Страница 4: СНиП 2.06.09-84. Тоннели гидротехнические (54063)

6.7. Расчет обделок произвольного очертания на любые внешние и внутренние нагрузки или их сочетания при изменяющихся по контуру деформационных характеристик грунтов следует выполнять методами строительной механики.

Расчет необходимо выполнять в соответствии с пп. 6.4 и 6.5 на каждое из сочетаний нагрузок. Сложение эпюр усилий от отдельных нагрузок для получения суммарной эпюры не допускается.

6.8. Бетонные обделки безнапорных туннелей следует рассчитывать на прочность в предположении образования в обделке пластических шарниров и проверять на трещиностойкость по предельным состояниям второй группы.

6.9. При расчете обделок по предельному состоянию второй группы предельную ширину раскрытия трещин обделок напорных и безнапорных туннелей I класса следует принимать по табл. 7.

Таблица 7

6.10. Градиент напора JН в обделках принимают в зависимости от коэффициента фильтрации k грунта:

JH = 1 при k £ 10-4 см/с;

 при k  10-2 см/с,

где Нi - внутренний напор воды, м;

He1 - напор подземных вод, м;

hk - толщина обделки, м.

В интервале 10-4 < k < 10-2 значение JH определяется по интерполяции.

6.11. Для затопляемых частей обделок безнапорных туннелей по условиям долговечности бетона и сохранности арматуры ширина раскрытия трещин не ограничивается.

6.12. Статические расчеты обделок следует выполнять с учетом трещинообразования и пластических деформаций:

обделки безнапорных туннелей и опорожненных напорных туннелей по предельным состояниям первой и второй групп рассчитывают с учетом жесткости бетонного сечения при модуле упругости бетона в конструкции Ek = 0,7Eb;

обделки напорных туннелей на эксплуатационные нагрузки по предельным состояниям первой группы рассчитывают с учетом жесткости арматурного сечения Ek = Ea.

По предельным состояниям второй группы обделки напорных туннелей следует рассчитывать:

нетрещиностойкие - с учетом жесткости арматурного сечения Ek = Ea;

трещиностойкие - с учетом жесткости бетонного сечения при Ek = 0,7Eb.

6.13. Расчет обделок туннелей следует выполнять с учетом взаимодействия их с грунтовым массивом. Деформационные свойства грунта характеризуются коэффициентом удельного отпора Ко или приведенным (эффективным) модулем деформации грунта Eq и коэффициентом Пуассона ??. Приведенный модуль деформации необходимо определять с учетом неоднородности свойств грунта от естественных и техногенных причин (закрепление грунтов цементацией или иными способами, появление нарушенной проходкой зоны и др.). Значения характеристик грунтов следует определять с учетом их свойств при водонасыщении на основании натурных исследований.

Для напорных туннелей кругового очертания, располагаемых в однородных изотропных грунтах, модуль деформации грунта Eq допускается определять по формуле

Eq = Ko(1 + )                                                       (5)

где - коэффициент удельного отпора грунта;

К - коэффициент отпора грунта;

re - наружный радиус обделки, см.

Для туннелей, располагаемых в анизотропных грунтах с отношением модулей деформации в разных направлениях более 1,4, расчеты необходимо выполнять с учетом анизотропии.

6.14. Деформационные характеристики грунтов Ko или Eq для туннелей I и II классов следует определять на характерных инженерно-геологических участках по данным натурных исследований, выполненных методом напорных выработок, с помощью установки центрального нагружения (УЦН) и цилиндрического гидравлического штампа (ЦГШ), а также штампов в сочетании с сейсмоакустическими и прессиометрическими методами.

Для туннелей III и IV классов надлежит предусматривать натурные исследования сейсмоакустическими и прессиометрическими методами. Допускается также использовать значения физико-механических характеристик грунтов, выявленных при проходке туннелей в аналогичных инженерно-геологических условиях.

6.15. Для проектирования гидротехнических туннелей, располагаемых в вечномерзлых грунтах, необходимо определять значения физико-механических характеристик грунтов в мерзлом и талом состоянии.

6.16. Для предварительных расчетов значения коэффициентов удельного отпора Ko для среднетрещиноватых грунтов допускается определять по черт. 2 или по аналогам.

Черт. 2. График зависимости коэффициента Ко от коэффициента крепости грунта f для трещиноватых грунтов

Примечание. В слаботрещиноватых грунтах с f £ 10, а также при комбайновой проходке туннеля значения Ко, полученные по черт. 2, следует увеличивать на 30%.

6.17. В расчетах обделок туннелей необходимо учитывать совместную работу устанавливаемой при проходке туннеля крепи с обделкой.

6.18. При назначении расчетной схемы обделки туннеля и грунтового массива следует учитывать последовательность разработки грунта и возведения элементов обделки.

6.19. При параллельном расположении нескольких туннелей в расчете обделки на прочность необходимо учитывать изменения напряженного состояния и прочностных свойств грунтового массива, вызванных проходкой соседних туннелей.

6.20. Расчет бетонных и железобетонных обделок туннелей на температурные воздействия следует выполнять при расчетной разности температур более 30°С с учетом набухания и ползучести бетона.

6.21. При расчете обделок напорных и безнапорных туннелей противодавление воды в швах бетонирования и в сечениях между швами бетонирования не учитывается.

6.22. Толщину лотка туннеля, подверженного воздействию влекомых насосов, следует назначать с учетом возможности истирания лотка.

Приложение 1

Обязательное

Расчет обделок туннелей по предельным состояниям первой группы

1. Расчет бетонных и железобетонных обделок произвольного очертания

В расчетной схеме, как правило, предполагается, что нагрузки, в том числе и горное давление, заданы, а отпор грунта определяется как реакция упругого основания. Возможные простейшие расчетные схемы обделок как стержневых систем в упругой среде с односторонними связями показаны на черт. 1.

Черт. 1. Расчетные схемы обделок туннелей

Расчет прочности следует выполнять на расчетные нагрузки (с учетом коэффициентов надежности по нагрузкам) в соответствии с разд. 5, жесткость принимать в соответствии с п. 6.12, коэффициенты отпора грунта - в соответствии с пп. 6.13-6.16.

Расчет сечений обделок и определение необходимой площади сечения арматуры Аs следует производить по СНиП II-56-77.

2. Расчет сталежелезобетонных, железобетонных, армированных набрызг-бетонных и железоторкретных обделок напорных туннелей кругового очертания на начальных стадиях проектирования

На начальных стадиях проектирования расчет напорных туннелей выполняется по приближенным формулам, которые учитывают только внутреннее давление, постоянное в пределах сечения.

Площадь сечения рабочей арматуры Аs, см2, на 1 см длины туннеля:

при соблюдении условия

                                                     (1)

определяется по формуле

,                                      (2)

при несоблюдении условия (1) - по формуле

,                                     (3)

где pwi - расчетное внутреннее давление воды с учетом гидравлического удара в период нормальной эксплуатации, МПа;

hqz - расстояние от шелыги свода туннеля до поверхности земли, см;

Rst, Es -   расчетное сопротивление арматуры на растяжение и модуль упругости арматуры, МПа;

Аss -   площадь сечения стальной оболочки, см2, на 1 см длины туннеля;

Ry -    расчетное сопротивление стальной оболочки, принимаемое по СНиП II-23-81, МПа;

Ко -    коэффициент удельного отпора грунта, Н/см3;

?? - плотность грунта, кг/см3;

с, ??n, ??lc - коэффициенты, принимаемые согласно п. 6.3.

Если по формулам (2) или (3) As < 0 (т. е. расчетной арматуры не требуется и внутреннее давление воды полностью воспринимается грунтом), следует принимать значение As по минимальному проценту армирования согласно п. 4.19.

3. Расчет стальных оболочек комбинированных обделок с наружным монолитным бетоном

3.1. Марки стали для стальных оболочек и колец жесткости следует принимать по табл. 1.

Таблица 1

3.2. Стальные оболочки следует рассчитывать на действие внутреннего давления воды в туннеле, наружного давления подземных вод, раствора (при цементации) и свежеуложенного бетона с учетом температурных воздействий, а также на действие собственного веса и нагрузок от механизмов при монтаже оболочки. При расчете стальных оболочек действие горного давления не учитывается.

Коэффициент надежности по нагрузке f коэффициент надежности по назначению сооружения n и коэффициент условий работы c следует принимать согласно требованиям пп. 5.8 и 6.3.

Примечание. Значение коэффициента условий работы ??c приведены для расчета стальных оболочек без учета местных напряжений.

3.3. Расчет на прочность стальных оболочек следует выполнять по формуле

,                                             (4)

при этом необходимо соблюдать условия:

; ,

где x, ??z -    нормальные напряжения соответственно в поперечном и продольном сечениях оболочки, МПа;

R -    расчетное сопротивление, МПа, принимаемое при расчетах на внутреннее давление с учетом отпора грунта равным , а при расчетах на внутреннее давление без учета отпора грунта и на наружное давление - Ry;

Ru, Ry -     расчетные сопротивления стали растяжению, сжатию, изгибу, МПа, соответственно по временному сопротивлению и по пределу текучести, принимаемые по СНиП II-23-81;

u -   коэффициент надежности для элементов конструкций, рассчитываемых на прочность по временному сопротивлению, равный 1,3.

3.4. Нормальное напряжение z, МПа, в продольных сечениях оболочки от внутреннего давления воды следует определять по формулам:

,                                                 (5)

где pwi - расчетное внутреннее давление воды, МПа;

rm - средний радиус оболочки, см;

t - толщина стенки оболочки, см;

ar - расчетный радиальный зазор между оболочкой и бетоном, см;

Kor - приведенный коэффициент удельного отпора грунта, Н/см3, определяемый по формуле

;                                                        (6)

rе - наружный радиус бетонной обоймы, см;

Eb - модуль упругости бетона, МПа;

б) при отсутствии отпора грунта или при

                                                               (7)

3.5. Расчетный радиальный зазор между оболочкой и бетоном аr, см, следует определять по формуле