Рабочие схемы для расчета обделок

Для определения напря­женного состояния обделки существует несколько методов отли­чающихся степенью точности расчета. Точность расчета обделки зависит от учета взаимодействия ее с окружающей горной породой и определения объемов горной породы, вовлекающейся в работу совместно с обделкой с учетом времени развития деформации по­роды. Вопрос этот достаточно сложный.

 Рис.  28.7  Зависимость от  для трещиноватых пород

 Рис. 28.8   График   для    определения ориентировочной  толщины е обделки
безнапорных туннелей:
1 - бетонных; 2 - железобетонных

Можно отметить две основные схемы для расчета обделок, ко­торые получили в настоящее время наибольшее развитие.

Первая схема,по которой нагрузки,действующие на обделку, сxитаются заданными.В том числе задана и граница отлипания, упругий отпор  в виде эпюры известного очертания, горное давление, определяемое по гипотезе М. М. Протодьяконова, основанной на теории сыпучих тел.

Схема весьма условна, так как наличие этих сил возможно при отсутствии одновременного перемещения обделки и породы, когда имеются упругие деформации породы - деформации без нарушения сплошности, а сыпучее тело как бы не примыкает к обделке и возможно образование свода обрушения. Обделка принимается как тонкий кривое брус.

Наиболее распространенным и простым является метод, пред­ложенный для замкнутой обделки Г. Г. Зурабовыми О. Е. Бугаевой   (рис   28.9). В расчете учитывают силы трения, действующие

 Рис. 28.9 Схемы к расчету обделки замкнутого    профиля    методом
Г. Г. Зурабова и О. Е. Бугаевой:
а - основная система; б - расчетная система

между обделкой и породой. При расчете наиболее распростра­ненных профилей безнапорных туннелей используют вспомогательные таблицы. В настоящее время метод Г. Г. Зурабова и О. Е. Бу­гаевой используется обычно для быстрых ориентировочных определений толщины обделки. В аналогичном методе, предложенном Н. Л. Бурдзгла, вместо сил трения учитывают силы сцепления обделки с породой.
При расчете, предложенным С. С. Давыдовым, при заданных  нагрузках рассматривают упругий обжимаемый слой породы, равный глубине заложения выработки, что уточняет расчет обделки.

Не менее распространенным   и   рекомендованным   методом в СССР и за рубежом является метод Метропроекта, предложенный Б. П. Бодровым, Л. И. Гареликом, Б. Ф. Матэри и др., в котором учитывают совместную деформацию обделки и породы. Метод Мет­ропроекта имеет ряд недостатков: эпюру упругого отпора принимают ступенчатой; все нагрузки переносят на осевую линию, хотя они приложены на значительном расстоянии от нее - на поверхно­сти обделки; обделка плавноизогнутая, представляется   ломанной стержневой системой.

Расчеты на заданную нагрузку с возможностью образования; свода обрушения в крепких породах не соответствуют действительности, так как установленная крепь работает в условиях совместности перемещений с окружающим массивом. Учет горного давления по методу М. М. Протодьяконова применим для сыпучих пород, в прочных породах определение горного давления по этому методу не правомочно.                                                                                  

Вторая схемаоснована на решении контактной задачи, в кото­рой в процессе работы обделки контакт ее с окружающей массой породы не нарушается. Внешние нагрузки задавать не требуется они определяются из решения.В развитие этой схемы большой вклад внесли Б. Г. Галеркин, В. Л. Федоров, В. В. Матвиенко, К. В. Руппенейт и др. Решены задачи главным образом для обде­лок кругового очертания методом теории упругости, а также для условий возникновения вокруг выработки области предельного равновесия. Для обделок некругового очертания для прочных по­род эта схема применена Н. Н. Фотиевой. Задача решается с помо­щью метода конформных отображений и теории упругости при дей­ствии на обделку основных видов нагрузки.