Выбор коэффициента надежности по нагрузке

Примечание. Значения коэффициентов надежности по нагрузке, указанные в скобках, принимают в случае, когда уменьшение нагрузки приводит к более невыгодному загружению обделки.

Значение нормативных равномерно распределенных вертикальной q ^н и горизонтальной p ^н нагрузок от горного давления в условиях сводообразования для однородной толщи грунта определяют по следующим формулам:

; (4.1)

; (4.2)

При курсовом проектировании расчетные характеристики грунтов можно принимать в соответствии с табл. 1 Приложения.

Величина пролета L и высота свода обрушения h _в(рис. 4.1, а) в условиях сводообразования при глубине заложения тоннеля Н ₁ £ 45 м определяются по формулам:

; (4.3)

, (4.4)

Рис. 4.1. Схемы к определению горного давления:

а – по гипотезе сводообразования; б – от веса толщи грунтов

над тоннелем

Если над тоннелем толща однородного грунта (рис. 4.1, а, 1) менее трех высот свода обрушения (h £ 3 h _в), а выше залегает менее прочный грунт (рис. 4.1, а, 2), значение нормативной вертикальной нагрузки q ^н определяют по формуле:

(4.5)

где		–	нормативная вертикальная нагрузка, полученная по параметрам менее прочного грунта;
		–	нормативная вертикальная нагрузка для грунта, вмещающего тоннель;
	Z	–	расстояние от вершины свода обрушения до контакта с менее прочным грунтом или слабым грунтом, не обладающим способностью к сводообразованию;
	h в	–	высота свода обрушения для грунта, вмещающего тоннель.

Если глубина заложения тоннеля Н меньше двойной высоты свода обрушения (Н < 2 h _в) либо толща устойчивых грунтов над тоннелем h< 2 h _в и выше залегают грунты, не обладающие способностью к сводообразованию, а также при расположении тоннеля кругового очертания в слабых глинистых грунтах, в песках, илах и плывунах, переходящих в условиях эксплуатации в разжиженное состояние, нормативную вертикальную нагрузку от горного давления принимают равной нагрузке от веса всей толщи грунтов над тоннелем (см. рис. 4.1, б).

Значения нормативных равномерно распределенных вертикальной q ^н и горизонтальной p ^н нагрузок от давления всей толщи грунтов над тоннелем определяют по следующим формулам:

; (4.6)

; (4.7)

Величину нормативной вертикальной нагрузки от горного давления для тоннелей, сооружаемых в глинистых грунтах на глубине более 45 м, принимают с учетом коэффициента K = Н ₁/45, где Н ₁ – глубина заложения тоннеля в метрах, считая от поверхности земли до низа тоннельной обделки (см. рис. 4.1, а).

Кроме этого, при расположении тоннелей в глинистых грунтах, прочность которых уменьшается под давлением поступающих подземных вод, величину нормативной вертикальной нагрузки от горного давления следует увеличить в пределах 30 %.

Величину нормативной горизонтальной нагрузки на обделки кругового очертания, возводимые в глинистых грунтах текучей и пластичной консистенции, в водонасыщенных грунтах, а также в грунтах, переходящих в условиях эксплуатации в разжиженное состояние, принимают не более 0, 75 от величины нормативной вертикальной нагрузки от веса всей толщи грунта над тоннелем.

Значения нормативных нагрузок на обделку тоннеля, расположенного в водонасыщенных слабосвязных грунтах, содержащих свободную воду, принимают обычно от совместного действия гидростатического давления воды и давления грунта во взвешенном состоянии, определяемого по формулам (4.6) и (4.7) с учетом взвешенности грунта в воде.

Объемный вес грунта с учетом взвешенности в воде:

, (4.8)

Нагрузки от гидростатического давления на конструкцию отнесены к числу постоянных, хотя они в различные периоды существования обделки могут изменяться от нулевого до максимального значения в зависимости от гарантированной герметизации обделки.

При полной герметизации обделки гидростатическое давление достигает максимальных значений, причем для обделок кругового очертания учет гидростатического давления улучшает условия их статической работы, поскольку создает в сечениях обделки значительную нормальную силу, передающуюся с небольшим эксцентриситетом. Поэтому при расположении обделки в водоносных грунтах конструкцию необходимо рассчитывать как на максимальное гидростатическое давление, так и на минимальное. Второй случай практически означает отсутствие гидростатического давления, что возможно при нарушении герметичности обделки.

Нагрузка от гидростатического давления действует по нормали к наружной поверхности обделки. Ее интенсивность зависит от расстояния точек контура обделки до уровня грунтовых вод h_w (см. рис. 4.1, б):

. (4.9)

При учете гидростатического давления горное давление следует определять с учетом веса грунта во взвешенном состоянии (см. формулу (4.8)).

При расчете обделок кругового очертания на основное сочетание нагрузок в эксплуатационной стадии нагрузку от собственного веса учитывают для монолитно-прессованных обделок и сборных блочных обделок без связей растяжения в стыках:

, (4.10)

Нагрузка от собственного веса принимается равномерно распределенной по пролету выработки и суммируется с расчетной нагрузкой от вертикального горного давления. Для сборных тюбинговых обделок со связями растяжения в стыках нагрузку от собственного веса учитывают только при расчете конструкции в монтажной стадии.