Тоннель, сооружаемый горным способом

       Расчётная схема представлена на рис.3.1. 

       Тоннельная  обделка представляет собой статически неопределимую систему  с небольшим числом неизвестных. Нагрузки, действующие на тоннельную обделку принимаются симметричными относительно вертикальной оси.

       Применительно к расчёту тоннельной обделки на ЭВМ  расчётная схема  тоннельной обделки  несколько модернизирована. Ось тоннельной обделки  разделена на восемь равных частей. В пределах каждого участка жесткость тоннельной обделки и упругие характеристики среды приняты постоянными. 

        Рисунок 3.1. Расчетная схема  и основная система  для тоннельной обделки  подковообразного очертания. 

       3.2. Определение нагрузок, действующих на  тоннельную обделку. 

       Нагрузки, действующие на тоннельную обделку определяются согласно СНиП 11-44-78. Величина нагрузок зависит от глубины заложения тоннеля и размеров выработки, инженерно – геологических, климатических и сейсмических условий, способа производства работ и т.д. Нагрузки подразделяются на временные, постоянные и особые.

       В курсовом проекте  тоннельную обделку  необходимо рассчитать на основное сочетание нагрузок, составляемое из постоянных и временных нагрузок, таких как:

• вертикальное горное давление;
• горизонтальное горное давление, активное или в виде упругого отпора;
• собственный вес тоннельной обделки;
• гидростатическое давление грунтовых вод;

                      

       Схема к определению  величины горного  давления на основании  гипотезы М.М. Протодьяконова приведена на рис.3.2. 

Рисунок 3.2. Схема определения горного давления по гипотезе М.М.Протодьяконову. 

       Пролёт  свода обрушения  определяется по формуле:

       

       

       Высота  свода обрушения  определяется по формуле:

       

       где f – крепость породы по М. М. Протодьяконову.

       

       В расчёте вертикальное и горизонтальное горное давление принимается равномерно распределённым и принимается по формуле:

• вертикальное горное давление:

       

       

• горизонтальное  горное давление:

 

       Определение расчётных нагрузок.

       Для определения расчётных  нагрузок вертикального  и горизонтального  горного давления необходимо нормативную  нагрузку умножить на коэффициент перегрузки:

       

         

       3.3. Составление исходной  информации для  расчёта тоннельной  обделки на ЭВМ. 

       Для расчёта тоннельной обделки на ЭВМ  необходимо подготовить следующие исходные данные:

• глубина заложения тоннеля;
• коэффициент крепости породы по М. М. Протодьяконову –f;
• угол внутреннего трения породы - j;
• удельный вес породы - g;
• коэффициент упругого отпора за стеной обделки(Кс) и под подошвой (Кп);
• ширина выработки – В;
• высота выработки – Н;
• коэффициент условий работы горного массива – Кр;
• модуль упругости материала, из которого изготовлена тоннельная обделка – Е;
• координаты центров тяжести;
• толщина расчётных сечений тоннельной обделки.

       Для определения координат  центров тяжести  расчётных сечений  и толщины тоннельной обделки в этих сечениях необходимо начертить тоннельную обделку в масштабе 1:100  и разбить её на конечные элементы.

       Определённые исходные данные, удобно оформить в виде таблиц (см табл.3.1., табл.3.2.). 
 

       Исходные  параметры задачи

       Таблица 3.1.

 
 

       Координаты  и толщина обделки

       Таблица 3.2.

 
 
 

       Результаты  расчета на ЭВМ

       Таблица 3.2.

       Расчет  выполнен на горное давление q = 220,7313 кН/м². 

       По  вычисленным на ЭВМ  значениям моментов и нормальных сил  строятся эпюры М и N.

       Эпюры приведены на рис.3.3.

       Рисунок 3.3. Эпюры изгибающих моментов и перерезывающих сил.

       3.4. Проверка прочности  сечения обделки.

        

       Проверка  прочности тоннельной обделки должна выполняться  по вычисленным усилиям (изгибающим моментам и нормальным силам) в соответствии со СНиП 2.03.01.–84 с учётом особенностей, изложенных в СНиП 11-44-78.

       В курсовом проекте  необходимо выполнить  расчёт для трёх наиболее характерных сечений:

• для замкового сечения;
• для сечения в пяте обделки;
• для сечения с наибольшим отрицательным моментом.

       В соответствии со СНиП 2.03.01.–84 тоннельная обделка может расcчитываться как внецентренно сжатая конструкция.

       Эксцентриситет  рассчитывается по формуле:

       

       где М и N - изгибающий момент и нормальная (продольная) сила в рассматриваемом сечении;

       Расчёт  прочности тоннельной обделки для замкового  сечения:

       

       Эксцентриситет  находится за пределами  сжатой зоны, следовательно, сечение тоннельной обделки проверяется как работающее на изгиб по формуле:

       

       где - коэффициент, принимаемый для тяжелого и других видов бетонов равным 1;

       m - коэффициент, учитывающий неточность в назначении расчётной схемы монолитной бетонной обделки, принимаемый равным 0,9;

        - расчётное сопротивление бетона осевому растяжению, для бетона класса В40, ;

       b - ширина сечения, b=1м;

       h - высота сечения, h=0,65м.

        

       Условие не выполняется. 

       Расчёт  прочности тоннельной обделки для сечения с наибольшим отрицательным моментом (сечение №3): 

       

       Эксцентриситет  находится за пределами  сжатой зоны, следовательно, сечение тоннельной обделки проверяется как работающее на изгиб по формуле:

       

       

       Условие не выполняется. 

       Расчёт  прочности сечения  в пяте:

       

       Эксцентриситет  находится в пределах сжатой зоны, следовательно, сечение тоннельной обделки проверяется как работающее только на сжатие по формуле:

       

       где - расчётное сопротивление бетона осевому сжатию, для бетона класса В40, ;

        - коэффициент,  учитывающий влияние  прогиба на значение  эксцентриситета продольного усилия, ;