Упругая (модель линейно деформируемой среды);

Пластические;

Реологические и др.

В практике проектирования применяют достаточно простой инженерный метод статического расчета обделок на заданные нагрузки с использованием модели местных деформаций, основанной на предложенной Винклером гипотезе о прямой пропорциональности между давлением и местным перемещением грунта. При расчетах по этому методу вначале определяют все действующие на обделку нагрузки, а затем рассчитывают ее на эти нагрузки как стержневую систему методом сил или перемещений строительной механики.

Статический расчет обделок методом сил получил название метода Метропроекта. Он достаточно универсален и позволяет рассчитывать как монолитные, так и сборные обделки постоянной и переменной по контуру жесткости в грунтах, обладающих упругими свойствами.

3. РАСЧЕТ ОБДЕЛКИ

3.1. Горное давление на обделки, сооружаемые подземным способом

Способ определения горного давления на обделки тоннелей, сооружаемых горным и щитовым способами, зависит от возможности сводообразования в грунте над горной выработкой. Поэтому сначала необходимо вычертить возможный контур обрушения в соответствии с гипотезой сводообразования профессора М.М. Протодьяконова.

Исходные данные:

№ грунта – 16;

Наименование породы – гнейсы крупнозернистые выветрившиеся;

Нормативный коэффициент крепости – 3,2;

Удельный вес грунта – 25 кН/м³;

Расстояние между трещинами В_т – 0,2 м;

Кажущийся угол внутреннего трения породы – 60 град;

Уровень грунтовых вод выше УГР – 20 м;

Коэффициент фильтрации – 0,5…1,0 м/сут.

Высота свода обрушения грунта:

h₁ = ,

где B – пролет свода обрушения, м;

f – расчетный коэффициент крепости грунта.

где – нормативное значение коэффициента крепости;

– коэффициент трещиноватости массива;

– коэффициент учета водопритока, расположения трещин и способа проходки.

Пролет свода обрушения в случае выработок сводчатого очертания:

B =

где b, h — ширина и высота тоннельной выработки, м;

φ – значение кажущегося угла внутреннего трения грунта, град.

Рис. 3.1.1. Схемы для определения горного давления по гипотезе профессора М. М. Протодьяконова при сводообразовании:

1 – контур выработки; 2 – свод давления; 3 – свод обрушения; 4 – несущий свод;

5 – граница слоя слабого неустойчивого грунта; 6 – обделка тоннеля

Нормативная равномерно распределенная вертикальная нагрузка:

q_n =

где g - удельный вес грунта, кН/м³.

Нормативная равномерно распределенная по высоте горизонтальная нагрузка:

p_n =

где ξ_а – коэффициент активного бокового давления грунта:

ξ_а =

3.2. Гидростатическое давление

В данном курсовом проекте грунтовые условия в частности уровень грунтовых вод h_ω и коэффициент фильтрации k_ф позволяют не учитывать гидростатическое давление при статическом расчете обделки, при условии выполнения определенных мероприятий по понижению УГВ.

Для понижения УГВ в курсовом проекте предусмотрены две дренажные трубы диаметром (d = 0,3 м) расположенные по подошве обделки, но не включенные в ее состав. Трубы имеют перфорацию для приема грунтовых вод внутрь самих труб.

3.3. Определение расчетных значений нагрузок

При расчете тоннельных обделок по первой группе предельных состояний (на прочность и устойчивость обделки, и прочность стыков сборных обделок) расчетные нагрузки определяют путем умножения нормативных значений на коэффициенты надежности по нагрузке

q =

p =

где g_f – коэффициент надежности по нагрузке.

3.4. Схема нагрузок

Тоннельное сооружение представляет собой конструкцию, длина которой значительно превышает размеры поперечного сечения, поэтому обычно для расчета выделяют плоскую систему длиной 1 м. Если тоннельная конструкция состоит из сборных элементов, длину выделяемой плоской системы принимают равной размеру типовой секции-кольца или ширине сборного элемента.

Схема нагрузок представляет собой сочетание конструктивной схемы и внешних нагрузок. Конструктивная схема изображается в виде контура нейтральной оси обделки с обозначенными на нем конструктивными или технологическими шарнирами и их координатами. На ней указывается вид заделки опорных элементов.

Рис.3.4.1. Схема нагрузок обделки подковообразного очертания

Величина угла 2φ₀ назначается в зависимости от коэффициента крепости грунта и жесткости обделки. Для монолитных бетонных обделок подковообразного очертания угол 2φ₀ равен 90°...150° при коэффициенте крепости f = 6...3.

3.5. Расчетная схема и основная система

В грунтах, обладающих упругим отпором (коэффициент удельного упругого отпора К₀ > 0,35-10⁵ кН/м³), тоннельная обделка работает совместно с окружающим грунтом и представляет собой сложную многократно статически неопределимую конструкцию. Статический расчет такой конструкции методом заданных нагрузок целесообразно выполнять методом сил строительной механики, который дает наименьшее количество неизвестных. Расчетная схема служит для преобразования схемы нагрузок в стержневую систему путем принятия ряда допущений, обеспечивающих требуемый запас прочности.

Наиболее широко используемый способ расчета основан на введении следующих допущений: