Расчет обделки тоннеля. Проектирование сечения и профиля городского тоннеля

Алгоритм и примеры расчета многослойных круговых обделок тоннелей. Обделку рассматривают как (n -1) слойное кольцо; n -й слой – бесконечно толстый массив. Задаваемые расчетные нагрузки неравномерны по углу , отсчитываемому от оси, проходящей через максимум радиальной нагрузки

где  и  – радиальная и касательная составляющие нагрузки;

, и –параметры нагрузок (задаются или вычисляются приведенным формулам).

 

При расчете обделок, слои которых неоднородны по механическим свойствам, например, бетонные с арматурой гибкой или жесткой или слои с ребристыми тюбингами, учитывают неравномерность распределения напряжений по сечению. Неоднородность материалов в каждом слое характеризуется коэффициентом армирования, которая определяется отношением площади сечения арматуры к площади сечения слоя. Если внутренним слоем обделки являются ребристые тюбинги без заполнения пространства между ребрами, то степень армирования выделенного слоя ребер определяют отношением площади сечения ребер к площади междуреберного пространства и ребер.

Исходные данные для расчета

1. Свойства грунта в массиве:

 – модуль деформации, кгс/см²;

 – коэффициент Пуассона;

 – объемная масса грунта, кгс/см²;

 – коэффициент сейсмичности;

 – преобладающий период колебаний частиц грунта;

 – скорость распространения упругих волн сжатия-растяжения, см/с, определяют по формуле

 

2. Данные по обделке:

n -1 – количество слоев;

 -  радиусы контуров слоев (i =0,1,…. n -1);

 – степень армирования слоев (i =1,2,…. n -1);

, –модули деформации материалов слоев, кгс/см²;

 – основного материала;

 – арматуры;

 – коэффициенты Пуассона материалов слоев.

 

3. Сейсмические воздействия

4. Порядок расчета

для n -го бесконечного слоя коэффициенты ,

 

где  – при расчете обделки совместно с массивом

 

 

5. Напряжение в элементах обделки

 

Значки «вс», «вб», «нс», «нб» указывают сечения, в которых определяют напряжения: «в» - на внутреннем контуре слоя; «н» - на наружном контуре слоя; «с» - в своде (по оси действия максимальной нагрузки); «б» - в боках (по оси, перпендикулярной направлению действия максимальной нагрузки). Верхний индекс «i» указывает на материал, в котором определяют напряжения: –бетон,  – арматура; i –номер слоя.

1 – слой без заполнения; 2,5 – слой спинки чугунных тюбингов;

3 – слой бетона; 4 – слой комбинированный

(ребра тюбингов и бетонное заполнение)

 

Рисунок 12 –Конструкция многослойной кольцевой обделки

 

6. Пример расчета обделки, состоящей из двух слоев чугунных тюбингов с заполненным бетоном между ними, рисунок 12.

Свойства грунта в массиве:

модуль деформации – 7000 кгс/см²;

коэффициент Пуассона – 0,30;

объемная масса 0, 00262 кгс/см²;

коэффициент сейсмичности – 0,1;

преобладающий период колебаний  – 0,5с.

Параметры обделки приведены в таблице 1. Параметры нагрузок на слои обделки приведены в таблице 2. Эпюры напряжений в шелыге свода и на горизонтальном диаметре в сечениях по ребрам и межреберному заполнению в кгс/см² показаны на рисунке 13.

 

№ слоя	Радиус, см	Отношение площадей поперечного сечения ребер (арматура) ко всему слою	Модули деформаций кгс/см2		Коэффициент Пуассона
5 4 3 2 1 0	474 471 447 377 374 350	0 0,1 0 0 0,1	1000000 240000 240000 1000000 0	1000000 1000000 240000 1000000 1000000	0,25 0,15 0,25 0,25 0,15

      

а – сечение в шлыге свода по ребрам; б – то же по межреберному заполнению; в – сечение на горизонтальном диаметре по ребрам; г – то же по межреберному заполнению («плюс» - сжатие, «минус» - растяжение)

 

Рисунок 13 – Эпюры напряжений по сечениям многослойной обделки

 

№ слоя	Параметры нагрузок, кгс/см2			Примечание
5 4 3 2 1	1,1656 1,0722 0,8873 0,2691 0,1208	0,1663 - 0,0789 - 0,7343 - 0,9499 - 0,4559	- 1,5841 - 2,059 - 3,0466 - 2,0446 - 1,0206	Внешние нагрузки

 

 

Организация самостоятельной работы

 

Самостоятельная работа студентов наряду с аудиторной представляет одну из форм учебного процесса и является существенной его частью. Для ее успешного выполнения необходимы планирование и контроль со стороны преподавателя.

В рамках изучения дисциплины предусмотрено 8 часов на самостоятельное изучение разделов для очной формы обучения, 43 – для заочной, 43 – для сокращенной.

Формой самостоятельной работы по дисциплине «Подземные сооружения» является:

- самоподготовка к практическим занятиям;

-самостоятельное изучение разделов;

- подготовка к зачету.

Самостоятельное изучение разделов (очная форма обучения)

№	Наименование тем для самостоятельного изучения	Кол. часов
3	Учет наклона ограждения и поверхности грунта при определении активного давления	4
5	Расчет обделки тоннеля с учетом отпора грунта	4
Итого		8

Самостоятельное изучение разделов(заочная, заочная ускоренная форма обучения)

№	Наименование тем для самостоятельного изучения	Кол. часов
1	Общие сведения о подземных сооружениях	6
2	Напряженное состояние грунтового массива	6
3	Теория давления грунта на подпорные стены	4
4	Учет наклона ограждения и поверхности грунта	4
5	Определение нагрузок на подземные сооружения	5
6	Расчет на прочность подземных сооружений	4
7	Расчет обделки тоннеля с учетом отпора грунта	4
8	Конструкции городских подземных сооружений	6
9	Технология возведения подземных сооружений	4
Итого		43