Оценка несущей способности обделок параллельных тоннелей произвольного поперечного сечения

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Строительство. Архитектура


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

© Н. Н. Фотиева, Н. С. Булычев, Е. С. Фирсанов, П. В. Деев,
2009
УДК 622. 28
Н. Н. Фотиева, Н. С. Булычев, Е. С. Фирсанов,
П.В. Деев
ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОБДЕЛОК ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ТОННЕЛЕЙ ПРОИЗВОЛЬНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
Семинар № 18
& quot-П Тульском государственном университете разработан метод расчета и оценки несущей способности обделок глубоко заложенных параллельных тоннелей произвольного поперечного сечения, основанный на современных представлениях механики подземных сооружений о взаимодействии подземных конструкций и массива пород как элементов единой деформируемой системы. Метод базируется на аналитическом решении задачи теории упругости (расчетная схема приведена на рис. 1) о плоской деформации линейно деформируемой среды, моделирующей массив, механические свойства которой характеризуются модулем деформации Ео и коэффициентом Пуассона у0, ослабленной конечным числом N произвольно расположенных отверстий различных форм (с одной осью симметрии), подкрепленных кольцами из других материалов, имеющих деформационные характеристики Е], у],
(] = 1,…, Щ, моделирующими обделки тоннелей, расположенных на глубинах Н ] (] = 1,…, Щ, отсчитываемых от центров, помещенных в точках 2} = х] + 1у (] = 1,…, N).
Действие собственного веса пород моделируется наличием в среде поля начальных напряжений, линейно изменяющихся по глубине, определяемых формулами:
стХ°)(0) = -у (Н1 — х), а (°т = -Лу (Н — х),
= о, (1)
где у — удельный вес пород, Я — коэффициент бокового давления грунта в ненарушенном массиве, Н1 — глубина заложения первого тоннеля, отсчитываемая от центра его поперечного сечения1, в который помещено начало координат.
Считается, что среда? о и кольца ^ (] = 1,…, N) деформируются совместно, то есть на линиях контакта Ьо (] = 1,…, N) выполняются условия непрерывности векторов смещений и полных напряжений. Внутренние контуры колец Ь1] (] = 1,…, N) свободны от действия внешних сил.
Задача решена с использованием теории аналитических функций комплексного переменного [1], модификации метода Д. И. Шермана, описанной в работе [2], аппарата конформных отображений и комплексных рядов. Такой подход позволяет свести решение задачи
к хорошо сходящемуся итерационному процессу [3], в каждом приближении которого последовательно используются решения, полученные для каждого из колец, подкрепляющего сответствующее отверстие, при граничных условиях, содержащих некоторые дополнительные слагаемые, отражающие влияние остальных подкрепленных отверстий. Эти слагаемые представляются в форме рядов Лорана, неизвестные коэффициенты которых, полагаемые в нулевом приближении равными нулю, затем уточняются на каждом шаге итераций. Решения внутренних задач, составляющих основу итерационного процесса, получены с помощью метода, аналогичного описанному в работе [4].
C целью приближенного учета влияния расстояний 1] (у = 1,…, N) от сооружаемых обделок до забоев тоннелей в результаты расчета каждой из конструкций вводится корректирующий множитель а*, определяемый по формуле, полученной на основе численного моделирования пространственной осесимметричной задачи [5]:
Рис. 1. Расчетная схема
а] = 0,6е"1381у / Я (у = 1,…, N) (2)
где Яу- (у = 1,… ,^ - средние радиусы наружных контуров поперечных сечений обделок.
Влияние последовательности проведения и крепления тоннелей может быть учтено таким же образом, как это описано в работе [2], то есть путем последовательного рассмотрения ряда расчетных схем, соответствующих каждой стадии строительства с использованием множителей а* (у = 1,…, N).
Для оценки несущей способности каждой из обделок определяется коэффициент запаса по формуле
к = min
Я
Я
-О)(с)
. (1П)(()
(3)
-(т)(с)
. (п)(*)
— максимальные по
где Гв |"шх'
абсолютной величине сжимающие (отрицательные) и растягивающие (положительные) нормальные тангенциальные напряжения на внутреннем контуре поперечного сечения соответствующей обделки, ЯЬс, ЯЬ1 — расчетные сопротивления
материала обделки сжатию и растяжению.
Ниже в качестве примера приводятся результаты расчета обделок на одном из участков тоннеля № 6 и параллельной ему штольни автодороги Джугба-Сочи на второй очереди строительства обхода г. Сочи. Тоннель проходится в относительно однородном массиве пород, сложенном преимущественно аргиллитами зеленовато-серого цвета, известкови-стыми и известковыми. В районе южно-
го портала присутствуют песчаники по-лимиктовые, известковистые (до 17%). Породы трещиноватые и сильнотрещиноватые.
Поперечное сечение тоннеля и штольни показано на рис. 2 (штольня проходится с перспективой раскрытия правого тоннеля на полное сечение).
Исходные данные для расчета, предоставленные ООО & quot-Тоннельдорстрой", приняты следующими: глубина заложения тоннеля Н = 36,1 м, модуль деформации пород Е0 = 1000 МПа, коэффициент Пуассона пород у0 = 0,35, удельный вес пород у = 0,0231 МН/м3, коэффициент
бокового давления пород в ненарушенном массиве Л = 0,6, модуль деформации бетона обделок Ех = Е2 =30 000 МПа, коэффициент Пуассона бетона V =у2 = 0,2.
Расстояние от сооружаемой обделки до забоя тоннеля /1 = 3 м, от обделки, сооружаемой в сводовой части штольни, до забоя штольни — /2 = 3 м, крепление лотка штольни осуществляется с отставанием на /2 = 50 м от забоя шт (Раватавтные сопротивления бетона В25 составляют: ЯЬс = 14,5 МПа, Яы = 1,05 МПа.
Рис. 2. Рассчитываемое поперечное сечение тоннеля и штольни
пользованием программы Р08Р1Я-1, реализующей описанный выше метод. При этом корректирующие множители а* для тоннеля и * для сводовой части штольни определялись по формуле (2), а соответствующий множитель для лотковой части штольни, теоретически обращающийся в нуль, принимался в запас прочности конструкции, а = 0,15.
Распределение нормальных тангенциальных напряжений о#п)(в МПа) на внутренних контурах поперечного сечения обделок тоннеля и штольни показано на рис. 3.
Как видно из рис. 3, наибольшие сжимающие (отрицательные) напряжения возникают вблизи угловых точек контуров сечения обделок, а наибольшие растягивающие (положительные) напряжения — в лотковой части обделок. При этом коэффициенты запаса несущей способности оказываются меньше единицы — к8 = 0,85, 0,68 соответственно в лотках обделок тоннеля и штольни, что требует их армирования.
Отметим, что предварительный расчет указанных обделок на активные нагрузки приводит к прямо противоположному выводу о необходимости армирования сводовой части обделок, в то время как коэффициенты запаса в сечениях сводов, полученные при рассмотрении взаимодействия конструкций с массивом пород с учетом взаимного влияния тоннеля
Расчет обделок на действие собственного веса пород производился с
Рис. 3. Напряжения, возникающие на внутренних контурах обделок тоннеля и штольни
Рис. 4. Продольные силы (а) и изгибающие моменты (б) в сечениях обделок тоннеля и штольни
и штольни, составляют к = 8,15, 7,04, а в местах наибольшей концентрации сжимающих напряжений (вблизи угловых точек сечений) к = 1,95, 1,44 соответственно.
Ниже на рис. 4 а, б приведены эпюры усилий — продольных сил N и изгибающих моментов М в сечениях обделок.
1. Мусхелишвили Н. И. Некоторые основные задачи математической теории упругости/ Н. И. Мусхелишвили — М., Наука, 1966.
2. Фотиева Н. Н. Расчет крепи параллельных выработок в сейсмических районах/ Н. Н. Фотиева, А. Н. Козлов — М., Недра, 1992.
3. Fotieva N. Design of shallow tunnel linings / Fotieva N., Bulychev N., Sammal A. // Proc. of ISRM International Symposium, Torino, Italy, 1996. — Balkema: pp. 654−661.
Произведенные дополнительно расчеты обделок с учетом возможных сейсмических воздействий землетрясения интенсивностью 9 баллов по шкале М8К-64 подтвердили необходимость преимущественного армирования лотковой части обделок.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Фотиева Н. Н. Расчет обделок тоннелей некругового поперечного сечения / Н. Н. Фотиева — М., Стройиздат, 1974.
5. Bulychev N. The stress-strain state of
tunnel linings and the surrounding rock mass in the vicinity of a tunnel face / Bulychev N., Fotieva N., Fowell R. // Proc. of Underground Construction 2001 International. Symposium, 18−20 September 2001. -
London: Balkema. — pp. 439−448. ИТШ
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------
Фотиева Н. Н., Булычев Н. С., Фирсанов Е. С., Деев П. В. — Тульский государственный университет.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 18 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Б. А. Картозия.
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ
ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ_____________________
Автор Название работы Специальность Ученая степень
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЕЗЕРСКИЙ Михаил Юрьевич Синтез технологических систем угольных шахт при обосновании проектных решений 25. GG. 21 к.т.н.
ЗбЗ
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания: Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
16_Фотиева18
Новое по работе в универеГИАБ-2009ГИАБ-37 C: UsersТаняAppDataRoamingMicrosoftШаблоныNormal. dotm © В
123
15. 01. 2009 12: 29:00 3
22. 01. 2009 10: 16:00 Пользователь
Полное время правки: 2 мин.
Дата печати: 23. 03. 2009 23: 22:00
При последней печати страниц: 5
слов: 1 408 (прибл.)
знаков: 8 030 (прибл.)

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой