Проектування
і розрахунок оброблення гідротехнічних тунелів
Пояснювальна
записка до курсової роботи
Студент
Гіргідов А.А., Група: 5011/1
Санкт-Петербурзький
Державний технічний університет
Кафедра підземних
споруд, основ і фундаментів
2000
Вихідні
дані
Режим роботи --
безнапірний.
Клас
капітальності - II.
Максимальний
витрата води в тунелі - 
м3/с.
Середня
швидкість протікання води в тунелі - 
м/с.
Відмітка верху
лотка тунелю - 
м/с.
Структурно-геологічна
характеристика гірських порід наведено в таблиці:
Номер
пласта
Найменування
гірської породи
Відмітка
покрівлі
пласта, м
1
Суглинок
0
2
Сланець
-40
Фізико-механічні
характеристики гірських порід:
Номер
Пластов
Питома вага сухого грунту
Вологість
Коефіцієнти
Поперечної деформації
питомої відсічі
фортеці
1
2.04
2
2.41
0.04
58
2.3
0.26
290
3.5
Визначення
внутрішніх розмірів тунелю.
Будемо вважати,
що коливання води в тунелі не перевищують 
, де 
- висота тунелю. Тоді ставлення
,
де 
- ширина тунелю по дну.
Приймаються
,
де 
- радіус перерізу тунелю, який визначається за формулою:
,
де 
м3/с - максимальна витрата води в тунелі; 
м/с - середня швидкість протікання води в тунелі;
м.
Згідно
таблиці 2 [1, стор.17], отримуємо наступні співвідношення основних розмірів:
м;
.
Вибір форми
перерізу тунелю
Вибір форми
поперечного перерізу тунелю здійснюється з урахуванням умов статичної роботи
оброблення, гідравлічних умов пропуску води, а також способів і умов
виробництва робіт при спорудженні тунелю.
У нашому випадку
тунель працює в безнапірному режимі, тому що визначає навантаженням при виборі
форми перетину є гірське тиск, величина і напрям якого може
оцінюватися коефіцієнтом міцності породи 
, навколишнього тунель.
Згідно
таблиці 1. [1, стор.14] поперечний переріз тунелю приймається коритоподібного
форму (II форма).
Складання
ескізу конструкції оброблення і вибір матеріалів для її зведення.
Приймаються
коритоподібного монолітну залізобетонну оброблення (ріс.4.1). Згідно таблиці 3
[1, стор.23], товщина оброблення призначається по наступних залежностей:
м;
;
м;
м.
оброблення
виконується із залізобетону, для цього використовується бетон марки М 200 і
арматура класу А II.
Визначення
нормативних та розрахункових навантажень, їх поєднань і коефіцієнтів пружного відсічі
породи
Однією з
основних навантажень, що діють на оброблення тунелю, є гірське тиск.
Це тиск виникає через те, що при влаштуванні тунелю в гірських породах
утворюється звід обвалення - область грунту, що втрачає рівновагу і, внаслідок
цього, який чинить тиск на оброблення. Розподіл навантажень на оброблення
тунелю і форма склепіння обвалення наведена на рис.4.
Величина
гірського тиску визначається розрахунком, заснованому на використанні значень
характеристик порід, що оточують тунель. При цьому відповідно до вказівок
СН розподіл вертикального і горизонтального гірських тисків приймаються
рівномірними по прольоту 
і висоті вироблення 
:
м;
м.
Вертикальне
гірське тиск визначається за формулою:
,
де 
- коефіцієнт, що дорівнює 
при 
м; 
- питома вага грунту 
т/м3;
Висота склепіння
обвалення 
, визначається за формулою:
,
де 
- проліт склепіння
обвалення:
м,
де 
- розрахунковий кут внутрішнього тертя породи;
.
Таким чином,
виходить, що
тс/м.
Горизонтальне
нормативне гірське тиск визначається за формулою:
тс/м.
Можливість
виникнення тиску на оброблення знизу (дуття) перевіряється за умовою:
,
де 
тс/м2 - зчеплення породи по підошві виробки;
тс/м;
.
Отже,
тс/м 
,
отже,
дуття немає.
Так як
тиск на оброблення знизу відсутній, приймається розімкнуться конструкція
оброблення.
Визначення
розрахункового коефіцієнта відсічі 
:
по бічній
поверхні
,
де 
кгс/см3 - коефіцієнт питомої відсічі , 
м;
тс/м3;
по підошві
стіни
,
де 
- коефіцієнт поперечної деформації породи,
тс/м3.
Для статичного
розрахунку оброблення, який буде виконаний далі, виділимо на серединній лінії оброблення
12 крапок і визначимо їх положення в системі координат, положення якої
показано на малюнку 3. Для кожної точки визначимо координати х і у, а також
товщину оброблення. Отримані результати наведемо у вигляді таблиці і туди ж
запишемо значення коефіцієнтів відсічі К.
Таблиця 5.1.
№
х, м
у, м
h, м
К, тс/м3
1
0.00
0.00
0.2875
109434
2
0.64
0.18
0.2887
109434
3
1.21
0.35
0.2924
109434
4
1.75
0.75
0.2988
109434
5
2.15
1.19
0.3086
109434
6
2.41
1.80
0.3227
109434
7
2.47
2.46
0.3450
109434
8
2.47
3.02
0.3450
109434
9
2.47
3.77
0.3450
109434
10
2.47
4.52
0.3450
109434
11
2.43
5.02
0.3450
635775
Статичний
розрахунок монолітної оброблення тунелю
6.1Краткое
опис методу метрогіпротранса
оброблення
тунелю, що має довільну форму і оточена пружною середовищем є
нескінченну кількість разів статично невизначена системою, точне визначення
зусиль і реакцій в якій неможливо в даний час. Для визначення
внутрішніх зусиль у оброблення використовують чисельні методи дають наближене
рішення. Одним з найбільш точних методів є метод метрогіпротранса, заснований
на перетворенні заданої системи в розрахункову прийняттям наступних припущень:
криволінійне
обрис оброблення замінюється вписаного багатокутника (мал. 5);
безперервне
зміна жорсткості оброблення замінюється ступінчастим і постійним в межах
кожної сторони багатокутника;
розподілені
навантаження замінюють зусиллями зосередженими в вершинах багатокутника;
суцільну
пружну середу замінюють окремими пружними опорами розташованими
перпендикулярно до поверхні оброблення та вкладеними в вершинах багатокутника.
Кут 
характеризує зону
безотпорного ділянки, яка встановлюється розрахунком. Якщо при розрахунку
реакцій опор, помістити опори в сектор, охоплюваний кутом 
, то їх реакції виходять негативними. Це відповідає
