Определение нагрузок на обделку тоннеля

Расчет обделки при составлении курсового проекта производиться на основные постоянно действующие нагрузки: собственный вес обделки, горное и гидростатическое давление, постоянные нагрузки на поверхности (в случае учета нагрузок от полного веса грунта без сводообразования) и временные нагрузки:

 

Р^н = р^н_дп + р^н_з + р^н_г + р^н_св + р^н_вр

 

Где р^н_дп – нормативная нагрузка от веса дорожного полотна пересекаемой дороги

р^н_з – нормативная нагрузка от грунтовой засыпки

р^н_г – нормативная нагрузка от гидростатического давления

р^н_св – нормативная нагрузка от собственного веса конструкций обделки (плиты перекрытия)

р^н_вр – нормативная временная нагрузка на поверхности

при этом нагрузки рассчитываются на 1 п.м. ширины и длины тоннеля.

 

Распределение нагрузок можно принимать равномерным, а их интенсивность определять на уровне верха и низа стены обделки.

В случае тоннельного пересечения с двухпутной ж.д. линией нагрузка от веса дорожного полотна принимается равной нагрузке от щебеночного балласта толщиной 0,4 м и рельсо-шпальной решетки. В курсовом проекте допускается применять условную плотность верхнего строения пути 2 т/м³.

При расположении тоннеля в слабых породах или сооружаемых открытым способом, когда образование разгружающего свода не происходит, горное давление определяется весом столба пород, расположенных над выработкой. При расчете на полный столб вышележащих пород горное давление определяется:

1. Вертикальное давление

 

,

 

Во всех случаях, когда тоннель расположен в породах, содержащих воду, следует учитывать совместное действие на обделку горного и гидростатического давлений.

При этом в расчет вводиться плотность породы во взвешенном состоянии, определяемый по формуле

 

,

где γ;_с – плотность сухой породы;

е – пористость в процентах.

Примечание.

Для расчетов в системе единиц СИ можно воспользоваться следующими соотношениями:

- для нагрузок и усилий:

I кгс = 10 Н; I тс = 10 кН; I кгс/см² = 10 Н/см²;

I тс/м² = 10 кН/м²;

 

- для давления, напряжений, модуля упругости:

I кгс/см² = 100 кПа = 0,1 МПа; I тс/м² = 10 кПа;

Па = Н/м²; кПа = 1000 Па; МПа = 10⁶ Па.

 

2. Активное нормативное боковое давление с учетом сцепления грунта:

на уровне верха обделки:

 

,

на уровне низа обделки

 

Где

j_n – угол внутреннего трения (см. задание)

c_n – коэффициент сцепления (см. задание)

h_т – расчетная высота обделки

3. Пассивное нормативное боковое давление с учетом сцепления грунта:

на уровне верха обделки:

 

,

на уровне низа обделки

 

Таким образом, в верхней и нижней точке стенового блока значение распределенной нагрузки будет равно

 

 

 

Нормативная вертикальная нагрузка от собственного веса конструкции определяется по предварительно заданным размерам сечений (плотность бетона – 22 кН/м³, железобетона – 25 кН/м³).

 

 

4. Нормативная вертикальная временная нагрузка от подвижного состава на поверхности:

 

Где К – класс нагрузки,

n – количество дополнительных путей к первому

b – длина шпалы, 2,7 м

l – расстояние между осями путей 4,1 м

a = Н*tg26.5⁰

H – глубина заложения тоннеля

 

Полученные указанными выше методами нормативные нагрузки должны быть умножены на коэффициент надежности по нагрузке для получения расчетных нагрузок

 

P =

 

Коэффициенты надежности по нагрузке

1. На собственный вес обделки 1,1

2. На вес засыпки 1,15

3. На вес дорожного полотна 1,3

4. На горизонтальное (боковое) давление пород 1,2

5. На временные нагрузки 1,3

 

Полученные расчетные нагрузки представляют собой нагрузки, приходящиеся на 1 п.м. длины тоннеля. Далее необходимо осуществить расчет нагрузок на реальные конструкции (плиту или стеновой блок), которые могут иметь размер вдоль оси тоннеля, отличный от 1 м. Этот размер задается преподавателем исходя из размеров, применяемых на практике, обычно в диапазоне 1 – 2 м.