Файл: Мостков, В. М. Подземные сооружения большого сечения.pdf

Рис. 26. Схема установки анкеров в машинном зале гидроаккумулирующей станции Вальдек II

в ФРГ:

I — V I I I — этапы разработки камеры; буквами обозначена последовательность разработки слоев

набрызгбетона также толщиной 8 см. Таким образом, общая толщина набрызгбетонного покрытия с двумя проволочными сетками доходит до 20 см.

Некоторые примеры применения предварительно-напряженных анкеров в зарубежных подземных сооружениях приведены в табл. 24.

§ 6. Расчет анкерной и набрызгбетонной крепей

Расчет анкерной крепи в своде выработки. Параметры анкерной крепи сводчатой части подземных выработок рекомендуется опреде­ лять по следующей методике, составленной на основании расчетов, приведенных в работе [41], и уточненных в 1964—1969 гг. в резуль­ тате ряда модельных и натурных исследований, а также апробаций в многочисленных подземных сооружениях большого сечения.

Вначале определяют глубину и шаг анкеров, при которых в зоне нарушенных пород над выработкой формируется и работает несущий свод. Длина металлических анкеров должна превышать высоту нару­ шенной зоны на Ѵ4 ее размера, определяемого в соответствии с реко­ мендациями, приведенными в § 3. Длина участка железобетонного

70

анкера, находящегося в породе за пределами нарушенной зоны, дол­ ита быть не менее 0,5 м и определяться из условия равенства несу­ щей способности стержня анкера выдергивающему усилию, равному расчетной величине сцепления на этом участке по контакту раствор — металл, т. е. длина анкера

та — сцепление раствора с металлом, равное для арматуры перио­ дического профиля 30—40 кгс/см2;

N — несущая способность стержня анкера,

задается в пределах 18—22 мм.

В породах, в которых образуется большая по размеру зона не­ упругих деформаций, анкера можно располагать в пределах этой

/— коэффициент крепости пород по шкале проф. М. М. Протодьяконова;

Ъ0 — пролет выработки; Н — глубина залегания выработки.

Расстояние между анкерами а определяют из условия отсутствия в сечении пяты породного свода растягивающих усилий или скалы­ вания породы (условие формирования породного свода). При этом

71

Таблица 24

В свою очередь,

з-^О+тг)- (36)

где кв — коэффициент, равный 0,25 для пород крепких и средней крепости и 0,2 для пород ниже средней крепости; при полу­ циркульном очертании кровли выработки коэффициент кв следует увеличить на 15%;

q — нагрузка на крепь, принимаемая по данным, приведенным

в§ 3, тс/м2;

с— величина сцепления, принимаемая по данным § 3, а для предварительных расчетов определяемая по формуле (16).

Вычисленное по формуле (35) расстояние проверяют на сохране­ ние устойчивости породы между анкерами по формуле

(37)

а если

9 < J - Y^a,

то по формуле

(38)

где у — объемный вес породы, тс/м3.

Расстояние между анкерами проверяют дополнительно из условия равенства несущей способности анкера (замка для металлических и стержня для железобетонных анкеров) весу массива породы в пре­ делах нарушенной зоны, приходящемуся на анкер,

(39)

В предварительных расчетах несущая способность замка анкера N = 8-т- 10 тс для пород с / = 6- РІ 0и/ Ѵ' = 6 - Р 8 т с в остальных случаях. Для железобетонных анкеров несущую способность стержня определяют по формуле (32).

Наименьшее из расстояний а, полученных по формулам (35), (37) или (38), (39) принимают для паспорта крепи. Если для слабых пород это расстояние окажется менее 0,8—1 м, применение анкерной крепи должно быть специально обосновано.

Диаметр штанги анкера должен быть не менее 16 мм и опреде­ ляться из условия равенства прочности штанги весу массива породы в пределах нарушенной зоны, приходящемуся на один анкер (для железобетонных анкеров),

(40)

74

Для металлических анкеров диаметр штанги определяют из усло­ вия равенства несущей способности замка анкера прочности штанги,

Если диаметр, полученный по формуле (40), окажется больше, чем заданный вначале, то необходимо сделать пересчет.

Диаметр шпура dm для железобетонных анкеров определяют из соотношения

где da — диаметр штанги анкера;

та и тш — величина сцепления раствора со штангой анкера и с по­ родой; для предварительных расчетов можно принимать

(43)

Расчет анкерной крепи в стенах выработки. В основу рекоменду­ емого расчета крепи стен выработок положена методика, разработан­ ная П. М. Цимбаревичем. На основании результатов натурных иссле­ дований, проведенных ВНИМИ при изучении устойчивости откосов карьеров и глубоких котлованов, в расчете учтены дополнительно силы трения и сцепления, действующие в скальном массиве стен под­ земных выработок.

Разрушение скального массива в стене выработки происходит по определенной плоскости скольжения при суммарном действии сле­ дующих сил: веса неустойчивого породного массива в стене, ограни­ ченного плоскостью скольжения; пригрузки на призму сползания от веса вывала (или от веса породы в пределах свода обрушения) в кровле выработки; силы трения и сцепления по плоскости скольже­ ния; реакции (или сопротивление) анкерной крепи; распора бетон­ ного свода; веса бетонного свода.

Расчет анкерной крепи стен выработок производят в следующем порядке:

определяют положение возможной линии скольжения в соответ­ ствии с инженерно-геологической характеристикой скального мас­ сива;

решением уравнения равновесия сил, действующих в плоскости скольжения, находят необходимую удерживающую силу от действия анкерной крепи, если эта сила окажется отрицательной, то параметры анкерной крепи принимают такими же, как и в сводчатой части выработки);

при заданных предварительно шаге анкеров вдоль выработки

идиаметре стержня анкера определяют число анкеров в сечении; рассчитывают длину анкеров.

Положение линии скольжения определяют следующим образом:

75

Рис. 27. Расчетная схема действия сил в стене выработки:

а — при одной системе трещин; б — при двух системах трещин

при наличии четко выраженной системы трещин, падающих в сторону выработки под углом ß, превышающим угол внутреннего трения по пластам фтр, линия скольжения совпадает с направлением системы трещин и проходит от основания стены выработки, при этом угол наклона плоскости скольжения Ѳ = ß;

если ß < сртр или пласты наклонены в сторону массива, а также при отсутствии четко выраженной системы трещин разрушение массива может произойти по линии скольжения, проходящей от ос­

нования стены выработки и наклоненной под углом Ѳ= 45° +

где ф — угол внутреннего трения породного массива (по Цимбаревичу);

при наличии контактных трещин, сбросов или иных плоскостей ослабления массива, заполненных слабоцементирующим материалом и секущих весь массив в стенах выработки, разрушение (сползание) может произойти по этим трещинам, и таким образом угол наклона плоскости скольжения Ѳ= ß', где ß' — угол наклона трещины.

При решении уравнения равновесия сил, действующих в плос­ кости скольжения (рис. 27, а), получим

где Т — удерживающая сила в плоскости скольжения от действия анкерной крепи, тс/м;

76

G — вес призмы сползающего массива в стене выработки на 1 М ,

h — расстояние от пяты свода до точки пересечения плоскости скольжения со стенкой выработки, м;

Р— пригрузка на призму сползания от веса вывала в своде выработки и веса бетонного свода,

h nр — высота пригружающего слоя, определяемая по формуле (17)

к о — коэффициент, учитывающий неточность определения удель­ ного сцепления, а также возможное отсутствие сцепления по некоторым площадкам плоскости скольжения, равный

0,7 -0,8;

N o — распор бетонного свода, определяемый по формулам ста­ тики сооружений; при равномерно распределенной вер­ тикальной нагрузке от давления горных пород q и соб­

ky — коэффициент запаса устойчивости, величина которой зави­ сит от вида сооружения и находится в пределах 1,3—1,5;

ф — угол трения по плоскости скольжения;

При наличии в массиве второй системы трещин может произойти отрыв породных блоков (как показано на рис. 27, б ) , устойчивость которых необходимо проверить. В этом случае зависимость (44) примет вид:

77