5.1. Нагрузки и воздействия разделяются на постоянные и временные - длительные, кратковременные и особые.
5.2. К постоянным нагрузкам и воздействиям относятся:
горное давление;
вес обделки;
воздействия предварительного напряжения.
5.3. К временным длительным нагрузкам относятся:
внутреннее давление воды в туннеле при нормальном подпорном уровне воды в водохранилище;
давление подземных вод.
5.4. К кратковременным нагрузкам и воздействиям относятся:
давление пульсации потока воды;
внутреннее давление воды, возникающее от гидравлического удара при нормальной эксплуатации туннеля;
температурные климатические воздействия (для стальных оболочек);
давление раствора на обделку при цементации;
давление от механизмов при производстве работ.
5.5. К особым нагрузкам и воздействиям относятся:
сейсмические и взрывные воздействия;
внутреннее давление воды в туннеле при форсированном подпорном уровне в водохранилище или от действия гидравлического удара при полном сбросе нагрузки;
усилия, возникающие вследствие изменения температуры, набухания и усадки бетона, ползучести грунтов;
давление раствора на стальную оболочку при цементации;
давление на стальную оболочку от свежеуложенного бетона;
давление гидравлического испытания (для стальных оболочек).
5.6. В статических расчетах туннельных обделок нагрузки и воздействия надлежит принимать в следующих сочетаниях:
основные, составляемые из постоянных, временных (длительных и кратковременных) нагрузок и воздействий;
особые, составляемые из постоянных, временных (длительных, некоторых кратковременных) и одной из особых нагрузок и воздействий.
5.7. Нагрузки и воздействия следует принимать в наиболее неблагоприятных, но возможных сочетаниях отдельно для строительного, эксплуатационного и ремонтного периодов.
5.8. Коэффициенты надежности по нагрузкам f при расчете обделок туннелей на прочность и устойчивость (предельные состояния первой группы) следует принимать по табл. 3.
Таблица 3
|
Нагрузки и воздействия |
Коэффициент надежности по нагрузкам ??f |
|
Вертикальное горное давление: |
|
|
от веса грунтов при сводообразовании |
1,5 |
|
от веса всей толщи грунтов над туннелем или от веса нарушенной зоны |
1,1 (0,9) |
|
Горизонтальное горное давление |
1,2 (0,8) |
|
Вес обделки |
1,2 (0,9) |
|
Внутреннее давление воды (с учетом гидравлического удара) |
1,0 |
|
Давление: |
|
|
пульсации потока воды |
1,2 |
|
подземных вод |
1,1 (0,9) |
|
раствора при цементации |
1,2 (1,0) |
|
от механизмов |
1,2 |
|
Примечание. Значения коэффициентов надежности по нагрузкам, указанные в скобках, относятся к случаям, когда применение меньшего значения коэффициентов приводит к невыгодному случаю загружения обделки туннеля. |
При расчетах по предельным состояниям второй группы коэффициент надежности по нагрузкам следует принимать равным 1.
5.9. Определение величины горного давления, а также естественного напряженного состояния грунтового массива необходимо выполнять согласно пп. 5.10-5.15, а также на основании опыта строительства и эксплуатации туннелей в аналогичных инженерно-геологических условиях.
Для безнапорных туннелей I класса и напорных туннелей I и II классов значения горного давления должны быть уточнены на стадии рабочей документации на основании натурных исследований на участках с характерными инженерно-геологическими условиями.
Горное давление допускается принимать равным весу грунта в объеме нарушенной зоны, определенной геофизическими измерениями.
5.10. Нормативное вертикальное горное давление в грунтах с f < 4 при расстоянии от кровли выработки до дневной поверхности больше удвоенной высоты свода обрушения следует принимать равным весу грунтов в объеме, ограниченном сводом обрушения. При меньшем заглублении туннеля горное давление принимается равным весу всей толщи грунта над ним.
5.11. Нормативное вертикальное горное давление gqzn, кН/м2, при сводообразовании в грунтах с коэффициентом крепости f < 4 определяется по формуле
gqzn = ??ghq, (1)
где - коэффициент, принимаемый в зависимости от пролета выработки b равным: 0,7 при b £ 5,5 м; 1,0 при b 7,5 м; по интерполяции между 0,7 и 1,0 при 5,5 < b < 7,5 м;
?? - плотность грунта, т/м3;
g = 9,81 10 м/с2;
hq - высота свода обрушения, м; определяется по формуле
;
bq - пролет свода обрушения, м; определяется по формуле
;
h - высота выработки, м;
?? - кажущийся угол внутреннего трения (?? = arc tgf).
Распределение вертикального горного давления принимается равномерным по пролету обделки.
5.12. Нормативное вертикальное горное давление gqzn, кН/м2, в грунтах с f ?? 4 следует принимать равным весу грунтов в объеме нарушенной зоны, установленной по данным натурных исследований, а при их отсутствии - по формуле
gqzn = ??ghq1, (2)
где hq1 = kab - глубина нарушенной зоны, м;
ka - коэффициент, принимаемый по табл. 4.
Таблица 4
|
Коэффициент крепости грунта f |
Коэффициент ka при грунтах |
||
|
|
слаботрещиноватых |
среднетрещиноватых |
сильнотрещиноватых |
|
4 |
0,2 |
0,25 |
0,3 |
|
От 5 до 8 |
0,1 |
0,2 |
0,25 |
|
10 и более |
0,05 |
0,1 |
0,15 |
Распределение вертикального горного давления по пролету обделки принимается с учетом напластования, систем трещин и других особенностей грунтового массива.
В слаботрещиноватых грунтах при глубине нарушенной зоны более 1,5 м нормативное вертикальное горное давление gqzn следует уменьшать на 20%.
При комбайновой проходке значение kа допускается уменьшать на 30%.
5.13. Нормативное горизонтальное горное давление gqxn, кН/м2, определяется:
при сводообразовании в грунтах f < 4 - по формуле
; (3)
при заглублении кровли менее удвоенной высоты свода обрушения в грунтах с f < 4 - по формуле (3) с заменой численного значения hq на расстояние от кровли выработки до дневной поверхности.
Распределение горизонтального горного давления должно быть равномерным по высоте обделки.
5.14. Нормативное горизонтальное горное давление в слабо- и среднетрещиноватых грунтах с f 4 при высоте туннеля менее 6 м допускается не учитывать, а при высоте более 6 м - определять из условия предельного равновесия отдельных скальных блоков, отсеченных трещинами.
Нормативное горизонтальное горное давление в сильнотрещиноватых грунтах с f ³ 4 допускается учитывать по формуле
gqxn = 0,1gh. (4)
5.15. Для выработок глубокого заложения (свыше 500 м) величину горного давления следует определять с учетом пластического состояния грунтов и других специфических явлений.
При отсутствии необходимых данных допускается на начальных стадиях проектирования выработок глубокого заложения определять горное давление на основе опыта строительства туннелей в аналогичных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.
5.16. В выработках глубокого заложения, расположенных в глинистых и других слабых грунтах с f < 4, оказывающих значительное равномерное давление на конструкцию туннеля, нагрузку на обделку следует определять с учетом ожидаемых смещений грунта до устройства временной крепи и податливости этой крепи в соответствии с требованиями СНиП II-94-80, а также податливости самой обделки.
5.17. При расчете обделки горное давление необходимо определять по характеристикам грунтов с учетом условий эксплуатации (изменения свойств массива грунтов при их водонасыщении).
5.18. При расчете обделок напорных туннелей, располагаемых в водопроницаемых грунтах, включение в одно сочетание нагрузок от внутреннего давления воды и наружного давления подземных вод не допускается. В исключительных случаях, когда во всех возможных (включая аварийные) эксплуатационных ситуациях гарантировано всестороннее равномерное наружное давление воды непосредственно на обделку, допускается включать в одно сочетание с внутренним давлением минимальное значение наружного давления подземных вод с коэффициентом надежности по нагрузкам, равным 1.
5.19. Давление подземных вод следует определять при установившемся уровне воды в водохранилище с учетом снижения давления подземных вод, предусмотренными для этих целей дренажными устройствами и цементационными завесами.
5.20. При проектировании гидротехнических туннелей, располагаемых в вечномерзлых грунтах, необходимо учитывать влияние изменений температурного режима грунтов на их несущую способность, а также устойчивость и сопротивляемость грунтов внешним нагрузкам.
6. Основные положения по расчету обделок
6.1. Обделки гидротехнических туннелей, согласно СТ СЭВ 1406-78, следует рассчитывать по методу предельных состояний:
по несущей способности на прочность и в необходимых случаях с проверкой устойчивости формы конструкции (предельные состояния первой группы) в соответствии с обязательным приложением 1;
по образованию трещин (трещиностойкости), если трещины не допускаются, или по раскрытию трещин, если раскрытие их допустимо по условиям долговечности обделки туннеля, сохранности грунтового массива, а также по значению фильтрационного расхода воды из туннеля (предельные состояния второй группы) в соответствии с обязательными приложениями 2 и 3.
6.2. Сечения обделок по предельным состояниям первой и второй групп необходимо рассчитывать в соответствии со СНиП II-56-77 и СНиП II-23-81.
6.3. При расчетах сечений туннельных обделок необходимо вводить следующие коэффициенты:
коэффициенты надежности по назначению сооружения ??n и сочетаний нагрузок lc, принимаемые согласно СНиП II-50-74;
коэффициент условий работы c, принимаемый для бетонных, железобетонных и сталежелезобетонных обделок по табл. 5, для стальных оболочек - по табл. 6.
Таблица 5
|
Обделки |
Коэффициент условий работы c при расчете по предельным состояниям |
|
|
|
первой группы |
второй группы |
|
Бетонные (в том числе из набрызг-бетона и прессованного бетона) |
1,0 |
0,9 (0,75) |
|
Железобетонные (в том числе предварительно напряженные, из армированного набрызг-бетона и железоторкретные) |
1,1 |
1,3 (1,15) |
|
Сталежелезобетонные (при расчете на внутреннее давление) |
0,9 |
- |
|
Примечание. Значения коэффициентов, указанные в скобках, следует принимать при коэффициенте удельного отпора Ко < 2000 Н/см3), в грунтах, подверженных суффозии, выщелачиванию, а также при гидрокарбонатной щелочности воды-среды менее 0,25 мг??экв/л. |
Таблица 6
|
Давление |
Участки стальных оболочек |
Коэффициент условий работы c при сочетании нагрузок |
|
|
|
|
основных |
особых |
|
Внутреннее |
Прямые |
0,75 (0,9) |
1,0 (1,1) |
|
|
Фасонные элементы (колена и разветвления) |
0,65 (0,75) |
0,8 (0,9) |
|
Наружное |
Все участки |
0,75 |
0,9 |
|
Примечания: 1. Значения коэффициента ??c, указанные в скобках, должны приниматься: а) для комбинированных обделок с наружным монолитным железобетоном (сталежелезобетонных); б) для комбинированных обделок с наружным монолитным бетоном при одновременном выполнении следующих условий: pwi ?? 0,15??10-2Ko; pwi ?? 10-3ghqz( cos ?? + sin ??), где pwi - внутреннее давление воды в напорном туннеле, МПа; hqz - кратчайшее расстояние от оси туннеля до поверхности земли, м; ?? = 0,7 - коэффициент трения грунта по грунту; ?? - угол между нормалью к поверхности земли и горизонтом, град; Ко - коэффициент удельного отпора грунта, Н/см3, определяемый по п. 6.13; в) при расчете на внутреннее давление, если отпор грунта не учитывается. 2. При использовании коэффициента c по данной таблице коэффициент сочетаний нагрузок lc следует принимать равным 1. |
6.4. Расчет обделок по несущей способности следует выполнять на возможные наиболее неблагоприятные основные и особые сочетания расчетных нагрузок с применением расчетных характеристик материалов обделок.
6.5. Расчет обделок по образованию и раскрытию трещин должен осуществляться на основные сочетания нормативных нагрузок без учета гидравлического удара с применением нормативных характеристик материалов обделок.
6.6. Расчет обделок гидротехнических туннелей всех типов (включая фасонные части комбинированных обделок) следует выполнять с учетом отпора грунтов. Исключения допускаются при расположении туннелей в слабых неустойчивых грунтах. При расположении туннелей на глубине менее трех диаметров (пролетов) над шелыгой свода величина давления, передаваемого на грунт обделкой туннеля, не должна превышать веса толщи грунта над туннелем.
