Приложение 21 (справочное). Расчет арочной крепи

Приложение 21
Справочное

Расчет арочной крепи

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

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.

Интенсивность нормативных вертикальной q и горизонтальной р нагрузок на крепь принимается в зависимости от состояния грунтов:

для слаботрещиноватых

(1)

для трещиноватых

(2)

для сильнотрещиноватых

(3)

для раздробленных

(4)

для нескальных пород при сводообразовании

; ;

; ; (5)

без сводообразования

(6)

Для скальных грунтов с коэффициентом крепости в куске нормативные нагрузки следует принимать в зависимости от трещиноватости грунтов (табл. 1).

Для нескальных и сильнотрещиноватых и раздробленных скальных грунтов интенсивность нормативных вертикальной и горизонтальной ри равномерно распределенных нагрузок следует определять по формулам:

; (7)

; (8)

где - угол внутреннего трения в грунте.

Таблица 1

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 но# формулам:

; (9)

, (10)

где - удельный вес грунта i-го напластования; - толщина i-го напластования; n - число напластований; - угол внутреннего трения грунта в окрестности выработки.

Расчетные нагрузки следует определять путем умножения величины нормативной нагрузки на коэффициент надежности, принимаемый по табл. 2.

Таблица 2

Нагрузка от горного давления	Возможные вывалы в грунтах		Образование свода нарушения	Полный столб налегающих грунтов
	размокаемых, выветриваемых	неразмокаемых, не выветриваемых
Вертикальная	1,3	1,0	1,3	1,0
Горизонтальная	1,3	1,0	1,5	1,1

Статический расчет арок ведут на заданные нагрузки с учетом отпора грунта.

Коэффициент упругого отпора грунта К при расчете арок допускается принимать постоянным по всему контуру выработки, за исключением пят арок. Величину отпора грунта определяют по данным испытаний (штамповых или прессиометрических) или принимают по аналогии. При этом следует учитывать качество забутовки между аркой и поверхностью выработки с помощью соотношения

, (11)

где - известный коэффициент отпора, полученный для данных условий применительно к монолитной обделке; - коэффициент, учитывающий толщину забутовки , определяемый по графику (рисунок).

Коэффициент упругого отпора грунта под пятами арок определяют по формуле

, (12)

где -полная длина арки; - ширина подошвы пяты арки.

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

, (13)

где - приведенный радиус выработки; - площадь поперечного сечения выработки.

Статический расчет арки крепления следует производить для каждого возможного в данных условиях варианта загружения (см. табл. 1) на единичную вертикальную нагрузку и соответствующую ей горизонтальную нагрузку .

В качестве расчетной схемы следует принимать схему с шарнирами в пятах. Наличие других шарниров определяется конструкцией арки. По результатам статического расчета должны быть определены величины нормальных сил и изгибающих моментов от единичной нагрузки в каждом i-м сечении арки.

Расчетным состоянием конструкции арки следует считать такое, при котором одно из ее сечений переходит в предельное состояние.

Предельное состояние сечения стальной арки надлежит определять согласно требованиям главы СНиП по проектированию стальных конструкций.

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

(14)

где - площадь i-го поперечного сечения арки; - пластический момент сопротивления i-гo сечения арки для двутавра , где - упругий момент сопротивления; - предел прочности материала арки.

Максимальная вертикальная нагрузка, которую способна нести арка определяется соотношением .

Шаг арок а определяют из соотношения

, (15)

где - расчетная нагрузка для данных условий нагружения.

Пример. Определить шаг арок из двутавра N 27 временной крепи с деревянной затяжкой в однопутном железнодорожном тоннеле пролетом B = 6,6 м и высотой 8,6 м в грунтах крепостью f = 2 коэффициентом отпора .

В результате расчета по программе "RAK" (см. приложение 10) получаем: шаг арок а = 0,71 м; наиболее напряженное сечение находится в шелыге свода арки.