Виды нагрузок и воздействий и их сочетания

Нагрузки, действующие на тоннельные обделки, подразделяются по СНиПу на постоянные, временные и особые.

К постоянным нагрузкам относятся давление грунтов, собственный вес конструкции, гидростатическое давление, воздействие от предварительно напряжения обделки и давление от зданий и сооружений, расположенных над тоннелем или в пределах призмы обрушения.

Временные нагрузки включают воздействие на конструкцию транспорта, движущегося в тоннеле и на поверхности, воздействия колебаний температуры, ползучести и усадки бетона и морозного пучения, а также воздействия, возникающие в период строительства: давление раствора, нагнетаемого за обделку, давление щитовых домкратов, вес оборудования и материалов, закреплённых на обделке.

Особые нагрузки возникают при сейсмических и других подобных им явлениях. Конструкции подземных сооружений рассчитывают на наиболее невыгодные (основные и особые) сочетания нагрузок и воздействий.

Основные сочетания включают: собственный вес конструкции, горное и гидростатическое давление, длительно действующие временные нагрузки и факторы, кратковременные нагрузки от наземного и внутритуннельного транспорта, а также воздействия, возникающие в процессе сооружения тоннеля.

Особые сочетания состоят из постоянных нагрузок, наиболее вероятных временных и одной из особых (сейсмической или другой) нагрузок или воздействий.

Вес железнодорожного подвижного состава в устойчивых грунтах передается непосредственно на грунт, а при наличии обратного свода – через него. В обоих случаях воздействие подвижного состава в малой степени влияет на усилие в верхней, наиболее напряженной части обделки.

Нормативные строительные нагрузки принимают в соответствии с конкретными характеристиками используемого при сооружении тоннеля оборудовании.

Расчетные нагрузки получают умножением нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузки n, значение которых принимается с учетом характера влияния данной обделки (нагрузки) на работу конструкции.

25. Нагрузки от горного давления. Горным давлением называют силовое воздействие грунтов на крепь подземной выработки. В ненарушенном массиве грунты сжаты действием собственного веса вышележащих пластов. При обнажении частей горного массива в выработках грунт получает возможность деформироваться в освобождённое пространство. При этом происходит перераспределение внутренних усилий в пластах, и, если вблизи обнажённой поверхности возникают напряжения, превосходящие предел прочности грунта, то он разрушается, падая в выработку. Если смещениям грунта в сторону выработки препятствует крепь, то на неё передаётся горное давление – главная нагрузка, на которую работает временная крепь и постоянная обделка тоннеля.

Горное давление зависит от свойств грунтов, окружающих выработку, условий их залегания, мощности и разнообразия пластов и т. д.

Аналитический учёт всех факторов представляется затруднительным. Поэтому в гипотезах и теории горного давления учитывают лишь главные факторы – свойства грунта, окружающего тоннельную конструкцию и глубину заложения выработки.

В отечественной инженерной практике для аналитического определения горного давления широко используется гипотеза проф. М. М. Протодъяконова. Он, изучая поведение грунтов в подземных выработках и на моделях, установил, что при раскрытии выработки часть грунта в её кровле и боках обрушивается в освобождённое пространство, а оставшаяся часть в виде естественного разгружающегося свода сохраняет состояние равновесия, воспринимая нагрузку от собственного веса и веса вышележащих грунтов. Автор гипотезы принял, что все грунты являются телами до известной степени несвязными, обладающими свойствами сыпучих тел. В основу гипотезы заложена независимость горного давления от глубины заложения выработки и её прямая зависимость от свойств грунта, а также ширины выработки.

Определение величины пролёта свода обрушения:

L = B + 2*h*tg(45° - φ^*/2)

где j^к – значение кажущегося угла внутреннего трения грунтового массива в пределах сечения тоннельной обделки. Определение высоты свода обрушения: h₁ = L/ (2*f)

Возможность применения формулы ограничена условием: толщина слоя устойчивых грунтов над выработкой не менее чем в 2 раза должна превышать высоту свода давления (обрушения) Н≥2h₁. Если это условие не выполняется, то необходимо учитывать давление от полного веса грунта, залегающего над выработкой.

Нормативное горное давление – вертикальное и горизонтальное – определяется по формулам:

Определим расчётные значения горного давления: q^расч = q^н*η; р^р _в= р^н _в*η