Выбор оптимальных параметров комбинированной крепи

7.1. Варьируя межанкерное расстояние α, длину анкера l и толщину покрытия из набрызг-бетона h таким образом, чтобы они удовлетворяли условиям пп. 3.3, 3.6, 3.9 и 4.5 настоящих Методических рекомендаций, можно добиться удовлетворительной устойчивости выработки. Из всех параметров крепи, обеспечивающих устойчивое состояние выработки, следует выбрать такое их сочетание, при котором себестоимость и трудозатраты возведения крепи являются минимальными.

Задача оптимизации конструкции комбинированной крепи формулируется следующим образом: найти сочетание параметров крепи α, l_α, h, обеспечивающее устойчивое состояние выработок (т.е. удовлетворяющее выражениям перечисленных выше пунктов настоящих Методических рекомендаций) и минимизирующее функцию себестоимости или трудозатрат на возведение крепи (целевую функцию).

Рис. 8. Номограммы для определения параметров защитного экрана из труб:

а - в условиях сводообразования; б - при давлении столба пород высотой H

7.2. Выражение себестоимости (трудозатрат) С на возведение анкер-набрызг-бетонной крепи на одном метре тоннеля имеет следующий вид:

,

где L_в - периметр контура выработки, м;

ζ, h, ξ - приведенные коэффициенты себестоимости (трудозатрат), по возведению крепи, в качестве которых рекомендуется назначать соответствующие единичные нормы (например, расценки и нормы времени по ЕНиР, сб. 36 вып. 2).

Первое слагаемое определяет затраты на бурение шпуров под анкеры, причем коэффициент ζ принимают в зависимости от способа бурения и категории грунтов по разработке по табл. 15, где в числителе дается норма времени в человеко-часах, а в знаменателе - расценка в рублях.

Второе слагаемое характеризует затраты на установку анкеров, причем коэффициент η принимает значения:

для металлических анкеров η = 0,31 чел.-ч или 0-34,4 руб;

для железобетонных анкеров η = 0,38 чел.-ч или 0-42,1 руб.

Третье слагаемое характеризует себестоимость и трудозатраты при нанесении набрызг-бетона; коэффициент определяют в зависимости от толщины слоев:

при нанесении первых 50 мм ξ = 0,55 чел.-ч или 0-55,9 руб.;

каждого последующего см - ξ =0,18 чел.-ч или 0-18,3 руб.

При вычислении себестоимости и трудозатрат на возведение крепи следует учитывать затраты на установку металлической сетки (на 1 м² норма времени - 0,24 чел.-ч; расценка 0-26,6 руб.).

7.3. Решать задачу оптимизации параметров комбинированной крепи рекомендуется с помощью программы «Комбинированная крепь», составленной на языке Алгол 60 для ЭВМ (см. приложение 1). Программа позволяет определить параметры комбинированной крепи из анкеров и набрызг-бетона, в том числе усиленных подхватами, для указанных в соответствующих разделах настоящих Методических рекомендаций характеристик грунтов, выработки и конструкции крепи.

Таблица 15

Способ бурения	Тип механизма	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI
Перфоратором	ПР-30Л ПР-30К ПР-Т8Л	0,155 0-18,3	0,18 0-21,3	0,21 0-24,8	0,23 0-29,2	0,28 0-33,1	0,41 0-48,5	0,56 0-66,3	0,72 0-85,2
Самоходными бурильными установками	СБУ-2	-	0,09 0-12,6	0,1 0-14	0,12 0-16,8	0,135 0-18,9	0,165 0-23,1	0,175 0-24,5	0,19 0-26,6

7.4. Для выбора оптимальных значений параметров комбинированной крепи (набрызг-бетон и железобетонные анкеры) в грунтах с коэффициентом крепости f от 3 до 10 и разной степени трещиноватости, характеризуемой коэффициентом K_T, при изменении пролета выработки θ от 3 до 12 м могут быть использованы номограммы приложения 7, построенные по данным машинного счета.

7.5. При рассмотрении и расчете конструкции арочно-набрызг-бетонной крепи можно представить несколько способов использования набрызг-бетона в комбинации с арками (табл. 16), отличающихся тем, что набрызг-бетон может быть использован в качестве затяжки между арками, как забутовка, обеспечивающая гарантированный контакт по периметру выработки, и как обделка, для которой арки являются армирующим элементом. При этом третий способ рассматривается при оптимизации конструкции крепления и постоянной обделки.

Таблица 16

№ п/п	Функция набрызг-бетона	Качество контакта арки с массивом	Тип отпора	Количество набрызг-бетона
	Элемент ограждения	Контакт не гарантирован	Односторонний уменьшенный	По гипотезе ограждения
	Элемент ограждения и забутовка	Гарантированный контакт по контуру	Односторонний полный	По гипотезе ограждения
	Элемент ограждения, забутовка и несущая конструкция	То же	Двусторонний	Закрывает арку полностью или частично

7.6. Общая структура функции цели V определяется перечнем работ, связанных с сооружением арочно-набрызг-бетонной крепи

V = V₁ + V₂ + V₃ + V₄,

где V₁, V₂, V₃, V₄ - определяют в соответствии технико-экономическими факторами изготовления арки, ее установки, обеспечения набрызг-бетоном гарантированного контакта, нанесения затяжки из набрызг-бетона.

При этом основными функциями цели являются функция стоимости S_к и металлоемкости, которые выражаются с помощью соотношений

;

,

где α - шаг арок;

h - толщина покрытия из набрызг-бетона;

N - номер профиля арки;

S₁, S₂, S₃, S₄ - коэффициенты сметной стоимости изготовления арки, ее установки, обеспечения контакта, нанесения набрызг-бетона, удельная металлоемкость.

7.7. Проведя серию расчетов для арок, изготовленных из различных профилей, определяют шаг арок, согласно которому выбирают с помощью п. 4.5 необходимую толщину набрызг-бетона. Затем согласно п. 7.6 подсчитывают величины S_кM и из них определяют наилучшие.

Пример расчета оптимальной конструкции приведен в приложении 7.