Приложение 2
ОСНОВНЫЕ РУКОВОДЯЩИЕ ДОКУМЕНТЫ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ КРЕПЕЙ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК
1. СНиП III-44-77 «Тоннели железнодорожные, автодорожные и гидротехнические». Метрополитены и Дополнения к главе (см. «Бюллетень строительной техники» № 10, 1981).
2. СНиП II-44-78 «Тоннели железнодорожные и автодорожные» и Дополнения к главе (см. «Бюллетень строительной техники» № 12, 1981).
3. СНиП II-В-74 «Стальные конструкции. Нормы проектирования».
4. СНиП III-18-75 «Металлические конструкции».
5. Инструкция по применению анкеров и набрызг-бетона в качестве временной крепи выработок транспортных тоннелей (ВСН 126-78). М., Оргтрансстрой, 1979.
6. Методические указания по определению горного давления на обделку транспортных тоннелей, сооружаемых в трещиноватых скальных породах. М., ЦНИИС, 1973.
7. Методические рекомендации по расчету подземных конструкций произвольного очертания при произвольно заданной нагрузке. М., ЦНИИС, 1976.
8. Указания по проектированию гидротехнических тоннелей. СН 238-73. М., Госстрой СССР, 1974.
9. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. Л., ВНИМИ, 1977.
10. Руководство по проектированию обделок гидротехнических тоннелей. М., Госстрой СССР, 1962.
11. Инструкция по учету сейсмических воздействий при проектировании горных транспортных тоннелей (ВСН 193-81, Минтрансстрой), М., ВПТИтрансстрой, 1982.
Приложение 3
ПРИМЕР ВЫБОРА ВИДА КРЕПИ
1. Исходные данные.
Выработка пройдена в массиве пород с коэффициентом крепости f = 8. Пролет выработки 4,5 м; среднее расстояние между трещинами наиболее развитой системы 0,1 м (n = 45). В массиве имеется три системы трещин. Трещины ровные, плоскости заполнены измельченной породой. Породы влажные. Угол между осью выработки и наиболее развитой системой трещин 60°.
2. Определение комплексного показателя устойчивости. Составляющие коэффициенты (см. табл. 2) равны: KM = 3,5; KN = 9; KR = 1; KW = 0,8; Kt = 1; KA = 2; Kα = 1,5.
Величина комплексного показателя устойчивости S = 0,83 согласно табл. 1. Породы можно классифицировать как неустойчивые.
3. Определение вида крепи.
Согласно табл. 3 в данных условиях могут быть применены три вида крепи: анкеры с набрызг-бетоном; арки с набрызг-бетоном или арки c набрызг-бетоном, усиленные анкерами.
Оценка трещиноватости породы, выражаемая величиной n = 45, и характер заполнения трещин допускает эти же виды крепи (см. табл. 4). Однако сравнительно высокий коэффициент крепости f = 8 делает предпочтительной анкерную крепь из распределенных анкеров железобетонных или сталеполимерных с набрызг-бетоном.
Приложение 4
ПРИМЕР РАСЧЕТА АРОЧНОЙ КРЕПИ
Требуется определить шаг арок из 1 № 27 временной крепи с деревянной затяжкой в однопутном железнодорожном тоннеле (пролет θ = 6,6 м, высота 8,6 м) в грунтах крепостью f = 2, коэффициент отпора K = 40 кг/см3.
В результате расчета по программе «RAK» (см. приложение 1) получаем шаг арок α = 0,71 м; наиболее напряженное сечение находится в шелыге свода арки, шаг продольных связей 1,5 м, толщина затяжки 5,4 см, наиболее невыгодное загружение 2 (табл. 13) (с уменьшенной боковой нагрузкой).
Приложение 5
ПРИМЕР РАСЧЕТА АРОЧНО-АНКЕРНОЙ КРЕПИ
Требуется определить шаг арок из 1 № 33 для временной крепи двухпутного железнодорожного тоннеля (пролет θ = 11 м, высота 9,4 м) в трещиноватых скальных грунтах (f = 4) с коэффициентом отпора 60 кг/см3 при закреплении каждой арки по своду 4 анкерами (в пятах свода и в зоне максимального отрицательного момента) α = 16 мм, длиной 2,4 м.
Для задания исходных данных вычисляем жесткость анкера EαFα / Lα = 2,1 · 106 · π · 1,62 / 4 · 210 = 2 · 104 кг/см.
Расчет по программе «RAK» приводит к шагу арок α = 0,49 м, шаг продольных связей 1,5 м, толщина затяжки 5 см, максимальные усилия в анкерах пяты 7,3 т и 10,6 т, в анкерах свода - 18,8 т. Исходя из максимальных усилий, диаметры стержней анкеров необходимо увеличить до 22 мм в пятах и поставить спаренные анкеры в своде.
Приложение 6
ПРИМЕР РАСЧЕТА АНКЕР-НАБРЫЗГ-БЕТОННОЙ КРЕПИ
Выработка (пролет θ = 10,97 м, высота 7,77 м) заложена в грунте f = 5 ÷ 8, γ = 2,6 тс/см3, на глубине Hз = 200 м. Угол внутреннего трения φ = 0,785 рад, предельное напряжение растяжению грунта в куске σ = 400 тс/м2. Удельное сцепление анкерного стержня с цементным раствором τси = 450 тс/м2. Предельное напряжение сжатия Rспр = 115 кгс/см2.
Предлагается определить параметры конструкции анкер-набрызг-бетонной крепи описанной выработки.
Расчет по формулам глав 3, 4 и 7 рабочей длины анкера lр, полной длины l, межанкерного расстояния α и необходимой толщины покрытия из набрызг-бетона сведен в таблицу.
|
f |
lр, м |
l, м |
α, м |
h, мм |
|
5 |
2,47 |
2,8 |
1,0 |
71 |
|
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 прочность крепи.
Определенные по программе «Анкер-контакт» (см. приложение 1) ожидаемые усилия взаимодействия анкера и раствора 7,1 кгс/см2, меньше предельных 45 кгс/см2.
Так как контур поперечного сечения имеет неровности, средняя амплитуда которых α = 25 см, а число по контуру n = 6, то необходимо проверить условие удовлетворительной работы (см. п. 4.8).
Толщина покрытия примет значение h = 5 см; приведенный радиус выработки R = 500 см,
.
Покрытие из набрызг-бетона, нанесенное у забоя в процессе проведения выработки, испытывает напряжение сжатия. Определив напряжения σ с помощью программы приложения 1, получим
.
Приложение 7
НОМОГРАММЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОЙ КРЕПИ
Рис. 1. Пролет выработки (θ = 3 м)
Рис. 2. Пролет выработки (θ = 6,6 м)
Рис. 3. Пролет выработки (θ = 9 м)
Рис. 4. Пролет выработки (θ = 12 м)
Приложение 8
ПРИМЕР РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ АРОЧНО-НАБРЫЗГ-БЕТОННОЙ КРЕПИ
Выработка транспортной штольни высотой 4,5 м, пролетом 5 м, заложена в грунте с коэффициентом крепости f = 2.
На графике приведены зависимости суммарной сметной стоимости конструкции крепления от номера профиля двутавра, из которого изготовлены арки.
Стоимость (а) и металлоемкость (б) арочно-набрызг-бетонного крепления 1 м штольни: - без гарантированного контакта; - с гарантированным контактом
Рост стоимости при гарантированном контакте объясняется резким возрастанием стоимости бетонных работ.
Из рассмотрения графиков зависимостей металлоемкости и себестоимости от номера двутавра преимущество гарантированного контакта очевидно. Металлоемкость же крепи в обоих случаях уменьшается. Таким образом, технико-экономический анализ указывает явное преимущество гарантированного контакта арки и грунта. При этом предпочтительны оказываются двутавры с небольшими номерами сечения (№ 14, 16).
При отсутствии возможности гарантированного контакта экономически целесообразными становятся более мощные двутавры.
Приложение 9
ПРИМЕР ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ЗАКРЕПЛЕННОЙ ВЫРАБОТКИ ПО ДАННЫМ ИЗМЕРЕНИЙ
Исходные данные:
Грунт: E = 400 кгс/см2; V = 0,2; α = 0,73; θ = 0,0094; γ = 0,0025 кгс/см3.
Выработка: Hз = 5000 см; R = 350 см.
Анкеры: α = 80 см; l = 280 см; Fα = 6 cм2; Eα = 2 · 106 кгс/см2;
Набрызг-бетон: h = 10 см; En = 105 кгс/см2; Rсж = 400 кгс/см2.
На рисунке приведены ориентировочные кривые конвергенции для выработки: а) подкрепленной анкерами; б) подкрепленной набрызг-бетоном; в) подкрепленной анкерами и набрызг-бетоном. Величина предельной конвергенции Wпред равна
.
Сопоставление кривых конвергенции с предельным значением Wпред определяет в качестве возможной крепи комбинацию из анкеров и набрызг-бетона. Однако пересечение линий W′пред и линии конвергенции «а» показывает, что через некоторое время можно ожидать превышения предельных усилий в анкерах и следует рассматривать кривую конвергенции «б» и величину предельной конвергенции W″пред = 2,8 см. Однако и кривая «б» пересекает ее, а это в свою очередь говорит, что необходимо скорректировать конструкцию набрызг-бетонного покрытия, либо увеличив ее толщину, либо повысив марку бетона. Первый способ представляется более рациональным, так как утолщая покрытие из набрызг-бетона, повышаем общую жесткость крепи и снижаем усилия в анкерах (см. п. 9.7).
Кривые конвергенции стен выработки:
а - выработка подкреплена анкерами; б - подкрепление набрызг-бетоном; в - подкрепление анкерами и набрызг-бетоном; Wпред - предельная конвергенция для выработки, подкрепленной анкерами и набрызг-бетоном; W″ - предельная конвергенция для выработки, подкрепленной анкерами
Приложение 10
ПРИМЕР РАСЧЕТА АРОЧНО-БЕТОННОЙ КРЕПИ
Требуется проверить прочность арочно-бетонной крепи однопутного железнодорожного тоннеля пролет θ = 7,2 м, высота 9,8 м с толщиной бетона 20 см марки 300 и аркой из 1 № 20 с шагом установки 1 м. Арки соприкасаются с бетоном только по наружной поверхности. Крепость f = 2, объемная масса γ = 2,5 т/м3, коэффициент отпора 40 кг/см3.
Для комбинированного сечения (бетон + арка) вычисляем положение оси сечения yo = 11,8 см (от породы), приведенную площадь Fпр = 2190 см2 и приведенный момент инерции сечения Jпр = 1,52×105 см при ширине сечения 1 м и отношении модулей упругости материалов n = 7.
Расчет на единичные загружения выполняем по программам «RAK». Учитывая, что коэффициент отпора в ней уменьшается в 100 раз и опорная площадка для арки определяется равной 1/2 высоты сечения арки, для машинного счета задаем K = 120000 кг/см3.
Для проверки прочности строим диаграмму предельных усилий в данном сечении в осях «M-N», изгибающие моменты - нормальные силы (см. рисунок). Затем по эпюрам M и N, а также величине расчетной нагрузки (11,5 т/м2), полученным в расчете, определяем эксцентриситеты в наиболее напряженных сечениях, вычисляем расчетную нормальную силу и сравниваем с предельной при данном эксцентриситете.
В нашем случае Mmax = 6150 кг/см при N = 408 кг; см. Для этого эксцентриситета по диаграмме «M-N» предельная нормальная сила составляет 122 т. Расчетная нормальная сила составляет 47 т. Запас по прочности . Для другого сечения см; Nпред = 162 т; Nрасч = 46 т; k = 3,5.
Диаграмма прочности арочно-бетонной крепи однопутного тоннеля (бетон 20 см, арка из 1 № 20):
1 - шаг арок - 1 м; 2 - шаг арок - 1,5 м
Приложение 11
ПРИМЕР УЧЕТА НАБРЫЗГ-БЕТОННОЙ КРЕПИ ПРИ РАСЧЕТЕ ПОСТОЯННОЙ ОБДЕЛКИ
Предлагается обделка выработки, описанной в приложении 6, в виде двух слоев набрызг-бетона - первичной, нанесенной вслед за обнажением толщиной h1 = 5 см и вторичной, сооруженной после стабилизации смещений h2 = 10 см. При этом наличие анкеров не учитывается, что идет «в запас» надежности крепи.
При учете наличия набрызг-бетонной крепи в работе постоянной обделки в зоне сейсмической активности необходимо руководствоваться «Инструкцией по учету сейсмических воздействий» (см. приложение 2). Для сейсмичности в 7 баллов учет дает дополнительное к γH напряжение σ∞ = 2,1 кгс/см2, а для 8 баллов - 4 кгс/см2, что дает дополнительные напряжения сжатия в набрызг-бетоне соответственно 9,9 кгс/см2 и 19,8 кгс/см2. При этом напряжения в первичной крепи - покрытии из набрызг-бетона (см. приложение 4) равны соответственно при 7 баллах 93,9 кгс/см2, а при 8 баллах - 103,8 кгс/см2, что удовлетворяет условиям прочности. Напряжения растяжения во вторичной крепи при 7 баллах 9,9 кгс/см2 меньше предельных (см. табл. 7), а при 8 баллах 19,8 кгс/см2 - больше, что говорит о необходимости дополнительных мероприятий по усилению крепи (повышение 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 |
