Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Тоннели и метрополитены arrow Методические рекомендации Методические рекомендации по расчету временной крепи тоннельных выработок  
17.08.2018
    
Методические рекомендации Методические рекомендации по расчету временной крепи тоннельных выработок

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

УТВЕРЖДАЮ

Зам. директора института

Г.Д. ХАСХАЧИХ

15 марта 1984 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАСЧЕТУ
ВРЕМЕННОЙ КРЕПИ
ТОННЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

Одобрены Главтоннельметростроем

Москва 1984

ПРЕДИСЛОВИЕ

Методические рекомендации разработаны в развитие глав СНиП по производству и приемке работ при строительстве (СНиП III-44-77) и проектированию (СНиП II-44-78) тоннелей, а также «Инструкции по применению анкеров и набрызг-бетона в качестве временной крепи выработок транспортных тоннелей» (ВСН 126-78); предназначены для проектировщиков и строителей транспортных тоннелей при выборе вида временной крепи и назначении ее основных конструктив-параметров.

Методические рекомендации разработаны кандидатами техн. наук В.Е. Меркиным, Д. Колиным, В. Сарабеевым, Л.Л. Старчевской, канд. физ.-мат. наук С. Хазановым, инженерами Л.А. Воробьевым, М.Е. Рыжевским (ЦНИИС), кандидатами техн. наук С.Н. Власовым и В.В. Чеботаевым (Главтоннельметрострой), инж. Р. Касаповым (Бамтоннельстрой), докторами техн. наук Н.С. Булычевым и Н.Н. ФотиевойПИ), кандидатами техн. наук Д.М. Голицынским (ЛИИЖТ), Б.З. Амусиным (ВНИМИ), инж. Б.С. Кузнецовым (Норильский ГМК) при участии инж. Л.Н. Колиной (ЦНИИС).

Научное редактирование выполнено кандидатами техн. наук В.Е. Меркиным, Д.И. Колиным и В.В. Чеботаевым.

Предложения и замечания по работе просим направлять по адресу: 129329, Москва, ул. Кольская, д. 1, ЦНИИС, отделение тоннелей и метрополитенов.

Зав. отделением тоннелей и метрополитенов                                        Л.С. Афендиков

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Методические рекомендации составлены с учетом соответствующих разделов СНиП II-44-78 «Тоннели железнодорожные и автодорожные» и СНиП III-44-77 «Тоннели железнодорожные, автодорожные и гидротехнические», «Инструкции по применению анкеров и набрызг-бетона в качестве временной крепи выработок транспортных тоннелей» (ВСН 126-78), «Инструкции по учету сейсмических воздействий при проектировании горных транспортных тоннелей» (ВСН 193-81) и предназначены для использования при составлении технической документации на производство работ по проходке и креплению транспортных тоннелей, железнодорожных и автодорожных, а также различных вспомогательных выработок (штолен, камер и т.п.). Рассмотрены применяемые в практике виды крепи - арочная, анкерная и набрызг-бетонная, а также их комбинации. Даны методы расчета опережающих защитных экранов из труб для проходки выработок в зоне неустойчивых грунтов.

Применение Методических рекомендаций должно способствовать обоснованному выбору оптимальной конструкции временной крепи, т.е. конструкции, обеспечивающей безопасное ведение работ и при этом наиболее экономичной для заданных горно-технических условий проходки.

1.2. В качестве источников для разработки Методических рекомендаций использованы результаты многочисленных экспериментальных исследований и опыт строительства тоннелей железнодорожных линий Абакан-Тайшет (1962-1965 гг.), тоннелей БАМа и тоннелей на Кавказе (1976-1983 гг.), теоретические разработки по оценке устойчивости грунтового массива с неподкрепленной и подкрепленной выработками, а также опыт проектирования крепи в других областях подземного строительства (гидротехнического, горно-добывающего и т.п.).

1.3. Развивая отдельные положения перечисленных выше документов (см. п. 1.1), настоящие Методические рекомендации определяют степень устойчивости массива с тоннельной выработкой и в зависимости от ее оценки предлагают соответствующие виды крепи (гл. 2). В Методических рекомендациях дается также сравнение вариантов крепи и оптимизация параметров паспорта временного крепления (гл. 7).

Для повышения общей эффективности строительства (учитывая, что крепь остается на период эксплуатации тоннеля) даются рекомендации по учету временного крепления в расчетах обделки (гл. 10).

1.4. Ориентированные на применение как в строительных, так и в проектных организациях настоящие Методические рекомендации содержат достаточно простые расчетные выражения в виде конечных формул и графиков, а также алгоритмы и программы для проведения на ЭВМ уточненных расчетов, в том числе основанных на методах механики сплошной среды.

1.5. Учитывая, что совершенствование методов расчета подземных конструкций предполагает более полный и строгий учет действующих факторов, в Методические рекомендации включены методики, позволяющие при наличии опытных данных оценить влияние обводненности и рельефа поверхности выработки на работу набрызг-бетонного покрытия (п. 4.8), степени упрочнения массива анкерами (п. 3.4). Наличие этих методик призвано также способствовать лучшему пониманию механизма взаимодействия горных пород с набрызг-бетонной и анкерной крепью.

1.6. Параметры крепи, выявленные расчетным путем, служат основой для составления паспорта временного крепления выработки. Паспорт крепления должен содержать чертеж выработки в двух проекциях с указанием основных размеров и инженерно-геологических условий, включая характеристику трещиноватости. На чертеже указывают:

геометрические размеры отдельных элементов и конструкции крепления в целом (например, длину, расположение анкеров и расстояние между ними, тип анкера и подхвата, размеры зазоров между крепью и оборудованием);

порядок крепления, срок выстойки раствора до начала очередной заходки;

схему конструкции деталей крепи с указанием всех ее размеров и спецификаций;

объемы работ и сведения о материалах для производства крепления;

основные данные для расчета крепи.

Паспорт крепления действителен только в тех инженерно-геологических условиях, для которых он составлен. При изменении условий паспорт должен быть пересмотрен в установленном порядке.

1.7. При определении параметров анкерной и набрызг-бетонной постоянной крепи предоставлена возможность учета сейсмических воздействий от землетрясений с помощью специальных программ для ЭВМ «УШИ-2» и «FAK-I» (см. п. 4.10, приложение 1).

1.8. В Методических рекомендациях использованы определения и условные обозначения, общепринятые в нормативной литературе по тоннелестроению и горному делу (приложение 2).

2. ВЫБОР ВИДА ВРЕМЕННОЙ КРЕПИ

2.1. Выбирать вид временной крепи необходимо в зависимости от инженерно-геологических и гидрологических условий строительства и способа проходки. Объем и состав инженерно-геологических изысканий следует определять в соответствии с «Инструкцией по инженерно-геологическим изысканиям для проектирования и строительства метрополитенов, горных железнодорожных и автодорожных тоннелей» (ВСН 190-78).

2.2. Основным горно-техническим фактором, определяющим выбор конструкции и технологии временного крепления, следует считать устойчивость горного массива, окружающего тоннельную выработку (по Н.С. Булычеву это - свойство горных пород сохранять форму и размеры обнажений, образуемых при проходке выработок, причем возможны три формы потери устойчивости: вывалообразование, разрушение в зонах концентрации напряжений и чрезмерные смещения поверхности выработки вследствие пластических деформаций).

2.3. Степень устойчивости пород определяется величиной комплексного показателя S (табл. 1).

где  -     коэффициент крепости пород по М.М. Протодьяконову (Rсж - прочность породы на сжатие);

KM -    коэффициент степени трещиноватости, принимается по табл. 2 в зависимости от величины относительной трещиноватости пород n , где θ - пролет выработки, BT - среднее расстояние между трещинами.

При этом в зависимости от величины относительного коэффициента трещиноватости грунты следует относить:

при n > 60................................. к раздробленным

при 60 ≥ n > 25........................ к сильнотрещиноватым

при 25 ≥ n > 12........................ к трещиноватым

при 12 ≥ n > 6.......................... к слаботрещиноватым

при n < 6................................... к нетрещиноватым

KN -     коэффициент, зависящий от количества систем трещин и слоистости (см. табл. 2);

KR -     коэффициент шероховатости поверхности трещин (см. табл. 2);

KW -     коэффициент обводненности выработки (см. табл. 2);

KA -     коэффициент заполнения трещин (см. табл. 2);

Kα -     коэффициент ориентации выработки относительно основной системы трещин (см. табл. 2);

Kt -      коэффициент, учитывающий раскрытие незаполненных трещин (см. табл. 2).

2.4. Выбор вида временной крепи для различных условий проходки следует производить в два этапа: на первом, предварительном, ориентировочно выбирают виды крепи, возможные при данной степени устойчивости горных пород, на втором - по совокупности инженерно-технических факторов уточняют номенклатуру конкурирующих конструкций крепи.

2.5. Ориентировочный выбор крепи производят по табл. 3, в которой штриховкой отмечены виды крепи, возможные для применения в данных условиях.

Таблица 1

Комплексный показатель устойчивости S

Категория устойчивости грунта

Степень устойчивости грунта

Допустимое время обнажения выработки

70

I

Вполне устойчивый

Не ограничено

5-70

II

Устойчивый

До 6 мес.

1-5

III

Средней устойчивости

10-15 сут.

0,05-1

IV

Слабоустойчивый

Не более 1 сут.

0,05

V

Неустойчивый

Не допускается

2.6. Определение в конкретных условиях конкурентоспособных видов временной крепи производится по табл. 4, в которой двойной штриховкой отмечен предпочтительный, одинарной - допустимый виды временной крепи в зависимости от крепости, трещиноватости обводненности и выветриваемости горных пород.

Пример выбора крепи дан в приложении 3.

Выбор оптимального варианта крепления должен решаться на основе технико-экономического сравнения в соответствии с указаниями гл. 7.

Таблица 2

Относительный коэффициент трещиноватости

KM

Количество систем трещин

KN

Более 60

0,5-2,5

0

0,5-1

60-25

2,5-5

1

2

25-12

5-7,5

1 + слоистость

3

12-6

7,5-9

2

4

Менее 6

9-10

2 + слоистость

6

 

 

3

9

 

 

3 + слоистость

12

 

 

4

15

 

 

Раздробленная

20

 

Вид поверхности трещин

KR

Обводненность пород

KW

Прерывистые

4

Сухие

1

Неровные волнистые

3

Влажные

0,8

Ровные волнистые

2

Капеж

0,5

Зеркальные волнистые

1,5

Приток воды струями

0,3

Ровные плоские или без контакта

1

 

 

Зеркала скольжения

0,5

 

 

 

Раскрытие незаполненных трещин, мм

Kt

Наличие заполнителя трещин

KA

Ориентировка трещин относительно оси тоннеля, град.

Kα

3

1

При наличии контакта стенок трещин

0,75-4

70-90

1

3-15

2

При отсутствии контакта

5-20

20-70

1,5

15

4

 

 

0-20

2

Таблица 3

3. РАСЧЕТ АНКЕРНОЙ КРЕПИ

3.1. В общем случае эффект от применения анкерной крепи проявляется в том, что анкеры, заглубленные в ненарушенную часть горного массива, с одной стороны, как бы подвешивают грунт в зоне возможного обрушения, предотвращая тем самым отдельные вывалы, а с другой стороны - «сшивая» отдельные грунтовые блоки и слои, омоноличивают нарушенную проходкой зону грунтового массива, превращая ее в несущую конструкцию.

Кроме того, в процессе совместного деформирования с массивом в анкерах возникают дополнительные усилия, которые изменяют напряженно-деформированное состояние грунта вокруг подкрепленной выработки, по сравнению с неподкрепленной, повышая тем самым степень его устойчивости и снижая смещение поверхности выработки.

3.2. Предварительное назначение основных параметров анкерной крепи (рис. 1), исходя из гипотезы подвешивания зоны возможного обрушения к ненарушенным грунтам и согласно требованиям инструкции по временному креплению, следует производить в следующем порядке:

определение расчетной (рабочей) длины анкера lр;

определение длины части анкера, заглубленной в ненарушенный грунт (замковой части) lз;

определение предельного расстояния между анкерами по прочности закрепления заглубленной части (замка) d;

выбор диаметра стержня dст.

Рис. 1. Основные параметры анкерной крепи:

1 - анкер; 2 - подхват; 3 - граница зоны возможного обрушения; d - межанкерное расстояние; lк - длина концевой части анкера; lр - рабочая длина анкера; lз - длина замковой части; Н - высота выработки; L - ширина выработки

3.3. Расчетную длину анкера lр следует назначать не менее чем высота зоны возможного обрушения L, принимаемая на основании опыта строительства в аналогичных инженерно-геологических условиях.

При отсутствии опытных данных расчетную глубину зоны возможного обрушения следует определять по формуле

,

где KT -   коэффициент учета трещиноватости скальных грунтов, принимаемый здесь равным:

для слаботрещиноватых грунтов.............. 1

для трещиноватых...................................... 2

для сильнотрещиноватых.......................... 2,5

Если коэффициент крепости грунта f определен с учетом трещиноватости, то KT = 1.

В неустойчивых грунтах типа аргиллитов должно удовлетворяться условие

lр ≥ 0,5 θ (z - 1),

где z -     относительная величина, принимаемая в зависимости от глубины заложения тоннеля H и предела прочности грунта на сжатие σк по номограмме (рис. 2).



Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: