Расчет анкерной крепи

3.1. В общем случае эффект от применения анкерной крепи проявляется в том, что анкеры, заглубленные в ненарушенную часть горного массива, с одной стороны, как бы подвешивают грунт в зоне возможного обрушения, предотвращая тем самым отдельные вывалы, а с другой стороны - «сшивая» отдельные грунтовые блоки и слои, омоноличивают нарушенную проходкой зону грунтового массива, превращая ее в несущую конструкцию.

Кроме того, в процессе совместного деформирования с массивом в анкерах возникают дополнительные усилия, которые изменяют напряженно-деформированное состояние грунта вокруг подкрепленной выработки, по сравнению с неподкрепленной, повышая тем самым степень его устойчивости и снижая смещение поверхности выработки.

3.2. Предварительное назначение основных параметров анкерной крепи (рис. 1), исходя из гипотезы подвешивания зоны возможного обрушения к ненарушенным грунтам и согласно требованиям инструкции по временному креплению, следует производить в следующем порядке:

определение расчетной (рабочей) длины анкера l_р;

определение длины части анкера, заглубленной в ненарушенный грунт (замковой части) l_з;

определение предельного расстояния между анкерами по прочности закрепления заглубленной части (замка) d;

выбор диаметра стержня d_ст.

Рис. 1. Основные параметры анкерной крепи:

1 - анкер; 2 - подхват; 3 - граница зоны возможного обрушения; d - межанкерное расстояние; l_к - длина концевой части анкера; l_р - рабочая длина анкера; l_з - длина замковой части; Н - высота выработки; L - ширина выработки

3.3. Расчетную длину анкера l_р следует назначать не менее чем высота зоны возможного обрушения L, принимаемая на основании опыта строительства в аналогичных инженерно-геологических условиях.

При отсутствии опытных данных расчетную глубину зоны возможного обрушения следует определять по формуле

,

где K_T - коэффициент учета трещиноватости скальных грунтов, принимаемый здесь равным:

для слаботрещиноватых грунтов.............. 1

для трещиноватых...................................... 2

для сильнотрещиноватых.......................... 2,5

Если коэффициент крепости грунта f определен с учетом трещиноватости, то K_T = 1.

В неустойчивых грунтах типа аргиллитов должно удовлетворяться условие

l_р ≥ 0,5 θ (z - 1),

где z - относительная величина, принимаемая в зависимости от глубины заложения тоннеля H и предела прочности грунта на сжатие σ_к по номограмме (рис. 2).

Рис. 2. Номограмма для определения величины z в зависимости от глубины заложения тоннеля

3.4. При использовании крепи из сталеполимерных анкеров (СПА) выбор закрепляющего состава и расчет конструкции рекомендуется вести в соответствии с данными табл. 5.

3.5. Расчетное сцепление τ_сц для цементно-песчаных растворов без ускорителей твердения следует принимать:

а) при глиноземистом цементе марок 400-500........ 45 кг/см² в возрасте 48 ч и более;

б) при портландцементе марок 400-500................. 45 кгс/см² в возрасте 72 ч и более.

3.6. Расчетную величину прочности закрепления заглубленной части необходимо корректировать натурными испытаниями согласно методике, приведенной в ВСН 126-78.

3.7. Предельное расстояние между анкерами α по прочности закрепления замка N следует определять по формуле

,

где γ - плотность горной породы, т/м³.

3.8. Ориентировочно выбранный диаметр стержня анкера необходимо корректировать по формуле

,

где P = 1,5 γα² L,

R_α - расчетное сопротивление материала стержня принимают согласно указаниям главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций.

3.9. Для нетрещиноватых, слаботрещиноватых и трещиноватых скальных грунтов с одной системой трещин, где возможно определенное омоноличивание грунтовых блоков анкерами, крепь рекомендуется рассчитывать по гипотезе образования несущей конструкции из окружающих выработку грунтов (рис. 3). Представляя эту конструкцию в виде породной балки, следует пользоваться соотношением, связывающим длину анкеров l_α и расстояние между ними (межанкерное расстояние) α:

где

- угол влияния анкера;

q и λ - соответственно интенсивность вертикального давления и коэффициент бокового давления, определяемые согласно требованиям СНиП по проектированию тоннелей;

l_α = l_р + l_з - длина расположенной в грунте части анкера, м;

, тс/м².

Здесь H - высота выработки, м;

σ_р - предел прочности грунта на растяжение, кгс/см², для отдельных типов грунтов, данный в табл. 6;

φ - угол внутреннего трения грунта, град.

Рис. 3. Схема несущей породной конструкции, образуемой вокруг выработки с помощью анкеров:

1 - анкер; 2 - несущая породная конструкция; θ - угол влияния анкера; l_α - длина анкера

3.10. При установке анкеров непосредственно возле забоя сразу после обнажения выработки в стержнях возникают дополнительные усилия, связанные с взаимовлияющим деформированием крепи и грунта, для определения которых составлена программа для ЭВМ «Анкер-контакт» (см. приложение 1). При этом учтены взаимное влияние анкеров, место и время их установки, ползучесть окружающего выработку грунта.

Таблица 5

Компоненты	Содержание, массовые части	Область эффективного использования	Скрепляемый материал	Удельное сцепление состава, МПа, в возрасте, ч
при 0 °С	при 7 °С	при 20 °С
Олигоэфиракрилат (МГФ-9)		Для грунтов устойчивых и слабой устойчивости, нетрещиноватых и слабой трещиноватости, сухих с температурой от 0 °С и выше и крепостью f ≥ 2 по Протодъяконову	С металлом		1,4	2,0	9,7	0,7	2,3	3,4	9,9	1,2	2,8	3,5	10,2
Паста перекиси бензоила (ПБ)	0,5÷20	С бетоном		0,8	1,3	8,1	0,2	0,8	1,7	8,3	0,6	1,1	-	9,4
Диметиланилин (ДМА)	0,5÷7	С грунтом (известняк)		0,8	1,4	9,0	0,4	1,2	2,3	9,0	0,8	1,6	-	-
Сульфат бария (BaSO4)	30÷80
Наполнитель (шлак)	10÷150
Ненасыщеная полиэфирная смола		Для грунтов устойчивых и слабой устойчивости, слабой и средней трещиноватости, обводненных c температурой от минус 5 °С и выше и крепостью f ≥ 2 по Протодъяконову	С металлом		1,5	2,0	13,2	0,8	2,3	3,6	13,2	1,2	3,0	4,3	13,3
Паста перекиси бензоила	0,5÷20	С бетоном		0,8	1,4	10,9	0,2	1,0	1,8	11,1	0,6	1,3	2,5	11,2
Диметиланилин	0,5÷7	С грунтом		0,9	1,8	11,2	0,6	1,3	2,7	11,8	0,8	1,8	2,9	12,2
Сульфат бария	30÷80
Наполнитель	10÷150
ПАВ	10÷50
Форполимер с концевыми изоциакатными группами		Для грунтов слабой устойчивости, трещиноватых и сильнотрещиноватых, сухих и обводненных с температурой от минус 5 °С и выше с крепостью f ≥ 2 по Протодъяконову	С металлом	-	-	-	7,4	-	-	1,3	8,0	-	-	1,7	8,0
0,5-10 %-ный йодный раствор 2,4,6- триедиметиламинометилфенола	10÷15	С бетоном	-	-	-	8,0	-	-	1,8	8,5	-	-	2,3	8,7
Аэросил	30÷10	С грунтом	-	-	-	8,1	-	-	1,8	8,4	-	-	2,4	8,8
Гипс	20÷150

Таблица 6

п/п	Горные породы	Предел прочности на растяжение σр, кгс/см^2
	Порфирит
	Габбро-диабаз	139-160
	Базальт	90-190
	Алевролит	80-120
	Известняк
	Аргиллит	46-71
	Песчаник	44-80
	Сланец

3.11. При определении усилий в анкерах следует учитывать следующие факторы, связанные с использованием крепи этого вида: если анкеры установлены на стадии проходки опережающей штольни (пилот-тоннеля), то усилие в (1 + K_y) больше, чем когда анкеры устанавливают при полном раскрытии сечения.

,

где R_ш и R - приведенные по площади поперечного сечения радиусы опережающей штольни и выработки ;

при коэффициенте бокового давления λ < 0,3 для повышения эффективности крепления в боках выработки рекомендуется устанавливать предварительно напряженные анкеры; при установке анкеров непосредственно после раскрытия выработки ползучесть окружающего выработку грунта приводит к увеличению усилий в стержнях, при установке же через время, соизмеримое со временем стабилизации ползучести, усилия в предварительно напряженных анкерах падают, что связано с ползучестью грунта под опорным элементом и в замковой части.

Дата добавления: 2014-11-18