Построение плана тоннельного пересечения. Основные сведения о нагрузке на обделку тоннеля, страница 3

L – пролет свода давления, м.

Y – угол внутреннего трения породы

                                     Y                                                                         72⁰

L = b + 2h * tg (45⁰ - —— ) = 6,6+ 2 * 8,07 * tg (45⁰ - —— ) = 9,18 м.

                                     2                                                   2

               L               9,18

  h₁ = ———  =   ———  = 0,92 м.

              2f              2 * 5

q = γ_f1* h₁* γ_гр =1.4* 0,92 * 248 =30,84 кПа.

Длина тоннеля 3,4*250=850м

Горизонтальное (боковое) давление

p ═ γ_f2*γ_гр (h₁ + 0,5h) * tg²(45⁰ – Y/ 2) = 1,2*24*(0,92 + 0,5 * 8,07) * tg²(45⁰ - 72⁰ /2)= 3,57 кПа.

Боковое горное давление облегчает условия статической работы обделки, поэтому при расположении тоннелей в породах с коэффициентом крепости f ≥ 3 боковое давление можно в запас прочности не учитывать.

Гидростатическое давление проявляется лишь тогда, когда обеспечена полная герметизация обделки. Нагрузки от гидростатического давления на обделку подковообразного очертания можно не определять. Вертикальная нагрузка от собственного веса обделки определяется по предварительно заданным размерам сечений ( плотность бетона – 23 кН/м³) суммируется с вертикальной нагрузкой от горного давления. 

γ_f1=1.4- к-т надёжности вертикального давления;

γ_f2=1.2- к-т надёжности бокового давления;

4.  Расчетная схема обделки.

Обнаженные подземной выработкой грунты не только передают на конструкцию горное давление, но и работают с ней совместно, противодействуя деформациям обделки в сторону грунта. Для обеспечения совместной работы необходим плотный контакт между обделкой и грунтом, который достигается благодаря нагнетанию за конструкцию песчано-  цементного  раствора.

Расчетная схема конкретной конструкции – такая абстрактная система, которая максимально приближается к заданной конструкции, но отличается от нее некоторыми допущениями не искажающими существенно ее статическую работу и позволяющими применить для расчета известные методы строительной механики. Принятые в расчетной схеме допущения и упрощения должны обеспечивать запас прочности конструкции.

Расчетная схема монолитной обделки подковообразного очертания по методу Метрогипротранса показана на рисунке 4.4.

Упругие опоры, вводимые в расчет взамен распределенного отпора породы, располагаются на той части обделки, которая под воздействием нагрузки перемещается в сторону породы. Протяженность зоны возникновения отпора породы задается углом  2φ_о принимаемым от 90^о до 150^о. Границы зоны отпора породы, принимаемые в начале расчета, уточняются в зависимости от результатов расчета. Первую верхнюю опору можно размещать на продолжении центрального угла 2φ_о . шаг упругих опор по стене обделки следует принимать в пределах 1,5 – 2 см. С увеличением числа упругих опор повышается точность расчета, но одновременно возрастает объем вычислительной работы. Расчетная схема незамкнутой подковообразной обделки соответствует конструкции подъемистого свода. Согласно методике Метрогипротранса криволинейный контур обделки заменяется вписанным ломанным, а распределенные силовые воздействия  как активные, так и пассивные заменяются сосредоточенными силами, приложенными в узлах системы. Жесткость каждого стержня принимают равной средней жесткости заменяемого им элементы обделки.

Горизонтальное перемещение подошвы стены исключается ее заглублением и силами трения между подошвы и основанием.

Расчетная схема незамкнутой подкообразной обделки справедлива также для замкнутой конструкции с обратным сводом, так как этот элемент сооружают в последнюю очередь и он не оказывает влияние на работу обделки, которая к этому времени уже восприняла нагрузку от горного давления и приобрела соответствующие деформации. В расчете обделок способом Метрогипротранса используется метод сил. Степень статической неопределимости расчетной схемы определяется числом узлов, к которым примыкают упругие опоры, с добавлением верхнего узла. Основная система для расчетной схемы получается введением шарниров в указанных узлах с одновременным приложением неизвестных усилий – парных изгибающих моментов  х₁ ; х₂ …. х_п . В связи с симметрией системы и нагрузки лишние неизвестные усилия, расположенные симметрично относительно вертикальной оси, равны между собой и определяются из решения системы канонических уравнений :