Расчет арочной крепи

5.1. Параметры конструкции арочной крепи следует определять из условий прочности и устойчивости при действии расчетных нагрузок от давления горных пород (первая группа предельных состояний).

5.2. Величину и характер распределения нагрузок на арку следует принимать по результатам измерений в условиях строящегося тоннеля или в аналогичных условиях. При отсутствии указанных данных нагрузки определяют в зависимости от возможности образования свода обрушения или отдельных вывалов, если исключена возможность давления полного столба налегающих пород.

Для скальных грунтов (коэффициент крепости в куске f ≥ 4) нормативные нагрузки следует принимать в зависимости от трещиноватости грунтов в соответствии с табл. 13.

Для нескальных и сильнотрещиноватых и раздробленных скальных грунтов интенсивности нормативных вертикальной и горизонтальной равномерно распределенных нагрузок (соответственно q_н и P_н) следует определять по формулам:

;

;

где φ _к = arctg f - кажущийся угол внутреннего трения в грунте.

Таблица 13

Трещиноватость грунтов	Интенсивность нагрузки, МПа	Варианты загружения
Слаботрещиноватые	qн = 0,28γθ Pн = 0
Трещиноватые	qн = 0,54γθ Pн = 0,136γ

Если приведенная высота свода обрушения или возможного вывала превышает половину расстояния от шелыги свода до поверхности или до слоя слабых неустойчивых грунтов, то интенсивность нормативных вертикальной и горизонтальной равномерно распределенных нагрузок следует определять по формулам:

;

где γ _i - объемный вес грунта i -го напластования;

H_i - толщина i -го напластования;

n - число напластований;

φ _к - кажущийся угол внутреннего трения грунта в окрестности выработки.

5.3. Расчетные нагрузки следует определять путем умножения величины нормативной нагрузки на коэффициент возможной перегрузки, принимаемый по табл. 14.

Таблица 14

Нагрузка от горного давления	Возможные вывалы в грунтах	Образование свода разрушения	Полный столб налегающих грунтов
размокаемые и выветриваемые	неразмокаемые и невыветриваемые
Вертикальная	1,3	1,0	1,3	1,0
Горизонтальная	1,3	1,0	1,5	1,1

5.4. Статический расчет арок производят по схеме воздействия указанных нагрузок на криволинейный стержень в винклеровской среде, обладающей упругим отпором одностороннего действия.

Коэффициент упругого отпора грунта K при расчете арок рекомендуется принимать постоянным по всему контуру выработки, за исключением пят арок. Его величину определяют по данным испытаний (штамповых или прессиометрических) или по аналогии. При этом следует учитывать наличие забутовки между аркой и поверхностью выработки с помощью соотношения

K = ε K_o,

где K_o - известный коэффициент отпора для данных условий;

ε - коэффициент, учитывающий толщину забутовки r_к, определяемый в соответствии с рис. 5.

Рис. 5. Зависимость коэффициента ε от толщины забутовки r_к

Коэффициент упругого отпора грунта под пятами арок K_n определяет по формуле

,

где L _α - полная длина арки;

B_п - ширина подошвы пяты арки.

При известном модуле деформации массива горных пород Е_о и коэффициенте Пуассона ν коэффициент отпора определяют по формуле

,

где - приведенный радиус выработки;

S_c - площадь поперечного сечения выработки.

5.5. Статический расчет арки временного крепления следует производить для каждого возможного в данных условиях варианта загружения на единичную вертикальную нагрузку q_o = 1 и соответствующую ей горизонтальную нагрузку . В качестве расчетной схемы необходимо принимать схему с шарнирами в пятах, наличие других шарниров определяют конструкцией арки.

В результате статического расчета должны быть определены величины нормальных сил N_i и изгибающих моментов M_i от единичной нагрузки в каждом i -м сечении арки.

5.6. Расчетным состоянием конструкции арки следует считать такое, при котором одно из ее сечений переходит в предельное состояние от воздействия нормальной силы и изгибающего момента при постоянном эксцентриситете нормальной силы в сечении.

5.7. Предельное состояние сечения стальной арки надлежит определять согласно требованиям главы СНиП по проектированию стальных конструкций (см. приложение 2).

Несущую способность i -го сечения следует определять решением относительно величины следующего уравнения

,

где F_i - площадь i -го поперечного сечения арки;

W_i^пл - пластический момент сопротивления i -го сечения арки (для двутавра W_i^кр = 1,12 W_i, где W_i - упругий момент сопротивления);

R _α - предел прочности материала арки.

Максимальная вертикальная нагрузка, которую способна нести арка q _max определяется max q = min q_i (i = 1, 2, 3,..., n).

5.8. Шаг арок α определяют из соотношения

,

где q_p - расчетная нагрузка для данных условий нагружения.

Пример расчета арочной крепи приведен в приложении 4.

5.9. При проектировании арочно-анкерной крепи (рис. 6) длину анкеров следует выбирать ориентировочно по п. 3.3 настоящих Методических рекомендаций таким образом, чтобы она превосходила глубину зоны возможного обрушения.

Рис. 6. Схема арочно-анкерной крепи:

1 - анкер; 2 - граница зоны возможного обрушения; 3 - забивка; 4 - забутовка; 5 - арка

Упругие опоры в расчетной схеме, моделирующие контакт с грунтом, следует совмещать с местами установки анкеров, причем жесткости опоры в направлении от выработки определяют согласно п. 5.4, а внутрь выработки по формуле

,

где E _α - модуль упругости материала анкера;

F _α - площадь сечения анкерного стержня;

l_c - свободная (до замка) длина анкера.

Пример расчета параметров арочно-анкерной крепи приведен в приложении 5.

5.10. Анкер-набрызг-бетонную или арочно-бетонную крепь следует рассчитывать на нагрузки соответственно п. 5.2 с учетом полной величины упругого отпора K_o.

Требуемую толщину бетона или набрызг-бетона определяют по п. 4.5. Методы расчета оптимальных параметров конструкции арочно-набрызг-бетонной крепи приведены в гл. 7, а пример расчета - в приложении 6.

5.11. Статическую работу бетона или набрызг-бетона временной крепи следует учитывать в расчете постоянной обделки. Для статического расчета арок временного крепления составлена программа для ЭВМ (см. приложение 1).

Дата добавления: 2014-11-18