Расчет металлической податливой крепи тоннеля

Приложение 4.

Исходные данные для расчета крепи. Выработку проводят вкрест простирания пород по глинистым сланцам, по мраморизованным известнякам, по кварцитам вторичным кавернозным, при этом средний угол падения составляет 38°. Нормативное значение предела прочности в водонасыщенном состоянии составляет: глинистых сланцев 19,7 МПа, мраморизованных известняков 31 МПа, кварцитов 11,7 МПа. Выработка расположена вне зоны влияния тектонической нарушенности. Максимальная глубина заложения проектируемого тоннеля 47,26 м. Размеры выработки в проходке: ширина 4450 мм; высота 3800 мм; площадь сечения 16,9 м².

Расчет параметров арочной крепи производим согласно «Инструкции по выбору рамной податливой крепи горных выработок» (ВНИМИ, 1995 г.)

Определяется расчетное сопротивление пород кровли, почвы и боков выработки на сжатие

,

где - сопротивление сжатию различных слоев, мПа; - мощности различных слоев пород, м;

где - коэффициент, учитывающий нарушенность массива, =0,9; - среднее значение сопротивления слоев пород в образце одноосному сжатию, устанавливаемое по результатам испытаний. Тоннель проводят по однотипным вмещающим породам находящимся как в боках, так и в кровле и почве выработки.

Расчетное сопротивление пород кровли и боков выработки на сжатие

- по глинистым сланцам ;

- по мраморизованным известнякам ;

- по кварцитам вторичным кавернозным .

Расчетная высота слоев для боков выработки составит

Н_р.б=h=3,8 м,

где h - расчетная высота выработки в проходке.

Расчетная высота для кровли составит

Н_р.к=1,5∙b=1,5∙4,45=6,675 м,

где b - расчетная ширина выработки в проходке.

Смещение пород определится по формуле

где U_т - типовое смещение пород (определяют по графику) составляет для кровли, почвы и для боков U_т.кр=U_т.п=U_т.б=20 мм; K_α - коэффициент влияния угла залегания пород и направления проходки выработки, K_α=0,45 для кровли, почвы и боков выработки; K_q - коэффициент направления смещения пород, K_q=0,95 для кровли, почвы и боков выработки; K_s – коэффициент влияния размеров выработки, для кровли и почвы он определяется по формуле и составляет K_s=0,2∙(b-1)=0,2∙(4,45-1)=0,67, для боков K_S=0,2∙(h-1)=0,2∙(3,8-1)=0,56; К_t - коэффициент влияния времени на смещение пород, К_t=1 для выработок со сроком службы более 15 лет; K_в - коэффициент воздействия других выработок, K_в=1 для одиночных выработок.

Смещение пород для кровли, почвы и боков составит соответственно

- по глинистым сланцам

U_с.кр=U_с.п=20∙0,45∙0,95∙0,67∙1∙1=5,7 мм; U_с.б=20∙0,45∙0,95∙0,56∙1∙1=4,8 мм;

- по мраморизованным известнякам

U_с.кр=U_с.п=15∙0,45∙0,95∙0,67∙1∙1=4,3 мм; U_с.б=15∙0,45∙0,95∙0,56∙1∙1=3,6 мм;

- по кварцитам вторичным кавернозным

U_с.кр=U_с.п=50∙0,45∙0,95∙0,67∙1∙1=14,3 мм; U_с.б=50∙0,45∙0,95∙0,56∙1∙1=12,0 мм.

Расчетную нагрузку на 1 м выработки со стороны кровли и почвы определяют по формуле

Р=К_п∙К_н∙К_пр∙b∙Р_н,

где b - расчетная ширина выработки в проходке, м; К_п - коэффициент перегрузки, К_п=1,25 для вскрывающих выработок; К_н – коэффициент надежности, К_п=1; К_пр - коэффициент условий проведения выработки, К_пр=1 для буровзрывного способа; Р_н - нормативная нагрузка, определяемая по графику в зависимости от смещения пород.

Р_кр=Р_п=1,25∙1∙1∙4,45∙20=111 кПа.

Расчетную нагрузку на 1 м выработки со стороны боков выработки определяют по формуле

Р=К_п∙К_н∙К_пр∙h∙Р_н,

где h - расчетная высота выработки в проходке, м.

Р_сб=1,25∙1∙1∙3,8∙20=95 кПа.

При b=4,45 м принимаем арочную крепь КМП-А3 из СВП-22 с фигурной планкой с несущей способностью в податливом режиме N=200 кН.

Плотность установки крепи определяем по формуле и составит Окончательно принимаем шаг установки рам равным 1,0 м. Максимальная вертикальная и горизонтальная податливость крепи КМП-А3 из СВП-22 с фигурной планкой составляет 400 мм. При плотности установки крепи менее 1 рамы/м, податливость принимают из условия

∆≥U_кр,

где ∆ - конструктивная податливость крепи, мм.

Так как податливость крепи

- по глинистым сланцам ∆=400≥5,7;

- по мраморизованным известнякам ∆=400≥4,3;

- по кварцитам вторичным кавернозным ∆=400≥14,3.

Следовательно, арочная крепь КМП-А3 из СВП-22 в различных вмещающих породах обеспечит нормальную эксплуатацию рассматриваемой выработки.