышени е марки набрызг-бетона, применение армирующей сетки).

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . 1

1. Общие положения . 1

2. Выбор вида временной крепи . 3

3. Расчет анкерной крепи . 5

4. Расчет крепи из набрызг-бетона . 10

5. Расчет арочной крепи . 14

6. Расчет опережающих защитных экранов из труб . 18

7. Выбор оптимальных параметров комбинированной крепи . 20

8. Определение параметров крепи лба забоя . 22

9. Инженерная оценка и контроль состояния системы крепления тоннельных выработок . 23

10. Учет временной крепи при расчете тоннельной обделки . 26

Приложение 1 Сведения об алгоритмах и программах расчета крепи тоннельных выработок . 28

Приложение 2 Основные руководящие документы по проектированию крепей подземных выработок . 30

Приложение 3 Пример выбора вида крепи . 30

Приложение 4 Пример расчета арочной крепи . 31

Приложение 5 Пример расчета арочно-анкерной крепи . 31

Приложение 6 Пример расчета анкер-набрызг-бетонной крепи . 31

Приложение 7 Номограммы для определения оптимальных параметров комбинированной крепи . 32

Приложение 8 Пример расчета оптимальной конструкции арочно-набрызг-бетонной крепи . 34

Приложение 9 Пример оценки состояния закрепленной выработки по данным измерений . 35

Приложение 10 Пример расчета арочно-бетонной крепи . 36

Приложение 11 Пример учета набрызг-бетонной крепи при расчете постоянной обделки . 37

Еще документы скачать бесплатно

Интересное

Гост 14034 74 Гост 1491 80 Гост р 12 2 143 2009 Должностные инструкции в строительстве Допуски и посадки таблица Извещение об изменении Инструкция и 1 13 07 Лестничные марши гост Нормы выдачи сиз Обозначение Приборов кип Пдк Пособие по проектированию железобетонных конструкций Проточка Расчет теплопотерь здания Снип 2 01 01 82