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

Таблица 16

Для выработок, проходящих в породах V—VI категорий по СНиП, значение коэффициента к в табл. 16 следует в зависимости от глубины заложения туннеля умножать на поправочный коэффи­ циент, имеющий следующие значения:

Интересно заметить, что по своему виду формула (17) совпадает с известной формулой М. М. Протодьяконова для крепких пород. Но по формуле М. М. Протодьяконова в диапазоне пород с коэффи­ циентами крепости / = 4 ч- 15 коэффициент пропорциональности меняется лишь в пределах от 0,12 до 0,03, что значительно ниже данных, приведенных в табл. 16.

В институте Оргэнергострой глубину нарушенной зоны опреде­ ляли в натуре ультразвуковым методом. В табл. 17 приведены резуль­ таты замеров и величины, полученные расчетом по формуле (17),

категорий по СНиП, для общности результатов расчеты глубины нарушенной зоны по рекомендуемым формулам в сводной таблице проведены по всем 12 экспериментам без выборки соответствующих инженерно-геологических условий.

Из табл. 17 следует, что совпадение расчетных величин с натур­ ными замерами достаточно близкое. В частности, глубина нарушен­ ной зоны по расчету отличается от фактической в основном не более чем на ±10% .

Нагрузка на крепь. Результаты, полученные выше, позволяют перейти к определению величины расчетной нагрузки на крепь от давления скальных пород. Эту нагрузку в общем виде можно выра­ зить формулой

где у — объемный вес породы;

ha — глубина нарушенной зоны, определяемая экспериментально или по формуле (17);

ß— коэффициент, зависящий от глубины нарушенной зоны, параметров крепи и других факторов.

43

Таблица 17

Предельная нагрузка будет определяться весом полного столба породы, расположенной над выработкой. Такая нагрузка может иметь место в районе порталов выработок, приближенных к поверх­ ности или к слабому пласту пород. Можно полагать, что при глубине расположения выработки от замка свода до поверхности земли менее некоторой определенной величины Но нагрузку на крепь необходимо принимать равной полному весу пород над выработкой, так как эти породы ослаблены в процессе проходки и выветрены с поверхности. В этом случае ß = 1, а ha = Н, тогда

где глубина залегания выработки Н ^ Но.

Значение Но для выработок больших размеров можно опреде­ лить из условия, что разгружающий свод над нарушенной зоной

44

образуется только при толщине перекрывающего выработку слоя грунта, равной не менее двойной стрелы свода обрушения, вычислен­ ной по теории М. М. Протодьяконова с учетом бокового давле­ ния, т. е.

Для определения нагрузки по условиям образования вывала вернемся к вышеприведенным формулам. Объем свода обрушения но6р на 1 м выработки вычисляется как разница площадей секторов, ограниченных кривой свода обрушения р и радиусом свода выра­

Равномерно распределенная нагрузка q, отнесенная к периметру свода выработки,

45

Если же воспользоваться формулой (21), то глубину зоны hH следует определять по формуле (2), а коэффициент ß в этом случае будет равен

ß = С»)

где п 1 и п — коэффициенты, определяемые по данным табл. 13 и 18. В остальных двух расчетных случаях определения глубины нару­ шенной зоны [см. формулы (14) и (12)] нагрузку вычисляют по формуле (21), причем в запас в первом приближении коэффициент ß может быть задан равным 1. В этой связи, однако, представляет интерес мнение Г. Кастнера [96], который, рассматривая своды выработок больших сечений в скальных породах, пришел к выводу, что вследствие значительных пролетов и обычно пологих сводов нагрузку необходимо принимать равномерно распределенной по всему пролету и равной полному весу пород нарушенной зоны. Глубину этой зоны он рекомендует определять экспериментальным путем и считает, что для крепких устойчивых пород ее величина находится в пределах до 3 м. Кастпер далее отмечает, что для не очень пологих сводов выработок в нарушенной зоне формируется породный свод, и это обстоятельство позволяет принимать для

расчета крепи неполный вес породы в этой зоне.

Таким образом, коэффициент ß в формуле (21) в общем случае меньше или равен единице. Определение коэффициента ß, учитыва­ ющего распор породного свода, при известной глубине зоны hR, вычисленной по формуле (17), может быть выполнено следующим образом.

Породу в нарушенной зоне рассматривают как свод, деформиру­ ющийся под действием собственного веса. Расчет по известным форму­ лам строительной механики позволяет определить величины проги­ бов и участок, на котором свод перемещается внутрь выработки. Далее определяют нагрузку на свод со стороны выработки в преде­ лах указанного участка. Вызываемое этой нагрузкой перемещение замка породного свода равно по величине и противоположно по направлению прогибу в этой точке от собственного веса. Отношение «компенсирующей» нагрузки к интенсивности собственного веса характеризует коэффициент ß, т. е. искомое уменьшение горного

давления.

Для упрощения расчета вводят ряд допущений, идущих в запас прочности сооружения: породный свод считают полностью отделен­ ным от горного массива по наружному контуру, ось свода очерчена по окружности, толщину его принимают постоянной, пяты — шар­ нирно-опертыми. Деформацию породного свода от собственного веса определяют вначале в запас прочности без учета реакции крепи, поскольку в большинстве случаев крепь не сразу вступает в работу. В ходе дальнейшего расчета «компенсирующую» нагрузку (реакцию крепи) определяют из условия, чтобы суммарная (полная) деформа­ ция породы не превосходила величины начальной осадки, имеющей место до вступления крепи в работу.

46

Расчеты показали, что коэффициент ß увеличивается с возраста­ нием центрального угла свода. Это объясняется тем, что распор свода тем больше, чем меньше отношение стрелы к пролету, т. е. чем меньше центральный угол свода. В свою очередь, увеличение распора соответствует повышению нормальной силы, сжимающей породный свод и способствующей большему сцеплению между его частицами и, следовательно, меньшей деформируемости. В резуль­ тате расчета коэффициент ß в зависимости от центрального угла свода выработки имеет следующие значения:

Коэффициент ß следует принимать равным 1 в сильнотрещино­ ватых скальных грунтах и при глубине нарушенной зоны менее 1,5 м, т. е. в условиях, где образование несущего породного свода мало вероятно.

Для сопоставления предлагаемых формул по определению нагру­ зок на крепь от давления скальных пород с натурными данными, воспользуемся результатами двух серий экспериментов (табл. 19), проведенных институтом Гидроспецпроект в туннелях Нурекской ГЭС в 1963—1964 гг. [48] и институтом Оргэнергострой в туннелях Чарвакской ГЭС в 1966 г., закрепленных металлической арочной крепью. Описание этих экспериментов приведено в главе III.

При сопоставлении расчетных величин давления в табл. 19 было принято:

по Славину — породы трещиноватые, нагрузка q = 0,27 bl; по Терцаги — породы крепкие, малотрещиноватые, высота вы­

вала hB — (0 -ф- 0,25) Ъо;

по Стини — породы слабонарушенные, глубина зоны обрушения

Статистическая обработка результатов таблицы показывает, что среднеквадратичное отклонение а расчетных значений относительно натурных составляет, тс/м2:

При определении о по формуле Терцаги принимали средние значения нагрузок, приведенных в табл. 19, а по формуле Стини— наименьшие значения. Таким образом, обе эти формулы были постав­ лены в более выгодные условия, иначе величина о оказалась бы зна­ чительно больше. Следует иметь в виду, что о получены при сравни­ тельно малых величинах давления на крепь в натуре, поэтому отно­ сительная разница в расчетных и фактических данных оказывается достаточно большой.

47