СНиП 2.06.09-84, часть 2

• часть 1
• часть 2
• часть 3

5.11. Нормативное вертикальное горное давление g_qzn , кН/м² , при сводообразовании в грунтах с коэффициентом крепости f  < 4 определяется по формуле

g_qzn = br gh_q , (1)

где b – коэффициент, принимаемый в зависимости от пролета выработки b равным: 0,7 при b £ 5,5 м; 1,0 при b ³ 7,5 м; по интерполяции между 0,7 и 1,0 при 5,5 < b < 7,5 м;

r – плотность грунта, т/м³ ;

g = 9,81 » 10 м/с² ;

h_q – высота свода обрушения, м; определяется по формуле

;

b_q – пролет свода обрушения, м; определяется по формуле

;

h – высота выработки, м;

j – кажущийся угол внутреннего трения (j = arc tgf ).

Распределение вертикального горного давления принимается равномерным по пролету обделки.

5.12. Нормативное вертикальное горное давление g_qzn , кН/м² , в грунтах с f ³ 4 следует принимать равным весу грунтов в объеме нарушенной зоны, установленной по данным натурных исследований, а при их отсутствии – по формуле

g_qzn = br gh_{q 1} , (2)

где h_{q 1} = k_a b – глубина нарушенной зоны, м;

k_a – коэффициент, принимаемый по табл. 4.

Таблица 4

Распределение вертикального горного давления по пролету обделки принимается с учетом напластования, систем трещин и других особенностей грунтового массива.

В слаботрещиноватых грунтах при глубине нарушенной зоны более 1,5 м нормативное вертикальное горное давление g_qzn следует уменьшать на 20%.

При комбайновой проходке значение k_а допускается уменьшать на 30%.

5.13. Нормативное горизонтальное горное давление g_qxn , кН/м² , определяется:

при сводообразовании в грунтах f < 4 – по формуле

; (3)

при заглублении кровли менее удвоенной высоты свода обрушения в грунтах с f < 4 – по формуле (3) с заменой численного значения h_q на расстояние от кровли выработки до дневной поверхности.

Распределение горизонтального горного давления должно быть равномерным по высоте обделки.

5.14. Нормативное горизонтальное горное давление в слабо- и среднетрещиноватых грунтах с f ³ 4 при высоте туннеля менее 6 м допускается не учитывать, а при высоте более 6 м – определять из условия предельного равновесия отдельных скальных блоков, отсеченных трещинами.

Нормативное горизонтальное горное давление в сильнотрещиноватых грунтах с f ³ 4 допускается учитывать по формуле

g_qxn = 0,1r gh . (4)

5.15. Для выработок глубокого заложения (свыше 500 м) величину горного давления следует определять с учетом пластического состояния грунтов и других специфических явлений.

При отсутствии необходимых данных допускается на начальных стадиях проектирования выработок глубокого заложения определять горное давление на основе опыта строительства туннелей в аналогичных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.

5.16. В выработках глубокого заложения, расположенных в глинистых и других слабых грунтах с f < 4, оказывающих значительное равномерное давление на конструкцию туннеля, нагрузку на обделку следует определять с учетом ожидаемых смещений грунта до устройства временной крепи и податливости этой крепи в соответствии с требованиями СНиП II-94-80, а также податливости самой обделки.

5.17. При расчете обделки горное давление необходимо определять по характеристикам грунтов с учетом условий эксплуатации (изменения свойств массива грунтов при их водонасыщении).

5.18. При расчете обделок напорных туннелей, располагаемых в водопроницаемых грунтах, включение в одно сочетание нагрузок от внутреннего давления воды и наружного давления подземных вод не допускается. В исключительных случаях, когда во всех возможных (включая аварийные) эксплуатационных ситуациях гарантировано всестороннее равномерное наружное давление воды непосредственно на обделку, допускается включать в одно сочетание с внутренним давлением минимальное значение наружного давления подземных вод с коэффициентом надежности по нагрузкам, равным 1.

5.19. Давление подземных вод следует определять при установившемся уровне воды в водохранилище с учетом снижения давления подземных вод, предусмотренными для этих целей дренажными устройствами и цементационными завесами.

5.20. При проектировании гидротехнических туннелей, располагаемых в вечномерзлых грунтах, необходимо учитывать влияние изменений температурного режима грунтов на их несущую способность, а также устойчивость и сопротивляемость грунтов внешним нагрузкам.

6. Основные положения по расчету обделок

6.1. Обделки гидротехнических туннелей, согласно СТ СЭВ 1406-78, следует рассчитывать по методу предельных состояний:

по несущей способности на прочность и в необходимых случаях с проверкой устойчивости формы конструкции (предельные состояния первой группы) в соответствии с обязательным приложением 1;

по образованию трещин (трещиностойкости), если трещины не допускаются, или по раскрытию трещин, если раскрытие их допустимо по условиям долговечности обделки туннеля, сохранности грунтового массива, а также по значению фильтрационного расхода воды из туннеля (предельные состояния второй группы) в соответствии с обязательными приложениями 2 и 3.

6.2. Сечения обделок по предельным состояниям первой и второй групп необходимо рассчитывать в соответствии со СНиП II-56-77 и CНиП II-23-81.

6.3. При расчетах сечений туннельных обделок необходимо вводить следующие коэффициенты:

коэффициенты надежности по назначению сооружения g _n и сочетаний нагрузок g _lc , принимаемые согласно СНиП II-50-74;

коэффициент условий работы g _c , принимаемый для бетонных, железобетонных и сталежелезобетонных обделок по табл. 5, для стальных оболочек – по табл. 6.

Таблица 5

Таблица 6

6.4. Расчет обделок по несущей способности следует выполнять на возможные наиболее неблагоприятные основные и особые сочетания расчетных нагрузок с применением расчетных характеристик материалов обделок.

6.5. Расчет обделок по образованию и раскрытию трещин должен осуществляться на основные сочетания нормативных нагрузок без учета гидравлического удара с применением нормативных характеристик материалов обделок.

6.6. Расчет обделок гидротехнических туннелей всех типов (включая фасонные части комбинированных обделок) следует выполнять с учетом отпора грунтов. Исключения допускаются при расположении туннелей в слабых неустойчивых грунтах. При расположении туннелей на глубине менее трех диаметров (пролетов) над шелыгой свода величина давления, передаваемого на грунт обделкой туннеля, не должна превышать веса толщи грунта над туннелем.

6.7. Расчет обделок произвольного очертания на любые внешние и внутренние нагрузки или их сочетания при изменяющихся по контуру деформационных характеристик грунтов следует выполнять методами строительной механики.

Расчет необходимо выполнять в соответствии с пп. 6.4 и 6.5 на каждое из сочетаний нагрузок. Сложение эпюр усилий от отдельных нагрузок для получения суммарной эпюры не допускается.

6.8. Бетонные обделки безнапорных туннелей следует рассчитывать на прочность в предположении образования в обделке пластических шарниров и проверять на трещиностойкость по предельным состояниям второй группы.

6.9. При расчете обделок по предельному состоянию второй группы предельную ширину раскрытия трещин обделок напорных и безнапорных туннелей I класса следует принимать по табл. 7.

Таблица 7

6.10. Градиент напора J_Н в обделках принимают в зависимости от коэффициента фильтрации k грунта:

J_H = 1 при k £ 10^{– 4} см/с;

при k ³ 10^{– 2} см/с,

где Н_i – внутренний напор воды, м;

H_{e 1} – напор подземных вод, м;

h_k – толщина обделки, м.

В интервале 10^{– 4} < k < 10^{– 2} значение J_H определяется по интерполяции.

6.11. Для затопляемых частей обделок безнапорных туннелей по условиям долговечности бетона и сохранности арматуры ширина раскрытия трещин не ограничивается.

6.12. Статические расчеты обделок следует выполнять с учетом трещинообразования и пластических деформаций:

обделки безнапорных туннелей и опорожненных напорных туннелей по предельным состояниям первой и второй групп рассчитывают с учетом жесткости бетонного сечения при модуле упругости бетона в конструкции E_k = 0,7E_b ;

обделки напорных туннелей на эксплуатационные нагрузки по предельным состояниям первой группы рассчитывают с учетом жесткости арматурного сечения E_k = E_a .

По предельным состояниям второй группы обделки напорных туннелей следует рассчитывать:

нетрещиностойкие – с учетом жесткости арматурного сечения E_k = E_a ;

трещиностойкие – с учетом жесткости бетонного сечения при E_k = 0,7E_b .

6.13. Расчет обделок туннелей следует выполнять с учетом взаимодействия их с грунтовым массивом. Деформационные свойства грунта характеризуются коэффициентом удельного отпора К _о или приведенным (эффективным) модулем деформации грунта E_q и коэффициентом Пуассона n . Приведенный модуль деформации необходимо определять с учетом неоднородности свойств грунта от естественных и техногенных причин (закрепление грунтов цементацией или иными способами, появление нарушенной проходкой зоны и др.). Значения характеристик грунтов следует определять с учетом их свойств при водонасыщении на основании натурных исследований.

Для напорных туннелей кругового очертания, располагаемых в однородных изотропных грунтах, модуль деформации грунта E_q допускается определять по формуле

E_q = K _o (1 + n ) (5)

где – коэффициент удельного отпора грунта;

К – коэффициент отпора грунта;

r_e – наружный радиус обделки, см.

Для туннелей, располагаемых в анизотропных грунтах с отношением модулей деформации в разных направлениях более 1,4, расчеты необходимо выполнять с учетом анизотропии.

6.14. Деформационные характеристики грунтов K _o или E_q для туннелей I и II классов следует определять на характерных инженерно-геологических участках по данным натурных исследований, выполненных методом напорных выработок, с помощью установки центрального нагружения (УЦН) и цилиндрического гидравлического штампа (ЦГШ), а также штампов в сочетании с сейсмоакустическими и прессиометрическими методами.

Для туннелей III и IV классов надлежит предусматривать натурные исследования сейсмоакустическими и прессиометрическими методами. Допускается также использовать значения физико-механических характеристик грунтов, выявленных при проходке туннелей в аналогичных инженерно-геологических условиях.

6.15. Для проектирования гидротехнических туннелей, располагаемых в вечномерзлых грунтах, необходимо определять значения физико-механических характеристик грунтов в мерзлом и талом состоянии.

6.16. Для предварительных расчетов значения коэффициентов удельного отпора K _o для среднетрещиноватых грунтов допускается определять по черт. 2 или по аналогам.

Черт. 2. График зависимости коэффициента К _о от коэффициента крепости грунта f для трещиноватых грунтов

Примечание. В слаботрещиноватых грунтах с f £ 10, а также при комбайновой проходке туннеля значения К_о , полученные по черт. 2, следует увеличивать на 30%.

6.17. В расчетах обделок туннелей необходимо учитывать совместную работу устанавливаемой при проходке туннеля крепи с обделкой.

6.18. При назначении расчетной схемы обделки туннеля и грунтового массива следует учитывать последовательность разработки грунта и возведения элементов обделки.

6.19. При параллельном расположении нескольких туннелей в расчете обделки на прочность необходимо учитывать изменения напряженного состояния и прочностных свойств грунтового массива, вызванных проходкой соседних туннелей.

6.20. Расчет бетонных и железобетонных обделок туннелей на температурные воздействия следует выполнять при расчетной разности температур более 30° С с учетом набухания и ползучести бетона.

6.21. При расчете обделок напорных и безнапорных туннелей противодавление воды в швах бетонирования и в сечениях между швами бетонирования не учитывается.

6.22. Толщину лотка туннеля, подверженного воздействию влекомых насосов, следует назначать с учетом возможности истирания лотка.

Приложение 1

Обязательное

Расчет обделок туннелей по предельным состояниям первой группы

1. Расчет бетонных и железобетонных обделок произвольного очертания

В расчетной схеме, как правило, предполагается, что нагрузки, в том числе и горное давление, заданы, а отпор грунта определяется как реакция упругого основания. Возможные простейшие расчетные схемы обделок как стержневых систем в упругой среде с односторонними связями показаны на черт. 1.

Черт. 1. Расчетные схемы обделок туннелей

Расчет прочности следует выполнять на расчетные нагрузки (с учетом коэффициентов надежности по нагрузкам) в соответствии с разд. 5, жесткость принимать в соответствии с п. 6.12, коэффициенты отпора грунта – в соответствии с пп. 6.13-6.16.

Расчет сечений обделок и определение необходимой площади сечения арматуры А_s следует производить по СНиП II-56-77.

2. Расчет сталежелезобетонных, железобетонных, армированных набрызг-бетонных и железоторкретных обделок напорных туннелей кругового очертания на начальных стадиях проектирования

На начальных стадиях проектирования расчет напорных туннелей выполняется по приближенным формулам, которые учитывают только внутреннее давление, постоянное в пределах сечения.

Площадь сечения рабочей арматуры А_s , см² , на 1 см длины туннеля:

при соблюдении условия

(1)

определяется по формуле

, (2)

при несоблюдении условия (1) – по формуле

, (3)

где p_wi – расчетное внутреннее давление воды с учетом гидравлического удара в период нормальной эксплуатации, МПа;

h_qz – расстояние от шелыги свода туннеля до поверхности земли, см;

R_st , E_s – расчетное сопротивление арматуры на растяжение и модуль упругости арматуры, МПа;

А_ss – площадь сечения стальной оболочки, см² , на 1 см длины туннеля;

R_y – расчетное сопротивление стальной оболочки, принимаемое по СНиП II-23-81, МПа;

К _о – коэффициент удельного отпора грунта, Н/см³ ;

r – плотность грунта, кг/см³ ;

g _с , g _n , g _lc – коэффициенты, принимаемые согласно п. 6.3.

Если по формулам (2) или (3) A_s < 0 (т. е. расчетной арматуры не требуется и внутреннее давление воды полностью воспринимается грунтом), следует принимать значение A_s по минимальному проценту армирования согласно п. 4.19.

3. Расчет стальных оболочек комбинированных обделок с наружным монолитным бетоном

3.1. Марки стали для стальных оболочек и колец жесткости следует принимать по табл. 1.

Таблица 1

3.2. Стальные оболочки следует рассчитывать на действие внутреннего давления воды в туннеле, наружного давления подземных вод, раствора (при цементации) и свежеуложенного бетона с учетом температурных воздействий, а также на действие собственного веса и нагрузок от механизмов при монтаже оболочки. При расчете стальных оболочек действие горного давления не учитывается.

Коэффициент надежности по нагрузке g _f коэффициент надежности по назначению сооружения g _n и коэффициент условий работы g _c следует принимать согласно требованиям пп. 5.8 и 6.3.

Примечание. Значение коэффициента условий работы g _c приведены для расчета стальных оболочек без учета местных напряжений.

3.3. Расчет на прочность стальных оболочек следует выполнять по формуле

, (4)

при этом необходимо соблюдать условия:

; ,

где s _x , s _z – нормальные напряжения соответственно в поперечном и продольном сечениях оболочки, МПа;

R – расчетное сопротивление, МПа, принимаемое при расчетах на внутреннее давление с учетом отпора грунта равным , а при расчетах на внутреннее давление без учета отпора грунта и на наружное давление – R_y ;

R_u , R_y – расчетные сопротивления стали растяжению, сжатию, изгибу, МПа, соответственно по временному сопротивлению и по пределу текучести, принимаемые по СНиП II-23-81;

g _u – коэффициент надежности для элементов конструкций, рассчитываемых на прочность по временному сопротивлению, равный 1,3.

3.4. Нормальное напряжение s _z , МПа, в продольных сечениях оболочки от внутреннего давления воды следует определять по формулам:

, (5)

где p_wi – расчетное внутреннее давление воды, МПа;

r_m – средний радиус оболочки, см;

t – толщина стенки оболочки, см;

a_r – расчетный радиальный зазор между оболочкой и бетоном, см;

K _or – приведенный коэффициент удельного отпора грунта, Н/см³ , определяемый по формуле

; (6)

r_е – наружный радиус бетонной обоймы, см;

E_b – модуль упругости бетона, МПа;

б) при отсутствии отпора грунта или при

(7)

3.5. Расчетный радиальный зазор между оболочкой и бетоном а_r , см, следует определять по формуле

a_r = a_{r 1} + a_{r 2} + a_{r 3} , (8)

где a_{r 1} , a_{r 2} , a_{r 3} – составляющие радиального зазора соответственно от температурных воздействий, усадки бетона и ползучести грунта, см.

Составляющую зазора от температурных воздействий a_{r 1} следует определять по формуле

a_{r 1} = 15,6 × 10^{– 6} r_m (t_max – t_min ), (9)

где t_max – наибольшая температура в туннеле при заполнительной цементации, ° С;

t_min – минимальная температура воды или воздуха в туннеле, ° С.

Составляющие зазора от усадки бетона a_{r 2} и ползучести грунта a_{r 3} , определяемые по данным исследований, следует учитывать только при расчете на особые сочетания нагрузок.

Для предварительных расчетов допускается принимать

a_r = 3 × 10^{– 4} r_m . (10)

3.6. Нормальное напряжение s _z МПа, в продольных сечениях оболочки от наружного давления следует определять по формуле

, (11)

где р_we – расчетное наружное давление МПа.

3.7. Нормальное напряжение, МПа, в поперечном сечении оболочки следует определять:

от температурных воздействий – по формуле

s _{x 1} = – 2,52t_d , (12)

где t_d – расчетный перепад температур, ° С;

от стеснения поперечной деформации – по формуле

s _{x 2} = 0,3s _x , (13)

3.8. Расчетные перепад температур t_d следует определять по формулам:

при повышении температуры

t_d = t_max – t_b,min , (14)

при понижении температуры

t_d = t_min – t_b,max , (15)

где t_max , t_min – соответственно наибольшая и наименьшая температура воды или воздуха в туннеле, ° С;

t_{b, max} , t_b,min – соответственно наибольшая и наименьшая температура оболочки в период обетонирования, ° С.

3.9. Местные напряжения, возникающие в стальной оболочке у ребер жесткости, а также в местах перелома, образующих под углом не более 10° , допускается не учитывать.

3.10. Расчет на устойчивость стальной оболочки при действии наружного давления р_we , МПа, следует выполнять по формуле

, (16)

где r _cr – критическое наружное давление, МПа;

x – коэффициент, принимаемый по табл. 2.

Таблица 2

При следует принимать

,

где R_уп – нормативный предел текучести стали, МПа.

3.11. Критическое наружное давление при отсутствии колец жесткости и при (где l – расстояние между кольцами, см) следует определить графически по черт. 2. Разрешается также в этом случае выполнять расчет на устойчивость по стандартным программам на ЭВМ.

Черт. 2. График зависимости критического наружного давления r _cr от относительной толщины стенки r_m /t [R_уп – нормативное сопротивление по пределу текучести стали, МПа (кгс/см² ); a_r – расчетный радиальный зазор между стенкой оболочки и бетоном, см; r_m – средний радиус оболочки, см; t – толщина стенки оболочки, см]

3.12. Критическое наружное давление r _cr , МПа, при наличии колец жесткости следует определять по формулам:

при ; (17)

при , (18)

где E_s – модуль упругости стали, МПа,

n_w – число волн, образующихся при смятии оболочки, подбираемое таким образом, чтобы получить минимальное значение r _cr ,

,

3.13. Кольца жесткости надлежит проектировать минимального поперечного сечения с целью уменьшения габаритов выломки.

Рекомендуется предусматривать анкеровку колец жесткости в бетоне. В случае невозможности анкеровки расчет кольца жесткости прямоугольного поперечного сечения следует производить по формуле

, (19)

где t_r – толщина кольца жесткости, см;

У_r – расстояние от центра тяжести сечения кольца до наиболее удаленного волокна, см;

c – коэффициент, определяемый по черт. 3 в зависимости от значения величин:

;

,

r_r , A_r , J_r – соответственно радиус центральной оси, см, площадь, см² , и момент инерции поперечного сечения кольца с присоединенным пояском длиной l_s = 1,56, см⁴ ;

а_o = 0,0025r_m – начальное отступление радиуса кольца от теоретического.

Черт. 3. График зависимости коэффициента c от p_rel при a_rel = const

Приложение 2

Обязательное

Расчет обделок туннелей по предельным состояниям второй группы

1. Расчет бетонных и железобетонных обделок произвольного очертания

Расчет следует выполнять на основное сочетание нормативных нагрузок в соответствии с разд. 5 и 6 с учетом коэффициента отпора грунта, жесткость сечения принимается согласно п. 6.12.

По полученным усилиям (изгибающий момент и нормальная сила) необходимо выполнить расчет по образованию и раскрытию трещин.

Трещиностойкие обделки, проектируемые для условий, отвечающих п. 4.16, следует проверять по образованию трещин согласно СНиП II-56-77.

Нетрещиностойкие обделки должны рассчитываться по раскрытию трещин согласно разд. 4 и 5 настоящего приложения.

2. Расчет по образованию трещин бетонных и железобетонных обделок напорных туннелей кругового очертания на начальных стадиях проектирования

На начальной стадии проектирования расчет по образованию трещин трещиностойких обделок, проектируемых для условий, отвечающих п. 4.16, допускается выполнять по формулам (1) и (2), обеспечивающим трещиностойкость при действии внутреннего давления.

Толщину обделки h_k , см, следует вычислять по формулам:

при коэффициенте удельного отпора грунта К _о £ 2000 Н/см³

, (1)

где p_win – нормативное внутреннее давление воды, МПа;

Е_k – модуль упругости материала обделки, принимаемый равным 0,7 E_b , МПа;

R_bth – нормативное сопротивление материала обделки на растяжение, принимаемое по СНиП 2.03.01-84 в соответствии с классом бетона, МПа;

m – коэффициент армирования сечения;

в слаботрещиноватых грунтах при К _о ³ 2000 Н/см³

, (2)

где e = 0,25 × 10^{– 4} g _с R_btn lg (0,05K _o + 10).

3. Расчет по образованию трещин (на трещиностойкость) обделок из набрызг-бетона на внешнее давление

Толщину несущих обделок из набрызг-бетона h_k , м, следует определять по формуле

, (3)

где g_qzn – нормативная величина вертикального горного давления (п. 5.12), МПа. При специальном обосновании допускается определять горное давление из условия объема возможного вывала между анкерами;

p_we – остаточное гидростатическое давление воды с учетом снижения уровня подземных вод дренажными или другими мероприятиями, МПа;

R_btn – нормативное сопротивление набрызг-бетона на осевое растяжение при проектном классе бетона, определяемом по прочности на растяжение (по СНиП 2.03.01-84), МПа;

g _с – коэффициент условий работы, принимаемый равным для армированной обделки – 1, для неармированной – 0,6;

а – шаг анкеров в продольном и поперечном направлениях, принимаемый наименьшим (но не менее 1 м) исходя из условий:

а) образования грунтового свода – по формуле

, (4)

где l_a = h_{q 1} + l_{q 1} – длина анкеров, м;

h_{q 1} – глубина нарушенной зоны, м (п. 5.12);

l_{q 1} – глубина заделки анкеров за пределы нарушенной зоны, принимаемая равной 0,5 – 0,7 м;

b – пролет выработки, м;

с – сцепление грунта, принимаемое по данным натурных исследований; для предварительных расчетов допускается принимать с  = 0,03f , МПа;

k_b – коэффициент, равный 0,2 – 0,25 для выработок I формы сечения и 0,25 – 0,3 – для остальных форм сечения (см. черт. 1);

б) устойчивости грунтов между анкерами – по формуле

; (5)

в) прочности закрепления анкера – по формуле

, (6)

где N_a – несущая способность анкера, равная для железобетонных анкеров прочности стержня анкера на разрыв, для остальных анкеров – 80– 100 кН.

4. Расчет ширины раскрытия трещин и бетонных обделках напорных туннелей кругового очертания

Ширина раскрытия трещин a_crc , мм, в бетонных обделках туннеля, предусматриваемых в однородных трещиноватых грунтах или других грунтах, укрепленных цементацией, должна определяться по формуле

, (7)

где .

5. Расчет ширины раскрытия трещин в железобетонных обделках напорных и безнапорных туннелей

Ширину раскрытия трещин a_crc , мм, в железобетонных обделках напорных и безнапорных туннелей следует рассчитывать по формуле

, (8)

где a – коэффициент, учитывающий влияние трещиноватости скального грунта, сложенного из блоков, и принимаемый в зависимости от модуля трещиноватости M_q  : а  = 1 при M_q  ³  5; а  = 2 при M_q  £  1. В интервале 1 £ M_q £ 5 значения а принимаются по интерполяции;

• часть 1
• часть 2
• часть 3