Файл: Булычев, Н. С. Расчет крепи капитальных горных выработок.pdf

Если примыкание секций осуществляется с помощью односторонних шарниров (рис. 131, б), то система уравнений отличается от случая монолитного примыкания (34.14) следующими двумя уравнениями:

гтЛТТѵ ѵТ?тп

a t :

j^ lT U I

Ряс. 131. Расчетная схема двухсекционных конструкций:

а — монолитное примыкание секций; б —односторонние шарниры; в — двухсторонние шарниры

Если примыкание секций осуществляется с помощью двухсторонних шарниров (рис. 131, в), то система уравнений отличается от системы (34.14) следующими уравнениями:

Матрицы начальных параметров при расчете двухсекционной крепи для первых четырех систем координат аналогичны (34.11), а для 5-й и 6-й систем имеют вид:

Трехсекцнонные конструкции. Рассмотрим трехсекционные кон­ струкции, симметричные относительно вертикальной оси средней выработки (рис. 132). Такие конструкции применяются, в част­ ности, для станций метрополитена [5, 7]. Как и в рассмотренном вы­ ше случае, конструкции крепи отличаются по типу примыкания секций.

При монолитном примыкании секций (рис. 132, а) основная система уравнений соответствует системе (34.14), от которой отли­ чается лишь следующими четырьмя уравнениями:

При наличии односторонних шарниров (рис. 132, б) система урав­ нений аналогична системе (34.14) с учетом замены уравнений (34.15)

и(34.18).

Если примыкание секций осуществляется с помощью двухсторон­

них шарниров (рис. 132, в), то принимается система (34.14) с заменой уравнений (34.15), (34.16) и (34.18). Матрицы начальных параметров в этом случае для первых четырех систем координат аналогичны (34.11), а для 5-й и 6-й систем имеют вид:

Изложенный алгоритм позволяет рассчитывать с применением третьей расчетной схемы большинство современных подземных кон­ струкций, начиная от крепи одиночной горной выработки и кончая конструкциями сложного очертания.

258

Т Т Ш

ІГ Ш

гтт тТ Г П Т Т Т і

г г г т Т т > г і

Рис. 132. Расчетные схемы трехсекционных конструкций, симмет­ ричных относительно вертикальной оси средней выработки:

а — монолитное примыкание секций; б — односторонние шарниры; в — двухсторонние шарниры

17*

Из трех расчетных схем раздельного (от массива пород) расчета крепи выработки некруглого сечения первые две схемы отличаются только тем, известны ли касательные нагрузки на крепь или их необходимо определить в процессе расчета. Касательные нагрузки на крепь взаимосвязаны с нормальными, так как и те и другие возникают в результате взаимодействия крепи с массивом пород.

Касательные нагрузки на крепъ не могут задаваться произвольно.

Для данных конкретных условий взаимодействия крепи с массивом пород (в том числе для данной эпюры нормальных нагрузок) харак­ тер распределения и величина касательных нагрузок являются строго определенными. Таким образом, правильность задания каса­ тельных нагрузок по первой схеме может быть установлена с при­ менением второй схемы.

Третья расчетная схема является частным случаем первых двух и отличается от них тем, что задается лишь часть нормальных к по­ верхности крепи нагрузок — так называемые активные нагрузки. Суммарные же нормальные нагрузки на крепь, состоящие из «актив­ ных» и «пассивных» нагрузок, подлежат определению в процессе расчета крепи. Существующие схемы расчета предусматривают лишь определенный тип контакта крепи с породами, а именно свобод­ ное проскальзывание без трения (упругие опоры устанавливаются нормально контуру сечения крепи) или скольжение с трением (опоры поворачиваются на угол трения). Такое допущение сильно огруб­ ляет расчетную схему и приводит к завышенным значениям изгиба­ ющих моментов в сечениях крепи.

В частных случаях, когда обеспечивается прочный контакт и сов­ местная работа крепи с массивом пород и при этом на крепь дейст­ вуют известные активные нагрузки (давление воды, слабого слоя и т. п.), третья расчетная схема может быть легко усовершенство­ вана. В узлах расчетной схемы необходимо расположить не одну, а две упругие опоры, ориентированные по нормали и по касательной к поверхности крепи. Жесткость опор определяется на основании коэффициентов нормального и касательного отпора. Вывод основ­ ных уравнений принципиальных трудностей не вызывает.

Методы расчета крепи предъявляют определенные требования к получению расчетных нагрузок, в частности к методике и анализу натурных измерений нагрузок. Расчет крепи по измеренным нор­ мальным нагрузкам производится с использованием второй расчет­ ной схемы. Для расчета необходимо знание величины и характера распределения (эпюры) нормальных нагрузок по всему контуру попе­ речного сечения крепи. Между тем в имеющихся практических реко­ мендациях можно часто встретить лишь данные о вертикальных и боковых нагрузках. Таких данных для расчета крепи явно недоста­ точно. Если же считать «вертикальные» и «боковые» нагрузки состав­

ляющими (хіп, ут) нормальных, то полученный результат будет весьма неточным, а может дать и неверное представление о работе крепи.

260

Г л а в а IX

РАСЧЕТ СБОРНОЙ КРЕПИ ВЫРАБОТОК

ПРОИЗВОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ

§ За. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СБОРНОЙ КРЕПИ

Сборная крепь наряду с монолитной широко применяется для крепления капитальных горных выработок и тоннелей. Сборная крепь от монолитной отличается:

1)способностью воспринимать полную расчетную нагрузку не­ посредственно после монтажа;

2)изменяемостью формы при неравномерных смещениях пород,

достигаемой устройством шарниров; 3) податливостью, достигаемой установкой деформируемых про­

кладок между элементами конструкции.

Блочную крепь с прокладками применяют при сооружении капитальных горных выработок на больших глубинах [48, 76]. В Бельгии в сложных условиях (Кампинский бассейн) такая крепь применена в 76% выработок, пройденных по породе.

Несущая способность сборной крепи существенно зависит от качества заполнения закрепного пространства. Применяемая часто забутовка кусками породы снижает несущую способность крепи. Наилучший эффект дает тампонаж закрепного пространства сплош­ ной твердеющей массой, приготовляемой обычно из отходов.

Сборная крепь, состоящая из элементов с плоскими жесткими стыками, независимо от наличия связей растяжения (болтовое соеди­ нение) при прочном контакте с породами, достигаемом предвари­ тельным обжатием крепи или тампонированием закрепного про­ странства, при расчете может рассматриваться как монолитная конструкция.

Сборная замкнутая крепь с жесткими шарнирными стыками при числе шарниров, не превышающем четырех, также может рассматри­ ваться как монолитная конструкция, так как при случайном очер­ тании эпюры нагрузок шарниры могут совпасть с точками нулевых моментов в аналогичной монолитной конструкции.

Изложенные ниже методики расчета сборной крепи основаны на методике С. А. Орлова [136], в которой крепь рассматривается как безмоментная статически определимая конструкция.

Важной особенностью сборных шарнирных и податливых кон­ струкций крепи, не учитываемой существующими расчетными схе-

261