Димплом Кель (1052082), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Второй этап: - существующий 2-х путный тоннель переустраивается в однопутный, также под габарит "С". Для этого в существующем тоннеле демонтируется рельсо-шпальная решетка, убирается балласт, готовится основание под опалубку и производится усиление существующей тоннельной обделки;
После выполнения работ 1-й и 2-й очереди на ДВ ж.д. в районе станции Кипарисово, будут эксплуатироваться два однопутных тоннеля - под четный и нечетный пути.
3.1. Определение нагрузок, действующих на конструкцию усиления тоннельной обделки
На конструкцию усиления тоннельной обделки действует главным образом горное давление, оно считается при возможном сводообразовании когда высота до поверхности земли превышает высоту свода образования больше чем в два раза, в противном случае горное давление рассчитывается от веса всего столба горной породы, от выработки до поверхности земли, также учитывается собственный вес тоннельной обделки.
Развитие деформаций и дефектов в тоннельных обделках и их элементах во многом связано с условиями передачи и восприятия нагрузок, действующих на них. В связи с этим для оценки напряженного и деформированного состояния тоннельной обделки и проверки несущей способности выполнены расчетно-теоретические исследования. Исследования проводятся для участков с наиболее слабыми грунтами, крепостью f=2,5.
Ввиду того, что длина тоннеля значительно превышает размеры его поперечного сечения, расчет обделки сведен к плоской задаче, то есть рассматривается часть конструкции длиной 1 пог. м.
3.1.1. Определение нагрузок в предположении образования самонесущего свода над выработкой.
Нагрузки, действующие на тоннельную обделку, определяются согласно СП [3].
Моделирование напряженно деформированного состояния обделок выполнялось при воздействии основного сочетания нагрузок:
– горное давление;
- собственный вес обделки.
Также при моделировании работы тоннельной обделки принималось во внимание, что она упруго взаимодействует с окружающими ее горными породами.
Схема к определению величины горного давления на основании гипотезы М.М. Протодьяконова приведена на рис.3.1.1.
Рис. 3.1. Схема определения горного давления по гипотезе М.М.Протодьяконову
Пролёт свода обрушения определяется по формуле:
Угол призмы сползания φк определяется как арктангенс крепости породы
φк = arctg ƒ
Высота свода обрушения определяется по формуле:
где R – Предел прочности породы в куске (мПа).
α - Коэффициент влияния трещин
Значения R и α принимаются согласно СП [4].
В расчёте вертикальное и горизонтальное горное давление принимается равномерно распределённым и определяется по формуле:
- вертикальное горное давление:
где 
- удельный вес породы, 
- горизонтальное горное давление:
Определение расчётных нагрузок.
Для определения расчётных нагрузок вертикального и горизонтального горного давления необходимо нормативную нагрузку умножить на коэффициент надежности:
Выполним этот же расчёт для породы с коэффициентом крепости по М М. Протодьяконову f=5
Пролёт свода обрушения определяется по формуле:
Высота свода обрушения определяется по формуле:
В расчёте вертикальное и горизонтальное горное давление принимается равномерно распределённым и определяется по формуле:
- вертикальное горное давление:
где - удельный вес породы,
- горизонтальное горное давление:
Определение расчётных нагрузок.
Для определения расчётных нагрузок вертикального и горизонтального горного давления необходимо нормативную нагрузку умножить на коэффициент надежности:
3.1.2. Определение горного давления от всего столба горной породы над выработкой.
Схема к определению горного давления от всего столба породы представлена на рисунке 3.2.
Рис. 3.2. Схема определения горного давления от всего столба породы.
Для определения горного давления от всего столба породы над выработкой, принимаем H=2h1.
Вертикальное давление:
Горизонтальное давление:
Для определения расчётных нагрузок вертикального и горизонтального горного давления необходимо нормативную нагрузку умножить на коэффициент надежности:
Выполним это же расчёт для пороты с коэффициентом крепости по М М. Протодьяконову f=5
Высота горного столба:
Вертикальное давление:
Горизонтальное давление:
Для определения расчётных нагрузок вертикального и горизонтального горного давления необходимо нормативную нагрузку умножить на коэффициент надежности:
Все полученные результаты расчетов сводим в таблицу. 3.1.
Таблица 3.1.
| Т.О. в породах с f | Пролет свода Обрушения L (м) | Высота свода обрушения h1(м) | Вертикальное горное давление | Горизонтальное горное давление | Примечание | ||||||
| qн (кн/м2) | γf | qp (кн/м2) | pн (кн/м2) | γf | pp (кн/м2) | ||||||
| f=2.5 | 15.14 | 3.36 | 41.8 | 1.6 | 96.8 | 5.46 | 1.2 | 6.55 | При образовании самонесущего свода | ||
| f=5 | 13.3 | 1.9 | 60.5 | 1.6 | 66.9 | 1.34 | 1.2 | 1.6 | При образовании самонесущего свода | ||
| f=2.5 | 15.14 | 6,72 | 120,96 | 1.6 | 193,54 | 7,75 | 1.2 | 9,3 | Без образовании самонесущего свода | ||
| f=5 | 13.3 | 3,8 | 83,6 | 1.6 | 133,76 | 1,73 | 1.2 | 2,1 | Без образовании самонесущего свода | ||
Примечание: f - коэффициент крепости по М. М. Протодьяконову; γf - коэффициент надежности; L - пролёт свода обрушения; h1 - высота свода обрушения; qн -нормативное вертикальное горное давление; qp- расчетное вертикальное горное давление; pн - нормативное горизонтальное горное давление; pp - расчетное горизонтальное горное давление.
Анализируя полученные данные видно что: в крепости 2,5 вертикальное давление qp=96.8(кн/м2), в крепости 5 вертикальное давление qp=66.9(кн/м2), в крепости 2.5 горизонтальное давление pp=6.55(кн/м2), в крепости 5 горизонтальное давление pp=1.6(кн/м2). Принято решение выполнить расчёт усиления тоннельной обделки на максимальное возникающее горное давление, а именно qp=96.8(кн/м2) и pp=6.55(кн/м2)
Конструкция усиления тоннельной обделки представлена на рис 3.3
Рис. 3.3 Конструкция усиления тоннельной обделки.
Толщина оболочки усиления 30 см. Бетон класса В 30.
3.2. Расчёт конструкции усиления тоннельной обделки.
Расчет усиления тоннельной обделки будет вестись для тоннельной обделки расположенной в крепости породы f=2.5.
В породах с крепостью по М.М. Протодьяконову f=2.5 необходимо учесть наличие упругого отпора со стороны породы который образуется по части боковой поверхности и в пятах тоннельной обделки. Интенсивность упругого отпора определяется в предположении что порода представляет собой упругое основание Винклера.
Таким образом расчетная схема тоннельной обделки принимается в виде подъёмистого свода с упруго защемлёнными пятами и с загружением активными и пассивными нагрузками.
Расчетная схема представлена на рисунке 3.4.
Тоннельная обделка представляет собой статически неопределимую систему с небольшим числом неизвестных. Нагрузки, действующие на тоннельную обделку принимаются симметричными относительно вертикальной оси.
Применительно к расчёту тоннельной обделки на ЭВМ методом конечных элементов расчётная схема тоннельной обделки несколько модернизирована. Ось тоннельной обделки разделена на восемь равных частей. В пределах каждого участка жесткость тоннельной обделки и упругие характеристики среды приняты постоянными.
Рис. 3.4 Расчетная схема и основная система для тоннельной обделки
3.2.1. Составление исходной информации к расчету тоннельной обделки.
Для упрощения решения задачи исходные данные представляются в таблице 3.2:
Таблица 3.2 – Исходные параметры задачи
| Исходные параметры | Ед. изм. | F=5 | F=2.5 |
| Коэффициент крепости породы (f) | - | 5 | 2.5 |
| Угол внутреннего трения породы (φk) | град | 79 | 68 |
| Удельный вес грунта (γ) | кН/м3 | 22 | 18 |
| Коэффициент отпора за стеной (kc) | кН/м3 | 1050000 | 180000 |
| Коэффициент отпора под подошвой (kn) | кН/м3 | 2800000 | 480000 |
| Ширина выработки (B) | м | 11,52 | 11,52 |
| Количество расчётных точек обделки | - | 8 | 8 |
| Модуль упругости материала (E) | кПа | 18000000 | 18000000 |
| Коэффициент условий работы горн. массива | - | 1 | 1 |
Для определения координат центров тяжести расчётных сечений и толщины тоннельной обделки в этих сечениях вычерчивается тоннельная обделка в масштабе 1:20 и разбивается на конечные элементы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
