Комбинированная крепь. Область применения. Принцип расчета.

Комбинированные конструкции крепей из сочетании анкеров с набрызгбетоном, арок с набрызгбетоном, анкеров с арками и набрызгбетоном следует рассчитывать на нагрузки, определяемые из результатов натурных исследований. До проведения указанных исследований нагрузки на набрызгбетонную крепь могут быть оценены расчетным путем в соответствии с действующими нормами проектирования тоннельных сооружений. Анкеры, скрепляя структурные блоки или слои пород, увеличивают устойчивость обнажений. Слой бетона предохраняет горные породы от выветривания и предотвращает мелкие отслоения. В тяжелых горно-геологических условиях комбинированная крепь может быть усилена сварной металлической сеткой. В такой комбинации (анкеры + сетка + торкрет)

Комбинированная крепь возводится в следующем порядке. Сначала, как правило, устанавливают анкерную крепь с навеской (при необходимости) металлической сетки. Затем наносят слой торкрет- или набрызгбетона.

В неустойчивых породах порядок возведения комбинированной крепи может быть изменен. Сначала, в качестве временной крепи, на поверхность выработки наносят слой набрызгбетона. Поверх него устанавливают анкеры с навеской сварной металлической сетки. Затем наносят второй слой набрызгбетона. В итоге сетка оказывается армирующим элементом внутри двойного слоя бетона.

Комбинированная крепь применяется в следующих сочетаниях:

1) анкерная и набрызг-бетонная крепь;

2) анкерная с металлическими подхватами, с шайбами или опорными плитами, с затяжкой в виде сварной металлической решетки и набрызг-бетонная крепь;

3) анкерная и подпорная крепь.

Варианты и параметры комбинированной крепи принимаются и рассчитываются в зависимости от состояния устойчивости пород в горных выработках

Область применения

Комбинированная крепь (анкерная крепь в комбинации с другими типами ограждающей или поддерживающей крепи), применяется в горных выработках, расположенных в зонах геологических нарушений, выветрелых и обводненных пород, при наличии тонких прослойков угля, кальцита или углистых аргиллитов в пределах глубины заделки анкеров, в капитальных горных выработках повышенной ответственности с длительным сроком эксплуатации и в подготовительных горных выработках при интенсивном горном давлении.

Принцип расчета я хз что из этого нам нужно

Обделки из набрызгбетона и анкеров рекомендуется рассчитывать как многослойные конструкции, внешний слой которых - омоноличенная (набрызгбетоном, анкерами) породная зона (рис. 15). В качестве исходных данных для расчета следует принимать: толщину породобетонного слоя h _о с усредненным модулем деформации Е₂; толщину слоя грунта, омоноличенного анкерами h _a с модулем деформации E ₁ ; толщину набрызгбетонного покрытия h _н с модулем деформации E _н . В результате расчета определяется нормальное давление P _о и сдвигающее усилие Р_с на контакте «обделка - грунт».

Рис. 15. Конструкция комбинированной анкер-набрызгбетонной крепи (обделки):

1 - анкер: 2 - слой грунта, «прошитый» анкерами; 3 - породо-бетонный слой; 4 - первичная крепь: 5 - вторичная крепь (обделка)

Толщину h _о бетонопородного слоя (см. рис. 15) следует определять на основании натурных измерений или теоретически.

Для вычисления указанных параметров конструкции рекомендуются следующие выражения:

,

где d _т - ширина трещин, см; К _т - категория трещиноватости;

E ₂ = (0,5 ¸ 0,7)Е + (0,5 ¸ 0,3)Е_н ,

где Е - модуль деформации грунта «в куске», МПа.

, где

, где ;

g - коэффициент Пуассона грунта.

Сцепление Р_с на контакте «обделка - порода» необходимо проверять на выполнение условия

,

где Р_о - нормальное давление грунта на обделку, МПа; f ^* - коэффициент трения по контакту «обделка - порода»; К^* - сцепление «обделка - порода», МПа.

При невыполнении этого условия возможно проскальзывание покрытия по контакту, в этом случае обделку следует рассматривать как обычное монолитное кольцо.

Анкеры повышают надежность совместной работы набрызгбетонного покрытия с породой. При этом перемещение конца анкера W _p , в см, должно удовлетворять условию

где Q _a - предельная несущая способность анкера, кН.

При проектировании анкер-набрызгбетонной обделки в грунтах, склонных к ползучести, последнюю следует учитывать, полагая модуль деформации Е и коэффициент Пуассона у грунта функциями времени, определяемыми путем натурных исследований, МПа:

где f _э ( t ) - конвергенция экспериментальной выработки, м; Н_з - глубина заложения выработки, м; R _э - радиус экспериментальной выработки, м.

В качестве условия устойчивости выработки в таких грунтах в различные периоды времени рекомендуется пользоваться соотношением:

,

где f ( z_y ) - функция, учитывающая место установки крепи, допускается принимать f ( z_y )=

При проектировании анкер-набрызгбетонной обделки в сейсмических зонах параметры конструкции, полученные расчетным путем, следует проверять в соответствии с «Инструкцией по учету сейсмических воздействий при проектировании горных транспортных тоннелей» ( ВСН 193-81). М., ВПТИтрансстрой, 1982.

Особенность расчета в этом случае состоит в том, что напряжения сжатия от сейсмических волн следует суммировать со статическими напряжениями сжатия в первичной обделке, что может явиться причиной разрушения обделки, в то время как напряжения растяжения от сейсмических волн могут стать опасными для менее нагруженной вторичной обделки.

Варьируя межанкерное расстояние а, длину анкера l _а и толщину покрытия из набрызгбетона h _н , добиваются устойчивости выработки при минимальных затратах труда и материалов на их возведение. Задача оптимизации комбинированной конструкции в этом случае сводится к определению такого сочетания параметров крепи а, l _а и h _н , при котором будет обеспечено устойчивое состояние выработок и вместе с тем минимизируются функции себестоимости и трудозатрат на возведение крепи (целевая функция).

Методика решения этой задачи и выбора оптимальных значений параметров анкер-набрызгбетонной крепи в большом диапазоне горно-геологических условий приведена в приложении 19.

При расчете конструкции арочно-набрызгбетошюй крепи следует учитывать, что набрызгбетон может быть использован: в качестве затяжки между арками; как забутовка, обеспечивающая гарантированный контакт по периметру выработки; как элемент обделки, для которой арки являются армирующим элементом. В зависимости от функций, в расчетной схеме должны приниматься соответствующие условия контакта конструкции с контуром выработки. Принципы оптимизации параметров арочно-набрызгбетонной крепи приведены и приложении 20, расчет арочной крепи как самостоятельной конструкции приведен в приложении 21.

При проектировании арочно-анкерной крепи длину анкеров ориентировочно можно выбирать таким образом, чтобы она превосходила глубину зоны возможного обрушения.

Упругие опоры, моделирующие контакт с породой, следует совмещать с местами установки анкеров, причем жесткость опоры в направлении внутрь выработки - по формуле:

где Е_а - модуль упругости материала анкера, МПа; F _a - площадь сечения анкерного стержня, м²; l _с - свободная (до замка) длина анкера, м.