Определение объемов проветривания ж.д. тоннелей. Определение депрессии вентиляционной системы. Определение нагрузок от собственного веса конструкций. Сейсмические нагрузки и антисейсмические мероприятия

1. Определение объемов проветривания ж.д. тоннелей.

L_т – длина тоннеля, км;

S_т – площадь сечения тоннеля в свету, м²;

k₁ – кратность воздухообмена

где       - расч. интервал между поездами (1-пут.) или парами поездов      (2-пут.), ч;

   - ПДК по СО, мг/м³;

- фоновая концентрация, мг/м³

Далее аналогично находят  при ремонтных работах и на период эксплуатации.

2. Определение депрессии вентиляционной системы.

 

Статическая депрессия = разности давления воздуха в начале и в конце вент. пути. 

Она опр. по формуле:

 

где                           - потери давления на преодоление трения и местных сопротивлений;

                           -безразмерный коэффициент полного аэродинамического сопротивления;

       - безразмерный коэффициент сопротив-ления единицы длины в-вода (по табл.10.1);

           - длина, периметр и площадь поперечного сечения воздуховода, м и м²;

        - коэффициенты местных сопротивлений (по табл.);

            - плотность воздуха, кг/м³ ; 

           

           - скорость движения воздуха, м/с;

 

Обычно           ~ 5-20% от (      +       )!

При наличии в в-воде участков с разными площадями попер. сеч., на которых воздух движется с разными скоростями, коэффициенты            надо приводить к одной скорости, исходя

из соотношения                       ,

откуда  поправочные коэффициенты равны:

                    - коэффициент приведения к скорости V_i;

                   - коэффициент приведения к скорости V₁.

3. Естественное напряженное состояние грунтовых массивов и его изменения при проходке подземных выработок.

Гравитационные напряжения в «нетронутом» массиве (сплошная среда):

где     γ  - плотность грунта;

Н - глубина от поверхности;

μ- коэффициент Пуассона;

 λ- коэффициент бок. распора,

Напряженное состояние вокруг выработок

 При проведении выработок ест. напряж. состояние нарушается.

Контур выработки деформи-руется

На контуре    Вертикальные силовые линии сгущаются, происходит концентрация напряжений.

 Зона влияния выработки в массиве грунта равна(3-5)d.

на горизонтальном диаметре увеличение напряж. более чем в 2 раза,  а на вертикальном диаметре уменьшаются (потенциальный вывал!).

4. Гипотеза сводообразования М.М. Протодьяконова.

Над выработкой образуется свод обрушения высотой     , а в стенах – призмы сползания (Кулон).

Высота свода обрушения

 Угол наклона пл-тей скольжения к вертикали:         

    - «кажущийся» угол внутреннего трения.

Гипотеза проф. М.М. Протодьяконова основана на предположении, что свод давления, образующийся над выработкой, располагается в толще однородных грунтов.

В действительности скальные грунты, в которых наиболее часто сооружают тоннели, как правило, являются трещиноватыми массивами и могут рассматриваться как однородные в исключительных случаях.

Учет трещиноватости массива см. лекцию № 4

В современном виде: f = 0.1Rс ·α,                    

где  α - коэффициент учета трещиноватости массива.

Наложение сводов давления

Если для параллельных выработок своды давления накладываются друг на друга, горное давление определяют от общего свода.

Теорию свода применяют в различных грунтах, если  (глубокое заложение). Однако ее нельзя применять при заложении тоннеля в водонасыщенных песках (плывуны), независимо от глубины заложения.

Недостатки теории Протодьяконова:

- не зависит от глубины заложения

- не учитывает трещиноватость гр-та.

- не учит. жесткость крепи и др.

По этому ей на смену идут модели взаимодействия «крепь - массив»!

5. Определение нагрузок от горного давления при сводообразовании и действии всего столба налегающих грунтов.

6.Определение нагрузок от собственного веса конструкций

Нагрузка устанавливается по проектным размерам и материалу конструкций. Если это бетон, то масса обделки от ее верхней половины         распределяют равномерно по пролету (на 1 пм длины):                                              

где  - удельный вес бетона;   - объем бетона верхней половины обделки.

7. Определение нагрузок от наружного гидростатического давления воды.

Гидростатическое давление – учитывается при заложении тоннеля ниже УПВ:

В уровне верха тоннеля:

В уровне низа тоннеля:

где      - удельный вес воды, кН/м3;                                      .                   - коэффициент противодавления.

Если учитывается гидростатическое давление, то одновременно при определении горного давления учитывается взвешенное действие воды, принимая удельный вес грунта во взвешенном состоянии:

где     - удельный вес скелета грунта; - удельный вес воды;

- коэффициент пористости грунта.

9. Сейсмические нагрузки и антисейсмические мероприятия.

Сейсмические воздействия учитываются в соответствии с главой             СНиП II-7-81*

Антисейсмические мероприятия предусматриваются при расчетной сейсмичности тоннельных конструкций 7,8 и 9 баллов.

Расчетную сейсмичность устанавливают в зависимости от сейсмичности р-на строительства и категории дороги (см. табл.)

Антисейсмические мероприятия

1. При трассировании: избегать участков повышенной трещиноватости, слабоустойчивых склонов, стремиться к увеличению глубины заложения;

2. Отдавать предпочтение монолитным конструкциям с армированием их в слабых грунтах: в сборных конструкциях стремиться к укрупнению элементов и омоноличиванию их стыков;

3. При расчетной сейсмичности 7 баллов обделка должна быть обязательно (можно из анкеров и набрызгбетона),

При 8 и 9 баллах обделка должна быть замкнутой!                    

4. По длине тоннеля необходимо устраивать антисейсмические швы  для компенсации смещений обделки.

10. Взаимодействие тоннельных крепей с окружающим горным масси­вом. Определение нагрузок от горного давления в режиме взаимовлияющей деформации.

 В начальном гравитационном поле напряжений массив находится в равновесии, которое нарушается под влиянием проходки выработок.