Принципы расчета крепей подземных сооружений

 

Крепь (обделка) выработки в процессе ее строительства и эксплуатации подвергается различным нагрузкам и воздействиям, которые согласно действующим строительным нормам [10-12; 17] делят по продолжительности действия на постоянные и временные (длительные, кратковременные и особые).

К постоянным нагрузкам относят: горное давление или вес насыпного грунта; гидростатическое давление; собственный вес конструкций; вес зданий и сооружений в зоне их воздействия на подземную конструкцию; сохранившиеся усилия от обжатия (разжатия) крепи и давления щитовых домкратов.

К длительным временным нагрузкам и воздействиям относят: вес стационарного оборудования; температурные климатические воздействия; силы морозного пучения; воздействия усадки и ползучести бетона; усилия начального обжатия (разжатия) крепи.

К кратковременным относят нагрузки и воздействия от внутритоннельного и наземного транспорта; строительных процессов (нагнетания раствора за крепь; воздействия проходческого и другого строительного оборудования, в том числе давление щитовых домкратов; волновое воздействие при транспортировке опускных секций подводных тоннелей и гидростатическое давление при их погружении и т.п.).

Особыми считают нагрузки и воздействия сейсмического и взрывного характера, сдвиговых деформаций в массиве и т.д.

Расчет несущих подземных конструкций выполняют по предельным состояниям первой и второй групп на основные сочетания постоянных, длительных, некоторых кратковременных и одной из особых.

Для расчета крепи составляют расчетную схему, которая включает в себя конструктивную схему крепи и схему ее нагружения. Многообразие конструкций крепи (см. раздел 3.1), схем их взаимодействия с массивом пород и методик расчета обуславливает многообразие расчетных схем. По характеру взаимодействия массива и крепи выделяют две группы схем: заданных нагрузок и совместного деформирования.

В первой группе схем нагрузка на крепь рассматривается как внешняя сила, величина которой не зависит от деформационно-силовой характеристики крепи и определяется по одной из следующих методик расчета горного давления[1]: сверху – по схемам полного или неполного веса столба породы; вывалообразования в форме свода или трапеции (в слоистых породах); с боков – по схеме давления от призмы сползания (как давление грунта на подпорную стенку) (рис.3.2).

Во второй группе схем характер и давление на крепь зависят от ее деформационно-силовой характеристики и геометрической изменяемости. Чаще всего используют схему, при которой активная нагрузка на сводчатую или кольцевую крепь действует на верхнюю часть периметра по дуге с центральным углом 90-120°, а на остальной части крепи возникает упругий отпор (рис.3.3). Его величина зависит от смещения точек на внешнем контуре крепи. При неустойчивых породах в боках выработки в схему вводят активное боковое давление пород, а при наличии грунтовых вод – и гидростатическое давление со всех сторон.

При опасности воздействия на окружающий выработку массив пород и на крепь особых видов нагрузки (сейсмической, взрывной, и т.п.) следует ввести одну из них в расчетную схему.

D B + 2C б а C T G 2 T D B B G 1h                       в                                   B C G 3h B + 2C г   Рис.3.2. Схемы заданных нагрузок на крепь: а – полный вес столба породы q = G1/B при Н £ (1,0-1,5) В; б – то же неполный вес q = (G 1 – 2 T)/(B + 2 C) при Н @ (1,5-3,0) В; в и г – сводообразного и трапециевидного вывала q = g hc при H ³ 2 hc

Конструктивные схемы разнообразных крепей (обделок), соответствующие схемы нагружения, методики расчета и условия применения изложены в справочных, нормативных и учебных изданиях [1, 10-12, 18, 19]. При расчете крепи необходимо, кроме конструктивных и инженерно-геологических факторов, учитывать способ и технологию проходки выработок и возведения крепи. Для примера рассмотрим схему (рис.3.3, в). На возведенных вначале массивных опорах 1 сооружают свод 2 из железобетонных блоков, разжимаемый в замке домкратом 3. В результате этого в боковых зонах свода и по наружному периметру массивных опор возникает упругий отпор 4 и 5 соответственно. К моменту сооружения обратного свода 6 в значительной мере наступает стабилизация напряженно-деформи­рованного состояния массива вокруг опор, поэтому нагрузка на обратный свод, вызванная отпором породы 7, будет существенно меньше, чем на верхний свод. Благодаря этому его толщина может быть принята существенно меньшей, несмотря на бóльший радиус. Так в односводчатых станциях метро в Санкт-Петербурге толщина верхнего свода 70 см, а нижнего вдвое меньше.

б   а   j j j в     Рис.3.3. Схемы нагружения крепи при совместном ее деформировании с массивом пород: а – сводчатая крепь; б – кольцевая крепь; в – сводчатая на массивных опорах с последующим возведением обратного свода

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Общие положения

 

Проектирование организации строительства [9] должно обеспечивать:

· согласованную работу всех участников строительства независимо от ведомственной принадлежности;

· комплексную поставку материальных ресурсов согласно календарным планам работ и технологической последовательности их выполнения;

· соблюдение требований правил техники безопасности и охраны окружающей среды;

· выполнение сезонных работ в благоприятное время года;

· проведение строительных и монтажных работ на крупных объектах с выделением пусковых комплексов;

· агрегатирование оборудования и конструкций в блоки на заводах-поставщиках, сборочно-комплектовочных предприятиях и базах стройиндустрии (вне территории строительных площадок);

· выполнение строительно-монтажных работ на линейных протяженных объектах, удаленных от мест дислокации строительных организаций, специализированными мобильными подразделениями, оснащенными комплексом соответствующего оборудования, средств транспорта, энергетики, связи и пр.;

· опережающее строительство подъездных путей; причалов; складов; объектов жилого, социально-бытового, коммунального и производственного вспомогательного назначения;

· своевременное оформление и регулярное ведение документации, предусмотренной СНиПами; сводами правил; правилами безопасности и другими нормами и положениями.