На главную
На главную

СНиП 2.06.09-84 «Туннели гидротехнические»

Настоящие нормы распространяются на проектирование вновь строящихся и реконструируемых гидротехнических туннелей, входящих в состав гидроэлектростанций, мелиоративных систем и систем водоснабжения. При проектировании других аналогичных по назначению подземных сооружений допускается пользоваться требованиями настоящих норм.

Обозначение: СНиП 2.06.09-84
Название рус.: Туннели гидротехнические
Статус: действующий
Заменяет собой: СН 238-73 «Указания по проектированию гидротехнических тоннелей»
Дата актуализации текста: 01.10.2008
Дата добавления в базу: 01.02.2009
Дата введения в действие: 01.07.1985
Разработан: МИСИ им. В.В. Куйбышева Минвуза СССР
Гидропроект им. С.Я. Жука
Гидроспецпроект Минэнерго СССР
ГрузНИИЭГС Минэнерго СССР
СКБ Мосгидросталь
Оргэнергострой Минэнерго СССР
Утвержден: Госстрой СССР (14.11.1984)
Опубликован: ЦИТП Госстроя СССР № 1985

Строительные нормы и правила

Туннели гидротехнические

СНиП 2.06.09-84

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ СТРОИТЕЛЬСТВА

Москва 1985

Разработаны Гидропроектом им. С. Я. Жука (д-р техн. наук В. М. Мостков- руководитель темы; канд. техн. наук А. Н. Мордовина; д-р техн. наук Р. А.Резников, Л. М. Харькова; кандидаты техн. наук Г. Я. Гевирц, В. Ф. Илющин),ГрузНИИЭГС (д-р техн. наук Г. П. Вербецкий), Гидроспецпроектом (Б. М. Володин)и СКБ Мосгидросталь (кандидаты техн. наук А. М. Шор, А. Р. Фрейшист) МинэнергоСССР с участием Оргэнергстроя Минэнерго СССР и МИСИ им. В. В. Куйбышева МинвузаСССР.

Внесены Минэнерго СССР.

Подготовлены к утверждению Главным управлением технического нормирования истандартизации Госстроя СССР (И. Д. Демин, Д. В. Петухов).

С введением в действие СНиП 2.06.09-84 “Туннели гидротехнические” с 1июля 1985 г. утрачивают силу “Указания по проектированию гидротехническихтуннелей” (СН 238-73).

Государственный комитет СССР по делам строительства
(Госстрой СССР)

Строительные нормы и правила

СНиП 2.06.09-88

Туннели
гидротехнические

Взамен
СН 238-73

Настоящие нормы распространяются на проектированиевновь строящихся и реконструируемых гидротехнических туннелей, входящих всостав гидроэлектростанций, мелиоративных систем и систем водоснабжения.

При проектировании других аналогичных по назначениюподземных сооружений допускается пользоваться требованиями настоящих норм.

При проектировании гидротехнических туннелей,располагаемых в особых условиях (в сейсмических районах, в районахраспространения вечномерзлых грунтов и др.), следует соблюдать дополнительныетребования, предъявляемые к таким туннелям соответствующими нормативнымидокументами.

Основные буквенные обозначения и индексык ним, принятые в настоящих нормах согласно СТ СЭВ 1565-79, а также формулы,написание которых изменилось в связи с переводом в единицы Международнойсистемы (СИ), приведены в справочных приложениях 4 и 5.

Внесены
Министерством энергетики и электрификации СССР

Утверждены
постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства
от 14 ноября 1984 г. № 188

Срок
введения в действие

1 июля 1985 г.

1. Общиеположения

1.1. Классы гидротехнических туннелей, входящих всостав сооружений гидроэлектростанций и мелиоративных систем, должныустанавливаться в соответствии со СНиП II-50-74. Классы гидротехнических туннелей,предназначенных для систем водоснабжения, должны соответствовать категориямнадежности подачи воды, устанавливаемым СНиП 2.04.02-84.

1.2. В зависимости от назначения гидротехническиетуннели подразделяются на:

основные, предназначенные для постоянного пропускаводы при эксплуатации гидроэлектростанций, мелиоративных систем и системводоснабжения;

второстепенные, предназначенные для периодическогопропуска воды (для опорожнения и промыва водоемов и водоводов, водосбросныетуннели), за исключением головных участков туннелей до затворов, которыеотносятся к основным сооружениям;

временные, предназначенные для пропуска воды в периодстроительства или ремонта гидротехнических сооружений.

При проектировании крупных гидроузлов строительныетуннели со сроком эксплуатации свыше 5 лет допускается относить квторостепенным сооружениям.

При проектировании туннелей основного иливторостепенного назначения должна быть рассмотрена возможность использования ихдля пропуска воды в период строительства водоподпорных сооружений.

1.3. В зависимости от гидравлического режимагидротехнические туннели подразделяются на:

напорные, работающие при избыточном внутреннемдавлении воды по сравнению с атмосферным;

безнапорные, работающие при неполном наполнении водой.

В гидротехнических туннелях допускается переменныйрежим работы при обеспечении постепенного перехода из безнапорного режима внапорный и наоборот. В этом случае проектное решение должно быть обоснованоданными лабораторных исследований.

1.4. Основные технические решения проектов новых иреконструкции существующих гидротехнических туннелей (гидравлический режимработы, глубину заложения, расположение в плане и продольном профиле, поперечноесечение, тип обделки и др.) следует принимать на основе сравнениятехнико-экономических показателей вариантов с учетом общей компоновкисооружений гидроузла, мелиоративной системы или системы водоснабжения, условийих эксплуатации, назначения туннеля, намечаемых способов и сроков строительныхработ, топографических, инженерно-геологических, гидрогеологических,климатических и других условий района строительства.

Выбранный вариант проектного решения долженобеспечивать прочность, устойчивость, долговечность и экономичность сооружения,возможность механизации и индустриализации строительных и ремонтных работ,оптимальные эксплуатационные качества туннелей.

1.5. В проектах основных гидротехнических туннелей I иII классов должна предусматриваться установка контрольно-измерительнойаппаратуры для проведения натурных наблюдений за работой сооружения в процессестроительства и в период его эксплуатации, для оценки состояния обделкитуннеля, окружающего его грунта, гидравлического и фильтрационного режимов.

2. Трасса ипоперечное сечение туннеля

2.1. При проектировании трассыгидротехнического туннеля надлежит по возможности избегать участков,находящихся в неблагоприятных для сооружения туннеля инженерно-геологических игидрогеологических условиях (значительные тектонические нарушения,газовыделения, приток подземных вод, оползни, карсты) а также участков,характеризующихся неблагоприятными санитарными условиями (скотомогильники,кладбища, свалки, поля фильтрации).

2.2. Трасса туннеля должна быть прямолинейной иминимальной длины. Непрямолинейную трассу допускается принимать в случаях,когда это вызывается требованиями компоновки гидроузла, необходимостью открытиядополнительных забоев или обеспечения достаточной глубины заложения туннеля, атакже когда необходимо избежать расположения туннеля в неблагоприятныхусловиях, указанных в п. 2.1.

2.3. По всей длине напорного туннеля под шелыгой сводадолжен быть обеспечен запас давления не менее 0,02 МПа (0,2 кгс/см2).

2.4. Углы поворота трассы туннеля в плане при скоростипотока воды до 10 м/с следует принимать не более 60°, а радиусызакруглений - не менее суммарной ширины пяти пролетов (диаметров) туннеля в свету.Увеличение угла поворота и уменьшение радиуса закругления по сравнению сприведенными, а также допускаемые их значения при скорости потока воды свыше 10м/с необходимо принимать на основании лабораторных исследований.

Начальный и концевой участки криволинейной трассытуннелей следует предусматривать прямолинейными длиной, равной пролету(диаметру) выработки, но не менее 6 м.

2.5. Формы поперечных сечений безнапорных туннелей (черт. 1),а также соотношение их размеров следует принимать по табл. 1.

Таблица 1

Форма поперечного сечения туннеля

Коэффициент крепости грунтов f (по Протодьяконову)

Соотношения размеров сечения

r1/b

r2/b

r3/b

r4/b

I

f ³ 8

0,71

0,1 - 0,15

-

-

II

8 > f > 2

0,5

0,1 - 0,15

-

-

III

4 ³ f ³ 2

0,25

0,1 - 0,25

1 -9

-

IV

f < 2

0,5

0,1 - 0,15

1 - 1,5

1 - 1,5

Примечания: 1. Данные табл. 1 относятся к соотношению h/b = 1. При колебании уровня воды в туннеле свыше 0,3h допускается принимать h/b > 1.

2. В местах сопряжения лотка со стенами туннеля допускается не устраивать закруглений (вутов).

Черт. 1. Формы поперечныхсечений безнапорных туннелей в свету

Поперечное сечение круговогоочертания следует принимать для безнапорных туннелей, проходящих в грунтах, развивающихгорное давление, несимметричное относительно вертикальной оси сечения, внабухающих грунтах, а также при высоком напоре подземных вод.

При надлежащем обоснованиидопускается принимать другие формы поперечного сечения безнапорных туннелей.

2.6. Поперечное сечениенапорных туннелей следует принимать кругового очертания. В устойчивыхслаботрещиноватых скальных грунтах допускается принимать некруговое очертаниенапорного туннеля (см. черт. 1, формы I, II, IV), если при этомудовлетворяются условия прочности обделки.

Примечание. Степень (модуль)трещиноватости скальных грунтов определяют в соответствии со СНиП II-16-76.

2.7. Размеры поперечногосечения туннелей следует определять на основании гидравлических итехнико-экономических расчетов.

На начальных стадияхпроектирования диаметр (или пролет) туннеля допускается принимать от 2 до 6 м -через 0,5 м, свыше 6 м - через 1 м длины.

В случае переменного гидравлическогорежима и при скоростях воды в туннеле свыше 10 м/с размеры поперечного сечениянеобходимо уточнять на основании лабораторных исследований с учетом опытаэксплуатации туннелей, находящихся в аналогичных условиях.

2.8. Высоту воздушного пространстванад уровнем воды в безнапорном туннеле при установившемся движении потока соскоростью до 10 м/с следует принимать по гидравлическому расчету, но не менее0,07 высоты туннеля в свету и не менее 40 см.

При скоростях течения воды втуннеле свыше 10 м/с достаточность указанного воздушного пространства должнабыть обоснована данными лабораторных исследований.

2.9. Минимальные размерыпоперечного сечения гидротехнических туннелей в свету необходимо принимать сучетом возможности размещения оборудования, коммуникаций, пропуска строительныхмеханизмов и соблюдения требований "Правил безопасности при строительствеподземных гидротехнических сооружений", утвержденных ГосгортехнадзоромСССР и Минэнерго СССР.

2.10. Если гидротехническийтуннель располагается в вечномерзлых грунтах, то при прочих равных условиях впроекте следует принимать туннель с напорным режимом работы.

3. Материалы для конструкций туннелей

3.1. Бетон и арматура для бетонных и железобетонныхконструкций туннелей (обделка, порталы и др.) должны удовлетворять требованиям СНиПII-56-77, СНиП2.03.01-84 и настоящего раздела.

3.2. Классы бетона по прочности на сжатие должныназначаться не ниже для конструкций:

монолитных бетонных ижелезобетонных...... В15

сборных железобетонных................................. В30

набрызг-бетонных.............................................. В25

При надлежащем обосновании допускается применениебетона более низких классов со специальными добавками, улучшающими егосвойства, а также бетонов на алунитовом и других самонапрягающих цементах.

Возраст (срок твердения) бетона, отвечающий его классупо прочности на сжатие и осевое растяжение и маркам по водонепроницаемости иморозостойкости, принимается равным 180 дням. Если известны сроки фактическогозагружения конструкций, способы их возведения, условия твердения бетона, вид икачество применяемого цемента, допускается устанавливать класс и марку бетона вином возрасте.

3.3. При назначении класса и марки бетона обделоктуннеля, располагаемого в вечномерзлых грунтах, необходимо учитыватьвозможность периодического (сезонного) замораживания и оттаивания бетона.

3.4. Классы набрызг-бетона и торкрета следуетназначать по прочности на осевое растяжение не ниже Вt 2,4. Значения нормативных и расчетных сопротивленийнабрызг-бетона и торкрета должны приниматься, как и для бетонов, в соответствиисо СНиП2.03.01-84.

Модули упругости набрызг-бетона и торкрета для классовВt 2,4, Вt 2,8, Вt 3,2 необходимо принимать равными соответственно 3,25×104, 3,6×104 и 3,9×104 МПа (3,32×105, 3,67×105 и 3,98×105 кгс/см2).

3.5. Прочностные и деформационные характеристикимонолитно-прессованного бетона следует назначать по данным экспериментальныхисследований.

3.6. Для гидротехнических туннелей следует применятьгорячекатаную арматурную сталь периодического профиля классов А-II и А-III.

Расчетные сопротивления арматурной стали дляжелезобетона и анкерной крепи должны соответствовать требованиям СНиПII-56-77.

3.7. Марки стали для стальных оболочек комбинированныхобделок необходимо принимать согласно обязательному приложению 1.

Расчетные сопротивления прокатной стали и материалы,применяемые для сварки стальных конструкций, следует принимать согласно СНиП II-23-81.

3.8. Обделки (или покрытия) гидротехнических туннелейс повышенной кавитационной стойкостью и стойкостью к истиранию необходимопредусматривать из высокопрочных бетонов со специально подобранным составом.Допускается также применение специальных бетонов (латексного и других бетоновна основе полимерных вяжущих) и покрытий (полимеррастворов, полимермастик).

4.Конструкция туннелей

Общиеконструктивные требования

4.1. При проектировании гидротехнических туннелейдолжна быть предусмотрена возможность их опорожнения на всем протяжении дляосмотра и ремонта.

Допускается не предусматривать опорожнения начальныхучастков туннелей до затворов. Длина этих участков должна быть минимальной.

4.2. Входы и выходы гидротехнических туннелей должны бытьоформлены в виде порталов, которые следует размещать таким образом, чтобыестественное равновесие склонов рельефа было нарушено минимально.

В сейсмических районах порталы не должны выходить запределы склона. При этом конструкции порталов надлежит принимать простыхгеометрических форм.

Размеры и конкретные геометрические формы проточнойчасти портальных участков следует определять расчетами или принимать наосновании лабораторных гидравлических исследований.

4.3. При входе в туннель должны быть предусмотреныустройства, исключающие попадание в туннель плавающих и других постороннихпредметов.

На водоприемниках подводящих туннелейгидроэлектростанций обязательна установка сороудерживающих решеток.

4.4. На выходных портала следует предусматриватьустройство безнапорных диффузоров, трамплинов или напорных диффузоров,расширяющихся в плане и уменьшающихся по высоте (для уменьшения размывающегодействия водного потока), а также анкерных зубьев с цементацией грунта (дляпредотвращения подмыва выходных порталов).

Выходные порталы следует конструировать с учетомвозможного размыва основания сооружения, русла реки и ее противоположногоберега.

4.5. При проектировании гидротехнических туннелейдолжны быть предусмотрены воздухоподводящие устройства для предотвращениявозможного образования вакуума в туннеле.

4.6. Следует предусматривать возможность удобноготранспортирования в гидротехнические туннели материалов и оборудования, а такжеперсонала, выполняющего ремонтные работы.

Для туннелей, подводящих воду к гидротурбинам илинасосам, следует предусматривать возможность гидравлической промывки малымипопусками воды для очистки их от мелкого строительного мусора.

Туннелибез обделки

4.7. Безнапорные туннели, а также напорные туннели приглубине их заложения не менее половины величину внутреннего напора воды (вметрах), проходящие в слаботрещиноватых скальных неразмываемых грунтах (включаяматериал заполнения трещин) или в вечномерзлых скальных грунтах, не теряющихустойчивости при изменении температурного режима, следует проектировать безобделки.

4.8. При скорости течения воды свыше 10 м/спроектирование туннелей без обделки должно быть обосновано данными лабораторныхисследований с учетом гидравлических условий работы туннеля и состоянияскальных грунтов.

4.9. Для улучшения гидравлического режима и условийревизий туннелей без обделки следует, как правило, проектировать туннели сплоским бетонным лотком.

4.10. Начальный и концевой участки необлицованного(напорного или безнапорного) туннеля должны предусматриваться с обделкой надлине, равной пролету (диаметру) выработки, но не менее 6 м.

4.11. Подводящие туннели (или их участки) без обделки,в которых может нарушиться устойчивость отдельных блоков или участков скальногомассива, должны в этих местах закрепляться анкерами на цементном растворе инабрызг-бетоном. В лотке туннеля должны предусматриваться специальные ловушкидля отслоившегося грунта.

4.12. При проектировании туннелей без обделки должнопредусматриваться контурное взрывание зарядов для уменьшения шероховатостиповерхности туннеля.

Обделкитуннелей

4.13. Обделки гидротехнических туннелей подразделяютсяна:

выравнивающие (ненесущие), обеспечивающие улучшениегидравлических характеристик туннеля, а также предотвращения выветривания иразмыва грунтов;

несущие, обеспечивающие восприятие нагрузок встроительный и эксплуатационный периоды, а также удовлетворяющие требованиям,предъявляемым к выравнивающим обделкам.

4.14. Выравнивающие обделки следует предусматривать измонолитного бетона или набрызг-бетона.

Допускается применять выравнивающие обделки свода истен туннеля из набрызг-бетона без заглаживания их поверхности при скоростяхводы в туннеле не более 10 м/с; при больших скоростях их применение должно бытьобосновано данными лабораторных исследований.

Лоток при выравнивающих обделках следуетпредусматривать бетонным.

Выравнивающие обделки в напорных туннелях следуетприменять при глубине заложения туннелей не менее половины величины внутреннегонапора воды (в метрах).

4.15. Основные виды несущих обделок напорных ибезнапорных туннелей и область их применения должны соответствовать указанным втабл. 2.

Таблица 2

Обделка

Коэффициенты крепости f и удельного отпора грунта Ко, Н/см3 (кгс/см3)

f > 8; Ко > 5000 (500)

f от 4 до 8; Ко = 2000 - 5000 (200 - 500)

f < 4; Ко < 2000 (200)

Напор воды, м

менее 30*

от 30 до 100

св. 100

менее 30*

от 30 до 100

св. 100

менее 30*

от 30 до 100

св. 100

Монолитная:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бетонная

+

+

+

+

+

+

+

-

-

из прессованного бетона

-

-

-

+

-

-

+

-

-

из латексного и других низкомодульных бетонов

-

-

-

-

+

-

-

-

-

набрызг-бетонная с анкерной крепью

+

+

+

+

-

-

-

-

-

железобетонная

-

-

+

-

+

+

+

+

+

Комбинированная:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

внутренняя железоторкретная оболочка, наружный монолитный бетон

-

-

-

-

+

-

-

-

-

внутренняя стальная оболочка, наружный монолитный бетон или железобетон

-

-

-

-

-

+

-

-

+

внутренняя железобетонная оболочка, наружное сборное железобетонное кольцо

-

-

-

+

-

-

+

+

-

* В том числе безнапорные туннели.

Примечание. Применение обделок других видов, не приведенных в таблице, допускается при надлежащем обосновании.

При щитовом способе проходки туннеля допускается применятьобделки из монолитно-прессованного бетона.

Применение обделки из набрызг-бетона с анкерной крепьюдопускается для туннелей при глубине их заложения не менее половины величины внутреннегонапора воды (в метрах). В сильнотрещиноватых грунтах набрызг-бетон необходимовыполнять по металлической сетке.

Сцепление набрызг-бетона с грунтом должно быть неменее 0,5 МПа (50 тс/м2). При соответствующем экспериментальномобосновании допускается применять обделки из набрызг-бетона при меньшемсцеплении и в грунтах с коэффициентом крепости f = 3. При наличии давления от грунтовых вод или при цементациигрунта требуемая величина сцепления определяется расчетом, но должна быть неменее величины двойного напора воды, действующего на обделку.

В грунтах с коэффициентом крепости f от 4 до 8 для комбинированной обделкииз внутренней железобетонной оболочки и наружного сборного железобетонногокольца взамен железобетонной оболочки допускается применять железоторкретную.

4.16. Несущие обделки туннелейнадлежит проектировать как нетрещиностойкими (рассчитываемыми по величинераскрытия трещин), так и трещиностойкими (рассчитываемыми по образованиютрещин).

Бетонные и железобетонные обделки туннелей следует,как правило, предусматривать нетрещиностойкими.

Трещиностойкими должны быть обделки туннелей,сооружаемых в грунтах, подверженных суффозии, выщелачиванию, пригидрокарбонатной щелочности воды в туннеле менее 0,25 кг×экв/л, а также в случаях, когда фильтрация воды можетвызвать снижение долговечности обделки и устойчивости грунтового массива.

4.17. Толщина бетонной или железобетонной несущейобделки должна быть не более 0,15 внутреннего радиуса ri поперечного сечения туннеля при круговом егоочертании или 0,15 половины ширины сечения bпри некруговом очертании.

Если по условиям трещиностойкости требуется увеличениетолщины обделки напорных туннелей, следует рассмотреть возможность примененияматериала обделок с меньшими значениями модулей упругости, чем у тяжелыхбетонов, или улучшения деформационных характеристик грунтов путем ихукрепительной цементации, или применения предварительно напряженнойжелезобетонной обделки туннеля на напрягающем цементе.

4.18. Минимальную толщину обделок гидротехническихтуннелей следует принимать, см:

монолитных бетонных ижелезобетонных............ 20

внутренней монолитнойжелезобетонной

оболочки комбинированных обделок.................... 10

сборных железобетонных........................................ 10

из набрызг-бетона:

несущих..................................................................... 10

выравнивающих........................................................ 5

из железоторкрета.................................................... 5

4.19. Проценты армированиянетрещиностойких железобетонных обделок напорных туннелей следует определять изусловия ограничения раскрытия трещин (согласно табл. 7) ифильтрационных потерь, но принимать не менее 0,5 %.

Для трещиностойких обделок напорных туннелейсооружаемых в грунтах с коэффициентом крепости f < 4 минимальное армирование необходимо принимать 0,3 %, вгрунтах с f ³ 4 - 0,15 %.

Для обделок безнапорных туннелей минимальный процентармирования не ограничивается.

Минимальное армирование железоторкретных оболочекследует принимать не ниже 1 %.

4.20. В железобетонных обделках напорных туннелей придвухрядном расположении арматуры основную часть расчетной арматуры (60 - 79 %)следует располагать у внутренней поверхности обделки.

В прочных однородных грунтах, а также прииспользовании временной крепи из металлических арок допускается установкаоднорядной арматуры, располагаемой у внутренней поверхности обделки.

Продольную распределительную арматуру следуетразмещать с внутренней поверхности от рабочей с шагом не более 25 см.

В неоднородных грунтах, при карстовых пустотах,тектонических и других нарушениях грунтового массива надлежит предусматриватьконструктивные мероприятия, исключающие образование трещин с раскрытием болеедопустимого.

В железобетонных обделках безнапорных туннелейразмещение арматуры определяется расчетом по предельным состояниям первойгруппы.

4.21. Толщину защитного слоя для рабочей арматурымонолитных железобетонных обделок следует принимать не менее:

30 мм при толщине обделки до 30 см;

40 мм при толщине обделки св. 30 до 50 см;

50 мм при толщине обделки св. 50 см.

В агрессивной воде-среде толщина защитного слояувеличивается на 10 мм.

Минимальную толщину защитного слоя дляраспределительной арматуры следует принимать на 10 мм меньше, чем для рабочей.

Для сборных элементов обделки толщину защитного слоядопускается уменьшать на 10 мм по сравнению с установленной для монолитныхобделок.

Толщину защитного слоя лотка туннеля необходимоустанавливать с учетом его истирания наносами.

4.22. Для обеспечения водонепроницаемости строительныхи деформационных швов обделок напорных туннелей необходимо предусматривать вшвах установку диафрагм, шпонок или других уплотнений.

4.23. Деформационные швы следует располагать в местахпримыкания к камерам и на участках туннеля, где элементы обделки могутсмещаться.

4.24. Заполнительная цементация в туннелях с обделкойдолжна предусматриваться во всех случаях, за исключением туннелей с обделкамииз набрызг-бетона или прессованного бетона, а также наклонных и вертикальныхводоводов с обделкой из литого бетона.

4.25. При проектировании обделок напорных туннелей,располагаемых в трещиноватых грунтах, для улучшения деформационныххарактеристик и снижения водопроницаемости грунтов следует предусматриватьукрепительную и противофильтрационную цементацию при ее технической возможностии экономической эффективности.

4.26. Для улучшения условий работы конструкцииобделки, воспринимающей давление подземных вод, следует рассматривать целесообразностьприменения дренажных устройств и анкеровки обделки в грунт.

4.27. При проектировании безнапорных туннелей,располагаемых в вечномерзлых грунтах, необходимо предусмотреть мероприятия,исключающие обледенение сводовой части, а также морозное пучение из-засезонного оттаивания и замерзания грунтов выше уровня протекающей воды.

4.28. В вечномерзлых сильнольдистых грунтах следуетприменять податливые конструкции обделок (из железобетонных анкеров,набрызг-бетона), а также другие конструкции, способные перераспределять усилияв своих элементах без нарушения их целостности.

4.29. При проектировании туннелей, располагаемых ввечномерзлых грунтах, необходимо учитывать возможность осадки туннеля иповерхности над ним, связанной с образованием зоны оттаивания грунтов.

5.Нагрузки, воздействия и их сочетания

5.1. Нагрузки и воздействия разделяются на постоянныеи временные - длительные, кратковременные и особые.

5.2. К постоянным нагрузкам и воздействиям относятся:

горное давление;

вес обделки;

воздействия предварительного напряжения.

5.3. К временным длительным нагрузкам относятся:

внутреннее давление воды в туннеле при нормальномподпорном уровне воды в водохранилище;

давление подземных вод.

5.4. К кратковременным нагрузкам и воздействиямотносятся:

давление пульсации потока воды;

внутреннее давление воды, возникающее отгидравлического удара при нормальной эксплуатации туннеля;

температурные климатические воздействия (для стальныхоболочек);

давление раствора на обделку при цементации;

давление от механизмов при производстве работ.

5.5. К особым нагрузкам и воздействиям относятся:

сейсмические и взрывные воздействия;

внутреннее давление воды в туннеле при форсированномподпорном уровне в водохранилище или от действия гидравлического удара приполном сбросе нагрузки;

усилия, возникающие вследствие изменения температуры,набухания и усадки бетона, ползучести грунтов;

давление раствора на стальную оболочку при цементации;

давление на стальную оболочку от свежеуложенногобетона;

давление гидравлического испытания (для стальныхоболочек).

5.6. В статических расчетах туннельных обделокнагрузки и воздействия надлежит принимать в следующих сочетаниях:

основные, составляемые из постоянных, временных(длительных и кратковременных) нагрузок и воздействий;

особые, составляемые из постоянных, временных(длительных, некоторых кратковременных) и одной из особых нагрузок ивоздействий.

5.7. Нагрузки и воздействия следует принимать внаиболее неблагоприятных, но возможных сочетаниях отдельно для строительного,эксплуатационного и ремонтного периодов.

5.8. Коэффициенты надежности понагрузкам gf при расчете обделок туннелей напрочность и устойчивость (предельные состояния первой группы) следует приниматьпо табл. 3.

Таблица 3

Нагрузки и воздействия

Коэффициент надежности по нагрузкам gf

Вертикальное горное давление:

 

от веса грунтов при сводообразовании

1,5

от веса всей толщи грунтов над туннелем или от веса нарушенной зоны

1,1 (0,9)

Горизонтальное горное давление

1,2 (0,8)

Вес обделки

1,2 (0,9)

Внутреннее давление воды (с учетом гидравлического удара)

1,0

Давление:

 

пульсации потока воды

1,2

подземных вод

1,1 (0,9)

раствора при цементации

1,2 (1,0)

от механизмов

1,2

Примечание. Значения коэффициентов надежности по нагрузкам, указанные в скобках, относятся к случаям, когда применение меньшего значения коэффициентов приводит к невыгодному случаю загружения обделки туннеля.

При расчетах по предельным состояниям второй группыкоэффициент надежности по нагрузкам следует принимать равным 1.

5.9. Определение величины горного давления, а такжеестественного напряженного состояния грунтового массива необходимо выполнятьсогласно пп.5.10-5.15, а также на основании опыта строительства и эксплуатациитуннелей в аналогичных инженерно-геологических условиях.

Для безнапорных туннелей I класса и напорных туннелей Iи II классов значения горного давления должны быть уточнены на стадии рабочейдокументации на основании натурных исследований на участках с характернымиинженерно-геологическими условиями.

Горное давление допускается принимать равным весугрунта в объеме нарушенной зоны, определенной геофизическими измерениями.

5.10. Нормативное вертикальноегорное давление в грунтах с f < 4при расстоянии от кровли выработки до дневной поверхности больше удвоеннойвысоты свода обрушения следует принимать равным весу грунтов в объеме,ограниченном сводом обрушения. При меньшем заглублении туннеля горное давлениепринимается равным весу всей толщи грунта над ним.

5.11. Нормативное вертикальное горное давление gqzn, кН/м2, присводообразовании в грунтах с коэффициентом крепости f < 4 определяется по формуле

gqzn = brghq,                                                              (1)

где b - коэффициент,принимаемый в зависимости от пролета выработки b равным: 0,7 при b £ 5,5 м; 1,0 при b³ 7,5 м; поинтерполяции между 0,7 и 1,0 при 5,5 < b< 7,5 м;

r - плотность грунта, т/м3;

g = 9,81 » 10 м/с2;

hq - высота свода обрушения, м; определяется по формуле

;

bq - пролет свода обрушения, м; определяется по формуле

;

h - высота выработки, м;

j - кажущийся угол внутреннего трения (j = arc tgf).

Распределение вертикального горного давленияпринимается равномерным по пролету обделки.

5.12. Нормативное вертикальноегорное давление gqzn, кН/м2,в грунтах с f ³ 4 следуетпринимать равным весу грунтов в объеме нарушенной зоны, установленной по даннымнатурных исследований, а при их отсутствии - по формуле

gqzn = brghq1,                                                          (2)

гдеhq1 = kab - глубина нарушеннойзоны, м;

ka - коэффициент, принимаемый по табл. 4.

Таблица 4

Коэффициент крепости грунта f

Коэффициент ka при грунтах

слаботрещиноватых

среднетрещиноватых

сильнотрещиноватых

4

0,2

0,25

0,3

От 5 до 8

0,1

0,2

0,25

10 и более

0,05

0,1

0,15

Распределение вертикального горного давления попролету обделки принимается с учетом напластования, систем трещин и другихособенностей грунтового массива.

В слаботрещиноватых грунтах при глубине нарушеннойзоны более 1,5 м нормативное вертикальное горное давление gqzn следует уменьшать на 20%.

При комбайновой проходке значение kа допускается уменьшать на 30%.

5.13. Нормативное горизонтальное горное давление gqxn, кН/м2,определяется:

при сводообразовании в грунтах f < 4 - по формуле

;                                     (3)

при заглублении кровли менее удвоенной высоты сводаобрушения в грунтах с f < 4 - по формуле (3)с заменой численного значения hqна расстояние от кровли выработки до дневной поверхности.

Распределение горизонтального горного давления должно бытьравномерным по высоте обделки.

5.14. Нормативное горизонтальное горное давление вслабо- и среднетрещиноватых грунтах с f³ 4 при высотетуннеля менее 6 м допускается не учитывать, а при высоте более 6 м - определятьиз условия предельного равновесия отдельных скальных блоков, отсеченныхтрещинами.

Нормативное горизонтальное горное давление всильнотрещиноватых грунтах с f ³ 4 допускается учитывать по формуле

gqxn = 0,1rgh.                                                          (4)

5.15. Для выработок глубокого заложения (свыше 500 м) величинугорного давления следует определять с учетом пластического состояния грунтов идругих специфических явлений.

При отсутствии необходимых данных допускается наначальных стадиях проектирования выработок глубокого заложения определятьгорное давление на основе опыта строительства туннелей в аналогичныхинженерно-геологических и гидрогеологических условиях.

5.16. В выработках глубокого заложения, расположенныхв глинистых и других слабых грунтах с f< 4, оказывающих значительное равномерное давление на конструкцию туннеля,нагрузку на обделку следует определять с учетом ожидаемых смещений грунта доустройства временной крепи и податливости этой крепи в соответствии стребованиями СНиП II-94-80,а также податливости самой обделки.

5.17. При расчете обделки горное давление необходимоопределять по характеристикам грунтов с учетом условий эксплуатации (изменениясвойств массива грунтов при их водонасыщении).

5.18. При расчете обделок напорных туннелей,располагаемых в водопроницаемых грунтах, включение в одно сочетание нагрузок отвнутреннего давления воды и наружного давления подземных вод не допускается. Висключительных случаях, когда во всех возможных (включая аварийные)эксплуатационных ситуациях гарантировано всестороннее равномерное наружноедавление воды непосредственно на обделку, допускается включать в одно сочетаниес внутренним давлением минимальное значение наружного давления подземных вод скоэффициентом надежности по нагрузкам, равным 1.

5.19. Давление подземных вод следует определять приустановившемся уровне воды в водохранилище с учетом снижения давления подземныхвод, предусмотренными для этих целей дренажными устройствами и цементационнымизавесами.

5.20. При проектировании гидротехнических туннелей,располагаемых в вечномерзлых грунтах, необходимо учитывать влияние измененийтемпературного режима грунтов на их несущую способность, а также устойчивость исопротивляемость грунтов внешним нагрузкам.

6. Основные положения по расчету обделок

6.1. Обделки гидротехнических туннелей, согласно СТСЭВ 1406-78, следует рассчитывать по методу предельных состояний:

по несущей способности на прочность и в необходимыхслучаях с проверкой устойчивости формы конструкции (предельные состояния первойгруппы) в соответствии с обязательным приложением 1;

по образованию трещин (трещиностойкости), если трещиныне допускаются, или по раскрытию трещин, если раскрытие их допустимо поусловиям долговечности обделки туннеля, сохранности грунтового массива, а такжепо значению фильтрационного расхода воды из туннеля (предельные состояниявторой группы) в соответствии с обязательными приложениями 2 и 3.

6.2. Сечения обделок по предельным состояниям первой ивторой групп необходимо рассчитывать в соответствии со СНиПII-56-77 и СНиП II-23-81.

6.3. При расчетах сечений туннельных обделокнеобходимо вводить следующие коэффициенты:

коэффициенты надежности по назначению сооружения gn и сочетаний нагрузок glc, принимаемыесогласно СНиП II-50-74;

коэффициент условий работы gc,принимаемый для бетонных, железобетонных и сталежелезобетонных обделок по табл. 5,для стальных оболочек - по табл. 6.

Таблица 5

Обделки

Коэффициент условий работы gc при расчете по предельным состояниям

первой группы

второй группы

Бетонные (в том числе из набрызг-бетона и прессованного бетона)

1,0

0,9 (0,75)

Железобетонные (в том числе предварительно напряженные, из армированного набрызг-бетона и железоторкретные)

1,1

1,3 (1,15)

Сталежелезобетонные (при расчете на внутреннее давление)

0,9

-

Примечание. Значения коэффициентов, указанные в скобках, следует принимать при коэффициенте удельного отпора Ко < 2000 Н/см3), в грунтах, подверженных суффозии, выщелачиванию, а также при гидрокарбонатной щелочности воды-среды менее 0,25 мг×экв/л.

Таблица 6

Давление

Участки стальных оболочек

Коэффициент условий работы gc при сочетании нагрузок

основных

особых

Внутреннее

Прямые

0,75 (0,9)

1,0 (1,1)

 

Фасонные элементы (колена и разветвления)

0,65 (0,75)

0,8 (0,9)

Наружное

Все участки

0,75

0,9

Примечания: 1. Значения коэффициента gc, указанные в скобках, должны приниматься:

а) для комбинированных обделок с наружным монолитным железобетоном (сталежелезобетонных);

б) для комбинированных обделок с наружным монолитным бетоном при одновременном выполнении следующих условий:

pwi £ 0,15×10-2Ko;

pwi £ 10-3rghqz(m cos a + sin a),

где pwi - внутреннее давление воды в напорном туннеле, МПа;

hqz - кратчайшее расстояние от оси туннеля до поверхности земли, м;

m = 0,7 - коэффициент трения грунта по грунту;

a - угол между нормалью к поверхности земли и горизонтом, град;

Ко - коэффициент удельного отпора грунта, Н/см3, определяемый по п. 6.13;

в) при расчете на внутреннее давление, если отпор грунта не учитывается.

2. При использовании коэффициента gc по данной таблице коэффициент сочетаний нагрузок glc следует принимать равным 1.

6.4. Расчет обделок по несущей способностиследует выполнять на возможные наиболее неблагоприятные основные и особыесочетания расчетных нагрузок с применением расчетных характеристик материаловобделок.

6.5. Расчет обделок пообразованию и раскрытию трещин должен осуществляться на основные сочетания нормативных нагрузок без учетагидравлического удара с применением нормативных характеристик материаловобделок.

6.6. Расчет обделок гидротехнических туннелей всехтипов (включая фасонные части комбинированных обделок) следует выполнять сучетом отпора грунтов. Исключения допускаются при расположении туннелей вслабых неустойчивых грунтах. При расположении туннелей на глубине менее трехдиаметров (пролетов) над шелыгой свода величина давления, передаваемого нагрунт обделкой туннеля, не должна превышать веса толщи грунта над туннелем.

6.7. Расчет обделок произвольного очертания на любыевнешние и внутренние нагрузки или их сочетания при изменяющихся по контурудеформационных характеристик грунтов следует выполнять методами строительноймеханики.

Расчет необходимо выполнять в соответствии с пп. 6.4 и6.5 на каждое из сочетаний нагрузок. Сложение эпюрусилий от отдельных нагрузок для получения суммарной эпюры не допускается.

6.8. Бетонные обделки безнапорных туннелей следуетрассчитывать на прочность в предположении образования в обделке пластическихшарниров и проверять на трещиностойкость по предельным состояниям второйгруппы.

6.9. При расчете обделок по предельному состояниювторой группы предельную ширину раскрытия трещин обделок напорных и безнапорныхтуннелей I класса следует принимать по табл. 7.

Таблица 7

Градиент напоров воды в обделке

JH

Предельная ширина раскрытия трещин, мм, из условия

долговечности бетона при гидрокарбонатной щелочности воды-среды, мг×экв/л.

сохранности арматуры при суммарной концентрации ионов Cl и SO4, мг/л

0,25

1

2

2,5 и более

до 50

100

200

400-1000

Напорные туннели и незатопляемые части безнапорных туннелей при наличии подземных вод

5

0,1

0,18

0,35

0,5

0,5

0,4

0,35

0,3

50

0,07

0,15

0,32

0,45

0,5

0,4

0,35

0,3

300

0,05

0,12

0,23

0,4

0,4

0,3

0,25

0,2

Незатопляемые части обделок безнапорных туннелей при отсутствии подземных вод

-

Не ограничивается

0,2

0,2

0,15

0,1

Примечания: 1. Водой-средой, определяющей долговечность бетона и арматуры в обделке, являются:

при Hi > He1 - вода внутри тоннеля;

при Hi < He1 - подземная вода.

2. Для туннелей II, III, IV классов предельные значения раскрытия трещин следует принимать соответственно в 1,3, 1,6 и 2 раза большими, чем значения, приведенные в таблице, но не более 0,5 мм.

6.10. Градиент напора JН в обделках принимают в зависимости от коэффициентафильтрации k грунта:

JH = 1 при k £ 10-4 см/с;

 при k³ 10-2см/с,

гдеНi - внутренний напорводы, м;

He1 - напорподземных вод, м;

hk - толщина обделки, м.

В интервале 10-4 < k < 10-2 значение JHопределяется по интерполяции.

6.11. Для затопляемых частей обделок безнапорныхтуннелей по условиям долговечности бетона и сохранности арматуры ширинараскрытия трещин не ограничивается.

6.12. Статические расчеты обделокследует выполнять с учетом трещинообразования и пластических деформаций:

обделки безнапорных туннелей и опорожненных напорныхтуннелей по предельным состояниям первой и второй групп рассчитывают с учетомжесткости бетонного сечения при модуле упругости бетона в конструкции Ek = 0,7Eb;

обделки напорных туннелей на эксплуатационные нагрузкипо предельным состояниям первой группы рассчитывают с учетом жесткостиарматурного сечения Ek = Ea.

По предельным состояниям второй группы обделкинапорных туннелей следует рассчитывать:

нетрещиностойкие - с учетом жесткости арматурногосечения Ek = Ea;

трещиностойкие - с учетом жесткости бетонного сеченияпри Ek = 0,7Eb.

6.13. Расчет обделок туннелейследует выполнять с учетом взаимодействия их с грунтовым массивом.Деформационные свойства грунта характеризуются коэффициентом удельного отпора Ко или приведенным (эффективным)модулем деформации грунта Eqи коэффициентом Пуассона n. Приведенныймодуль деформации необходимо определять с учетом неоднородности свойств грунтаот естественных и техногенных причин (закрепление грунтов цементацией или инымиспособами, появление нарушенной проходкой зоны и др.). Значения характеристикгрунтов следует определять с учетом их свойств при водонасыщении на основаниинатурных исследований.

Для напорных туннелей кругового очертания,располагаемых в однородных изотропных грунтах, модуль деформации грунта Eq допускается определять поформуле

Eq = Ko(1+ n)                                                       (5)

где- коэффициент удельного отпора грунта;

К - коэффициент отпора грунта;

re - наружный радиус обделки, см.

Для туннелей, располагаемых в анизотропных грунтах сотношением модулей деформации в разных направлениях более 1,4, расчетынеобходимо выполнять с учетом анизотропии.

6.14. Деформационные характеристики грунтов Ko или Eq для туннелей I и II классов следует определять нахарактерных инженерно-геологических участках по данным натурных исследований,выполненных методом напорных выработок, с помощью установки центральногонагружения (УЦН) и цилиндрического гидравлического штампа (ЦГШ), а такжештампов в сочетании с сейсмоакустическими и прессиометрическими методами.

Для туннелей III и IV классов надлежит предусматриватьнатурные исследования сейсмоакустическими и прессиометрическими методами.Допускается также использовать значения физико-механических характеристикгрунтов, выявленных при проходке туннелей в аналогичных инженерно-геологическихусловиях.

6.15. Для проектирования гидротехнических туннелей,располагаемых в вечномерзлых грунтах, необходимо определять значенияфизико-механических характеристик грунтов в мерзлом и талом состоянии.

6.16. Для предварительных расчетов значениякоэффициентов удельного отпора Koдля среднетрещиноватых грунтов допускается определять по черт. 2 или по аналогам.

Черт. 2.График зависимости коэффициента Коот коэффициента крепости грунта f длятрещиноватых грунтов

Примечание.В слаботрещиноватых грунтах с f £ 10, а также при комбайновойпроходке туннеля значения Ко,полученные по черт. 2, следует увеличивать на30%.

6.17. В расчетах обделок туннелей необходимо учитыватьсовместную работу устанавливаемой при проходке туннеля крепи с обделкой.

6.18. При назначении расчетной схемы обделки туннеля игрунтового массива следует учитывать последовательность разработки грунта ивозведения элементов обделки.

6.19. При параллельном расположении несколькихтуннелей в расчете обделки на прочность необходимо учитывать изменениянапряженного состояния и прочностных свойств грунтового массива, вызванныхпроходкой соседних туннелей.

6.20. Расчет бетонных и железобетонных обделоктуннелей на температурные воздействия следует выполнять при расчетной разноститемператур более 30°С с учетом набухания и ползучести бетона.

6.21. При расчете обделок напорных и безнапорныхтуннелей противодавление воды в швах бетонирования и в сечениях между швамибетонирования не учитывается.

6.22. Толщину лотка туннеля, подверженного воздействиювлекомых насосов, следует назначать с учетом возможности истирания лотка.

Приложение 1

Обязательное

Расчет обделок туннелей по предельным состояниям первой группы

1. Расчет бетонных и железобетонных обделок произвольногоочертания

В расчетной схеме, как правило, предполагается, чтонагрузки, в том числе и горное давление, заданы, а отпор грунта определяетсякак реакция упругого основания. Возможные простейшие расчетные схемы обделоккак стержневых систем в упругой среде с односторонними связями показаны на черт. 1.

Черт. 1. Расчетные схемы обделок туннелей

Расчет прочности следует выполнять на расчетныенагрузки (с учетом коэффициентов надежности по нагрузкам) в соответствии с разд. 5,жесткость принимать в соответствии с п. 6.12, коэффициенты отпорагрунта - в соответствии с пп. 6.13-6.16.

Расчет сечений обделок и определение необходимойплощади сечения арматуры Аsследует производить по СНиПII-56-77.

2. Расчет сталежелезобетонных, железобетонных,армированных набрызг-бетонных и железоторкретных обделок напорных туннелейкругового очертания на начальных стадиях проектирования

На начальных стадиях проектирования расчет напорныхтуннелей выполняется по приближенным формулам, которые учитывают тольковнутреннее давление, постоянное в пределах сечения.

Площадь сечения рабочей арматуры Аs, см2, на 1 см длины туннеля:

при соблюдении условия

                                                     (1)

определяется по формуле

,                                      (2)

при несоблюдении условия (1) - по формуле

,                                     (3)

где pwi - расчетное внутреннее давление воды с учетомгидравлического удара в период нормальной эксплуатации, МПа;

hqz - расстояние от шелыги свода туннеля до поверхностиземли, см;

Rst, Es-   расчетное сопротивление арматуры нарастяжение и модуль упругости арматуры, МПа;

Аss -   площадьсечения стальной оболочки, см2, на 1 см длины туннеля;

Ry -    расчетноесопротивление стальной оболочки, принимаемое по СНиП II-23-81, МПа;

Ко -    коэффициент удельного отпора грунта, Н/см3;

r - плотность грунта, кг/см3;

gс, gn, glc - коэффициенты, принимаемые согласно п. 6.3.

Если по формулам (2) или (3) As< 0 (т. е. расчетной арматуры не требуется и внутреннее давление водыполностью воспринимается грунтом), следует принимать значение As по минимальному процентуармирования согласно п. 4.19.

3. Расчет стальных оболочек комбинированных обделокс наружным монолитным бетоном

3.1. Марки стали для стальных оболочек и колецжесткости следует принимать по табл. 1.

Таблица 1

Марка стали

ГОСТ или ТУ

Толщина листового проката, мм

Категория стали при расчетной температуре t, °С

t ³ -40

-40 > t ³ -50

-50 > t ³ -65

ВСт3Гпс

ГОСТ 380-71

10 - 30

5

-

-

18Гпс

ГОСТ 23570-79

10 - 30

+

-

-

09Г2 гр. 1

ТУ 14-1-8023-80

11 - 20

12

-

-

09Г2

ГОСТ 19282-73

10 - 32

12

-

-

09Г2С гр. 1

ТУ 14-1-3023-80

10 - 20

12

13

15

09Г2С

ГОСТ 19282-73

10 - 60

12

13

15

10ХСНД

ГОСТ 19282-73

10 - 40

12

13

15

Примечания: 1. Знак “+” означает, что категорию стали и требования к ней указывать в проекте не следует; знак “-“ означает, что данную марку стали при указанной расчетной температуре применять не следует.

2. При надлежащем технико-экономическом обосновании допускается применять сталь других марок.

3.2. Стальные оболочки следует рассчитывать надействие внутреннего давления воды в туннеле, наружного давления подземных вод,раствора (при цементации) и свежеуложенного бетона с учетом температурныхвоздействий, а также на действие собственного веса и нагрузок от механизмов примонтаже оболочки. При расчете стальных оболочек действие горного давления неучитывается.

Коэффициент надежности по нагрузке gf коэффициент надежности по назначению сооружения gn и коэффициент условий работы gc следует принимать согласно требованиям пп. 5.8 и6.3.

Примечание. Значение коэффициентаусловий работы gc приведены для расчета стальныхоболочек без учета местных напряжений.

3.3. Расчет на прочность стальных оболочек следуетвыполнять по формуле

,                                             (4)

при этом необходимо соблюдать условия:

; ,

где sx, sz -    нормальныенапряжения соответственно в поперечном и продольном сечениях оболочки, МПа;

R -    расчетноесопротивление, МПа, принимаемое при расчетах на внутреннее давление с учетомотпора грунта равным , а при расчетах на внутреннее давление без учета отпорагрунта и на наружное давление - Ry;

Ru, Ry-     расчетные сопротивления сталирастяжению, сжатию, изгибу, МПа, соответственно по временному сопротивлению ипо пределу текучести, принимаемые по СНиП II-23-81;

gu -   коэффициент надежности для элементовконструкций, рассчитываемых на прочность по временному сопротивлению, равный1,3.

3.4. Нормальное напряжение sz, МПа, в продольных сечениях оболочки от внутреннего давленияводы следует определять по формулам:

,                                                 (5)

гдеpwi - расчетное внутреннеедавление воды, МПа;

rm - средний радиус оболочки, см;

t - толщина стенки оболочки, см;

ar - расчетный радиальный зазор между оболочкой ибетоном, см;

Kor - приведенный коэффициент удельного отпора грунта,Н/см3, определяемый по формуле

;                                                        (6)

rе - наружный радиус бетонной обоймы, см;

Eb - модуль упругости бетона, МПа;

б) при отсутствии отпора грунта или при

                                                               (7)

3.5. Расчетный радиальный зазор между оболочкой ибетоном аr, см, следуетопределять по формуле

ar = ar1 + ar2+ ar3,                                                             (8)

где ar1, ar2,ar3 -    составляющие радиального зазора соответственноот температурных воздействий, усадки бетона и ползучести грунта, см.

Составляющую зазора от температурных воздействий ar1 следуетопределять по формуле

ar1 = 15,6×10-6rm(tmax - tmin),                                                     (9)

гдеtmax - наибольшаятемпература в туннеле при заполнительной цементации, °С;

tmin - минимальная температура воды или воздуха в туннеле,°С.

Составляющие зазора от усадки бетона ar2 и ползучестигрунта ar3,определяемые по данным исследований, следует учитывать только при расчете наособые сочетания нагрузок.

Для предварительных расчетов допускается принимать

ar = 3×10-4rm.                                                                 (10)

3.6. Нормальное напряжение sz МПа, в продольных сечениях оболочки от наружногодавления следует определять по формуле

,                                                                (11)

гдерwe - расчетное наружное давлениеМПа.

3.7. Нормальное напряжение, МПа, в поперечном сеченииоболочки следует определять:

от температурных воздействий - по формуле

sx1 = -2,52td,                                                            (12)

гдеtd - расчетный перепадтемператур, °С;

от стеснения поперечной деформации - по формуле

sx2 = 0,3sx,                                                               (13)

3.8. Расчетные перепад температур td следует определять по формулам:

при повышении температуры

td = tmax- tb,min,                                                              (14)

при понижении температуры

td = tmin- tb,max,                                                                 (15)

где tmax, tmin-   соответственно наибольшая и наименьшаятемпература воды или воздуха в туннеле, °С;

tb,max, tb,min -    соответственнонаибольшая и наименьшая температура оболочки в период обетонирования, °С.

3.9. Местные напряжения, возникающие в стальной оболочкеу ребер жесткости, а также в местах перелома, образующих под углом не более 10°,допускается не учитывать.

3.10. Расчет на устойчивость стальной оболочки придействии наружного давления рwe,МПа, следует выполнять по формуле

,                                                               (16)

гдеrcr - критическое наружное давление, МПа;

x - коэффициент, принимаемый по табл. 2.

Таблица 2

rcr rm/tRуп

0,5

0,75

1

1,5

2

2,5

x

1

0,9

0,8

0,6

0,5

0,4

При  следует принимать

,

гдеRуп - нормативный пределтекучести стали, МПа.

3.11. Критическое наружное давление приотсутствии колец жесткости и при  (где l - расстояние между кольцами, см) следуетопределить графически по черт. 2. Разрешаетсятакже в этом случае выполнять расчет на устойчивость по стандартным программамна ЭВМ.

Черт. 2.График зависимости критического наружного давления rcr ототносительной толщины стенки rm/t
[Rуп - нормативноесопротивление по пределу текучести стали, МПа (кгс/см2); ar - расчетный радиальныйзазор между стенкой оболочки и бетоном, см; rm- средний радиус оболочки, см; t -толщина стенки оболочки, см]

3.12. Критическое наружное давление rcr, МПа, при наличии колец жесткости следует определятьпо формулам:

 при ;                                             (17)

 при ,                      (18)

гдеEs - модуль упругостистали, МПа,

nw - число волн, образующихся при смятии оболочки,подбираемое таким образом, чтобы получить минимальное значение rcr,

,

3.13. Кольца жесткости надлежит проектироватьминимального поперечного сечения с целью уменьшения габаритов выломки.

Рекомендуется предусматривать анкеровку колецжесткости в бетоне. В случае невозможности анкеровки расчет кольца жесткостипрямоугольного поперечного сечения следует производить по формуле

,                                      (19)

гдеtr - толщина кольцажесткости, см;

Уr - расстояние от центра тяжести сечения кольца донаиболее удаленного волокна, см;

c - коэффициент, определяемый по черт. 3 в зависимости отзначения величин:

;

,

rr, Ar,Jr - соответственно радиусцентральной оси, см, площадь, см2, и момент инерции поперечногосечения кольца с присоединенным пояском длиной ls = 1,56, см4;

аo = 0,0025rm- начальное отступление радиуса кольца от теоретического.

Черт. 3. График зависимости коэффициента c от prelпри arel = const

Приложение 2

Обязательное

Расчет обделок туннелей по предельным состояниям второй группы

1. Расчет бетонных и железобетонных обделок произвольногоочертания

Расчет следует выполнять на основное сочетаниенормативных нагрузок в соответствии с разд. 5 и 6 с учетом коэффициентаотпора грунта, жесткость сечения принимается согласно п. 6.12.

По полученным усилиям (изгибающий момент и нормальнаясила) необходимо выполнить расчет по образованию и раскрытию трещин.

Трещиностойкие обделки, проектируемые для условий,отвечающих п.4.16, следует проверять по образованию трещин согласно СНиПII-56-77.

Нетрещиностойкие обделки должны рассчитываться пораскрытию трещин согласно разд. 4 и 5 настоящего приложения.

2. Расчет по образованию трещин бетонных ижелезобетонных обделок напорных туннелей кругового очертания на начальныхстадиях проектирования

На начальной стадии проектирования расчет пообразованию трещин трещиностойких обделок, проектируемых для условий,отвечающих п.4.16, допускается выполнять по формулам (1)и (2), обеспечивающим трещиностойкость при действиивнутреннего давления.

Толщину обделки hk,см, следует вычислять по формулам:

при коэффициенте удельного отпора грунта Ко£ 2000 Н/см3

,                                                 (1)

гдеpwin - нормативноевнутреннее давление воды, МПа;

Еk - модуль упругости материала обделки, принимаемыйравным 0,7 Eb, МПа;

Rbth - нормативное сопротивление материала обделки нарастяжение, принимаемое по СНиП 2.03.01-84 всоответствии с классом бетона, МПа;

m - коэффициент армирования сечения;

в слаботрещиноватых грунтах при Ко³ 2000 Н/см3

,                                                   (2)

где e = 0,25×10-4gсRbtn lg (0,05Ko+ 10).

3. Расчет по образованию трещин (натрещиностойкость) обделок из набрызг-бетона на внешнее давление

Толщину несущих обделок из набрызг-бетона hk, м, следует определять поформуле

,                                                    (3)

где gqzn -  нормативнаявеличина вертикального горного давления (п. 5.12), МПа. При специальном обоснованиидопускается определять горное давление из условия объема возможного вываламежду анкерами;

pwe -    остаточноегидростатическое давление воды с учетом снижения уровня подземных воддренажными или другими мероприятиями, МПа;

Rbtn -   нормативноесопротивление набрызг-бетона на осевое растяжение при проектном классе бетона,определяемом по прочности на растяжение (по СНиП 2.03.01-84), МПа;

gс -   коэффициентусловий работы, принимаемый равным для армированной обделки - 1, длянеармированной - 0,6;

а -     шаганкеров в продольном и поперечном направлениях, принимаемый наименьшим (но неменее 1 м) исходя из условий:

а) образования грунтового свода - по формуле

,                                                          (4)

гдеla = hq1 + lq1- длина анкеров, м;

hq1 -глубина нарушенной зоны, м (п. 5.12);

lq1 -глубина заделки анкеров за пределы нарушенной зоны, принимаемая равной 0,5 -0,7 м;

b -   пролетвыработки, м;

с -    сцепление грунта,принимаемое по данным натурных исследований; для предварительных расчетовдопускается принимать с = 0,03f, МПа;

kb -  коэффициент,равный 0,2 - 0,25 для выработок I формы сечения и 0,25 - 0,3 - для остальныхформ сечения (см. черт. 1);

б) устойчивости грунтов между анкерами - по формуле

;                                                                (5)

в) прочности закрепления анкера - по формуле

,                                                                  (6)

где Na- несущая способность анкера, равная для железобетонных анкеров прочностистержня анкера на разрыв, для остальных анкеров - 80-100 кН.

4. Расчет ширины раскрытия трещин и бетонныхобделках напорных туннелей кругового очертания

Ширина раскрытия трещин acrc, мм, в бетонных обделках туннеля, предусматриваемыхв однородных трещиноватых грунтах или других грунтах, укрепленных цементацией,должна определяться по формуле

,                                                     (7)

где                                                        .

5. Расчет ширины раскрытия трещин в железобетонныхобделках напорных и безнапорных туннелей

Ширину раскрытия трещин acrc, мм, в железобетонных обделках напорных ибезнапорных туннелей следует рассчитывать по формуле

,                                      (8)

где a -   коэффициент, учитывающий влияниетрещиноватости скального грунта, сложенного из блоков, и принимаемый взависимости от модуля трещиноватости Mq: а = 1 при Mq ³ 5; а = 2при Mq £ 1. В интервале 1 £ Mq£ 5 значения а принимаются по интерполяции;

b -     коэффициент,принимаемый для центрально- и внецентренно растянутых элементов - 1,2, для внецентренносжатых и изгибаемых элементов - 1;

h -     коэффициент,принимаемый равным при стержневой арматуре периодического профиля - 1, пригладкой арматуре - 1,4;

ss - напряжение в растянутой арматуре без учетасопротивления бетона растянутой зоны сечения, МПа;

ssо -   начальное растягивающее напряжение в арматуреот набухания бетона: для конструкций, находящихся в воде, ssо = 20МПа; для конструкций, подверженных длительному высыханию, в том числе во времястроительства, ssо = 0;

m -  коэффициент армирования сечения, принимаемый равным , но не более 0,02 (здесь Аs- необходимая площадь сечения арматуры, определяющая согласно обязательному приложению 1или принимаемая в соответствии с п. 4.19);

d - диаметр стержней арматуры, мм.

Напряжения в растянутой арматуре ss, МПа, следует определять по формулам:

для изгибаемых элементов

,                                                                 (9)

для центрально растянутых элементов

,                                                                 (10)

для внецентренно растянутых и внецентренно сжатыхэлементов при больших эксцентриситетах

,                                                         (11)

для внецентренно растянутых элементов при малыхэксцентриситетах:

для более растянутой арматуры

;                                                       (12)

для менее растянутой арматуры

,                                                         (13)

где Mn, Nn- нормативные изгибающий момент и продольное усилие, определяемые всоответствии с обязательным приложением 1 (по стандартным программам);

z -    плечовнутренней пары сил, принимаемое по результатам расчета сечения на прочность;

ho -  рабочая высота сечения;

еt -   расстояниеот центра тяжести площади сечения растянутой арматуры до продольной силы Nn;

ес -  расстояние отцентра тяжести площади сечения сжатой арматуры до продольной силы Nn.

Определяемая расчетом ширина раскрытия трещин должнабыть не более величин, приведенных в табл. 7.

Примечание. В формуле (11) знак "+"принимается при внецентренном растяжении, знак "-" - привнецентренном сжатии.

Приложение 3

Обязательное

Расчет величины фильтрационного расхода воды из напорного туннеля

1. Допустимость величины фильтрационного расхода воды Q, л/с×см, отнесенного к 10 м разности внутреннего и внешнегонапоров воды, надлежит определять по формуле

,                                   (1)

где kcrc- коэффициент водопроницаемости трещин в обделке (расход воды, см3/счерез 1 см трещины, при градиенте напора, равном 1), определяемый по формуле

;                                                                     (2)

ncrc - количество трещин в обделке: бетонной - ncrc = 0,0628rе; железобетонной - ;

m - коэффициент армирования сечения обделки;

d - диаметр арматуры, см;

rе - наружный радиус обделки, см;

k - коэффициент фильтрации грунта, см/с;

Mf -   модульформы, характеризующий геометрическое соотношение между элементами зоныфильтрации и определяемый по формуле

;                                                                (3)

rf - радиус области фильтрации, принимаемые по опытнымданным, а при их отсутствии - равным двойной глубине заложения туннеля, см;

Qadm - допускаемаявеличина фильтрационного расхода воды, отнесенная к единице разности внутреннегои наружного давлений и определяемая на основании технико-экономическихрасчетов. Для предварительных расчетов допускается принимать: Qadm = 1 л/с на 1000 м2поверхности туннеля на каждые 10 м разности напоров - при разности внутреннегои наружного напоров 100 м и менее; Qadmот 0,3 до 0,5 л/с на 1000 м2 поверхности туннеля на каждые 10 мразности напоров - при разности внутреннего и наружного напоров свыше 100 м.

2. Абсолютную величину фильтрационного расхода воды изтуннеля Qabs, л/с, следуетопределять по формуле

,                                                        (4)

где l -длина туннеля, см.

3. Для снижения фильтрационного расхода воды изтуннеля следует предусматривать применение специальных покрытий на основеполимерных вяжущих материалов, укрепительную цементацию и другие конструктивныемероприятия.

Приложение 4

Справочное

Основные буквенные обозначения

Основныехарактеристики грунтов

f - коэффициент крепости;

К - коэффициент отпора;

Ko -коэффициент удельного отпора;

Eq - модуль деформации;

n - коэффициент Пуассона;

j - кажущийся угол внутреннего трения;

c - сцепление грунта;

r - плотность грунта;

Mq - модуль трещиноватости;

gqzn - нормативное вертикальное горное давление;

gqxn - нормативное горизонтальное горное давление;

hq - высота свода обрушения;

bq - пролет свода обрушения;

hq1 -глубина нарушенной зоны;

hqz - высота толщи грунта над туннелем.

Нагрузки и воздействия, усилия от них

Mn, Nn- нормативный изгибающий момент и нормальная сила;

Hi - внутренний напор воды;

He - напор подземных вод;

He1 - гарантированныйнапор подземных вод;

pwi - расчетное внутреннее давление воды;

pwin - нормативное внутреннее давление воды.

Характеристика материалов

Ek - модуль упругости обделки;

Eb - модуль упругости бетона;

Es - модуль упругости арматуры;

Rst - расчетное сопротивление арматуры растяжению;

Ryn - нормативное сопротивление по пределу текучестистали;

Ru, Ry- расчетное сопротивление стальной оболочки растяжению, сжатию и изгибусоответственно по временному сопротивлению и пределу текучести;

Rbtn - нормативное сопротивление бетона растяжению;

Rbt - расчетное сопротивление набрызг-бетона осевомурастяжению;

Ras - расчетное сопротивление растяжению стержня анкера.

Геометрические характеристики

h - высота выработки;

b - пролет выработки;

hk - толщина обделки;

tb - толщина покрытия набрызг-бетона;

ri - внутренний радиус обделки;

re - наружный радиус обделки;

rm - средний радиус оболочки;

t - толщина стальной оболочки;

As - площадь сечения арматуры;

ho -рабочая высота сечения;

ac - расстояние от равнодействующей усилий в сжатойарматуре до ближайшей грани сечения;

et, oc- расстояние от центра тяжести площади сечения соответственно растянутой исжатой арматуры до продольной силы;

m - коэффициент армирования сечения;

d - диаметр анкера

Ass- площадь сечения стальной оболочки.

Коэффициенты

gf - коэффициент надежности по нагрузкам;

gn - коэффициент надежности по назначению сооружения;

glc - коэффициент сочетаний нагрузок;

gc - коэффициент условий работы.

Приложение 5

Справочное

Формулы в единицахсистемы МКГСС

К основному тексту:

gqzn = bghq                                                               (1)

(здесь g - объемный вес грунта, тс/м3);

gqzn = bghq1;                                                             (2)

gqxn= g(hq+ 0,5h) tg2(45° - );                                        (3)

gqxn = 0,1gh;                                                           (4)

Eq = 100Ko(1 + n).                                                       (5)

К обязательному приложению 1:

;                                                        (1)

;                                       (2)

;                                         (3)

;                                                 (5)

;                                                      (6)

sx1 = -25,2td;                                                          (12)

К обязательному приложению 2:

;                                             (1)

,                                      (2)

где e = 0,25×10-5gсRbtn lg (0,5Ko+ 10);

,                                                           (7)

где .

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие положения. 1

2. Трасса и поперечное сечение туннеля. 2

3. Материалы для конструкций туннелей. 4

4. Конструкция туннелей. 4

Общие конструктивные требования. 4

Туннели без обделки. 5

Обделки туннелей. 5

5. Нагрузки, воздействия и их сочетания. 8

6. Основные положения по расчету обделок. 10

Приложение 1 Расчет обделок туннелей по предельным состояниям первой группы.. 14

1. Расчет бетонных и железобетонных обделок произвольного очертания. 14

2. Расчет сталежелезобетонных, железобетонных, армированных набрызг-бетонных и железоторкретных обделок напорных туннелей кругового очертания на начальных стадиях проектирования. 14

3. Расчет стальных оболочек комбинированных обделок с наружным монолитным бетоном.. 15

Приложение 2 Расчет обделок туннелей по предельным состояниям второй группы.. 19

1. Расчет бетонных и железобетонных обделок произвольного очертания. 19

2. Расчет по образованию трещин бетонных и железобетонных обделок напорных туннелей кругового очертания на начальных стадиях проектирования. 20

3. Расчет по образованию трещин (на трещиностойкость) обделок из набрызг-бетона на внешнее давление. 20

4. Расчет ширины раскрытия трещин и бетонных обделках напорных туннелей кругового очертания. 21

5. Расчет ширины раскрытия трещин в железобетонных обделках напорных и безнапорных туннелей. 21

Приложение 3 Расчет величины фильтрационного расхода воды из напорного туннеля. 22

Приложение 4 Основные буквенные обозначения. 23

Приложение 5 Формулы в единицах системы мкгсс.. 24

 

2
Мне нравится
Комментировать Добавить в закладки

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи.

Пожалуйста зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.